一种大功率半导体发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种大功率半导体发光器件及其制备方法，属于半导体光电子领域。依次包括外延层、导电功能层、设有开孔的第一绝缘层、金属层、P电极、N电极以及第二绝缘层；金属层包括相互绝缘分离的内环与外环，P电极位于金属层的内环上，并通过导电功能层与外延层内的P型半导体层导通；外延层内开设有N型导电开孔，N电极位于金属层的外环上，金属层的外环进入到N型导电开孔中与N型半导体层导通。各膜层位于P、N电极正下方的区域均厚度均匀且平整，将金属层设计为内环与外环，既保证了P、N电极底部的膜层一致，使得电流的传导更加充分、均匀，还避免了P电极与N电极的高度差，实现焊接平整度需求高的车规级产品。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率半导体发光器件及其制备方法
本专利技术属于半导体光电子领域，更具体地，涉及一种大功率半导体发光器件及其制备方法。
技术介绍
发光二极管，也称LED芯片，为了避免正装LED芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率，芯片研发人员设计了倒装结构，即把正装芯片倒置，使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出(衬底最终被剥去，芯片材料是透明的)，同时，针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构，从而，整个芯片称为倒装LED芯片(FlipChip)，该结构在大功率芯片较多用到。倒装LED芯片的优点在于：一是没有通过蓝宝石散热，可通大电流使用；二是尺寸可以做到更小，光学更容易匹配；三是散热功能的提升，使芯片的寿命得到了提升；四是抗静电能力的提升；五是为后续封装工艺发展打下基础。应用于汽车车灯，则对LED芯片提出更高的要求，例如高功率、高稳定性、高散热性、高电稳定性等，然而常规的倒装LED芯片由于导电区域刻蚀开孔，导致电极表面不平整，共晶焊接时出现焊接间隙空洞，影响可靠性和散热性，同时由于车规级芯片使用功率较高，电极表面的空洞导致局部电压过高而击穿芯片，影响芯片的电稳定性。针对这个问题，现有技术中通常采用物质填充的方法，将P型和N型电极填平到同一高度，但是，一般的填充工艺实施起来有两个问题：1、N、P型电极相应的导电区域刻蚀深度、填充膜层的生长厚度在生产过程中会存在误差波动，而这个波动就会使P型和N型两处焊盘的高度难以做到完全等高；2、整个芯片制作过程中，N型导电区域位置附近的P型导电区域上存在电流扩展层、反射层、阻挡层、钝化层的镀膜末端，这些膜层均存在高度差，N型电极势必会受到高度差影响；而且，各相邻膜层的高度差填充时需要先使用黄光工艺做图形转移，每一道都要精准对位，对于传统的倒装LED芯片结构，至少需要多出来五道填充工艺，同时填充时的膜厚需要精准控制，成本上和最终的效果均不能很好把控。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种大功率半导体发光器件，其目的在于解决现有技术中P、N电极表面不平整、存在高度差而导致电流传导不均匀、散热性较差、固晶效果差等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种大功率半导体发光器件，依次包括外延层、导电功能层、设有开孔的第一绝缘层、金属层、P电极、N电极以及第二绝缘层，所述外延层、导电功能层、第一绝缘层以及金属层位于所述P电极、所述N电极正下方区域对应的每一层均厚度均匀且平整；所述金属层包括相互绝缘分离的内环与外环，所述金属层的内环通过所述第一绝缘层与所述导电功能层接触，所述P电极位于所述金属层的内环上，并通过所述导电功能层与所述外延层内的P型半导体层导通；所述外延层的四周边缘处开设有多个从P型半导体层延伸到N型半导体层的N型导电开孔，所述金属层的外环通过所述第一绝缘层、所述N型导电开孔与所述外延层内的N型半导体层接触，所述N电极位于所述金属层的外环上，以与所述N型半导体层导通。通过上述技术方案，将P电极与N电极均设置在金属层的上表面，并将金属层设计为内环与外环，使N型半导体层能与N电极导通，P型半导体层能与P电极导通，从芯片本身的结构上改进，避免了P电极与N电极的高度差，能实现焊接平整度需求高的车规级产品，发挥倒装结构无金线芯片级封装的优势。N型导电开孔设置在四周边缘处，P电极、N电极正下方区域的各膜层厚度均匀且平整，避免了在P电极、N电极的正下方形成台阶，从而保证了P电极与N电极底部的膜层一致，可以使得电流的传导更加充分、均匀。本专利技术的第二个方面，提供了一种大功率半导体发光器件的制备方法，用于制备上述大功率半导体发光器件，包括以下步骤：S10，处理外延层，在外延层的四周边缘处刻蚀开设多个从P型半导体层上延伸到N型半导体层的N型导电开孔，在外延层上表面制备导电功能层；S20，在导电功能层上沉积第一绝缘层，对第一绝缘层刻蚀开孔，然后在所述第一绝缘层上沉积金属层，在第一绝缘层刻蚀开孔的基础上将金属层对应地刻蚀成相互绝缘分离的内环与外环，使得所述金属层的内环通过所述导电功能层与所述外延层内的P型半导体层导通，所述金属层的外环直接与所述外延层内的N型半导体层导通。S30，在所述金属层的内环上制作P电极，在所述金属层的外环上制作N电极。上述制备方法在形成大功率半导体发光器件时，可以很好地把控P、N电极底部各膜层厚度，工序少、工艺难度低，生产成本低。附图说明图1是芯片的俯视结构图；图2是沿图1中A-A线的剖视图；图3是外延层的示意图；图4是对外延层处理后的示意图；图5是在外延层上设置导电功能层后的示意图；图6是在导电功能层上设置第一绝缘层后的示意图；图7是在第一绝缘层上设置金属层后的示意图；图8是第一绝缘层的俯视示意图；图9是金属层的俯视示意图。图中，1、外延层；10、衬底；11、N型半导体层；12、有源层；13、P型半导体层；14、N型导电开孔；2、导电功能层；21、电流扩展层；22、反射层；23、阻挡层；3、第一绝缘层；31、小孔；32、环孔；4、金属层；41、中间金属区；5、第二绝缘层；51、P电极；52、N电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1和图2所示，本专利技术提出一种大功率半导体发光器件，依次包括外延层1、导电功能层2、设有开孔的第一绝缘层3、金属层4、第二绝缘层5、位于所述第二绝缘层5内并与所述金属层4直接导通的N电极52和P电极51。外延层1为在蓝宝石生长衬底10上依次生长出的生长缓冲层（附图省略）、N型半导体层11、有源层12、P型半导体层13；导电功能层2为依次设置在P型半导体层13上表面的电流扩展层21、反射层22、阻挡层23。第一绝缘层3设置在阻挡层23的上表面，且第一绝缘层3的边缘处依次包覆在阻挡层23、反射层22、电流扩展层21、P型半导体层13、有源层12、N型半导体层11的两端。具体地，N型半导体层11、有源层12、P型半导体层13、电流扩展层21、反射层22、阻挡层23、第一绝缘层3、金属层4位于P电极51和N电极52正下方区域对应的每一层均厚度均匀且平整，每一层位于P电极51和N电极52正下方的区域均没有台阶形成，因此，可以保证最终形成的整体高度平整，且不受限于工艺水准，可以保证电极正下方各膜层沉积均匀无空洞断层。金属层4包括相互绝缘分离的内环与外环，金属层4的内环通过开孔的第一绝缘层3与导电功能层2中的阻挡层23接触，P电极51位于金属层4的内环上，并通过与阻挡层23导通从而与P型半导体层13导通；如图3和图4所示，外延层1内开设有多个从P型半导体层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率半导体发光器件，其特征在于，依次包括外延层、导电功能层、设有开孔的第一绝缘层、金属层、P电极、N电极以及第二绝缘层，所述外延层、导电功能层、第一绝缘层以及金属层位于所述P电极、所述N电极正下方区域对应的每一层均厚度均匀且平整；/n所述金属层包括相互绝缘分离的内环与外环，所述金属层的内环通过所述第一绝缘层与所述导电功能层接触，所述P电极位于所述金属层的内环上，并通过所述导电功能层与所述P型半导体层导通；/n所述外延层的四周边缘处开设有多个从P型半导体层延伸到N型半导体层的N型导电开孔，所述金属层的外环通过所述第一绝缘层、所述N型导电开孔与所述N型半导体层接触，所述N电极位于所述金属层的外环上，以与所述N型半导体层导通。/n

【技术特征摘要】
1.一种大功率半导体发光器件，其特征在于，依次包括外延层、导电功能层、设有开孔的第一绝缘层、金属层、P电极、N电极以及第二绝缘层，所述外延层、导电功能层、第一绝缘层以及金属层位于所述P电极、所述N电极正下方区域对应的每一层均厚度均匀且平整；
所述金属层包括相互绝缘分离的内环与外环，所述金属层的内环通过所述第一绝缘层与所述导电功能层接触，所述P电极位于所述金属层的内环上，并通过所述导电功能层与所述P型半导体层导通；
所述外延层的四周边缘处开设有多个从P型半导体层延伸到N型半导体层的N型导电开孔，所述金属层的外环通过所述第一绝缘层、所述N型导电开孔与所述N型半导体层接触，所述N电极位于所述金属层的外环上，以与所述N型半导体层导通。


2.根据权利要求1所述的大功率半导体发光器件，其特征在于，所述第一绝缘层内对应于所述N型导电开孔处开设有小孔，所述金属层的外环边缘位于所述小孔内，以与所述外延层内的N型半导体层导通。


3.根据权利要求1所述的大功率半导体发光器件，其特征在于，所述第一绝缘层内还开设有环孔，所述环孔将所述第一绝缘层分离成内环与外环，所述金属层的内环边缘位于所述环孔内，以与所述导电功能层直接接触。


4.根据权利要求3所述的大功率半导体发光器件，其特征在于，所述第一绝缘层的内环面积大于所述P电极的面积，小于所述金属层的内环面积。


5.根据权利要求1所述的大功率半导体发光器件，其特征在于，所述金属层的中心处设置有中间金属区，所述中间金属区独立于所述金属层的内环和所述金属层的外环。


6.一种大功率半导体发光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，处理外延层，在外延层的四周边缘处刻蚀开设多个从P型半导体层上延伸到N型半导体层的N型导...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓丽，孙雷蒙，杨丹，
申请(专利权)人：华引芯武汉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42