專利名稱：用于多電流注入區器件的倒裝焊結構及其制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體光電器件制作技術領域，尤其是涉及一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構及其制作方法。
背景技術：
為保證半導體光電子器件(如超輻射發光二極管、半導體激光器等)在工作中有良好的散熱及器件性能，通常采用外延面向下組裝在熱沉上的倒裝焊結構。對于具有單個電流注入區的器件，倒裝焊工藝能夠有效提高器件有源區的散熱特性，使器件在連續電流注入下穩定工作。然而，對于具有多個電流注入區的器件結構，通常使用的金屬(如無氧銅)熱沉無法滿足各區之間的電學隔離，給多注入區器件的倒裝焊工藝帶來了困難。采用外延面向上組裝在熱沉上的正裝焊工藝可以解決多注入區器件的電學隔離問題，但受限于正裝焊結構較差的散熱性能，連續工作時器件的性能(如輸出功率)及其穩定性、可靠性都明顯降低，并導致器件壽命的縮短。

發明內容
為克服上述多電流注入區器件工藝中存在的問題，本發明提供了一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構及其制作方法，該結構和方法可有效改善器件的散熱性能，提高器件的輸出功率、穩定性和可靠性。該倒裝焊結構和制作方法可應用于多注入區超輻射發光二極管、多注入區半導體激光器等半導體光電子器件。本發明提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，該倒裝焊結構包括一金屬熱沉；一導熱絕緣層，該導熱絕緣層制作在金屬熱沉上；—金屬圖形層，該金屬圖形層制作在導熱絕緣層的表面，該金屬圖形層具有兩個或兩個以上分區；一半導體器件芯片，該半導體器件芯片焊接在金屬圖形層上，該半導體器件芯片具有兩個或兩個以上電流注入區。其中金屬圖形層上的金屬圖形分區與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入
區--對應。其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。本發明提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，包括如下步驟步驟1 取一金屬熱沉，在其表面用等離子體增強化學氣相沉積、磁控濺射、分子束外延或金屬有機化學汽相沉積制作導熱絕緣層；步驟2 在導熱絕緣層的表面上依次淀積鈦、鉬、金，形成表面金屬層；
步驟3 采用光刻工藝在表面金屬層上制作金屬圖形，形成金屬圖形層；步驟4 在金屬圖形層上電鍍金屬銦；步驟5 將半導體器件芯片外延面向下組裝到金屬圖形層上；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片、金屬圖形層、導熱絕緣層和金屬熱沉進行真空燒結，完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作。其中金屬圖形層上的金屬圖形與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入區
--對應。其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。本發明還提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，包括如下步驟步驟1 取一金屬熱沉，在其表面電鍍金屬銦；步驟2 取一導熱絕緣基片作為導熱絕緣層；步驟3 在導熱絕緣層的上下表面蒸鍍鈦、鉬、金，形成表面金屬層；步驟4 采用光刻工藝在導熱絕緣層的其中一面的金屬層上制作金屬圖形，形成金屬圖形層；步驟5 在金屬圖形層上電鍍金屬銦；步驟6 將導熱絕緣層制作了金屬圖形的一面朝上組裝到金屬熱沉上，將半導體器件芯片外延面向下組裝到導熱絕緣層上的金屬圖形層上；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片、金屬圖形層、導熱絕緣層和金屬熱沉進行真空燒結，完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作。其中金屬圖形層上的金屬圖形與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入區
--對應。其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。本發明的有益效果在于本發明提供的是一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構及其制作方法，該倒裝焊結構確保了多電流注入區器件的各電極間的電學隔離。與外延面向上的正裝焊結構相比縮短了器件發熱區離熱沉的距離，可以降低器件的熱阻，緩解器件在連續電流注入下的自加熱效應，有效提高器件的輸出功率、穩定性和可靠性。


為進一步說明本發明的內容，以下結合附圖和具體實例對本發明做進一步的描述，其中圖1為本發明用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的組裝示意圖；圖2為本發明第一實施例中雙電流注入區超輻射發光二極管器件的倒裝焊結構示意圖；圖3為本發明第二實施例中雙電流注入區超輻射發光二極管器件的倒裝焊結構示意圖；圖4為本發明實施例中倒裝焊結構的雙電流注入區超輻射發光二極管器件與正裝焊結構的雙電流注入區超輻射發光二極管器件的功率特性對比圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，該倒裝焊結構包括一金屬熱沉11，該金屬熱沉11用于承載導熱絕緣層12、金屬圖形層13、半導體器件芯片14等，并有散熱、引線固定、器件固定等作用；一導熱絕緣層12，該導熱絕緣層12制作在金屬熱沉11上，該導熱絕緣層12由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成，該導熱絕緣層 12作為半導體器件芯片14與金屬熱沉11之間的熱傳導物質，可以把半導體芯片14工作時產生的熱量傳遞給金屬熱沉11，并保證半導體芯片14與金屬熱沉11絕緣；一金屬圖形層13，該金屬圖形層13制作在導熱絕緣層12的表面，該金屬圖形層 13包括鈦層、鉬層和金層，該金屬圖形層13具有兩個或兩個以上金屬圖形分區，各金屬圖形分區之間保持電學絕緣，金屬圖形分區與半導體器件芯片14的電流注入區一一對應；一半導體器件芯片14，該半導體器件芯片14焊接在金屬圖形層13上，該半導體器件芯片14具有兩個或兩個以上電流注入區，該半導體器件芯片14為超輻射發光二極管或半導體激光器。請參閱圖1所示，本發明提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，該方法為第一實施例，該方法包括如下步驟步驟1 取一無氧銅金屬熱沉11，在其表面用等離子體增強化學氣相沉積淀積厚度為2 μ m的金剛石導熱絕緣膜作為導熱絕緣層12 ；步驟2 采用電子束蒸發的方法在金剛石導熱絕緣層12的表面依次淀積鈦、金形成表面金屬層，其中鈦層的厚度為0. 2 μ m，金層的厚度為2 μ m ；步驟3 采用光刻工藝在表面金屬層上制作金屬圖形，形成具有兩個或兩個以上金屬圖形分區的金屬圖形層13，其中的金屬圖形分區相互之間保持電學絕緣，并與多電流注入區半導體器件芯片14的電流注入區一一對應；步驟4 在金屬圖形層13的表面電鍍金屬銦，用于金屬圖形層13與半導體器件芯片14的焊接；步驟5 將半導體器件芯片14外延面向下組裝到金屬圖形層13上，并確保多電流注入區半導體器件芯片14的各電流注入區分別與金屬圖形層13上的金屬圖形分區一一對應；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片14、金屬圖形層13、導熱絕緣層12和金屬熱沉11進行真空燒結，最終完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作，制作完成的多電流注入區器件的倒裝焊結構示意圖，請參閱圖2所示，圖中以雙電流注入區超輻射發光二極管器件為例。還請再參閱圖1所示，本發明提供一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，該方法為第二實施例，該方法包括如下步驟
步驟1 取一金屬熱沉11，在其表面電鍍金屬銦，用于金屬熱沉11與導熱絕緣層 12的焊接；步驟2:取一氮化鋁導熱絕緣基片作為導熱絕緣層12，采用電子束蒸發的方法在其上下表面分別依次淀積鈦、金形成表面金屬層，其中鈦的厚度為0. 2 μ m，金的厚度為 2 μ m ；步驟3 采用光刻工藝在導熱絕緣層12的其中一面的表面金屬層上制作金屬圖形，形成金屬圖形層13;步驟4 在金屬圖形層13上電鍍金屬銦，用于金屬圖形層13與半導體器件芯片14 的焊接；步驟5 將導熱絕緣層12制作了金屬圖形的一面朝上組裝到金屬熱沉11上，將半導體器件芯片14外延面向下組裝到金屬圖形層13上，并確保多電流注入區半導體器件芯片14的各電流注入區分別與金屬圖形層13上的金屬圖形分區一一對應；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片14、金屬圖形層13、導熱絕緣層12和金屬熱沉11進行真空燒結，最終完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作，制作完成的多電流注入區器件的倒裝焊結構示意圖，請參閱圖3所示，圖中以雙電流注入區超輻射發光二極管器件為例。通過分別測試正裝焊結構的雙電流注入區超輻射發光二極管器件與本發明實施例中倒裝焊結構的雙電流注入區超輻射發光二極管器件的功率特性，對比發現，采用倒裝焊結構可以有效改善器件連續電流注入下的散熱性能，明顯提高器件輸出功率，請參閱圖4 所示。雖然參照上述具體實施方式
和實施例詳細地描述了本發明，但是應該理解本發明并不限于所公開的實施方式和實施例，對于本專業領域的技術人員來說，可對其形式和細節進行各種改變。例如，本發明所述的倒裝焊結構及其制作方法不僅僅適用于雙電流注入區超輻射發光二極管器件，而是適用于包括多區結構超輻射發光二極管、多區結構半導體激光器等在內的多區結構半導體光電子器件。再例如，實施例所述的導熱絕緣膜和導熱絕緣基片可以采用氮化鋁，金剛石，類金剛石，碳化硅，氧化鈹等材料中的任意一種或它們的組合。所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，該倒裝焊結構包括一金屬熱沉；一導熱絕緣層，該導熱絕緣層制作在金屬熱沉上；一金屬圖形層，該金屬圖形層制作在導熱絕緣層的表面，該金屬圖形層具有兩個或兩個以上分區；一半導體器件芯片，該半導體器件芯片焊接在金屬圖形層上，該半導體器件芯片具有兩個或兩個以上電流注入區。
2.如權利要求1所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，其中金屬圖形層上的金屬圖形分區與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入區一一對應。
3.如權利要求1所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。
4.如權利要求1所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。
5.一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，包括如下步驟步驟1 取一金屬熱沉，在其表面用等離子體增強化學氣相沉積、磁控濺射、分子束外延或金屬有機化學汽相沉積制作導熱絕緣層；步驟2 在導熱絕緣層的表面上依次淀積鈦、鉬、金，形成表面金屬層； 步驟3 采用光刻工藝在表面金屬層上制作金屬圖形，形成金屬圖形層； 步驟4 在金屬圖形層上電鍍金屬銦； 步驟5 將半導體器件芯片外延面向下組裝到金屬圖形層上；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片、金屬圖形層、導熱絕緣層和金屬熱沉進行真空燒結，完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作。
6.如權利要求5所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中金屬圖形層上的金屬圖形與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入區一一對應。
7.如權利要求5所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。
8.如權利要求5所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。
9.一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，包括如下步驟 步驟1 取一金屬熱沉，在其表面電鍍金屬銦；步驟2 取一導熱絕緣基片作為導熱絕緣層； 步驟3 在導熱絕緣層的上下表面蒸鍍鈦、鉬、金，形成表面金屬層； 步驟4:采用光刻工藝在導熱絕緣層的其中一面的金屬層上制作金屬圖形，形成金屬圖形層；步驟5 在金屬圖形層上電鍍金屬銦；步驟6:將導熱絕緣層制作了金屬圖形的一面朝上組裝到金屬熱沉上，將半導體器件芯片外延面向下組裝到導熱絕緣層上的金屬圖形層上；步驟6 將組裝好的半導體器件芯片、金屬圖形層、導熱絕緣層和金屬熱沉進行真空燒結，完成該多電流注入區器件倒裝焊結構的制作。
10.如權利要求9所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中金屬圖形層上的金屬圖形與多電流注入區半導體器件芯片的電流注入區一一對應。
11.如權利要求9所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中該半導體器件芯片為超輻射發光二極管或半導體激光器。
12.如權利要求9所述的用于多電流注入區器件的倒裝焊結構的制作方法，其中該導熱絕緣層由氮化鋁、金剛石、類金剛石、碳化硅、氧化鈹的其中一種或它們的多種組合構成。
全文摘要
一種用于多電流注入區器件的倒裝焊結構，該倒裝焊結構包括一金屬熱沉；一導熱絕緣層，該導熱絕緣層制作在金屬熱沉上；一金屬圖形層，該金屬圖形層制作在導熱絕緣層的表面，該金屬圖形層具有兩個或兩個以上分區；一半導體器件芯片，該半導體器件芯片焊接在金屬圖形層上，該半導體器件芯片具有兩個或兩個以上電流注入區。
文檔編號H01S5/022GK102427108SQ201110361688
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者李新坤, 王占國, 金鵬 申請人:中國科學院半導體研究所