[发明专利]一种半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光器件及其制造方法。

背景技术

III-V族氮化物半导体材料广泛用于紫、蓝、绿和白光发光二极管，高密度光学存储用的紫光激光器，紫外光探测器，以及高功率高频电子器件。然而由于缺乏合适的衬底，目前高质量的GaN基材料膜通常都生长在蓝宝石或SiC衬底上，但是SiC衬底都比较昂贵，尺寸也比较小。GaN基材料膜以生长在蓝宝石衬底上最为普遍和应用最为成熟，但是蓝宝石衬底具有硬度高，不导电、导热性差等缺点。

由于蓝宝石衬底的绝缘性，发光二极管的芯片的P、N电极是采用共面电极的形式，P电极形成于P型层表面，N电极通过刻蚀到N型层面形成。电流需要经过通过两电极横向扩展到整个芯片，这种电流横向扩展容易引起电流的不均匀性，造成出光不均匀、电压上升以及器件性能降低。为了解决蓝宝石衬底电流扩展的问题，人们采用了透明电极，并设计了各种电极结构来尽量减小电流的不均匀性，但这些方法都会影响光的输出。

另外，蓝宝石衬底的低导热率增加了芯片的热阻，芯片温度的上升会使得芯片出光减少，影响器件的可靠性。为了克服上述缺点，人们将低导热绝缘的蓝宝石衬底剥离下来，然后将剥离衬底后的外延叠层转移到其它高导热衬底上，这样改善了LED的散热性能。但是为了降低电压，在制作N电极前，需要将高阻的缓冲层去除，这样既容易损伤芯片，又增加了工艺成本，并且N型层上覆盖的N电极，会挡住一部份出光，降低了出光效率。解决蓝宝石衬底GaN基LED芯片电流扩展不良以及散热性能不佳的问题，对于蓝宝石衬底GaN基LED的广泛应用有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效降低工作电压，提高出光效率和改善散热性能的半导体发光器件及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种半导体发光器件，其包括导电的替代衬底及通过金属层连接于替代衬底上的半导体外延叠层，该半导体外延叠层由上往下依次包含缓冲层、N型层、发光层和P型层，N型层内设有一导电体，其一端向上延伸露出缓冲层，并设有N型电极，其另一端与金属层之间设有绝缘介质层，替代衬底的下端设有P型电极，该导电体由小通孔及填充于小通孔内的导电物质构成，该导电体仅与缓冲层及N型层接触，绝缘介质层由尺寸略大于小通孔的大通孔及填充于大通孔内的绝缘介质构成，使导电体与发光层、P型层及金属层隔离。

该导电的替代衬底是Cu、Au、Pt、Ag、Ni、W、Cr、Al、Ti、Fe中的任一种金属材料，或是导电的半导体材料Si。

导电物质为Au、Ag、Al、Ti、Ni、Cu、ITO、Pt、AuSb、Cr、W中的一种金属或合金，或为导电树脂。

绝缘介质为SiO₂或Si_xN_y材料。

该金属层包括欧姆接触层及反射层，也包括焊料类的金属及合金。

该小通孔及大通孔的横截面呈圆形或方形。

另外，本发明还提供了一种半导体发光器件的制造方法，其步骤包括：

a.在外延生长用的衬底上沉积半导体外延叠层，该半导体外延叠层由下往上依次包括缓冲层、N型层、发光层和P型层；

b.通过干法刻蚀，部分半导体外延叠层区域被刻蚀直到外延生长的衬底，在上述部分半导体外延叠层区域的外围区域被刻蚀到N型层，并露出部分N型层，在被刻蚀的N型层中设有一导电体，该导电体一端与外延生长的衬底接触，另一端露出N型层；将剩余的通孔用绝缘材料填充，形成一个使导电体与发光层及P型层隔离的绝缘介质层，该导电体由小通孔及填充于小通孔内的导电物质构成，绝缘介质层由尺寸略大于小通孔的大通孔及填充于大通孔内的绝缘介质构成；

c.利用蒸镀工艺，在半导体外延叠层及绝缘介质上沿蒸镀金属层；

d.利用电镀或键合工艺，在金属层上沿形成导电的替代衬底；

e.利用激光剥离或者湿法刻蚀工艺，将外延生长用的衬底(1)去除，露出导电体，形成N电极。

完成金属化工艺后，划片封装，形成发光器件。

该半导体外延叠层由铝镓铟氮(In_xGa_yAl_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)材料形成。

外延生长用的衬底可以是蓝宝石衬底、Si衬底、碳化硅衬底、氧化锌衬底。