[发明专利]一种覆晶式半导体发光器件结构与其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光器件制造领域，具体涉及一种覆晶式半导体发光器件结构及其制作方法。

背景技术

近年来，为了提高III族氮化物基化合物半导体发光器件的发光功率和效率，发展了基于衬底转移的薄膜器件技术，例如在蓝宝石衬底上通过MOCVD沉积III族氮化物薄膜，然后把III族氮化物薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离方法去除；或者在SiC或者Si衬底上沉积III族氮化物薄膜，然后把III族氮化物薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把SiC或者Si衬底用化学腐蚀方法去除。

随着高功率LED和深紫外LED的大量开发，大家逐渐把目标重点转向覆晶式芯片（flip-chip）的开发。覆晶式芯片的封装之所以可以达到高发光效率，主要在于将结晶层置于下方，利用金属材料封装在基板上，所以能够有效率的把结晶层内的热量排除，而且因为不需要连接材料，所以稳定性也相对较高，可用于照明用的大电流、大型元件。

但是，半导体层不同界面均存在对光不同程度的反射和吸收。例如：GaN系结晶折射率较高，其在LED元件结晶内部发出的光并没有全部透出而是在内部产生反射，最终被材料所吸收产生热量；再者，通常发光二极管芯片需要使用有机材料进行封装，伴随著这种封装材料的热量出现，会导致光的质量出现劣化，产生光输出降低的问题。因此，如何减少光的吸收和提高散热效果成为提高外量子效率的重点。

发明内容

本发明提出一种覆晶式半导体发光器件结构及其制作方法，其在衬底与外延层之间具有光学匹配厚度的图形化散热空气夹层，可以达到增加透光和散热效果。

根据本发明的第一个方面，一种覆晶式半导体发光器件结构，包括：支撑基板；发光外延层位于所述支撑基板之上，依次由p型半导体层、发光活性层、n型半导体层、缓冲层构成；透光性生长衬底，位于所述发光外延层之上；一规则的图形化空气夹层，位于所述生长衬底与发光外延层之间，其具有光学匹配厚度。

优选地，所述发光活性层产生的光波长位于100nm～400nm。

优选地，所述空气夹层呈带状分布，其上分布有透镜结构。

优选地，所述空气夹层的厚度为所述发光活性层发光波长1/4的奇数倍。

优选地，所述生长衬底的厚度为50um～300um。

根据本发明的第二个方面，一种覆晶式半导体发光器件的制作方法，包含如下步骤： 1）提供一透光性生长衬底，在其上形成连续凹状图形，构成图形化生长衬底；2）在所述图形化生长衬底上形成一图形化过渡层，其将所述生长衬底上的凹状图形连接起来；3）在所述图形化生长衬底上依次外延生长缓冲层、n型半导体层、发光活性层、p型半导体层，构成发光外延层，其覆盖图形化的过渡层；4）在发光外延层上定义单个芯粒的大小和n电极区，蚀刻该区域的p型半导体层、发光活性层，直至暴露出n型半导体层；5）利用激光将发光外延层按每个芯粒图形切割至衬底，芯粒的侧面露出图形化过渡层；6）侧面蚀刻图形化过渡层，在发光外延层与所述生长衬底之间形成一空气夹层，其具有光学匹配厚度；7）分别在p、n型半导体层上形成电极；8）对所述生长衬底进行减薄处理，然后分割芯粒；9）提供支撑基板，将所述芯粒与所述支撑基板连结，形成覆晶式芯粒。

优选地，在所述生长衬底上制作凹透镜半球状结构，其具有聚光效果，其材料选用AlN单晶材料、蓝宝石或GaN。

优选地，所述过渡层为耐高温材料，其物态转变温度Tg大于800^oC，可选用SiO₂或者SiN；厚度可为50nm～500nm，最好控制在活性层发光波长1/4的奇数倍。

优选地，所述过渡层为带状分布，其上具有从图形化生长衬底转移而来的凹状图形。

优选地，所述发光外延层的材料为氮化镓基材料。