一种半导体发光器件的制作方法

本发明涉及一种半导体发光器件，更具体地讲，涉及一种通过改变电极布置结构能够以高电流执行操作并提高发光效率的半导体发光器件。

背景技术：

半导体发光器件包括发射光的材料。被广泛地用于诸如照明装置、显示装置和光源的应用中。通常，半导体结发光器件具有p型半导体和n型半导体的结结构，并且在两种类型的半导体之间形成活性层，以激发光发射。在半导体结构中，可通过电子和空穴在两种类型的半导体的区域处的复合而发射光。根据用于半导体层的电极的位置，半导体结发光器件具有竖直结构和水平结构。水平结构包括正装结构、垂直结构和芯片倒装结构。然而在大电流密度需求下，为了良好的电流扩展，需要电极与外延半导体接触面积大，传统的正装结构和竖直结构电极面积的增加，会导致出光面的减少，倒装结构的衬底会导致光的吸收。基于此，通过支撑基板支撑半导体序列的背面侧，pn电极位于支撑基板与半导体之间，将pn电极都从发光半导体序列出光面的背面侧引出，在电极不遮挡出光的情况下，保证了大电流的良好扩展。

技术实现要素：

为了进一步提高电极的稳定性，本发明提供一种半导体发光器件，包括基板以及基板上堆叠的多层结构，多层结构从基板侧开始依次包括第二电连接层、绝缘层、第一电连接层、半导体发光序列，

半导体发光序列包括第一导电类型半导体层、发光层和第二导电类型半导体层；

用于外部打线的第一电极，通过第一电连接层与第一导电类型半导体层电性连接；

用于外部打线的第二电极，通过第二电连接层与第二导电类型半导体层电性连接；

半导体发光序列、第一电极和第二电极位于基板的同侧；

第二电连接层包括第一部分和第二部分，第一部分位于绝缘层一侧，第二部分自绝缘层一侧的第一部分延伸穿过绝缘层至第一电连接层同侧用于电性连接第二电极，第二电连接层的第二部分未设置在第二电极下方的中心位置。

更优选的，所述第二电连接层的第二部分通过绝缘层上的孔洞延伸穿过绝缘层，绝缘层上的孔洞未位于第二电极竖直下方的中心位置。

更优选的，所述的绝缘层上的贯穿的孔洞为环状或柱状或锥形，环状或柱状或锥形为一个或多个。

更优选的，所述绝缘层的孔洞位于第二电极竖直下方相对于中心更靠近边缘的位置或未位于第二电极竖直下方。

更优选的，第二电极下方的面上自中心到边缘至少一半的半径范围与绝缘层表面重叠。

更优选的，所述的第二电极下方的面积与第二电连接层的第二部分的面积比为4/5~5/6，或者更优选的，两者的面积相等。

更优选的，第一导电类型半导体层一侧具有底部接触第二导电类型半导体层的至少一个孔，所述的第二电连接层通过第一导电类型半导体层一侧的孔填充至孔的底部。

更优选的，第一电极和第二电极的底部处于同一高度位置。

更优选的，所述绝缘层在第一电连接层和第二电连接层之间的厚度为100nm~5000nm。

更优选的，所述绝缘层的莫氏硬度至少为6，更优选的至少为7。

更优选的，所述的第一电连接层或第二电连接层为单层或多层金属堆叠形成。

更优选的，所述的第一电连接层具有欧姆接触层和反射层。

更优选的，第二电连接层具有欧姆接触层和键合层。

更优选的，所述第二电连接层的第二部分包括至少之一种金属或金属合金。

有益效果

由于内部器件结构具有高低落差，在绝缘层中填充第二电连接层，尤其是金属或金属合金，容易出现孔洞，在第二电极竖直下方中心位置保留图案型绝缘层结构替代传统的直接金属填充材料连接层，改善了第二电极下方的第二电连接层金属填充的孔洞，打线时可尽量避免打线力集中在第二电连接层填充金属层之间的孔洞进而导致上方出现塌陷的现象，改善第二电极打线异常的问题。

附图说明

图1为实施例一的半导体发光器件的结构示意图。

图2-10为实施例一的一种半导体发光器件的制作方法中各步骤获得的结构示意图。

图11-12实施例二制作方法过程中的结构示意图；

图13为实施例三的半导体发光器件的结构示意图。

图14为实施例四的半导体发光器件的结构示意图。

图15-17为实施例五的半导体发光器件的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的发光二极管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。

本实施例提供如下一种半导体发光器件，所述的半导体发光器件可以是芯片结构、包括芯片结构的封装结构或者应用品，应用品包括安装在线路板上的具有芯片结构的封装结构或者包括直接安装在线路板上的芯片结构。

如图1所示，本实施例的半导体发光器件为芯片结构，包括基板012以及基板上的多层结构，多层结构从基板侧开始依次包括第二电连接层010、绝缘层009、第一电连接层014、半导体发光序列，

所述的基板012用于承载半导体发光序列，所述基板012可以是绝缘基板，如氮化铝、氧化铝等，或者是导电基板如硅、碳化硅，或金属或金属合金，如铜、铜钨等。半导体发光序列包括第一导电类型半导体层004、发光层003和第二导电类型半导体层002，其中第一导电类型和第二导电类型分别为n型或p型，分别包括至少向发光层提供电子或空穴的层。发光层为至少提供半导体发光辐射的层。

第二电连接层010为一层或多层堆叠的导电层，与第二导电类型半导体层002电性连接，第二电连接层010可至少由金属或金属合金或无机化合物导电材料任意选择或组合堆叠形成，并且第二电连接层010还可用于将半导体发光序列连接至基板的一侧，因此第二电连接层010还可以包括键合层（图中未示出），键合层用于第二电连接层侧与基板之间的连接，键合层材料可以是单层或多层，如金属或金属合金或无机化合物材料至少之一种作为键合层，如氧化硅、碳化硅或氧化铝等材料。

绝缘层009，为绝缘介质制作形成，至少为一层的介质材料，常见的为无机氮化物、氧化物或氟化物等材料制作形成，至少用于第二电连接层010和第一电连接层008之间的绝缘。

第一电连接层008为一层或多层导电层，位于第一导电类型半导体层004一侧，与第一导电类型半导体层004电性接触，并用于与第一电极的电性连接。第一电连接层008可至少由金属或金属合金或无机化合物导电材料任意选择或组合堆叠形成。第一电连接层008可以进一步包括反射层，反射层能够对来自发光层的光辐射进行反射，并且具备至少50%的反射率，反射层为高反射率的材料制作形成，例如反射性金属或反射性金属与透光性无机化合物层组合。

至少一个孔006，从第一导电类型半导体层004一侧开口并穿过第一导电类型半导体层004、发光层003延伸至第二导电类型半导体层004；至少一个孔006包括一个或多个的情况。第一电连接层008位于第一类型导电类型半导体层004一侧，未覆盖孔006的开口。绝缘层009自第一电连接层008一侧的孔006的开口延伸至覆盖孔006内的侧壁，并露出孔006的底部。

用于打线的第一电极013，通过第一电连接层008与第一导电类型半导体层004电性连接。

用于打线的第二电极014，通过第二电连接层010与第二导电类型半导体层002电性连接。

第二电连接层010包括第一部分和第二部分，第一部分位于绝缘层009一侧，填充孔至孔的底部与第二导电类型半导体层002电性接触，绝缘层在孔006侧壁的覆盖部分用于第二电连接层010的电性绝缘。第二部分自第一部分延伸穿过绝缘层009至第一电连接层008同侧用于电性连接第二电极014，第二电连接层010的第二部分的表面与第二电极之间还可以包括另一电连接层007，另一电连接层007一侧与第二电连接层010的第二部分接触，另一侧用于制作第二电极014。另一电连接层可以与第一电连接层相同步骤制作形成，或与第一电连接层的多层材料中至少部分层的结构相同材质。

所述第二电连接层的第二部分通过填充绝缘层上的孔洞延伸穿过绝缘层，绝缘层上的孔洞未位于第二电极竖直下方的中心位置，即所述绝缘层的一部分位于第二电极竖直下方的中心位置，绝缘层的孔洞偏离中心位置设置。

其中第二电连接层010填充绝缘层的孔洞的第二部分未位于第二电极014竖直下方的中心位置，即在第二电极014下方中心无第二电连接层010的第二部分，而是绝缘层。

所述绝缘层的孔洞位于第二电极下方相对中心更靠近边缘的位置或部分位于第二电极的竖直下方或未位于第二电极竖直下方。

更优选的，第二电极014下方的面自中心到边缘至少一半半径的范围与绝缘层009表面重叠。

更优选的，所述的第二电极014下方的面积与第二电连接层的第二部分的面积比为4/5~5/6，或者更优选的，两者的面积相等。

实施例一

下面结合制作方法说明本实施例的半导体发光器件的结构，图2-10示出了本实施例的一种半导体发光器件的制作方法中各步骤获得的结构示意图。

首先提供一种半导体外延层，如图2所示，所述半导体外延层包括生长衬底101、半导体发光序列，生长衬底可以是外延生长衬底如蓝宝石、硅或磷化镓、砷化镓、磷化铟等可以用于生长半导体发光序列的衬底，本实施例优选蓝宝石。

所述半导体发光序列包括第二类型导电性半导体层102、发光层103和第一类型导电性半导体层104，第一类型和第二类型分别是n型或p型，以形成不同的导电性，所述的半导体发光序列为氮化镓（可增加al或in元素）基半导体材料，发光波长介于200~550nm之间的紫外、蓝光或绿光，或铝镓铟磷或铝镓砷基半导体材料，发光波长介于550~950nm之间的黄光、橙光、红光或红外光。

为了实现半导体发光序列与生长衬底之间的晶格匹配、生长衬底101的去除，可以选择在生长衬底101上优先生长缓冲层、过渡层或蚀刻截止层等。本实施例为氮化镓基半导体材料制成的半导体发光序列。

如图3所示，在半导体发光序列一侧开孔，所述的孔的开口位于第一导电类型半导体层侧，并且孔穿过第一导电类型半导体层104和发光层102延伸至底部位于第二导电类型半导体层102，所述的孔的数量为1~50000个，相邻孔中心之间的距离为5~500μm，孔的尺寸为1~100μm，所述的孔的总面积占第一导电性半导体层的面积的比例为0.5~20%。

制作第一电连接层，第一电连接层覆盖在第一类型导电性半导体层侧，与第一类型导电性半导体层电性连接，所述第一电连接层包括单层或多层导电材料制作形成，导电材料可以是金属、金属合金、或导电金属氧化物或它们的组合，例如金、银、铝、镍、钛、铂、铬或其它的金属等包括它们的至少之一的合金，或如izo、ito等导电氧化物层。

更优选的，如图3所示，所述的第一电连接层包括一层欧姆接触层105，用于解决第一电连接层与第一类型导电性半导体层的欧姆接触问题，具体的所述的欧姆接触层105采用如透明的导电金属氧化物制作，具体如ito或gzo或采用薄层的金属如铝或铬或钛等，所述的欧姆接触层105的厚度为1~100nm。

如图4所示，第一电连接层还可具有反射功能的反射层107，反射层107可制作在欧姆接触层105上，反射层107至少包括反射性金属或反射性金属与透明无机化合物介质组合。反射性金属可以是铝、金、银等至少一种高反射率的金属，透明无机化合物介质可以是氧化物、氮化物、ito或izo等材料。反射层107能够对自发光层发出的光辐射至第一电连接层一侧的光线进行有效的反射，反射率至少在50%，更优选的可以实现80%以上的反射，反射层的厚度可以是50nm~500nm。

优选的，如图4所示，第一电连接层与半导体发光序列一侧之间可额外设置一层钝化层106，钝化层至少覆盖半导体发光序列一侧、孔的侧壁和底部。所述的钝化层106可在欧姆接触层制作完成后以及反射层制作之前进行制作，该钝化层106可以是氮化物或氧化物，如氧化硅或氮化硅等，该钝化层106需要形成一个或多个开口并暴露欧姆接触层，第一电连接层的至少反射层填充钝化层106的开口至与欧姆接触层一侧接触。

如图4所示，所述的第一电连接层还可以包括制作在反射金属层之后的防铝或银等反射金属扩散的金属阻挡层108，金属阻挡层106可以是pt、au、cr、ti等金属至少之一种，总体厚度可以是100~1000nm。第一电连接层的金属阻挡层108可同时制作形成两个部分，第一部分和第二部分在水平方向是相互分离的，并形成分离区。

如图5所示，制作绝缘层109覆盖孔的底部、孔的侧壁以及第一电连接层的金属阻挡层108侧，并填充至第一电连接层的金属阻挡层108的第一部分、第二部分之间的分离区，所述的绝缘层109可通过cvd工艺制作，绝缘层109的材料可以与钝化层材料相同或不同，具体的可以是氧化物或氮化物，如氧化硅或氮化硅或氧化锌等电绝缘性材料；所述的绝缘层109在第一电连接层侧的厚度为100nm~5000nm。

制作绝缘层109后，通过蚀刻工艺去除至少部分孔的底部绝缘层109和钝化层106以露出第二导电类型半导体层102，蚀刻工艺可以是boe蚀刻。同时，在后续第二电极114的制作位置（如图中虚线位置）对应的绝缘层109部分进行蚀刻处理形成贯通的孔洞1091，贯通的孔洞1091位于第一电连接层的金属阻挡层108的第二部分上方的部分绝缘层109上，所述贯通的孔洞1091为环形或柱状或锥形，数量为一个或多个，环状或为开环或闭环。

图6为从图5中绝缘层109一面侧的俯视图，本实施例中将贯通的孔洞1091设计为闭环的结构，闭环的孔洞1091中间围绕一块独立的绝缘层1092。图中的虚线区域大致的范围将被第二电极所覆盖。该独立的绝缘层1092的一侧将被用于对第二电极提供主要支撑或全部支撑，即该独立的绝缘层1092在后续的制作步骤中将被设计为位于第二电极的下方。由于第二电极表面侧接受外力打线时，外力主要是集中在第二电极的中心位置。根据本发明，所述的一块独立的绝缘层1092可用于阻挡来自打线电极（如金球）主要的打线作用力，环状的孔洞将被用于填充第二电连接层的第二部分。环状的孔洞将位于偏离第二电极下方的中心位置设置，位于该独立的绝缘层1092周围，即使填充不均匀产生孔洞，承受打线力的部分较小或不承受竖直的打线力，可尽量避免传统的第二电连接层的第二部分坍塌，导致打线异常。

为了对第二电极形成有效支撑，所述的绝缘层109优选为莫氏硬度至少为6，更优选的至少为7或至少为8，具体的为如下至少一种氧化物或氮化物陶瓷：氧化硅、氮化硅或氧化铝等，更优选的，本实施例为氮化硅。采用的制作工艺可以是cvd。由此设计，更优选的，实现最终结构中第二电极下方的面上自中心到边缘至少一半半径的范围与该独立的绝缘层表面重叠。或更优选的，所述独立的的绝缘层1092与第二电极相对的面的面积比为至少1/4；更优选的，所述独立的绝缘层1092的面积至少为第二电极下侧的面的面积4/5，或较佳的两者相等或前者为后者的5/6。较佳的，更优选的，所述的第二电极下方的面积与环状的孔洞的面积比为4/5~5/6，或者更优选的，两者的面积相等。

如图7所示，然后制作第二电连接层110，第二电连接层110包括覆盖绝缘层109一侧的第一部分，并且第一部分从孔的开口填充至孔的底部与第二导电类型半导体层直接接触，第二电连接层110包括第二部分，第二部分填充至绝缘层109的环状孔洞1091中，以实现与后续制作的第二电极的电性连接。

第二电连接层110可以是单层或多层导电性材料，至少包括欧姆接触材料，欧姆接触材料为能够与第二导电类型半导体层102形成欧姆接触，具体的可以是单层或多层金属或金属合金，如铝或镍或铝铬等至少之一层材料，或透明无机化合物导电材料，如izo或ito等材料，本实施例优选铝铬，铝铬的厚度根据实际欧姆接触效果进行常规选择，所述铝铬的厚度为100nm~500nm。欧姆接触材料至少覆盖绝缘层一侧，并覆盖绝缘层109的孔的侧壁和底部，并至少覆盖绝缘层109的环状孔洞1091的侧壁和底部。

第二电连接层110也可以包括其它金属层填满孔以及环状孔洞1091的空间，或进一步在绝缘层109一侧形成一定厚度的层。具体的，如图8所示的结构示意图，其它的金属层也可以是键合层111，不仅覆盖欧姆接触层表面和填充孔以及环状孔洞1091，并且在绝缘层一侧形成一定的厚度，键合层111还可以用于第二电连接层侧与基板连接。

然后在键合层111一侧连接支撑用的基板，基板112可以是绝缘基板，如氮化铝、氧化铝等，或者是导电衬底如硅衬底或金属衬底等，连接的工艺可以是键合工艺，键合工艺具体可以通过键合层111进行键合，键合层111可以是金锡或镍锡或钛镍锡等常规用的键合材料一种或组合，键合工艺为高温键合工艺。

如图8所示，然后去除生长衬底101，生长衬底101根据材质可以选择研磨减薄、激光剥离、湿法蚀刻或干法蚀刻等工艺选择或组合进行去除，如蓝宝石衬底优选研磨减薄、激光剥离工艺去除，砷化镓基衬底通过湿法蚀刻进行去除。

接着，如图9所示，从第二导电性半导体层侧开始刻蚀半导体发光序列，直至露出部分第一电连接层的金属阻挡层108的第一部分和第二部分和分离区，第一部分的表面暴露，第一部分用于制作第一电极，第二部分表面用于制作第二电极。半导体发光序列的第二导电类型半导体层102表面可以进行粗化处理，以形成出光面，提高出光效率，至少出光面的顶部或侧壁可以形成透光性保护层，保护层可以是氧化硅、氮化硅等材料，以形成水汽或电绝缘保护。

制作第一电极113和第二电极114，第一电极113和第二电极114可以分别是单个，也可以分别是至少两个，并且第一电极113和第二电极114分别制作在第一电连接层的第一部分和第二部分表面，可以制作成同一高度，以利于后续的打线键合工艺。第二电极下方具有绝缘层的环状孔洞围绕独立的绝缘层1092，环状的绝缘层孔洞1091位置偏离第二电极竖直下方的中心位置。如图10所示的从半导体发光序列的出光面一侧俯视获得的结构示意图，第一电极113和第二电极114分别为一个。

最后通过分离工艺从半导体发光序列侧至支撑基板112形成侧壁和底部都完全分离的单一的半导体发光器件，所述的分离工艺是包括半导体发光序列、第一电连接层、绝缘层和第二电连接层的蚀刻工艺以及衬底的切割工艺。

实施例二

作为实施例一的一种替代方式，一种解决第二电极打线后下方出现空洞的结构设计，绝缘层109的孔洞形状为两个，如图11所示（图6的一种替代实施方式），两个孔洞具有一定的距离，所述的距离优选的大于等于第二电极下侧面的半径的一半，孔洞的总体面积与实施例一相同，两个孔洞之间的绝缘层区域（图中虚线框架部分大致范围）将用于提供对第二电极的主要的面支撑或全部支撑，即通过上述改变获得的最终结构中第二电极的竖直下方中间位置为绝缘层109，或进一步的竖直下方主要为绝缘层109或全部为绝缘层109。或者如图12（图9的一种替代实施方式）所示，所述的孔洞为四个，具有一定的距离，四个孔洞围成的中央位置（图中虚线框架位置）的区域的面积与第二电极与绝缘层相对的一侧的面的面积比至少为1/4或至少1/2或相等，孔洞围成的中央位置（图中虚线框架位置）将用于提供对第二电极的支撑或主要支撑，即第二电极的竖直下方中心位置为绝缘层，或进一步的竖直下方主要为绝缘层或全部为绝缘层。

实施例三

作为实施例一的一种替代方式，如图13所示，所述的基板212上还可以包括至少两个半导体发光序列，至少两个半导体发光序列电性串联但结构上至少是侧壁分离的半导体发光序列。每一个半导体发光序列包括第一导电类型半导体层204、发光层203和第二导电类型半导体层202。每一半导体发光序列的底部与基板212之间都具有单独的第一电连接层208和第二电连接层210，第一电连接层208和第二电连接层210通过绝缘层209进行绝缘隔离。作为第二电连接层210的一部分的键合层可用于基板212与第二电连接层210之间形成连接。为了实现串联，一个半导体发光序列的第一电连接层208与相邻的一个半导体发光序列的第二电连接层210进行连接，具体连接方式是在其中一个半导体发光序列的第一电连接层208下方的绝缘层进行开孔洞，相邻的一个半导体发光序列的第二电连接层210延伸至填充绝缘层孔洞中与相邻的一个半导体发光序列的第一电连接层208接触，实现相邻两个半导体发光序列串联。串联的第一个半导体发光序列的一侧具有与第一电连接层连接的第一电极213，串联的最后一个半导体发光序列具有与第二电连接层连接的第二电极214，第一电极213和第二电极214位于同一侧。

实施例四

本发明的半导体发光器件可以用于制作封装品或广泛运用的大电流需求的照明或显示领域，如背光、闪光灯等获得应用品。本实施例提供一种用于安装图9所述的半导体发光器件的封装结构，如图14所示，提供一封装基板301，封装基板301（为平面型或具有用于安装图9结构的凹部的封装体），封装基板301上具有导电线路层，图9的结构的基板下侧通过粘接剂安装至封装基板上。导电线路层至少为两个彼此绝缘的两部分302和303，用于第一电极113和第二电极114的外部打线连接，第一电极113和第二电极114的表面具有金属引线的打线端304，打线端304一般为球形或椭球形。打线端304通过金属引线连接至导电线路层上。图9的结构表面还可以用封装树脂或掺杂有荧光粉的封装树脂进行覆盖密封。

实施例五

作为对比例，本实施例的制作方法与实施例一不同之处在于：图15所示的结构为实施例一图6所示结构的替代方式，其中绝缘层的孔洞1091为一个，孔洞为柱状或两面侧面积不均匀的锥形，第二电连接层的第二部分填充在孔洞1091中。本实施例制作方法的其它工艺步骤与实施例一相同。获得的半导体发光器件如图16所示，第二电极014竖直下方的中心位置具有绝缘层中的孔洞，孔洞结构中填充有第二电连接层的第二部分，由于填充的不均匀，导致第二部分中出现很多的空洞。将本实施例的半导体发光器件制作形成如实施例四的封装结构，如图17所示，用外力打线在第二电极014上，第二电极014下方易出现坍塌，导致第二电极打线异常。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。