CN102427108A - 用于多电流注入区器件的倒装焊结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构，该倒装焊结构包括：一金属热沉；一导热绝缘层，该导热绝缘层制作在金属热沉上；一金属图形层，该金属图形层制作在导热绝缘层的表面，该金属图形层具有两个或两个以上分区；一半导体器件芯片，该半导体器件芯片焊接在金属图形层上，该半导体器件芯片具有两个或两个以上电流注入区。

Description

用于多电流注入区器件的倒装焊结构及其制作方法

技术领域

本发明属于半导体光电器件制作技术领域，尤其是涉及一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构及其制作方法。

背景技术

为保证半导体光电子器件(如超辐射发光二极管、半导体激光器等)在工作中有良好的散热及器件性能，通常采用外延面向下组装在热沉上的倒装焊结构。对于具有单个电流注入区的器件，倒装焊工艺能够有效提高器件有源区的散热特性，使器件在连续电流注入下稳定工作。然而，对于具有多个电流注入区的器件结构，通常使用的金属(如无氧铜)热沉无法满足各区之间的电学隔离，给多注入区器件的倒装焊工艺带来了困难。采用外延面向上组装在热沉上的正装焊工艺可以解决多注入区器件的电学隔离问题，但受限于正装焊结构较差的散热性能，连续工作时器件的性能(如输出功率)及其稳定性、可靠性都明显降低，并导致器件寿命的缩短。

发明内容

为克服上述多电流注入区器件工艺中存在的问题，本发明提供了一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构及其制作方法，该结构和方法可有效改善器件的散热性能，提高器件的输出功率、稳定性和可靠性。该倒装焊结构和制作方法可应用于多注入区超辐射发光二极管、多注入区半导体激光器等半导体光电子器件。

本发明提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构，该倒装焊结构包括：

一金属热沉；

一导热绝缘层，该导热绝缘层制作在金属热沉上；

一金属图形层，该金属图形层制作在导热绝缘层的表面，该金属图形层具有两个或两个以上分区；

一半导体器件芯片，该半导体器件芯片焊接在金属图形层上，该半导体器件芯片具有两个或两个以上电流注入区。

其中金属图形层上的金属图形分区与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

本发明提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一金属热沉，在其表面用等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学汽相沉积制作导热绝缘层；

步骤2：在导热绝缘层的表面上依次淀积钛、铂、金，形成表面金属层；

步骤3：采用光刻工艺在表面金属层上制作金属图形，形成金属图形层；

步骤4：在金属图形层上电镀金属铟；

步骤5：将半导体器件芯片外延面向下组装到金属图形层上；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片、金属图形层、导热绝缘层和金属热沉进行真空烧结，完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作。

其中金属图形层上的金属图形与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

本发明还提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一金属热沉，在其表面电镀金属铟；

步骤2：取一导热绝缘基片作为导热绝缘层；

步骤3：在导热绝缘层的上下表面蒸镀钛、铂、金，形成表面金属层；

步骤4：采用光刻工艺在导热绝缘层的其中一面的金属层上制作金属图形，形成金属图形层；

步骤5：在金属图形层上电镀金属铟；

步骤6：将导热绝缘层制作了金属图形的一面朝上组装到金属热沉上，将半导体器件芯片外延面向下组装到导热绝缘层上的金属图形层上；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片、金属图形层、导热绝缘层和金属热沉进行真空烧结，完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作。

其中金属图形层上的金属图形与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

本发明的有益效果在于：本发明提供的是一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构及其制作方法，该倒装焊结构确保了多电流注入区器件的各电极间的电学隔离。与外延面向上的正装焊结构相比缩短了器件发热区离热沉的距离，可以降低器件的热阻，缓解器件在连续电流注入下的自加热效应，有效提高器件的输出功率、稳定性和可靠性。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合附图和具体实例对本发明做进一步的描述，其中：

图1为本发明用于多电流注入区器件的倒装焊结构的组装示意图；

图2为本发明第一实施例中双电流注入区超辐射发光二极管器件的倒装焊结构示意图；

图3为本发明第二实施例中双电流注入区超辐射发光二极管器件的倒装焊结构示意图；

图4为本发明实施例中倒装焊结构的双电流注入区超辐射发光二极管器件与正装焊结构的双电流注入区超辐射发光二极管器件的功率特性对比图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构，该倒装焊结构包括：

一金属热沉11，该金属热沉11用于承载导热绝缘层12、金属图形层13、半导体器件芯片14等，并有散热、引线固定、器件固定等作用；

一导热绝缘层12，该导热绝缘层12制作在金属热沉11上，该导热绝缘层12由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成，该导热绝缘层12作为半导体器件芯片14与金属热沉11之间的热传导物质，可以把半导体芯片14工作时产生的热量传递给金属热沉11，并保证半导体芯片14与金属热沉11绝缘；

一金属图形层13，该金属图形层13制作在导热绝缘层12的表面，该金属图形层13包括钛层、铂层和金层，该金属图形层13具有两个或两个以上金属图形分区，各金属图形分区之间保持电学绝缘，金属图形分区与半导体器件芯片14的电流注入区一一对应；

一半导体器件芯片14，该半导体器件芯片14焊接在金属图形层13上，该半导体器件芯片14具有两个或两个以上电流注入区，该半导体器件芯片14为超辐射发光二极管或半导体激光器。

请参阅图1所示，本发明提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，该方法为第一实施例，该方法包括如下步骤：

步骤1：取一无氧铜金属热沉11，在其表面用等离子体增强化学气相沉积淀积厚度为2μm的金刚石导热绝缘膜作为导热绝缘层12；

步骤2：采用电子束蒸发的方法在金刚石导热绝缘层12的表面依次淀积钛、金形成表面金属层，其中钛层的厚度为0.2μm，金层的厚度为2μm；

步骤3：采用光刻工艺在表面金属层上制作金属图形，形成具有两个或两个以上金属图形分区的金属图形层13，其中的金属图形分区相互之间保持电学绝缘，并与多电流注入区半导体器件芯片14的电流注入区一一对应；

步骤4：在金属图形层13的表面电镀金属铟，用于金属图形层13与半导体器件芯片14的焊接；

步骤5：将半导体器件芯片14外延面向下组装到金属图形层13上，并确保多电流注入区半导体器件芯片14的各电流注入区分别与金属图形层13上的金属图形分区一一对应；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片14、金属图形层13、导热绝缘层12和金属热沉11进行真空烧结，最终完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作，制作完成的多电流注入区器件的倒装焊结构示意图，请参阅图2所示，图中以双电流注入区超辐射发光二极管器件为例。

还请再参阅图1所示，本发明提供一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，该方法为第二实施例，该方法包括如下步骤：

步骤1：取一金属热沉11，在其表面电镀金属铟，用于金属热沉11与导热绝缘层12的焊接；

步骤2：取一氮化铝导热绝缘基片作为导热绝缘层12，采用电子束蒸发的方法在其上下表面分别依次淀积钛、金形成表面金属层，其中钛的厚度为0.2μm，金的厚度为2μm；

步骤3：采用光刻工艺在导热绝缘层12的其中一面的表面金属层上制作金属图形，形成金属图形层13；

步骤4：在金属图形层13上电镀金属铟，用于金属图形层13与半导体器件芯片14的焊接；

步骤5：将导热绝缘层12制作了金属图形的一面朝上组装到金属热沉11上，将半导体器件芯片14外延面向下组装到金属图形层13上，并确保多电流注入区半导体器件芯片14的各电流注入区分别与金属图形层13上的金属图形分区一一对应；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片14、金属图形层13、导热绝缘层12和金属热沉11进行真空烧结，最终完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作，制作完成的多电流注入区器件的倒装焊结构示意图，请参阅图3所示，图中以双电流注入区超辐射发光二极管器件为例。

通过分别测试正装焊结构的双电流注入区超辐射发光二极管器件与本发明实施例中倒装焊结构的双电流注入区超辐射发光二极管器件的功率特性，对比发现，采用倒装焊结构可以有效改善器件连续电流注入下的散热性能，明显提高器件输出功率，请参阅图4所示。

虽然参照上述具体实施方式和实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施方式和实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。例如，本发明所述的倒装焊结构及其制作方法不仅仅适用于双电流注入区超辐射发光二极管器件，而是适用于包括多区结构超辐射发光二极管、多区结构半导体激光器等在内的多区结构半导体光电子器件。再例如，实施例所述的导热绝缘膜和导热绝缘基片可以采用氮化铝，金刚石，类金刚石，碳化硅，氧化铍等材料中的任意一种或它们的组合。

所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构，该倒装焊结构包括：

一金属热沉；

一导热绝缘层，该导热绝缘层制作在金属热沉上；

一金属图形层，该金属图形层制作在导热绝缘层的表面，该金属图形层具有两个或两个以上分区；

一半导体器件芯片，该半导体器件芯片焊接在金属图形层上，该半导体器件芯片具有两个或两个以上电流注入区。

2.如权利要求1所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构，其中金属图形层上的金属图形分区与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

3.如权利要求1所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构，其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

4.如权利要求1所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构，其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

5.一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一金属热沉，在其表面用等离子体增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学汽相沉积制作导热绝缘层；

步骤2：在导热绝缘层的表面上依次淀积钛、铂、金，形成表面金属层；

步骤3：采用光刻工艺在表面金属层上制作金属图形，形成金属图形层；

步骤4：在金属图形层上电镀金属铟；

步骤5：将半导体器件芯片外延面向下组装到金属图形层上；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片、金属图形层、导热绝缘层和金属热沉进行真空烧结，完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作。

6.如权利要求5所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中金属图形层上的金属图形与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

7.如权利要求5所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

8.如权利要求5所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

9.一种用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一金属热沉，在其表面电镀金属铟；

步骤2：取一导热绝缘基片作为导热绝缘层；

步骤3：在导热绝缘层的上下表面蒸镀钛、铂、金，形成表面金属层；

步骤4：采用光刻工艺在导热绝缘层的其中一面的金属层上制作金属图形，形成金属图形层；

步骤5：在金属图形层上电镀金属铟；

步骤6：将导热绝缘层制作了金属图形的一面朝上组装到金属热沉上，将半导体器件芯片外延面向下组装到导热绝缘层上的金属图形层上；

步骤6：将组装好的半导体器件芯片、金属图形层、导热绝缘层和金属热沉进行真空烧结，完成该多电流注入区器件倒装焊结构的制作。

10.如权利要求9所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中金属图形层上的金属图形与多电流注入区半导体器件芯片的电流注入区一一对应。

11.如权利要求9所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中该半导体器件芯片为超辐射发光二极管或半导体激光器。

12.如权利要求9所述的用于多电流注入区器件的倒装焊结构的制作方法，其中该导热绝缘层由氮化铝、金刚石、类金刚石、碳化硅、氧化铍的其中一种或它们的多种组合构成。

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