一种半导体发光元件的制作方法

涉及一种半导体发光元件，更涉及一种用于促进侧面发光的大功率半导体元件。

背景技术：

半导体发光器件包括发射光的材料。例如，发光二极管(LED)是利用与半导体结合的二极管，将电子和空穴的复合产生的能量转换成光并发射光 的器件。半导体发光器件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。在半导体结结构中，可通过电子和空穴在两种类型的半导体的结区域处的复合而发射光，并且还在两种类型的半导体之间形成活性层，以激发光发射。根据用于半导体层的电极的位置，半导体结发光器件具有垂直结构和水平结构。水平结构包括正装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，传统的正装结构和垂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电极都设置在发光半导体序列出光面的背面侧，并通过发光半导体序列的背面侧设置贯穿孔穿过发光层至发光半导体序列的出光侧，其中一个电极延伸至贯通孔的出光侧以实现电性连接，在电极不遮挡出光的情况下，保证了大电流的良好扩展。发光半导体序列的背光侧通常会设计金属反射层，金属反射层将光反射回发光半导体序列的出光侧出光。然而反射层反射回来的光线会导致光的吸收，出光效率会降低，特别是大电流密度下这种出光效率降低会更加严重。

技术实现要素：

为了进一步促进大电流密度下的出光效率，本实用新型提供如下结构:一种半导体发光元件，包括如下层叠顺序的多层结构：反射层、透明支撑衬底、透明键合层、第二透明欧姆接触层、绝缘层、第一透明欧姆接触层和发光半导体序列。

发光半导体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，若干个孔开启于第一导电类型半导体层侧并延伸穿过发光层至暴露第二导电类型半导体层。

第一透明欧姆接触层包括一部分覆盖第一导电类型半导体层一侧并形成电接触，包括另一部分用于安装外部连接与发光半导体序列同侧的第一电极。

第二透明欧姆接触层包括一部分延伸至孔的底部与第二导电类型半导体层接触，包括另一部分用于安装外部连接与第一电极同侧的第二电极。

绝缘层延伸至孔中用于第二透明欧姆接触层与孔的侧壁绝缘。

所述的透明支撑衬底为绝缘衬底，绝缘衬底可以氧化铝、石英或玻璃的绝缘衬底。透明支撑衬底的厚度一般介于80~150μm。

所述的透明键合层为绝缘树脂或绝缘无机化合物，所述的绝缘树脂可以是BCB(benzocyclobutene，苯并环丁烯)树脂或环氧树脂等透明黏著性物质材料。所述的绝缘无机化合物可以无机氧化物或氮化物如氧化硅、氧化锌、氧化铝或氧化钛等材料的至少一种，或相互层叠的多种材料。

所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层为导电金属氧化物。具体的所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层的材料是为了保证良好的欧姆接触和电流扩展，具体的可以是ITO或GZO或其它导电的透明无机氧化物。所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层厚度可以是10nm~200nm之间。

所述发光半导体序列为AlxGayIn1-x-yN基发光序列，x=0~1，y=0~1，所述的发光半导体序列能够提供的发光区域为200~550nm，所述的发光半导体序列通过生长衬底外延生长而成，所述外延生长方式可以是MOCVD或LPE或PVCVD等方式。

所述的反射层为金属或DBR，所述的反射层对所述发光半导体序列通过透明欧姆接触层、绝缘层、透明键合层、透明支撑衬底到达底部的辐射进行反射，反射率至少可以是50%以上的反射，所述的反射层可以是银、金或铝或Pt等金属，也可以是DBR等氧化物或氮化物等构成的，具体的如氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化锌等折射率不同的材料重叠形成。

第一透明欧姆接触层与第二透明欧姆接触层之间的绝缘层为氧化物或氮化物，具体的可以是氮化硅、氧化硅、氧化锌等材料。

本实用新型同时提供如下一种用于高压的半导体发光元件，其包括如下层叠顺序的多层结构：反射层、透明支撑衬底、透明键合层、多个分离的但电性串联的发光半导体序列，每一个分离的发光序列与透明键合层之间具有第二透明欧姆接触层、绝缘层、第一透明欧姆接触层。

多个分离的发光半导体序列的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，若干个孔开启于第一导电类型半导体层侧并延伸穿过发光层至暴露第二导电类型半导体层。

串联的第一个的发光半导体序列下方的第一透明欧姆接触层包括一部分覆盖第一导电类型半导体层一侧并形成电接触，包括另一部分安装用于外部连接并与发光半导体序列同侧的第一电极。

串联的最后的发光半导体序列第二透明欧姆接触层包括一部分延伸至孔的底部与第二导电类型半导体层接触，包括另一部分被安装用于外部连接并与发光半导体序列同侧的第二电极。每一个发光半导体序列下方的绝缘层延伸至孔中用于第二透明欧姆接触层与孔的侧壁绝缘。

任意一个发光半导体序列通过第二透明欧姆接触层延伸穿过绝缘层与相邻的另一个发光半导体序列的第一透明欧姆接触层接触实现串联。

通过第一透明欧姆接触层、绝缘层、第二透明欧姆接触层、透明键合层、欧明支撑衬底和反射层可以有效提高大电流下的侧面出光、减少发光半导体序列的二次吸光作用，提高总体的发光效率。

附图说明

附图1-4为实施例一的半导体发光元件的结构示意图；

附图5-6为实施例二的半导体发光元件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的发光二极管结构进行详细的描述，借此对本实用新型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，本实用新型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实用新型的保护范围之内。

实施例一

本实施例提供如下一种半导体发光元件，包括如下层叠顺序的多层结构：反射层、透明支撑衬底、透明键合层、第二透明欧姆接触层、绝缘层、第一透明欧姆接触层和发光半导体序列;

发光半导体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，若干个孔开启于第一导电类型半导体层侧并延伸穿过发光层至暴露第二导电类型半导体层；

第一透明欧姆接触层包括一部分覆盖第一导电类型半导体层一侧并形成电接触，包括另一部分用于安装外部连接并与发光半导体序列同侧的的第一电极；

第二透明欧姆接触层包括一部分延伸至孔的底部与第二导电类型半导体层接触，包括另一部分用于安装外部连接并与第一电极同侧的第二电极；

绝缘层延伸至孔中用于第二透明欧姆接触层与孔的侧壁绝缘。

所述的透明支撑衬底为绝缘衬底，绝缘衬底可以氧化铝、石英或玻璃的绝缘衬底。

所述的透明键合层为绝缘树脂或绝缘无机化合物，所述的绝缘树脂可以是BCB(benzocyclobutene，苯并环丁烯)树脂或环氧树脂等透明黏著性物质材料。所述的绝缘无机化合物可以无机氧化物或氮化物如氧化硅、氧化锌、氧化铝或氧化钛等材料的至少一种，或相互层叠的多种材料。

所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层为导电金属氧化物。具体的所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层的材料是为了保证良好的欧姆接触和电流扩展，具体的可以是ITO或GZO或其它导电的透明无机氧化物。所述的第一透明欧姆接触层或第二透明欧姆接触层厚度可以是10nm~200nm之间。透明支撑衬底的厚度一般介于80~150μm。

所述发光半导体序列为AlxGayIn1-x-yN基发光序列，x=0~1，y=0~1，所述的发光半导体序列能够提供的发光区域为200~550nm，所述的发光半导体序列通过生长衬底外延生长而成，所述外延生长方式可以是MOCVD或LPE或PVCVD等方式。

所述的反射层为金属或DBR，所述的反射层对所述发光半导体序列通过透明欧姆接触层、绝缘层、透明键合层、透明支撑衬底到达底部的辐射进行反射，反射率至少可以是50%以上的反射，所述的反射层可以是银、金或铝或Pt等金属，也可以是DBR等氧化物或氮化物等构成的，具体的如氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化锌等折射率不同的材料重叠形成。

第一透明欧姆接触层与第二透明欧姆接触层之间的绝缘层为氧化物或氮化物，具体的可以是氮化硅、氧化硅、氧化锌等材料。

如上结构通过如下制备方法获得：

首先获得外延结构，如图1所示首先提供一种半导体外延层，所述半导体外延层包括生长衬底101、发光半导体序列，生长衬底101可以是外延生长衬底如蓝宝石、硅等或其它的可以用于生长发光半导体序列的衬底，本实施例优选蓝宝石。

所述发光半导体序列包括第二导电类型半导体层104、发光层103和第二类型导电性半导体层102，第一导电类型和第二导电类型分别是N型或P型，N型掺杂一般是硅掺杂，P型掺杂一般是镁掺杂以形成不同的导电性；所述的发光半导体序列的第二导电类型半导体层104、发光层和第二类型导电性半导体层102为AlxGayIn1-x-yN基半导体层材料制成，x=0~1，y=0~1，发光层的材料的成分的调整可以满足发光波长介于200~550nm之间的深紫外、紫外、蓝光或绿光，为了实现发光半导体序列与生长衬底之间的晶格匹配、生长衬底的去除，可以选择在生长衬底上优先生长缓冲层、过渡层或蚀刻截止层等。

如图2所示，然后在发光半导体序列一侧开孔，所述的孔的开口位于第一导电类型半导体层104侧，并且孔穿过发光层103延伸至第二导电类型半导体层102中，所述的孔的数量为2~50000个，相邻孔中心线之间的距离为5~500μm，孔的面积为1~100μm，所述的孔的总面积占第一导电性半导体层104的面积的比例为0.5~20%，更优选的，所述的孔的总面积介于2~10%；制作第一透明欧姆接触层106，第一透明欧姆接触层106覆盖在第二导电类型半导体层104侧，与第一导电类型半导体层104电性连接；所述第一透明欧姆接触层106可以是单层或多层透明导电化合物，透明导电化合物可以是透明导电氧化物，如ITO、GZO等，用于第二导电类型半导体层104一侧的电流欧姆接触以及电流扩展；透明导电氧化物的折射率低于发光半导体序列，透明导电氧化物的透光性促使发光半导体序列的辐射透过相当一部分，不会经过反射重新到发光半导体序列发生二次吸收；所述的第一透明欧姆接触层106通过溅射镀或蒸镀等工艺实现，为了保证良好的欧姆接触以及电流扩展特性，厚度为10nm~200nm；在第一透明欧姆接触层106形成之前也可以优选额外设置一层钝化层105，钝化层105可以是氮化物或氧化物，如氧化硅或氮化硅等。该钝化层105形成在第一导电类型半导体层侧104并进行多个开口以暴露第一导电类型半导体层104，然后形成第一透明欧姆接触层106在钝化层105上并覆盖至与开口内的第一导电类型半导体层104接触，钝化层多个开口的设置保证第一欧姆接触层从多处与第一导电类型半导体层104之间形成良好的欧姆接触以保证均匀的电流扩展。

然后制作绝缘层107覆盖孔的底部、孔的侧壁以及第一透明欧姆接触层106侧，所述的绝缘层107通过CVD工艺制作，绝缘层107的材料为氧化物或氮化物如氧化硅或氮化硅；所述的绝缘层107在第一透明欧姆接触层106侧的厚度为100nm~5000nm。绝缘层107的厚度根据实际的绝缘效果进行选择，并通过蚀刻工艺去除部分绝缘层107以露出孔的底部。

然后制作第二透明欧姆接触层108覆盖绝缘层107，并延伸至孔的底部与第二导电类型半导体层102直接接触，第二透明欧姆接触层108与第一透明欧姆接触层106的材料可以相同也可以不同，厚度为10nm~200nm。第二透明欧姆接触层108延伸至孔的底部并且至少覆盖孔的侧壁，但可以是未填充满孔的形式。

然后制作透明键合层109，透明键合层109为覆盖第二透明欧姆接触层108表面，也可以深入填充到孔中，键合层的表面尽量平整。透明键合层109为绝缘树脂或绝缘无机化合物，所述的绝缘树脂可以是BCB(benzocyclobutene，苯并环丁烯)树脂或环氧树脂等透明黏著性物质材料，键合的方式可以使加热固化的方式，实现温度为200~400℃。所述的绝缘无机化合物可以无机氧化物或氮化物如氧化硅、氧化锌、氧化铝或氧化钛等材料的至少一种，或相互层叠的多种材料，所述的绝缘无机化合物为高温高压键合。

键合透明支撑衬底110，键合之前透明键合层109也可以覆盖在透明支撑衬底110上，所述的透明支撑衬底的材料可以是绝缘支撑衬底，绝缘衬底可以氧化铝、石英或玻璃的绝缘衬底，所述的透明支撑衬底对发光半导体序列辐射的光具有透光性，透光率至少50%。

然后去除生长衬底101，生长衬底101根据材质可以选择激光剥离、湿法蚀刻、干法蚀刻或研磨等工艺进行去除，如蓝宝石衬底优选激光剥离，露出第二导电类型半导体层102。

如图3所示，从第二导电类型半导体层102侧进行厚度方向的蚀刻，蚀刻至以露出部分第一透明欧姆接触层106制作第一电极的位置以及蚀刻至露出第二透明欧姆接触层108制作第二电极的位置，制作第一电极112和第二电极113可以同时或不同时进行，第一电极112和第二电极113的材料可以相同也可以不同，第一电极112或第二电极113的材料可以是Pt、Cr、Al、Ni、Au等至少一种金属材料。 第一电极112或第二电极113还可以包括与第一透明欧姆接触层106或第二透明欧姆接触层107之间的欧姆接触金属，以降低接触欧姆电阻；所述的第二导电类型半导体层102侧作为出光侧可以根据需要进行粗化处理，粗化处理以提高出光效率。

然后在衬底背面镀金属或DBR以形成反射层114，所述的镀金属可以是蒸镀或电镀或化学镀，所述的DBR可以是CVD的方式形成，本实施例优选DBR反射层，更优选的是氧化铝和氧化硅相互重叠形成DBR结构。最后分离形成单一的半导体发光元件。

实施例二

实施例一的第一透明欧姆接触层、绝缘层、第二透明欧姆接触层、透明键合层、透明支撑衬底和反射层结构同样适用于高压的半导体发光元件，具体如下：

如图5所示，一种半导体发光元件，其包括如下层叠顺序的多层：反射层211、透明支撑衬底210、透明键合层209、多个分离的但电性串联的发光半导体序列（401，402），每一个分离的发光半导体序列与透明键合层之间包括如下层叠顺序的多层：第二透明欧姆接触层206、绝缘层207、第一透明欧姆接触层208；

多个分离的发光半导体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，若干个孔开启于第一导电类型半导体层204侧并延伸穿过发光层至暴露第二导电类型半导体层202；

串联的第一个的发光半导体序列下方的第一透明欧姆接触层206包括一部分覆盖第一导电类型半导体层一侧204并形成电接触，包括另一部分安装用于外部连接并与发光半导体序列同侧的第一电极212；

串联的最后的发光半导体序列第二透明欧姆接触层208包括一部分延伸至孔的底部与第二导电类型半导体层202接触，包括另一部分被安装用于外部连接并与发光半导体序列同侧的第二电极203；每一个发光半导体序列下方的绝缘层207延伸至孔中用于第二透明欧姆接触层208与孔的侧壁绝缘；

其中一个发光半导体序列通过第二透明欧姆接触层208部分延伸穿过绝缘层207与相邻的另一个发光半导体序列的第一透明欧姆接触层206接触实现串联。

串联的第一个发光半导体序列设置有外部连接的第一电极212，其与第一个发光半导体序列第一导电类型半导体层204电性连接，其可以直接形成在暴露的第一透明欧姆接触层206上，串联的最后一个发光半导体序列外部序列设置有外部连接的第二电极213，其与最后一个发光半导体序列的第二导电类型半导体层202电性连接，其可以直接形成在暴露的第二欧姆欧姆接触层208上。

其中每一个发光半导体序列、第一透明欧姆接触层206、绝缘层207、第二透明欧姆接触层208、透明键合层209、透明支撑衬底210和反射层211的材料可与实施例一相同，并且制备工艺也是一致的。

所述的分离的发光半导体序列的含义是，在发光元件上，每一个发光半导体序列在厚度方向底部、顶部以及侧面都没有共用的半导体层材料。

每一个发光半导体序列中，第一透明欧姆接触层206与第一导电类型半导体层202之间可以设置额外的一层钝化层205，钝化层205可不延伸至孔中，钝化层205具有多个暴露第一导电类型半导体层202的开口，第一透明欧姆接触层206覆盖开口以实现与第一导电类型半导体层202接触实现欧姆接触和均匀的电流扩展。

为了进一步说明两个发光半导体序列401和402之间的串联连接方式，如图6所示的图5曲线框处的局部放大图，相邻的两个发光半导体序列401和402下方的第一透明欧姆接触层206之间是彼此绝缘断开的，具体的绝缘材料可以是钝化层205，当然也可以是绝缘层207填充，串联的其中一个发光半导体序列通过第二透明欧姆接触层208延伸穿过绝缘层207与相邻的另一个发光半导体序列的第一透明欧姆接触层206接触实现串联，具体的为第二透明欧姆接触层208延伸穿过绝缘层207的开口至与相邻的一个发光序列的第一透明欧姆接触层206接触以实现串联。

通过第一透明欧姆接触层、绝缘层、第二透明欧姆接触层、透明键合层、欧明支撑衬底和反射层可以有效提高大电流下的侧面出光、减少发光半导体序列的二次吸光作用，提供总体的出光效率。

本实用新型的结构可以通过封装制作为封装品，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。

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