CN109860369B - 一种半导体发光器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体发光器件制备方法包括：提供衬底，在所述衬底上形成多个发光结构，所述发光结构之间包括切割区域；在所述发光结构上方及所述发光结构以外的所述衬底上形成绝缘保护层；在所述绝缘保护层上方形成金属牺牲层，所述牺牲层形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。采用激光对半导体发光器件进行切割划片时，首先对牺牲层进行刻蚀，牺牲层能够吸收激光的能量，作为能量缓冲层和扩散层，避免绝缘保护层因能量骤增导致的破裂等损坏。在激光作用下，牺牲层被激光灼烧掉，不会存留对半导体发光器件产生影响的残留物，不会对半导体发光器件的性能产生影响。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体地涉及一种半导体发光器件及其制备方法。
背景技术
半导体发光器件，例如发光二极管、激光二极管等因其优良的发光特性，越来越多的人关注其研究及市场应用。例如，其中的GaN基的发光二极管和镭射二极管，已经取得了广泛研究和市场应用，特别是在激光显示和激光投影方面。目前，GaN基的发光二极管和镭射二极管的主要瓶颈是大功率GaN蓝色和绿色镭射二极管，激光二极管的结构主要是边发射脊波导结构。
对于采用边发射脊波导结构的激光二极管，目前的LD制程，采用低温的SiO2覆盖在GaN上，附着力差；在二极管表面沉积SiO2层时，随着SiO2层厚度的增加，其应力也会随之增大。通常采用激光对所述激光二极管进行划片，常用的激光光源是点连线，首先要对SiO2层进行激光刻蚀，在此过程中，由于SiO2层与基板之间的附着力较差，并且自身存在应力的原因，SiO2层容易破裂，使得二极管存在漏电风险。对于脊波导结构，SiO2的破裂会降低光场限制，使得器件的性能降低。
发明内容
鉴于现有技术中的上述不足，本发明提供一种半导体发光器件及其制备方法，在半导体发光器件的绝缘保护层上方形成对准切割区域的牺牲层，激光划片时，首先刻蚀该牺牲层。牺牲层能够吸收激光能量，作为能量缓冲层，有效保护绝缘保护层，使其免受破裂等损坏。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种半导体发光器件，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的多个发光结构，所述发光结构之间形成有切割区域；
绝缘保护层，形成在所述发光结构的上方以及所述发光结构以外的所述衬底上；
牺牲层，形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的所述绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。
可选地，所述衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管，所述激光二极管或所述发光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构。
可选地，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极管或所述激光二极管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
可选地，所述牺牲层包括条状牺牲层。
可选地，所述条状牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
可选地，所述牺牲层包括金属牺牲层。
可选地，所述金属牺牲层包括Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
可选地，所述绝缘保护层包括SiO2或SiN。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种半导体发光器件制备方法，包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成多个发光结构，所述发光结构之间包括切割区域；
在所述发光结构上方及所述发光结构以外的所述衬底上形成绝缘保护层；
在所述绝缘保护层上方形成牺牲层，所述牺牲层形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。
可选地，所述衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管，所述激光二极管或所述发光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构。
可选地，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极管或所述激光二极管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
可选地，还包括沿所述牺牲层对所述半导体发光器件进行切割。
可选地，还包括去除切割后残留在所述绝缘保护层上的所述牺牲层。
可选地，所述牺牲层包括条状牺牲层。
可选地，所述条状牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
可选地，所述牺牲层包括金属牺牲层。
可选地，所述金属牺牲层包括Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
可选地，所述绝缘保护层包括SiO2或SiN。
如上所述，本发明的半导体发光器件及其制备方法具有如下技术效果：
在所述半导体发光器件的绝缘保护层上方形成牺牲层，该牺牲层形成在半导体发光器件的切割区域上方的绝缘保护层上。采用激光对半导体发光器件进行切割划片时，首先对该牺牲层进行刻蚀，牺牲层能够吸收激光的能量，作为能量缓冲层和扩散层，使得能量较缓慢地扩散至绝缘保护层，从而避免绝缘保护层因能量骤增导致的破裂等损坏。
另外，该牺牲层在激光作用下，能够被激光灼烧掉，不会存留对半导体发光器件产生影响的残留物，不会对半导体发光器件的性能产生影响。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1显示为本发明实施例一提供的半导体发光器件制备方法的流程图。
图2显示为在衬底上形成GaN基外延片的结构示意图。
图3显示为在图2所示结构中形成P型台面的结构示意图。
图4显示为在图3所示的P型台面上制作P型接触层的结构示意图。
图5显示为在图4所示结构上形成绝缘保护层的结构示意图。
图6显示为在图5所示的结构上形成P型电极的结构示意图。
图7显示为在图6所示的结构上形成牺牲层的结构示意图。
图8显示为去除图7所示的结构中的衬底暴露GaN基外延片的n型面的结构的示意图。
图9显示为在图8所示的GaN基外延片的n型面上形成N型电极的结构示意图。
图10显示为本发明实施例三提供的半导体发光器件制备方法提供导电基板并形成发光二极管器件的结构示意图。
图11显示为在图10的结构上方形成绝缘保护层的结构示意图。
图12显示为图11所示结构上方形成牺牲层的结构示意图。
附图标记
10 衬底
100 缓冲层
101 凸台结构
102 切割区域
103 金属衬底
104 绝缘保护层
105 P型电极
106 P型接触层
107 牺牲层
108 N型层
109 活性层
110 P型层
111 图形化的光刻胶
200 导电基板
201 发光二极管
202 切割区域
203 电极
204 绝缘层保护层
205 牺牲层
206 金属键合层
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供一种半导体发光器件制备方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
种半导体发光器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底在所述衬底上形成多个发光结构，所述发光结构之间包括切割区域；
在所述发光结构上方及所述发光结构以外的所述衬底上形成绝缘保护层；
在所述绝缘保护层上方形成牺牲层，所述牺牲层形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。
在本实施例中，所述衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管。本实施例以形成在所述GaN基衬底上的激光二极管为例，所述激光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构。
具体地，可以通过本领域常用的方法形成多个激光二极管。如图2所示，首先提供一临时衬底10，该临时衬底10可以是常用的蓝宝石衬底。在所述临时衬底10上形成GaN基外延片，该外延片包括缓冲层100、N型层108、活性层109及P型层110。然后，如图3所示，在所述缓冲层100的上方，所述N型层108、活性层109及P型层110形成凸台结构101。凸台结构之间形成激光二极管之间的切割区域102。
然后，在所述凸台结构101上方沉积P型接触层材料，在本实施例的优选实施例中，该P型接触层材料可以是ITO(氧化铟锡)或者Ni、Pd、Cr、Ti、Al、Au或其任意组合。然后在P型接触层材料的上方形成图形化的光刻胶111，以该光刻胶为掩膜层对所述P型接触层材料进行刻蚀，最终形成图4所示的P型接触层，并且保留图形化的光刻胶111。然后在图4所示的结构的表面及凸台结构101的侧壁上沉积形成绝缘保护层104，该绝缘保护层覆盖所述凸台结构101的上表面及侧面并覆盖所述凸台结构以外的缓冲层100。在本实施例的优选实施例中，所述绝缘保护层包括SiO2或者SiN等绝缘材料。然后去除图形化的光刻胶111上方的绝缘保护层104并去除图形化的光刻胶111，形成图5所示的暴露所述P型接触层106的结构。
如图6所示，然后在所述P型接触层106上方形成P型电极105，该P型电极材料可以是Cr、Pt、Ni、Pd、Ti、Al、Au或其任意组合，由此形成多个激光二极管。然后如图7所示，在形成上述激光二极管的基础上，在激光二极管之间的切割区域102上方的绝缘保护层104上形成牺牲层107，该牺牲层沿切割方向延伸。
然后，去除所述临时衬底10，如图8所示，裸露处缓冲层100的n型面，同时对所述缓冲层100的n型面进行刻蚀清洗，去除晶体质量较差的分解表面，以获得低电阻的n型面欧姆接触。之后，如图9所示，在获得的低电阻的n型面欧姆接触表面上制作金属衬底103，该金属衬底103同时作为激光二极管的N型电极。该金属衬底103的材料包括：Au或Ti或Al组分。
在本实施例的优选实施例中，所述牺牲层形成为沿切割方向延伸的条状牺牲层，所述条状牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
在本实施例的另一优选实施例中，所述牺牲层可以是金属牺牲层，该金属牺牲层可以是Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
在更加优选的实施例中，所述金属牺牲层的材料与所述P型电极105的材料相同，例如都是Ti或Au。此时，可以通过掩膜技术，同时形成所述P型电极105及所述牺牲层107。
在本实施例的一优选实施例中，所述方法还包括沿所述牺牲层对所述半导体发光器件进行切割的步骤。例如，采用激光对所述半导体发光器件进行切割。在该切割过程中，激光首先作用于所述牺牲层，牺牲层吸收激光能量，并且同时将能量扩散传递至绝缘保护层，例如SiO2保护层中。牺牲层作为能量缓冲层和扩散层，使得能量较缓慢地扩散至绝缘保护层，从而避免绝缘保护层因能量骤增导致的破裂等损坏。
在切割过程中，牺牲层因为吸收了激光能量，会被逐渐灼烧掉，不会存留对半导体发光器件产生影响的残留物，不会对半导体发光器件的性能产生影响。
在本实施例的更加优选的实施例中，为了确保不存在牺牲层材料的残留，还包括进一步去除牺牲层材料的步骤。从而进一步保证器件的良好性能。
实施例二
本实施例提供一种半导体发光器件制备方法，与实施例的相同之处不再赘述，不同之处在于：
在本实施例中，将GaN单晶衬底作为外延生长衬底，该GaN单晶衬底可以是n型GaN单晶衬底。在所述n型GaN单晶衬底上直接生长活性层、P型层等外延层。并且依次形成实施例一所述的凸台结构、P型接触层、绝缘保护层、P型电极以及牺牲层。然后形成N型电极。
在本实施例中，形成N型电极之前，首先对所述n型GaN单晶衬底进行研磨减薄，并且对其进行刻蚀清洗，去除晶体质量较差的分解表面，以获得低电阻的n型面欧姆接触。然后在获得的低电阻的n型面欧姆接触表面上制作金属衬底，该金属衬底同时作为激光二极管的N型电极。
实施例三
本实施例同样提供一种半导体发光器件制备方法，
与实施例一的相同之处不再赘述，不同之处在于：
本实施例中，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极或激光二极管管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
本实施例以形成在所述导电基板上的发光二极管为例进行说明。如图10所示，首先提供导电基板200，在导电基板上方连接发光二极管201，所述发光二极管201通过金属键合层206与所述导电基板键合连接。相邻发光二极管之间具有切割区域202。然后在所述发光二极管201的表面及侧壁以及所述导电基板的表面沉积覆盖绝缘保护层204，然后对所述绝缘层保护层进行图形化，在所述发光二极管芯片上方形成电极开口，在电极开口中填充导电材料形成电极203，如图11所示。
如图12所示，形成牺牲层205，形成在所述发光二极管201之间的所述切割区域上方的绝缘保护层204上，并且沿切割方向延伸。
与实施例一相同，在切割过程中，激光首先作用于所述牺牲层，牺牲层吸收激光能量，并且同时将能量扩散传递至绝缘保护层，例如SiO2保护层中。牺牲层作为能量缓冲层和扩散层，使得能量较缓慢地扩散至绝缘保护层，从而避免绝缘保护层因能量骤增导致的破裂等损坏。
在切割过程中，牺牲层因为吸收了激光能量，会被逐渐灼烧掉，不会存留对半导体发光器件产生影响的残留物，不会对半导体发光器件的性能产生影响。
在本实施例的更加优选的实施例中，为了确保不存在牺牲层材料的残留，还包括进一步去除牺牲层材料的步骤。从而进一步保证器件的良好性能。
实施例四
本实施例提供一种半导体发光器件，所述发光器件包括衬底；形成在所述衬底上的多个发光结构，所述发光结构之间形成有切割区域；绝缘保护层，形成在所述发光结构的上方以及所述发光结构以外的所述衬底上；牺牲层，形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的所述绝缘保护层，并且沿切割方向延伸。
参照图1-9，在本实施例的优选实施例中，衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管，所述激光二极管或发光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构；
在本实施例的另一优选实施例中，所述半导体发光器件包括沿所述牺牲层107切割下来的一个或多个所述激光二极管或发光二极管。
在本实施例的优选实施例中，所述牺牲层形成为沿切割方向延伸的条状牺牲层，所述条状牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
在本实施例的另一优选实施例中，所述牺牲层可以是金属牺牲层，该金属牺牲层可以是Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
在本实施例的另一优选实施例中，在本实施例的优选实施例中，所述绝缘保护层包括SiO2或者SiN等绝缘材料。
实施例五
本实施例提供一种半导体发光器件，与实施例三的相同之处不再赘述，不同之处在于：
参照附图10-12，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极管或激光二极管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
在本实施例的优选实施例中，所述半导体器件包括自所述半导体发光器件沿所述牺牲层切割下来的一个或多个所述发光二极管或激光二极管。
综上，本发明的半导体发光器件及其制备方法具有如下技术效果：
在所述半导体发光器件的绝缘保护层上方形成牺牲层，该牺牲层与半导体发光器件的切割区域对准。采用激光对半导体发光器件进行切割划片时，首先对该牺牲层进行刻蚀，牺牲层能够吸收激光的能量，作为能量缓冲层和扩散层，使得能量较缓慢地扩散至绝缘保护层，从而避免绝缘保护层因能量骤增导致的破裂等损坏。
另外，该牺牲层在激光作用下，能够被激光灼烧掉，不会存留对半导体发光器件产生影响的残留物，不会对半导体发光器件的性能产生影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (16)
1.一种半导体发光器件，其特征在于，包括：
衬底；
形成在所述衬底上的多个发光结构，所述发光结构之间形成有切割区域；
绝缘保护层，形成在所述发光结构的上方并且覆盖所述发光结构之间的切割区域；
金属牺牲层，仅形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的所述绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。
2.根据权利要求1所述半导体发光器件，其特征在于，所述衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管，所述激光二极管或所述发光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极管或所述激光二极管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述金属牺牲层包括条状金属牺牲层。
5.根据权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于，所述条状金属牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述金属牺牲层包括Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述绝缘保护层包括SiO2或SiN。
8.一种半导体发光器件制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底上形成多个发光结构，所述发光结构之间包括切割区域；
在所述发光结构上方及所述发光结构之间的切割区域上形成绝缘保护层；
在所述绝缘保护层上方形成金属牺牲层，所述金属牺牲层仅形成在所述发光结构之间的所述切割区域上方的绝缘保护层上，并且沿切割方向延伸。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括GaN基衬底，所述发光结构包括形成在所述GaN基衬底上的激光二极管或发光二极管，所述激光二极管或所述发光二极管包括形成在所述GaN基衬底上的凸台结构。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述衬底包括导电基板，所述发光结构包括形成在所述导电基板上的发光二极管或激光二极管，所述发光二极管或所述激光二极管通过金属键合层与所述导电基板键合连接。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括沿所述金属牺牲层对所述半导体发光器件进行切割。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，还包括去除切割后残留在所述绝缘保护层上的所述金属牺牲层。
13.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金属牺牲层包括条状金属牺牲层。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述条状金属牺牲层的宽度介于2μm-20μm，厚度介于
15.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金属牺牲层包括Ti、Al、Au、Ni、Cr、Pt、Cu和其中任意两种或多种金属的组合组成的群组中的任意一种。
16.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘保护层包括SiO2或SiN。
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