一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，属于激光技术应用领域。其包括：蓝宝石衬底、外延生长层、绝缘层、P型电极和N型电极，以及一个N’型电极和金线；所述N’型电极与P型电极等高，分别位于N型电极的两侧；所述金线的两端分别焊接在N型电极和N’型电极上。本发明改变传统的表面型半导体激光器件的结构，通过金线连接将N型电极提高到与P型电极到同一高度，该方法可以弥补蓝宝石激光器件P型电极与N型电极存在高度差的问题，同时此方法可适当增加P型电极与N型电极间距，在焊接过程中隔绝P型电极与N型电极的焊料，有效得防止了在焊接中可能发生的短路情况。
【专利说明】一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体激光器制备封装【技术领域】，尤其涉及一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构。
【背景技术】
[0002]随着半导体激光技术的日趋成熟以及应用领域的不断扩展，半导体激光器件的应用范围已经覆盖了光电子学的诸多领域，成为当今光电子实用器件的核心技术。由于半导体激光器件具有体积小，质量轻，寿命长等优点，广泛应用于军事、工业及民用等领域。蓝宝石被称为当今最优秀的激光介质之一，不仅具有良好的热传导和机械性能，较高的饱和通量，更重要的是它宽于500nm的波长调谐范围是现存的任何激光介质都无法比拟的。以蓝宝石为衬底的半导体激光器件因其结构简单、工作稳定、价格低廉等优点在市场上有很高的占有率。由于其衬底是由非导电材料蓝宝石构成，故在生长器件时，要通过外延生长、刻蚀、扩散、制作电极等方法将其P型电极与N型电极置于同一表面，生长成具有高度差的台阶型表面型结构。
[0003]但台阶型结构在封装过程中因其表面高低不平可致使器件由于电极接触不良而导致其寿命大大的缩短或器件的烧毁，这会严重影响器件的性能。这就限制了表面型半导体激光器件的广泛应用。又由于蓝宝石激光器件尺寸较小，P型电极与N型电极距离较近，其绝缘沟道较窄，在焊接过程中容易造成短路现象。目前改变表面型半导体激光器件表面存在高度差的方法是通过增厚焊料或将热沉设计为台阶型结构。但较厚的焊料在焊接过程中不但容易溢出，增加工艺难度，并且会大大影响激光器件的散热情况。
【发明内容】
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，解决了 P型电极与N型电极存在高度差的问题，同时增大了 P型电极与N型电极之间的距离。
[0005]本发明的表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，其包括:蓝宝石衬底、外延生长层、绝缘层、P型电极和N型电极，所述外延生长层逐层沉积于所述蓝宝石衬底的上方，所述外延生长层上方形成P面和N面，所述P型电极和N型电极分别生长于所述P面和N面上，且所述P型电极和N型电极之间存在高度差，其关键技术在于，还包括:一个N’型电极和金线.-^4 ，
[0006]所述外延生长层上方在镀绝缘层后形成N’面，所述N’型电极生于所述N’面上；
[0007]所述N’型电极与P型电极等高，分别位于N型电极的两侧；
[0008]所述金线的两端分别焊接在N型电极和N’型电极上；
[0009]所述外延生长层除与P型电极和N型电极接触的部分外，其他表面镀SiN或S12绝缘层。
[0010]进一步的，所述蓝宝石衬底的材料包含氧化铝Al2O3。
[0011]进一步的，所述蓝宝石衬底为三方晶系，折光率为1.76-1.77。
[0012]本发明的有益效果在于:
[0013]本发明通过金丝连接提高N型电极至与P型电极相同的高度来弥补P型电极与N型电极存在高度差的问题和P型电极与N型电极之间距离过近的问题，不仅解决了 P型电极与N型电极存在高度差的问题，同时增大了 P型电极与N型电极之间的距离，从而有效防止了短路情况的发生，解决了蓝宝石激光器件在传统的封装过程中的难点，使半导体激光器件的封装过程更为简单、灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的表面型半导体激光器件倒装焊电极结构示意图；
[0015]图2为现有技术的半导体激光器芯片结构示意图。
[0016]其中，附图标记为:
[0017]蓝宝石衬底_101、201 ;
[0018]外延生长层_102、202 ;
[0019]N’ 型电极-103;
[0020]P 型电极 _104、204 ;
[0021]N 型电极 _105、203 ;
[0022]金线-106；
[0023]绝缘层-107。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，本发明的表面型半导体激光器件倒装焊电极结构包括:蓝宝石衬底(101)、外延生长层(102)、N’型电极(103)、P型电极(104)、N型电极(105)、金线(106)和绝缘层(107) ο
[0025]所述的蓝宝石衬底(101)作为激光介质是生长其他结构的基板，主要成分是氧化铝(Al2O3);且蓝宝石衬底(101)为三方晶系，折光率为1.76-1.77，是非均质体，无解理，是裂理发育。
[0026]所述外延生长层(102)是采用金属有机化合物化学气相淀积的方法逐层沉积生长于蓝宝石衬底上方。
[0027]所述N型电极(105)和P型电极(104)是通过光刻腐蚀外延生长层，再采用蒸发或溅射的方法在N面、P面上覆盖一层或多层金属或合金，在适当的温度下进行合金化，形成低阻的金属，最终形成N型、P型，所述的N’型电极是在刻蚀外延生长层并镀绝缘层后，再采用蒸发或溅射的方法在N’面上覆盖一层或多层金属或合金，在适当的温度下进行合金化，形成低阻的金属，最终形成N’型电极。P型电极位于左侧，N’型电极位于右侧，N型电极位于中间。且所述N型电极和N’型电极之间采用金线连接，金线两端分别焊接在N型和N’型电极上。
[0028]所述外延生长层(102)除与P型电极、N型电极接触的部分外，采用PVD的方法将其表面镀SiN或S12绝缘层(107)。
[0029]由于蓝宝石不导电，因此以蓝宝石为衬底的表面型半导体激光器件P型电极与N型电极同在一面，且存在微米级高度差，为弥补高度差，一种方法是将热沉设计为与蓝宝石激光器件相匹配的台阶形式，另一种方法是在热沉上蒸镀较厚焊料。由于半导体器件体积较小，P型电极与N型电极间绝缘沟道较窄，在焊接过程中，两电极焊料很容易发生连接导通而致短路，并且会大大影响激光器的散热情况。在新结构中，可依照需求适量增大蓝宝石衬底的尺寸。在蓝宝石衬底上采用金属有机化合物化学气相淀积的方法逐层沉积材料形成外延层，在刻蚀过程中，由传统的一个P型电极与一个N型电极的结构(如图2)变为一个P型电极、一个N电极以及一个N’型电极的表面结构(如图1)。
[0030]由于焊料只有在跟金属接触时才能呈现良好的浸润性，而在与绝缘体接触中不易铺展，因此在镀P型电极与N型电极后，采用PVD的方法将P型电极与N型电极以外的部分覆盖SiN/Si02绝缘层，随后镀N’型电极。再通过金丝连接N型电极与右侧N’型电极，使右侧N’型电极等效于N型电极，以此便等同于提高N型电极至与P型电极相同的高度，最终采用倒装焊接的方法将半导体器件芯片焊在氮化铝热沉上。如此便解决了 P型电极与N型电极存在高度差的问题，省却了在小尺寸范围内选用梯度热沉以及增厚焊料的步骤，解决了封装时会因表面高低不平而影响激光器寿命及性能的问题。也改善了封装过程中由于焊料过厚，P型电极与N型电极间距过小而引起的短路问题及焊料溢出问题。使封装工艺更简单，封装过程更易操作，器件更可靠，进而使其得到更加广泛的应用。
[0031]惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士。在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，其包括:蓝宝石衬底、外延生长层、绝缘层、P型电极和N型电极，所述外延生长层逐层沉积于所述蓝宝石衬底的上方，所述外延生长层上方形成P面和N面，所述P型电极和N型电极分别生长于所述P面和N面上，且所述P型电极和N型电极之间存在高度差，其特征在于，还包括:一个N’型电极和金线； 所述外延生长层上方在镀绝缘层后还形成N’面，所述N’型电极生于所述N’面上； 所述N’型电极与P型电极等高，分别位于N型电极的两侧； 所述金线的两端分别焊接在N型电极和N’型电极上； 所述外延生长层除与P型电极和N型电极接触的部分外，其他表面镀SiN或S12绝缘层。
2.如权利要求1所述的表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，其特征在于， 所述蓝宝石衬底的材料包含氧化铝Al2O3。
3.如权利要求1所述的表面型半导体激光器件倒装焊电极结构，其特征在于， 所述蓝宝石衬底为三方晶系，折光率为1.76-1.77。
【文档编号】H01S5/022GK104377298SQ201410758966
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】尧舜, 雷宇鑫, 王智勇, 邱运涛, 贾冠男, 高祥宇, 吕朝蕙 申请人:北京工业大学