具有N通孔电极的半导体器件结构的制作方法

本发明涉及一种半导体器件结构，特别是涉及一种具有n通孔电极的半导体器件结构。

背景技术：

绝大部分二端器件(即晶体二极管)的基本结构是一个pn结。利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能量转换。晶体二极管的频率复盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。

能够发出光波的晶体二极管成为发光二极管(led)，发光二极管作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。发光二极管(led)是由如gaas(砷化镓)、gap(磷化镓)、gaasp(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是pn结。因此它具有一般p-n结的i-n特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴由p区注入n区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。

当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，led被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。目前，led发光产品的应用正吸引着世人的目光，led作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。

随着led灯市场的爆发，对led芯片尺寸的要求也越来越高。传统的gan基led的发展遇到了技术瓶颈，受制于各种各样的技术限制，例如，因为芯片电极的大小决定了芯片的面积，现有的芯片电极很难再有大的突破，严重阻碍了芯片总体尺寸的缩小。

基于以上所述，提供一种能够进一步缩小半导体芯片尺寸的新型结构的半导体器件结构实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有n通孔电极的半导体器件结构，用于解决现有技术中由于电极结构的限制导致芯片尺寸难以进一步缩小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有n通孔电极的半导体器件结构，所述半导体器件结构包括：外延结构，包括依次层叠的n型层及p型层；通孔结构，贯穿所述外延结构；绝缘层，形成于所述通孔结构内的p型层的侧壁；n电极，填充于所述通孔内，并与通孔内的n型层接触；p电极，形成于所述p型层上。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述通孔结构的孔径范围为1～30微米。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述绝缘层选用为二氧化硅层及氮化硅层中的一种或两种组成的叠层。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述n电极的材料包括au、ag、cu、al及w中的一种。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述半导体器件结构为发光二极管结构，包括：外延结构，包括依次层叠的n型层、量子阱层以及p型层；通孔结构，贯穿所述外延结构；绝缘层，形成于所述通孔结构内的量子阱层以及p型层的侧壁；反射层，结合于所述通孔的侧壁；n电极，填充于所述通孔内，并与通孔内的n型层接触；p电极，形成于所述p型层上。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述绝缘层覆盖所述量子阱层以及p型层的侧壁，并延伸覆盖于部分的n-gan层的侧壁。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述发光二极管结构的出光面为p型层表面，所述发光二极管结构的侧壁及所述n型层表面均形成有反射镜结构。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述发光二极管结构的出光面为n型层表面，所述发光二极管结构的侧壁及所述p型层表面均形成有反射镜结构。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述反射层包括种子层以及反射金属层，所述种子层包括cr、ni及ti中的一种，所述反射金属层包括ag及al中的一种。

作为本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构的一种优选方案，所述p型层表面形成有电流扩展层，所述p电极形成于所述电流扩展层表面。

如上所述，本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构，具有以下有益效果：

1)，采用通孔电极作为n电极引出，相比于传统的台面结构的n电极来说，可以大大减小芯片的尺寸，解决小间距led照明的技术瓶颈。

2)通过在n通孔电极的侧壁以及除了出光面的芯片表面制作反射层，可以大大提高芯片的光品质。

3)，芯片的生长衬底已被剥离，形成薄膜led芯片，大大提高出光效率、较小芯片尺寸以及提高芯片的散热效果；

4)芯片的出光面可以是n-gan面，也可以是p-gan面，具体的可根据应用客户的需求进行设计，大大提高芯片的应用范围。

5)本发明在半导体器件结构设计领，尤其是半导体照明、microled、小间距显示等领域具有较广泛的应用前景。

附图说明

图1显示为本发明的具有n通孔电极的发光二极管结构的示意图。

图2显示为本发明的具有n通孔电极的发光二极管结构的n通孔电极结构示意图。

图3显示为当多个通孔结构呈直线型排布时，最终形成的n通孔电极的阵列示意图。

图4显示为当多个通孔结构呈四方阵列排布时，最终形成的n通孔电极的阵列示意图。

图5显示为本发明的具有n通孔电极的发光二极管结构的制备方法步骤流程示意图。

元件标号说明

101n型层

102量子阱层

103p型层

104通孔结构

105绝缘层

106n电极

107p电极

s11～s17步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

本实施例提供一种具有n通孔电极的半导体器件结构，所述半导体器件结构为包含有pn结结构的半导体器件，如pn结二极管、pin结二极管、三极管、发光二极管、激光二极管、紫外二极管等，且不限于以上所列举的示例。所述半导体器件结构包括：外延结构，包括依次层叠的n型层及p型层；通孔结构，贯穿所述外延结构；绝缘层，形成于所述通孔结构内的p型层的侧壁；n电极，填充于所述通孔内，并与通孔内的n型层接触；p电极，形成于所述p型层上。

如图1～图2所示，在本实施例中，以发光二极管为例进行说明。本实施例提供一种具有n通孔电极的发光二极管结构，所述发光二极管为薄膜结构发光二极管，所述发光二极管结构包括：外延结构，包括依次层叠的n型层101、量子阱层102以及p型层103；通孔结构104，贯穿所述外延结构；绝缘层105，形成于所述通孔结构104内的量子阱层102以及p型层103的侧壁；反射层，结合于所述通孔的侧壁；n电极106，填充于所述通孔内，并与通孔内的n型层101接触；p电极107，形成于所述p型层103上。

作为示例，所述n型层101选用为n-gan层，所述p型层103选用为p-gan层。当然，其它种类的发光二极管材料也同样适用，并不限于此处所列举的示例。

作为示例，所述通孔结构104的孔径范围为1～30微米，在本实施例中，所述通孔结构104的孔径为2微米，当然，在其他的实施例中，所述通孔结构104的孔径也可以为如1微米、3微米、5微米、7微米、15微米、20微米、25微米等。所述通孔结构104的孔径的选择需要在满足金属电极的填充质量的情况下，尽可能做小，以减小芯片的尺寸。单个n通孔电极的结构如图2所示。对于每一个led芯片来说，所述通孔结构104的数量可以为1个或2个以上，可以依据芯片所需的导电性能进行选择。例如，所述通孔结构104的数量为多个，多个通孔结构104可以呈直线型排布、四方阵列式排布、三角阵列式排布等，且并不限于此处所列举的示例。当多个通孔结构104呈直线型排布时，最终形成的n通孔电极的阵列如图3所示；当多个通孔结构104呈四方阵列排布时，最终形成的n通孔电极的阵列如图4所示。

作为示例，所述绝缘层105选用为二氧化硅层及氮化硅层中的一种或两种组成的叠层，所述绝缘层105可以防止后续n电极106金属与量子阱层102和p型层103接触导致的短路情况。当然，也可以采用其它种类的绝缘材料，并不限于此处所列举的示例。

作为示例，所述绝缘层105覆盖所述量子阱层102以及p型层103的侧壁，并延伸覆盖于部分的n-gan层的侧壁。进一步地，所述绝缘层105延伸至n-gan层的侧壁部分的长度为10～1000纳米，从而大大提高器件绝缘的稳定性。在本实施例中，所述绝缘层105延伸至n-gan层的侧壁部分的长度为100纳米。

作为示例，所述反射层包括种子层以及反射金属层，所述种子层包括cr、ni及ti中的一种，所述反射金属层包括ag及al中的一种。

作为示例，所述n电极106的材料包括au、ag、cu、al及w中的一种。

作为示例，所述p型层103表面形成有电流扩展层，所述p电极107形成于所述电流扩展层表面。

作为示例，所述发光二极管结构的出光面为p型层103表面，所述发光二极管结构的侧壁及所述n型层101表面均形成有反射镜结构，以提高led芯片的光密度，所述反射镜结构的材料包括ag及al中的一种。

作为示例，所述n电极106的引出端可以选择为p型层表面端，或者选择为n型层表面端，从而可以为后续的封装工艺提供更多的选择。

如图5所示，本实施例还提供一种具有n通孔电极的发光二极管结构的制备方法，包括步骤：

步骤1)s11，于生长衬底上依次形成包括n型层101、量子阱层102以及p型层103的外延结构；

步骤2)s12，于所述外延结构中刻蚀出贯穿所述外延结构的通孔结构104；

步骤3)s13，剥离所述生长衬底；

步骤3)s14，于所述通孔结构104内的量子阱层102以及p型层103的侧壁制作绝缘层105；

步骤4)s15，于所述通孔结构104的侧壁制作反射层，于所述通孔内填充n电极106，所述n电极106与所述通孔内的n型层101接触；

步骤5)s16，于所述p型层103表面形成p电极107，或形成电流扩展层以及p电极107结构；

步骤7)s17，于所述发光二极管结构的侧壁及所述n型层101表面形成反射镜结构，以p型层表面为出光面，以提高出光密度。

实施例2

如图1～图4所示，本实施例提供一种具有n通孔电极的发光二极管结构，其基本结构如实施例1，与实施例1的不同之处在于：所述发光二极管结构的出光面为n型层101表面，所述发光二极管结构的侧壁及所述p型层103表面均形成有反射镜结构。

另外，本实施例还提供一种具有n通孔电极的发光二极管结构的制备方法，其基本步骤如实施例1，与实施例1的不同之处在于，步骤7)s17中，于所述发光二极管结构的侧壁及所述p型层103表面形成反射镜结构，以n型层表面为出光面，以提高出光密度。本实施例的优点在于，可以避免p型层出光时，p电极对光线的吸收，从而进一步增强了发光二极管的出光率。

如上所述，本发明的具有n通孔电极的半导体器件结构，具有以下有益效果：

1)，采用通孔电极作为n电极106引出，相比于传统的台面结构的n电极106来说，可以大大减小芯片的尺寸，解决小间距led照明的技术瓶颈。

2)通过在n通孔电极的侧壁以及除了出光面的芯片表面制作反射层，可以大大提高芯片的光品质。

3)，芯片的生长衬底已被剥离，形成薄膜led芯片，大大提高出光效率、较小芯片尺寸以及提高芯片的散热效果；

4)芯片的出光面可以是n-gan面，也可以是p-gan面，具体的可根据应用客户的需求进行设计，大大提高芯片的应用范围。

5)本发明在半导体器件结构设计领，尤其是半导体照明、microled、小间距显示等领域具有较广泛的应用前景。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。