CN110165027A - 半导体发光器件及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种半导体发光器件及其制作方法，涉及半导体技术领域。使用铸模材料制作铸模层作为器件制作过程中的支撑结构，铸模层将P型电极和N型电极相绝缘。同时，对硅衬底进行了减薄，并在硅衬底上形成了凹槽，使得发光层发出的光线可以通过凹槽出射，由于凹槽内的硅衬底已经被去除，光线的出射线路上就没有会吸收光线的材料。同时剩余的硅衬底可以形成反射杯的形状，如果在硅衬底上制作反射结构或反射材料可以进一步提高光线的出射效率。在本申请的制作过程中，无需提供新的支撑衬底，无需进行复杂的支撑衬底键合连接的步骤，同时选用成本较低的硅衬底并对硅衬底减薄，可以有效的降低器件的器件和制作成本，器件也具有良好的光取向性。

Description

半导体发光器件及其制作方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种半导体发光器件及其制作方法。

背景技术

发光二极管LED(Light Emitting Diode)是一种常用的发光器件，常见的具有较短波长(如绿光到紫外光)的LED一般是在蓝宝石衬底或硅衬底上制作形成的。与蓝宝石衬底相比，硅衬底的价格相对低廉，并且硅衬底可以形成更大尺寸的晶圆。但使用硅衬底制作LED芯片时，由于制作工艺需要，在制作过程中，需要将生长用的硅衬底去除，并再键合连接新的支撑衬底，这样显著增加了LED芯片的制作成本和制作难度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种半导体发光器件及其制造方法。

本申请提供的技术方案如下：

一种半导体发光器件的制作方法，包括：

提供一硅衬底；

在所述硅衬底一侧制作半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述N型半导体层位于所述硅衬底一侧，所述发光层位于所述N型半导体层远离所述硅衬底一侧，所述P型半导体层位于所述发光层远离所述N型半导体层一侧；

制作与所述P型半导体层相接触的P型电极，并制作与所述N型半导体层相连接的N型电极；

在所述半导体层远离所述硅衬底的一侧形成铸模层，其中，所述铸模层至少覆盖所述P型电极、P型半导体层的表面、所述N型电极以及所述N型电极与所述半导体层之间的间隙，所述铸模层使所述P型电极和N型电极绝缘；

减薄所述硅衬底的另一侧，并去除所述硅衬底的另一侧上的至少一部分，形成暴露所述N型半导体层的凹槽。

进一步地，在制作与所述P型半导体层相接触的P型电极，并制作与所述N型半导体层相连接的N型电极的步骤之后，铸模层该方法还包括：

制作与所述P型电极连接的P型pad电极，以及制作与所述N型电极连接的N型pad电极。

进一步地，在所述半导体层远离衬底的一侧形成铸模层的步骤包括：

去除覆盖在所述P型pad电极和N型pad电极上的部分所述铸模层，以暴露所述P型pad电极和N型pad电极。

进一步地，该方法还包括：

在所述凹槽内制作反射结构，所述反射结构用于反射所述发光层发出的光线。

进一步地，该方法还包括：

对所述凹槽暴露出的N型半导体层进行粗化处理。

本申请还提供了一种半导体发光器件，包括：

硅衬底；

半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层以及P型半导体层，所述N型半导体层制作于所述硅衬底一侧，所述发光层制作与所述N型半导体层远离所述硅衬底一侧，所述P型半导体层制作于所述发光层远离所述N型半导体层一侧，所述硅衬底上开设有暴露所述N型半导体层的凹槽；

P型电极和N型电极，所述P型电极与所述P型半导体层相接触，所述N型电极与所述N型半导体层相接触；

铸模层，所述铸模层至少填充所述P型电极的表面、P型半导体层表面、所述N型电极与所述半导体层之间的间隙，其中所述铸模层使所述P型电极和N型电极绝缘。

进一步地，该半导体发光器件还包括：P型pad电极和N型pad电极，所述P型pad电极与所述P型电极连接，所述N型pad电极与所述N型电极连接，所述铸模层还填充于所述P型pad电极和N型pad电极之间。

进一步地，所述凹槽内制作有用于对所述发光层发出的光线进行反射的反射结构。

进一步地，所述凹槽内暴露的N型半导体层的表面为粗化结构。

进一步地，所述铸模层为有机物或为有机物和无机物的混合物。

本申请实施例提供的半导体发光器件的制作方法中，使用铸模层作为器件制作过程中的支撑结构，同时铸模层可以将P型电极和N型电极相绝缘。同时，对硅衬底进行了减薄，并在硅衬底上形成了凹槽，使得发光层发出的光线可以通过凹槽出射，由于凹槽内的硅衬底已经被去除，光线的出射线路上就没有会吸收光线的材料。同时剩余的硅衬底可以形成反射杯的形状，如果在硅衬底上制作反射结构或反射材料可以进一步提高光线的出射效率。在本申请的制作过程中，无需提供新的支撑衬底，无需进行复杂的支撑衬底键合连接的步骤，同时选用成本较低的硅衬底并对硅衬底减薄，可以有效的降低器件的器件和制作成本，制作完成的器件也具有良好的光取向性。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法中步骤S101和步骤S102对应器件剖面示意图。

图2为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法中步骤S103对应的器件的剖面示意图。

图3和图4为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法中步骤S104对应的器件的剖面示意图。

图5和图6为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法中制作P型pad电极和N型pad电极的剖面示意图。

图7为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法对硅衬底进行减薄的剖面示意图。

图8为本申请实施例提供的一种半导体发光器件的制作方法中制作凹槽的剖面示意图。

图标：101-硅衬底；102-半导体层；121-N型半导体层；122-发光层；123-P型半导体层；103-P型电极；131-P型pad电极；104-N型电极；141-N型pad电极；105-铸模层；106-凹槽。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

使用蓝宝石衬底或硅衬底制作得到的LED芯片，光的取向性往往不太理想，需要再配合使用专用的反射杯等部件才能获得较为理想的出光角度，在LED芯片上配置反射杯同样也显著增加了器件的体积和制作成本。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种半导体发光器件的制作方法，包括以下步骤。

步骤S101，提供一硅衬底101。

步骤S102，在所述硅衬底101一侧制作半导体层102，所述半导体层102包括N型半导体层121、发光层122和P型半导体层123。

如图1所示，各个半导体层102在硅衬底101上依次制作，所述N型半导体层121位于所述硅衬底101一侧，所述发光层122位于所述N型半导体层121远离所述硅衬底101一侧，所述P型半导体层123位于所述发光层122远离所述N型半导体层121一侧。在本申请实施例中，半导体发光器件的衬底选择了硅衬底101，硅衬底101相比蓝宝石衬底价格更低，采用硅衬底101制作的半导体发光器件具有更大的成本优势。本申请实施例中的半导体发光器件可以制作形成发光二极管LED。半导体层102可以采用氮化物材料制作，例如氮化镓等材料，本申请对半导体层102的材料并不做出限制。

步骤S103，如图2所示，制作与所述P型半导体层123相接触的P型电极103，并制作与所述N型半导体层121相连接的N型电极104。

P型电极103和N型电极104的数量可以根据实际需要确定，在制作N型电极104时，可以将半导体层102的一部分去除，形成贯穿P型半导体层123和发光层122的槽，将N型半导体层121暴露出，N型电极104与暴露出的N型半导体层121相连接。P型电极103和N型电极104的材料可以根据实际需要确定。

步骤S104，如图3所示，在所述半导体层102远离所述硅衬底101的一侧形成铸模层105，所述铸模层105至少覆盖所述P型电极103、P型半导体层123的表面、所述N型电极104以及所述N型电极104与所述半导体层102之间的间隙。

可以使用铸模(molding)工艺制作铸模层105，铸模层105可以将制作未完成的半导体发光器件的表面覆盖，铸模层105可以采用有机物、有机物与无机物的混合物。本申请实施例对铸模层105的厚度并不做出限制，铸模层105的表面与P型半导体层123表面之间的距离可以为几十到几百微米，铸模层105可以选择具有一定机械强度且具有良好绝缘性能的材料，铸模层105对半导体发光器件形成了支撑。

在另一种实施方式中，如图4所示，还可以在制作铸模层105之前，先制作P型pad电极131和N型pad电极141，P型pad电极131与P型电极103连接，N型pad电极141与N型电极104连接，P型pad电极131和N型pad电极141可以作为后续进行引线键合的外接电极。

如图5所示，在制作完成P型pad电极131和N型pad电极141之后，可以再制作铸模层105，此时铸模层105可能将P型pad电极131和N型pad电极141覆盖。如图6所示，可以将P型pad电极131和N型pad电极141对应位置的铸模层105去除，从而将P型pad电极131和N型pad电极141暴露出。

步骤S105，减薄所述硅衬底101的另一侧，并去除所述硅衬底101的另一侧的至少一部分，形成暴露所述N型半导体层121的凹槽106。

在制作完成铸模层105后，可以对硅衬底101进行减薄操作。可以理解的是，在先P型pad电极131和N型pad电极141，后制作铸模层105的流程中，制作对硅衬底101的减薄和凹槽106的步骤可以在没有对去除铸模层105之前，也可以在去除铸模层105暴露P型pad电极131和N型pad电极141的步骤之后，本申请对减薄衬底和制作凹槽106的流程先后顺序并不做出限制。

本申请实施例中仅以先制作铸模层105，后制作P型pad电极131和N型pad电极141的流程为例，如图7所示，图7为对硅衬底101进行减薄操作的示意图，减薄工艺中可以采用物理研磨或化学试剂减薄等工艺，本申请实施例对此并不做出限制。

如图8所示，在对硅衬底101进行减薄后，可以在硅衬底101上形成凹槽106，凹槽106的位置可以与P型电极103的位置相对应，凹槽106将N型半导体层121的下表面暴露，使得发光层122产生的光线可以通过凹槽106出射。凹槽106的侧壁可以形成斜面，为了提高光线的出射效率，还可以在凹槽106的侧壁上制作能够对光线进行反射的结构，或者覆盖能够对光线进行反射的具有较高反射率对材料，如此，硅衬底101上开设的凹槽106就形成了反射杯结构，可以对器件发出的光线形成良好的发射效果。此外，还可以对凹槽106内暴露出的N型半导体层121的表面进行粗化，进一步的提高光的出射效率。

如图8所示，可以在制作完成凹槽106之后，再制作P型pad电极131和N型pad电极141。

综上所述，本申请实施例提供的半导体发光器件的制作方法中，使用铸模层105作为器件制作过程中的支撑结构，同时铸模层105可以将P型电极103和N型电极104相绝缘。同时，对硅衬底101进行了减薄，并在硅衬底101上形成了凹槽106，使得发光层122发出的光线可以通过凹槽106出射，由于凹槽106内的硅衬底101已经被去除，光线的出射线路上就没有会吸收光线的材料。同时剩余的硅衬底101可以形成反射杯的形状，如果在硅衬底101上制作反射结构或反射材料可以进一步提高光线的出射效率。在本申请的制作过程中，无需提供新的支撑衬底，无需进行复杂的支撑衬底键合连接的步骤，同时选用成本较低的硅衬底101并对硅衬底101减薄，可以有效的降低器件的器件和制作成本，制作完成的器件也具有良好的光取向性。

再如图8所示，本申请还提供了一种半导体发光器件100，包括：

硅衬底101；

半导体层102，所述半导体层102包括N型半导体层121、发光层122以及P型半导体层123，所述N型半导体层121制作于所述硅衬底101一侧，所述发光层122制作与所述N型半导体层121远离所述硅衬底101一侧，所述P型半导体层123制作于所述发光层122远离所述N型半导体层121一侧，所述硅衬底101上开设有暴露所述N型半导体层121的凹槽106；

P型电极103和N型电极104，所述P型电极103与所述P型半导体层123相接触，所述N型电极104与所述N型半导体层121相接触；

铸模层105，所述铸模层105至少填充所述P型电极103的表面、P型半导体层123表面、所述N型电极104与所述半导体层102之间的间隙，所述铸模层105将所述P型电极103和N型电极104相绝缘。

进一步地，该半导体发光器件还包括：P型pad电极131和N型pad电极141，所述P型pad电极131与所述P型电极103连接的，所述N型pad电极141与所述N型电极104连接，所述铸模层105还填充于所述P型pad电极131和N型pad电极141之间。

进一步地，所述凹槽106内制作有用于对所述发光层122发出的光线进行反射的反射材料或反射结构。

进一步地，所述凹槽106内暴露的N型半导体层121的表面为粗化结构。

进一步地，所述铸模层105为有机物或为有机物和无机物的混合物。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种半导体发光器件的制作方法，其特征在于，包括：

提供一硅衬底；

在所述硅衬底一侧制作半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，所述N型半导体层位于所述硅衬底一侧，所述发光层位于所述N型半导体层远离所述硅衬底一侧，所述P型半导体层位于所述发光层远离所述N型半导体层一侧；

制作与所述P型半导体层相接触的P型电极，并制作与所述N型半导体层相连接的N型电极；

在所述半导体层远离所述硅衬底的一侧形成铸模层，其中，所述铸模层至少覆盖所述P型电极、P型半导体层的表面、所述N型电极以及所述N型电极与所述半导体层之间的间隙，所述铸模层使所述P型电极和N型电极绝缘；

减薄所述硅衬底的另一侧，并去除所述硅衬底的另一侧上的至少一部分，形成暴露所述N型半导体层的凹槽。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，在制作与所述P型半导体层相接触的P型电极，并制作与所述N型半导体层相连接的N型电极的步骤之后，铸模层该方法还包括：

制作与所述P型电极连接的P型pad电极，以及制作与所述N型电极连接的N型pad电极。

3.根据权利要求2所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，在所述半导体层远离衬底的一侧形成铸模层的步骤包括：

去除覆盖在所述P型pad电极和N型pad电极上的部分所述铸模层，以暴露所述P型pad电极和N型pad电极。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，该方法还包括：

在所述凹槽内制作反射结构，所述反射结构用于反射所述发光层发出的光线。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的半导体发光器件的制作方法，其特征在于，该方法还包括：

对所述凹槽暴露出的N型半导体层进行粗化处理。

6.一种半导体发光器件，其特征在于，包括：

硅衬底；

半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层以及P型半导体层，所述N型半导体层制作于所述硅衬底一侧，所述发光层制作与所述N型半导体层远离所述硅衬底一侧，所述P型半导体层制作于所述发光层远离所述N型半导体层一侧，所述硅衬底上开设有暴露所述N型半导体层的凹槽；

P型电极和N型电极，所述P型电极与所述P型半导体层相接触，所述N型电极与所述N型半导体层相接触；

铸模层，所述铸模层至少填充所述P型电极的表面、P型半导体层表面、所述N型电极与所述半导体层之间的间隙，其中所述铸模层使所述P型电极和N型电极绝缘。

7.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其特征在于，该半导体发光器件还包括：P型pad电极和N型pad电极，所述P型pad电极与所述P型电极连接，所述N型pad电极与所述N型电极连接，所述铸模层还填充于所述P型pad电极和N型pad电极之间。

8.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其特征在于，所述凹槽内制作有用于对所述发光层发出的光线进行反射的反射结构。

9.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其特征在于，所述凹槽内暴露的N型半导体层的表面为粗化结构。

10.根据权利要求6所述的半导体发光器件，其特征在于，所述铸模层为有机物或为有机物和无机物的混合物。