一种半导体发光元件的制作方法

本实用新型涉及一种半导体发光元件，属于半导体光电子器件与技术领域。

背景技术：

发光二极管(lightemittingdiode，简称led)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点，被认为是当前最具有潜力的光源之一。近年来，led已在日常生活中得到广泛应用，例如照明、信号显示、背光源、车灯和大屏幕显示等领域，同时这些应用也对led的亮度、发光效率提出了更高的要求。

现有的发光二极管包括水平类型和垂直类型。垂直类型的发光二极管通过把半导体发光系列转移到其它的基板如硅、碳化硅或金属基板上，并移除原外延生长的衬底的工艺获得，相较于水平类型，可以有效改善外延生长衬底带来的吸光、电流拥挤或散热性差的技术问题。衬底的转移一般采用键合工艺，键合主要通过金属-金属高温高压键合，即在半导体发光系列一侧与基板之间形成金属键合层。半导体发光系列的另一侧提供出光侧，出光侧配置有一打线电极提供电流的注入或流出，半导体发光序列下方的基板提供电流的流出或流入，由此形成电流垂直经过半导体发光序列的发光二极管。

为了提高出光效率，通常会在金属键合层的一侧设计金属反射层与电介质层形成odr反射结构，将金属键合层一侧的出光反射至出光侧，提高出光效率。图1公开了现有的一种具有全方位反射镜（omni-directionalreflector，简称odr）的发光二极管，其具体结构包括：基板100，键合层101，全方位反射镜，第一导电类型半导体层104，活性层105，第二导电类型半导体层106及一正面电极107和一相反电极108。其中，全方位反射镜包含一电介质层（如二氧化硅等）103和电介质层下方的金属反射层102。在现有结构中，为了能让电流导通，需在电介质层上开孔，使金属层与外延表面形成欧姆接触，保证电流扩散至背面电极，这使得全方位反射镜的有效反射面积减少，减少了光的反射，从而降低了出光量。

技术实现要素：

为了解决以上的问题，本实用新型通过对全方位反射镜进行设计，保证全方位反射镜的有效反射面积，增加半导体发光元件的出光量，提升半导体发光元件的发光亮度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种半导体发光元件，其包括半导体发光系列，所述半导体发光系列由下至上包括第一导电类型半导体层、第二导电类型半导体层和位于第一导电类型半导体层和第二导电类型半导体层之间的活性层；所述第一导电类型半导体层远离活性层一侧的表面具有由凹陷部和凸起部构成的凹凸图案，具有侧壁和由侧壁相连接的底表面和顶表面；电介质层，形成于所述凹凸图案之上，具有导电通孔；金属层，填充所述电介质层的导电通孔，通过凹陷部的部分侧壁与第一导电类型半导体层形成欧姆接触。

优选地，所述凹陷部的深度范围为1~3μm。

优选地，所述电介质层完全覆盖所述凹凸图案的底表面和顶表面。

优选地，所述电介质层为至少一层，为氮化物、氧化物或氟化物中至少一种材料组成。

优选地，所述金属层至少包括金属反射层。

更优选地，所述金属层为ag、ni、al、rh、pd、ir、ru、mg、zn、pt、au以及hf中的至少一种的金属或者合金形成。

优选地，所述金属反射层和所述电介质层形成odr反射结构，将半导体发光系列发出的光反射至出光侧。

优选地，所述电介质层位于所述凹陷部的内部的部分具有倾斜的侧壁。

优选地，所述金属层通过所述凹陷部的远离半导体发光系列中心的侧壁与所述第一导电类型半导体层形成欧姆接触。

优选地，所述凹陷部分布于所述半导体发光系列表面的中间区域和周边区域，其中在中间区域的凹陷部的尺寸大于周边区域的尺寸。

更优选地，所述电介质层位于所述半导体发光系列中间区域的凹陷部内的部分，侧面均为倾斜的。

更优选地，所述电介质层位于所述半导体发光系列周边区域的凹陷部内的部分，靠近所述半导体发光系列的边缘的侧面为倾斜的。

优选地，还包括一正面电极，位于第二导电类型半导体层的上部并与第二导电型半导体层电性连接，其在所述半导体发光系列的投影与所述半导体发光系列的中间区域的凹陷部重合。

优选地，还包括一相反电极与金属层电性连接。

更优选地，所述金属层下方具有基板，所述基板为导电型基板，基板位于相反电极与金属层之间。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为一种现有半导体发光元件的结构示意图。

图2为本实用新型实施例一中所述半导体发光元件的剖面示意图。

图3为本实用新型实施例一中所述半导体发光系列的剖面示意图。

图4为本实用新型实施例一中所述半导体发光系列表面的凹凸图案的示意图。

图5为本实用新型实施例一中所述凹凸图案上覆盖电介质层后的剖面示意图。

图6为本实用新型实施例一中半导体发光元件的电流路径的示意图。

图中各标号表示如下：

100：基板；101：键合金属层；102：金属反射层；103：电介质层；103a：电介质层位于凸起部上的部分；103b：电介质层位于凹陷部内的部分；103a：电介质层位于凹陷部内的倾斜侧壁；300a：半导体发光序列表面中间区域；300b：半导体发光序列周边区域；104：第一导电类型半导体层；105：活性层；106：第二导电类型半导体层；211：凹凸图案的顶表面；212：凹凸图案的侧壁；213：凹凸图案的底表面；212a：欧姆接触面；107：正面电极；108：相反电极；200：凹凸图案；210：凹陷部；220：凸起部；210a：半导体发光序列中间区域的凹陷部；210b：半导体发光序列周边区域的凹陷部；500：导电通道。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本实用新型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。

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实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型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。

本实用新型提供如下一种半导体发光元件，如图2所示的剖面示意图，其包括如下堆叠层：100：基板；101：金属键合层；102：金属反射层；103：电介质层；104：第一导电类型半导体层；105：活性层；106：第二导电类型半导体层；107：正面电极；108：相反电极。

下面对各结构堆叠层进行详细的描述。

所述基板100为导电性基板，导电性基板可以为硅、碳化硅、金属基板，金属基板优选为铜，钨、钼基板。基板100可以具有大约50μm至大约300μm的厚度。

金属层按照功能划分可以为单层或至少两层，更优选的为至少两层功能层，其中至少一层按照功能可以定义为金属键合层101。该金属键合层101为将半导体发光序列一侧粘附到基板100上时使用的键合金属材料，如金、锡、钛、镍、铂等金属，该键合金属层本身可以是多层材料组合。金属层中还可以包括在金属键合层101上侧并更靠近半导体发光序列的金属反射层102，金属反射层102可以由包含ag、ni、al、rh、pd、ir、ru、mg、zn、pt、au以及hf中的至少一个的金属或者合金形成。该金属反射层102能够反射半导体发光序列朝向基板100一侧辐射的光线返回至半导体发光序列，并从出光侧辐射出去。

电介质层103位于所述第一导电类型半导体层104的远离活性层105的一侧，电介质层103可以由具有小于金属反射层102的导电性的绝缘性材料、具有低导电性的材料、或者肖特基接触第一导电类型半导体层104的材料形成。例如，电介质层103可以由氟化物、氮化物或氧化物等至少之一组成，具体的如zno、sio2、siox、sioxny、si3n4、al2o3、tiox、mgf或gaf等至少一个形成。电介质层103为至少一层组成或多层不同折射率的电介质层材料组合形成，所述的电介质层103更优选的为透光电介质层，至少50%的光线能够通过该电介质层。更优选的，所述电介质层103的折射率低于半导体发光序列的折射率。

半导体发光序列为通过mocvd或其它的生长方式获得的半导体垒晶叠层，为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料，具体的可以是200~950nm的材料，如常见的氮化物，具体的如氮化镓基半导体垒晶叠层，氮化镓基垒晶叠层常见有掺杂铝、铟等元素，主要提供200~550nm波段的辐射；或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体垒晶叠层，主要提供550~950nm波段的辐射。半导体发光序列主要包括第一导电类型半导体层104、第二导电类型半导体层106和位于第一导电类型半导体层104和第二导电类型半导体层106之间的活性层105。所述第一导电类型半导体层104和第二导电类型半导体层106可分别通过n型掺杂或p型掺杂以实现至少分别提供电子或空穴的材料层。n型半导体层可以掺杂有诸如si、ge或者sn的n型掺杂物，p型半导体层可以掺杂有诸如mg、zn、ca、sr或者ba的p型掺杂物。第一导电类型半导体层104、活性层105、第二导电类型半导体层106具体可以是铝镓铟氮、氮化镓、铝镓氮、铝铟磷、铝镓铟磷或砷化镓或铝镓砷等材料制作形成。第一导电类类型半导体层104或第二导电类型半导体层106中包括提供电子或空穴的覆盖层，以及可以包括其它层材料如电流扩展层、窗口层或欧姆接触层等，根据掺杂浓度或组分含量不同进行设置为不同的多层。活性层105为提供电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，活性层105可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。通过调整活性层105中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同波长的光。

如图3所示，在本实施例中，第一导电类型半导体层104的下表面具有一系列由凹陷部210和凸起部220构成的凹凸图案200，具有侧壁212及由该侧壁212相连接的顶表面211和底表面213。如图4所示，第一导电类型半导体层的下表面划分为中间区域300a和周边区域300b，中间区域300a为该半导体发光系列的中间区域，其一般占表面积的五分之一到二分之一为佳，周边区域300b为除中间区域300a以外的部分。凹陷部210分布于半导体发光系列的中间区域300a和周边区域300b，其中位于中间区域的凹陷部210a的尺寸大于位于周边区域的凹陷部210b的尺寸。所述电介质层103形成于第一导电类型半导体层104表面的凹凸图案200上，完全覆盖凹凸图案200的顶表面211和底表面213和/或部分侧壁212。如图5所示，所述电介质层103位于凹陷部内210的部分具有至少一个倾斜的侧壁103a，并在各个凹陷部210内预留至少部分侧壁212a用于作欧姆接触。在本实施例中，所述电介质层103位于半导体发光序列中间区域300a的凹陷部内的部分，侧面均倾斜，位于半导体发光序列周边区域300b的凹陷部内的部分，靠近半导体发光序列边缘的侧面均倾斜；该预留的侧壁212a（即欧姆接触面）远离半导体发光序列的中心点。所述电介质层103还具有一系列的导电通道500，其通过前述预留的侧壁212a与第一导电类型半导体层104连接。金属反射层103完全覆盖所述电介质层103，并填充该导电通道500以与第一半导体层104形成欧姆接触。所述电介质层103在半导体发光系列的投影占满整个半导体发光序列的表面，所述电介质层103和金属反射层102构成全方位反射镜。所述全方位反射镜可保证有效的反射面积，提升半导体发光元件的出光量，提升半导体发光元件的发光亮度。

所述半导体发光元件还包括一正面电极107和一相反电极108。所述正面电极107配置在半导体发光系列的出光侧上。正面电极107主包括焊盘部分，该焊盘部分主要用于正面电极封装时外部打线。正面电极的焊盘可以根据实际的打线需要设计成不同的形状，具体如圆柱状或方块或其它的多边形。作为一个优选的实施方式，正面电极107包括从焊盘延伸的延伸部分，该延伸部分可以以预定的图案形状被形成，并且延伸部分可以具有各种形状，具体的如条状。

本实施例中所述相反电极108形成在基板100面侧，本实施例的基板100为导电性基板，正面电极107与相反电极108形成在基板100的两面侧，以实现电流垂直流过半导体发光序列，提供均匀的电流密度。

正面电极109和相反电极110优选为金属材料制成。正面电极109至少焊盘部分以及延伸部分还可以包括实现与半导体发光序列之间形成良好的欧姆接触的金属材料。

还可在第二导电类型半导体层106和正面电极107之间设置一电流阻挡层（图中未视出），具有较高的电阻值，可阻挡电流直接流过正面电极107下表面，以减少光被正面电极107下表面所吸收，电流阻挡层的材料包含但不限于有机材料、介电材料，例如氧化铝(al2o3)、氮化硅(sinx)、氧化硅(sio2)、氧化钛(tio2)，或上述材料的组合。

图6示意了本实施例所示半导体发光元件的电流路径，当在该半导体发光元件的正面电极、相反电极接入外部电源时，电流通过相反电极108进入金属反射层102，并通过凹陷部中预留的侧壁212a（即欧姆接触面）在垂直方向上注入第一导电类型半导体层104。在本实施例中，通过在半导体发光序列的表面形成凹凸图案，并通过凹凸图案的侧壁与金属反射层103形成欧姆接触，一方面保证了全方位反射的有效反射面积，进一步的，在凹陷部内设置倾斜的反射面（即金属反射层102与电介质层103的接触面），再次增加了odr的有效反射面积；另一方面将欧姆接触面212a设置为远离发光外延叠层中心点，可以保证电流尽量从半导体发光序列的周边区域均匀注入，保证了半导体发光序列的电流的均匀性，有效提升该半导体发光序列的内量子效率。

需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非用于限定本实用新型，本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对本实用新型做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应视权利要求书范围限定。