一种用于III-V族化合物器件的键合结构技术领域
本发明涉及一种用于III-V族化合物器件的快速散热键合结构，和一种采用该键合结构的发光二极管。
背景技术
随着III—V族化合物半导体光电器件的发展，散热特性成为影响器件特性的主要要素之一。在发光二极管中，当外加电流通入红光LED后，部分电能会变成热能，芯片温度会由原先的室温升到85℃以上，亮度对温度的衰减率约为-0.87%/degC，同时发光波长会随着温度升高而往长波长漂移（以红光LED为例，红光波段波长每增加1nm，亮度衰减4%左右）。因此如果芯粒产生的热能及时散掉，那么芯片就会一直保持室温，波长不会漂移，亮度也就不会衰减。
在现有的发光二极管的生长衬底中，GaN基发光二极管主要以蓝宝石衬底作为生长衬底，AlGaInP系发光二极管主要以GaAs生长衬底，然而蓝宝石和GaAs的导热导电性均不好。现有技术中提出一种倒装结构（如图1所示），该类型LED结构靠金属粘结层将外延晶片和导电基板粘合在一起。在上述倒装结构中一般采用Au-Au结构，该键合温度过高会破坏Al镜或Ag镜等镜面结构，影响镜面反射率。中国专利文献CN101604714A提出一通过采用Au-In低温键合改善这一问题。但是In的热导率很低（82-86W/mk），不利于器件的热量快散从键合结构中导出。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于III-V族化合物器件的键合结构，其同时具备低温键合和快速散热两大特性。
本发明解决上述问题的技术方案为：一种用于III-V族化合物器件的键合结构，包括第一金属粘结层和第二金属粘结层。所述第二金属粘结层内部植入纳米导热膜，所述纳米导热膜由所述第二金属合层完合包裹，其导热系数大于所述第二金属粘结层的导热系数，所述第二粘结层的材料具有足够低的硬度，以将所述纳米导热膜完全浸润，减小界面接触电阻。
优选的，所述第二金属粘结层的熔点低于350℃。
优选地，所述第二金属粘结层为铟粘结层、锡粘结层或铅粘结层。
优选地，所述第一金属粘结层为金粘结层，所述第二金属粘结层为铟粘结层。
优选地，所述纳米导热膜为碳纳米管层或石墨烯膜层。
优选地，所述纳米导热膜为一层碳纳米管层或是多层碳纳米管叠加。
优选地，所述纳米导热膜为单层石墨烯膜层或多层石墨烯膜层叠加。
优选地，所述纳米导热膜为碳纳米管层和石墨烯膜层的交替叠加，其中最顶层和最低层为石墨烯膜层。
本发明还提供一种采用上述键合结构的发光二极管，其包括发光外延叠层和导电基板，其中所述发光外延叠层通过一键合结构连结所述导电基板。其中植入第二金属粘结层的纳米膜层热导率远大于第二金属粘结层材料的导热性，且完全包含在其膜层内，不得与基板或是外延叠层直接接触。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为现有一种倒装发光二极管结构的侧面剖视图。
图2为第一个实施例公开的一种发光二极管结构的侧面剖视图。
图3为第二个实施例公开的一种用于III-V族化合物器件的键合结构的侧面剖视图。
图4为第三个实施例公开的一种用于III-V族化合物器件的键合结构的侧面剖视图。
图中标号：
110、210：导电基板；120、220：键合结构；130：全方位反射镜（ODR）131、231：金属反射层；132、232：介电层；141、241：第一半导体层；142、242：有源层；133、233：第二半导体层；221：第一金属粘结层；222：第二金属粘结层；2221：碳纳米管层；2222：石墨烯膜层。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的键合结构进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
下面各实施例公开一种用于III-V族化合物器件的快速散热键合结构及采用该键合结构的发光二极管。采用低熔点的材料作为粘结层，并在该低熔点粘结层内部植入导热系数远大于该粘结层的纳米导热膜，从而实现低温键合和快速散热两大特性。其中粘结层的材料选用低硬度材料（如铟、锡或铅等，），比较容易将纳米导热膜完全浸润，减小界面接触电阻。
实施例1
请参看附图2，一种发光二极管，包括导电基板210、键合结构220、全方位反射镜230和发光外延叠层240。其中，导电基板210采用导热系数高的材料，一般采用Si基板即可；键合结构220由第一金属粘结层221和第二金属粘结层组成；全方位反射镜230由金属反射层231和低折射底的介电层232构成；发光外延叠层240一般包括但不限于第一半导体层241、有源层242和第二半导体层243。下面对键合结构220的具体结构作详细说明。
具体地，键合结构220为Au-In结构，其中第一金属粘结层221为Au粘结层，第二金属粘结层222为In粘结层，在In粘结层中植入高热导率纳米膜层，该纳米膜层热导率越大越好且必须大于铟金属。在本例中，采用碳纳米管层作为导热膜，其为单层结构，其完合包覆于In粘结层内。
在上述键合结构中，In熔点低适合低温键合，同时将热导率远大于In的石墨烯膜层包裹在In粘结层内（In的热导率为82~86，石墨烯的热导率为4400-5780）），In非常软（硬度为1.2），比较容易将石墨烯膜层完全浸润，既减小界面接触电阻，又能快速导热。
实施例2
请参看附图3，在本实施例中，纳米导热膜为多层碳纳米管层2221沿长度方向排布，由碳纳米管散热功能各向异性，延长度方向排布，其热交换性能好。
实施例3
请参看附图4，在本实施例中，纳米导热膜为碳纳米管层2221和石墨烯膜层2222的交替叠加，其中最顶层和最低层为石墨烯膜层。采用此种结构，可以使靠近发光外延叠层的热量以最快的速度从外延导出，同时靠近外侧的高热导率膜层可使底部热量快速从芯粒导出。