具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的结构示意图。该纳米柱LED结构包括衬底层1、成核层2、第一n型掺杂GaN层3、键合层4、金刚石层5、若干纳米柱LED结构6、若干第一电极7和若干第二电极8。

其中，衬底层1的材料包括c面Al₂O₃。成核层2位于衬底层1上，成核层2的材料包括AlN，可以为高温AlN成核层，厚度为10～70nm。第一n型掺杂GaN层3位于成核层2上，第一n型掺杂GaN层3的材料包括n-GaN，厚度为100～2500nm。键合层4间隔分布在第一n型掺杂GaN层3上，键合层4的材料包括SiN，厚度为15～40nm。

金刚石层5位于键合层4上，金刚石层5厚度为500～3000nm，相邻金刚石层5之间的距离d₁为1～20μm；可以理解的是，键合层4用于将金刚石层5键合到第一n型掺杂GaN层3上，因此，金刚石层5也是间隔分布的，而相邻键合层4之间的距离也为1～20μm。

若干纳米柱LED结构6位于第一n型掺杂GaN层3上，且每个纳米柱LED结构均嵌套于金刚石层5和键合层4中。具体地，在第一n型掺杂GaN层3上设置有多个纳米柱LED结构6，纳米柱LED结构6的形状为圆柱状，圆柱状的侧壁上均设有金刚石，金刚石将纳米柱LED结构6包围起来，而键合层4用于键合金刚石层5和第一n型掺杂GaN层3，因此，键合层4也将纳米柱LED结构6包围起来，其包围在纳米柱LED结构6的底部。纳米柱LED结构6的高度h为500～3000nm，直径为100-1000nm，相邻纳米柱LED结构6之间的距离d₂为1～100μm。

若干第一电极7位于第一n型掺杂GaN层3上，且位于金刚石层之间，若干第一电极7与若干纳米柱LED结构6一一对应。具体地，在纳米柱LED结构6侧面的金刚石中刻蚀形成有凹槽，第一电极7位于该凹槽中，形成第一电极7位于金刚石层5之间的结构，并且，第一电极7与金刚石层5之间相距一定距离，即第一电极7与金刚石层5不接触。

若干第二电极8一一对应的设置在纳米柱LED结构上。

在一个具体实施例中，第一电极7为n型电极，第二电极8为p型电极。

进一步，金刚石层5的厚度可以小于纳米柱LED结构6的高度，也可以等于纳米柱LED结构6的高度，也可以大于纳米柱LED结构6的高度；优选的，金刚石层5的厚度等于纳米柱LED结构6的高度，在该条件下器件的散热效率和发光性可以同时达到较优性能。

在一个具体实施例中，纳米柱LED结构6包括第二n型掺杂GaN层61、量子阱层62、电子阻挡层63和p型掺杂GaN层64。

其中，第二n型掺杂GaN层61位于第一n型掺杂GaN层3上，其材料包括n-GaN。量子阱层62位于第二n型掺杂GaN层61上，量子阱层62采用多量子阱，其中阱层材料包括GaN、InGaN、AlGaN中的一种或多种。电子阻挡层63位于量子阱层62上，其材料包括AlGaN。p型掺杂GaN层64位于电子阻挡层63上，其材料包括p-GaN。

本实施例中，量子阱采用GaN、InGaN、AlGaN材料中的一种或多种作为发光层，可以实现不同颜色的发光器件。

由于金刚石具有较高的热导率2200W/m·K，是SiC热导率的4～5倍，将其作为GaN基器件的衬底时，可以降低GaN基大功率器件的自加热效应，解决因为总功率增加、频率提高而出现的功率密度迅速下降的问题，而将金刚石直接与纳米柱LED结构的侧壁接触，可以直接对LED进行散热，其散热效率更高，因而本实施例中将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，缓解了LED器件工作时的自加热效应，解决了氮化物半导体自身的散热问题，提高了器件的散热效率。

另外，由于金刚石的禁带宽度5.5eV在所有固体材料中是最宽的，因而其透射光谱从紫外到远红外都可以透过，具有良好的透光性，这种特殊的性能加上其本身固有的优异特性，可以制备出极好的光学窗口材料，可以使得氮化物LED产生的光不会被吸收，从而增加纳米柱LED器件的侧壁出光率，提高器件的发光效率。

综上，本实施例将纳米柱LED结构嵌套于金刚石层中，同时解决了器件的散热问题和出光问题，提高了器件的性能。

实施例二

在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，图2为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的流程示意图，图3a-图3h为本发明实施例提供的一种嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法的过程示意图。该嵌套金刚石散热层的纳米柱LED结构的制备方法包括步骤：

S1、在衬底层1上生长成核层2。

选取c面Al₂O₃作为衬底层，请参见图3a。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al₂O₃衬底置于金属有机化学气相淀积Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到20～760Torr条件下，将衬底加热到温度为900～1200℃，并保持5～10min，完成对衬底基片的热处理。

然后，在热处理后的c面Al₂O₃衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为950～1100℃的条件下，同时通入流量为3000～4000sccm的氨气和流量为20～40sccm的铝源，在保持压力为20～760Torr的条件下生长厚度为10～70nm的高温AlN成核层2，请参见图3b。

S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3，请参见图3c。

在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950～1100℃，同时通入流量为3000～4000sccm的氨气、流量为20～40sccm的镓源和流量为10～20sccm的硅源，在保持压力为20～760Torr的条件下生长100～2500nm厚的第一n型掺杂GaN层3。

S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5，请参见图3d。

首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为15～40nm。

然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力50～150mTor，功率300W，氧气流量为10～100sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行数十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。

S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。

在键合的金刚石层5上刻蚀出深至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，请参见图3e；具体地，纳米孔60的形状为圆形，圆形的直径为100-1000nm。

然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺生长总厚度为1000～3000nm的第二n型掺杂GaN层61、量子阱层62、电子阻挡层63和p型掺杂GaN层64，形成纳米柱LED结构6，请参见3f。

S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。

采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，请参见图3g，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层63上沉积p型电极，请参见图3h，完成器件制作。

实施例三

在实施例一和实施例二的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的紫外纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：

S1、在衬底层1上生长成核层2。

选取c面Al₂O₃作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al₂O₃衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到20Torr条件下，将衬底加热到温度为900℃，并保持5min，完成对衬底基片的热处理。

然后，在热处理后的c面Al₂O₃衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为950℃的条件下，同时通入流量为3000sccm的氨气和流量为20sccm的铝源，在保持压力为20Torr的条件下生长厚度为10nm的高温AlN成核层2。

S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。

在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950℃，同时通入流量为3000sccm的氨气、流量为20sccm的镓源和流量为10sccm的硅源，在保持压力为20Torr的条件下生长100nm厚的第一n型掺杂GaN层3。

S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。

首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为15nm。

然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力50mTor，功率300W，氧气流量为10sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。

S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。

采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、GaN/Al_0.1Ga_0.9N MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。

S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。

采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对紫外LED器件的制作。

实施例四

在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的蓝光纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：

S1、在衬底层1上生长成核层2。

选取c面Al₂O₃作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al₂O₃衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到200Torr条件下，将衬底加热到温度为1000℃，并保持7min，完成对衬底基片的热处理。

然后，在热处理后的c面Al₂O₃衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为1000℃的条件下，同时通入流量为3500sccm的氨气和流量为30sccm的铝源，在保持压力为50Torr的条件下生长厚度为50nm的高温AlN成核层2。

S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。

在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为950℃，同时通入流量为3500sccm的氨气、流量为30sccm的镓源和流量为20sccm的硅源，在保持压力为50Torr的条件下生长1000nm厚的第一n型掺杂GaN层3。

S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。

首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为25nm。

然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力100mTor，功率300W，氧气流量为50sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行二十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。

S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。

采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、In_0.2Ga_0.8N/GaN MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。

S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。

采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对蓝光LED器件的制作。

实施例五

在实施例一的基础上，请参见图2和图3a-图3h，本实施例以制备嵌套于金刚石层的280nm紫外纳米柱LED结构为例对其制备方法进行说明。该制备方法包括步骤：

S1、在衬底层1上生长成核层2。

选取c面Al₂O₃作为衬底层。首先，对衬底层1进行热处理：将c面Al₂O₃衬底置于MOCVD反应室中，将反应室的真空度降低到小于2×10^-2Torr；再向反应室通入氢气，在MOCVD反应室压力达到760Torr条件下，将衬底加热到温度为1200℃，并保持10min，完成对衬底基片的热处理。

然后，在热处理后的c面Al₂O₃衬底上采用MOCVD工艺在反应室温度为1100℃的条件下，同时通入流量为4000sccm的氨气和流量为40sccm的铝源，在保持压力为760Torr的条件下生长厚度为70nm的高温AlN成核层2。

S2、在成核层2上生长第一n型掺杂GaN层3。

在AlN成核层上采用MOCVD工艺，保持MOCVD反应室温度为1100℃，同时通入流量为4000sccm的氨气、流量为40sccm的镓源和流量为20sccm的硅源，在保持压力为760Torr的条件下生长2500nm厚的第一n型掺杂GaN层3。

S3、在第一n型掺杂GaN层3上键合金刚石，形成键合层4和金刚石层5。

首先，在金刚石表面和第一n型掺杂GaN层3上分别制备键合材料。具体地，分别在金刚石和第一n型掺杂GaN层3的正面采用化学气相沉积法沉积一层SiN介质作为键合材料，其厚度为40nm。

然后，利用键合材料将金刚石与第一n型掺杂GaN层3进行键合，形成键合层4和金刚石层5。具体地，将金刚石放入反应离子刻蚀机中用氧气等离子体激活，此时腔体压力150mTor，功率300W，氧气流量为100sccm，然后将第一n型掺杂GaN层3和金刚石正面相对在室温下键合，并在200℃条件下进行三十小时键合退火，形成键合层4和金刚石层5。

S4、刻蚀键合层4和金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干纳米孔60，并在若干纳米孔60中生长纳米柱LED结构6。

采用光刻工艺刻蚀金刚石层5直至第一n型掺杂GaN层的纳米孔60，然后在金刚石层5被刻蚀掉的地方即纳米孔中采用MOCVD工艺从下至上依次生长n-GaN层61、Al_0.43Ga_0.57N/Al_0.6Ga_0.3N MQWs层62、AlGaN层63和p-GaN层64，形成纳米柱LED结构6。

S5、刻蚀纳米柱LED结构6周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，并在凹槽71中制备第一电极7，同时在纳米柱LED结构6上制备第二电极8。

采用光刻工艺刻蚀掉纳米柱周围的金刚石层5和键合层4直至第一n型掺杂GaN层3，形成若干凹槽71，然后使用溅射金属的方法分别在凹槽71中的第一n型掺杂GaN层3上沉积n型电极，在顶层的p型掺杂GaN层64上沉积p型电极，完成对280nm紫外LED器件的制作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。