專利名稱：光電元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電元件結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是涉及一種利用限制電性接觸區(qū)域來改善電流局限的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是半導(dǎo)體元件中一種被廣泛使用的光源。相比較于傳統(tǒng)的白熾燈泡或熒光燈管，發(fā)光二極管具有省電及使用壽命較長的特性，因此逐漸取代傳統(tǒng)光源而應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如交通號志、背光模塊、路燈照明、醫(yī)療設(shè)備等產(chǎn)業(yè)。隨著發(fā)光二極管光源的應(yīng)用與發(fā)展對于亮度的需求越來越高，如何增加其發(fā)光效率以提高其亮度，便成為產(chǎn)業(yè)界所共同努力的重要方向。圖1描述了現(xiàn)有技術(shù)中用于半導(dǎo)體發(fā)光元件的LED封裝體10:包括由封裝結(jié)構(gòu)11封裝的半導(dǎo)體LED芯片12，其中半導(dǎo)體LED芯片12具有一 p-η接面13，封裝結(jié)構(gòu)11通常是熱固性材料，例如環(huán)氧樹脂(epoxy)或者熱塑膠材料。半導(dǎo)體LED芯片12通過一焊線(wire) 14與兩導(dǎo)電支架15、16連接。因為環(huán)氧樹脂(epoxy)在高溫中會有劣化(degrading)現(xiàn)象，因此只能在低溫環(huán)境運(yùn)作。此外，環(huán)氧樹脂(epoxy)具很高的熱阻(thermal resistance),使得圖1的結(jié)構(gòu)只提供了半導(dǎo)體LED芯片12高阻值的熱散逸途徑，而限制了 LED封裝體10的低功耗應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一光電元件的結(jié)構(gòu)，包含:一半導(dǎo)體疊層，包含:一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、一活性層、及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；一第一電極與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，且第一電極還包含一第一延伸電極；一第二電極與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接；及多個限制電性接觸區(qū)域位于半導(dǎo)體疊層與第一延伸電極之間，且多個限制電性接觸區(qū)域以變距離的間隔分布。本發(fā)明提供一光電元件的結(jié)構(gòu)，包含:一半導(dǎo)體疊層，包含:一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、一活性層、及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；一第一電極位于半導(dǎo)體疊層之上，且與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，其中第一電極還包含一具有一寬度D2的第一延伸電極；一凹槽位于半導(dǎo)體疊層之間，凹槽自第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層往下延伸至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，且凹槽底部露出該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；一限制電性接觸區(qū)域位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之上并沿著凹槽側(cè)壁延伸至凹槽底部部分區(qū)域；及一第二導(dǎo)電型接觸層位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與限制電性接觸區(qū)域之間且為凹槽所分隔，其中被分隔的第二導(dǎo)電型接觸層相距一距離D1，且D1<D2。
圖1是現(xiàn)有的發(fā)光元件結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明第一實施例的發(fā)光元件上視圖3A-3B是圖2的區(qū)域A放大圖；圖4A-4C是圖2的區(qū)域A另一實施例放大圖；圖4D是圖4C的剖視圖。主要元件符號說明10:LED 封裝體11:封裝結(jié)構(gòu)12:LED 芯片I3:p-n 接面14:焊線15，16:導(dǎo)電支架100:基板101:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層102:第一電極103:第一延伸電極104:凹槽105:第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層106:第二電極107:限制電性接觸區(qū)域108:第二導(dǎo)電型接觸層A:局部區(qū)域D1:位于凹槽二側(cè)的第二導(dǎo)電型接觸層距離D2:第一延伸電極的寬度
具體實施例方式為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述并配合圖2至圖4D的附圖。依據(jù)本發(fā)明第一實施例的光電兀件的上視圖如下:如圖2所不,一光電兀件包含一基板100，一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101、一第一電極102及一自第一電極102延伸出來的第一延伸電極103。在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101之上形成一活性層(未顯示)與一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(未顯不)，并在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(未顯不)之上形成一第二電極106。于本實施例中，第一延伸電極103為梳子形狀；在其他實施例中，第一延伸電極103可為弧形或其他對稱或不對稱形狀。另外，于一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101與一第一延伸電極103之間形成多個限制電性接觸區(qū)域107，其中多個限制電性接觸區(qū)域107以變距離的間隔分布。在一實施例中，多個限制電性接觸區(qū)域107的間隔距離隨其與第一電極102的距離增加而增力口，使得愈接近第一電極102的限制電性接觸區(qū)域間隔愈小，因此有較少的電流注入；愈遠(yuǎn)離第一電極102的限制電性接觸區(qū)域間隔愈大，因此有較多的電流注入，進(jìn)而改善電流局限(Current Crowding)的問題。圖3A為圖2局部區(qū)域A的放大圖，如圖3A所示:從第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105向下蝕刻活性層(未顯示)至暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101以形成一凹槽104，并于凹槽的預(yù)定位置形成多個限制電性接觸區(qū)域107以達(dá)到此些區(qū)域為隔絕電接觸，再于限制電性接觸區(qū)域107與暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101之上形成一第一延伸電極103。圖3B為圖2局部區(qū)域A另一實施例的放大圖，如圖3B所示:從第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105部分區(qū)域向下蝕刻活性層(未顯示)至暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101，以保留部分第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105及部分活性層(未顯示)，再于部分暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101區(qū)域及部分第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105之上形成多個限制電性接觸區(qū)域107，再于限制電性接觸區(qū)域107與暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101之上形成一第一延伸電極103。圖4A-圖4D為圖2局部區(qū)域A另一實施例的放大圖。如圖4A所示，于部分第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105之上形成一第二導(dǎo)電型接觸層108，并從第二導(dǎo)電型接觸層108部分區(qū)域向下蝕刻第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105、活性層(未顯示)至暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101，以保留部分第二導(dǎo)電型接觸層108、第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105及活性層(未顯示)。如圖4B所示，再于第二導(dǎo)電型接觸層108之上形成一限制電性接觸區(qū)域107，但如圖4A暴露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101未被限制電性接觸區(qū)域107所覆蓋的區(qū)域。如圖4C所示，再于限制電性接觸區(qū)域107上形成一第一延伸電極103，且第一延伸電極103覆蓋如圖4A暴露的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101區(qū)域，其中第一延伸電極103與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101形成電連接。圖4D為圖4C的剖視圖。如圖4D所示，其中如圖4A暴露的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101區(qū)域具有一凹槽104，此凹槽104自第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105往下延伸至第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101，且凹槽底部露出第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101。限制電性接觸區(qū)域107位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105之上并沿著凹槽107側(cè)壁延伸至凹槽底部部分區(qū)域；一第二導(dǎo)電型接觸層108位于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105與限制電性接觸區(qū)域107之間。分別位于凹槽二側(cè)的第二導(dǎo)電型接觸層108具有一距離D1 (即a、b 二點(diǎn)間)，且第一延伸電極103的寬度為D2。當(dāng)D1 < D2時,可改善電流局限(Current Crowding)的問題。其中第一延伸電極103的寬度D2 可介于 5 μ m 100 μ m、或 5 μ m 80 μ m、或 5 μ m 60 μ m、或 5 μ m 40 μ m、或 5 μ m 20μπκ或5μπι ΙΟμπι。且當(dāng)D2愈大時，光電元件的驅(qū)動電壓Vf有下降的趨勢。上述第一電極102、第一延伸電極103、及第二電極106的材料可選自:鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鎢(W)、錫(Sn)、或銀(Ag)等金屬材料。上述限制電性接觸區(qū)域107的材料可為氧化硅，氮化硅，氧化鋁，氧化鋯，或氧化鈦等介電材料。具體而言，光電兀件包含發(fā)光二極管(LED)、光電二極管(photodiode)、光敏電阻(photo resister)、激光(laser)、紅外線發(fā)射體(infrared emitter)、有機(jī)發(fā)光二極管(organic light-emitting diode)及太陽能電池(solar cell)中至少其一。基板 100 為一成長及/或承載基礎(chǔ)。候選材料可包含導(dǎo)電基板或不導(dǎo)電基板、透光基板或不透光基板。其中導(dǎo)電基板材料可為金屬，例如:銅(Cu)或鍺(Ge);或砷化鎵(GaAs)、銦化磷(InP)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)。透光基板材料可為藍(lán)寶石(Sapphire)、招酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化招(AlN)、玻璃、鉆石、CVD 鉆石、類鉆碳(Diamond-LikeCarbon ;DLC)、尖晶石(spinel, MgAl2O4)、氧化硅(SiOx)及鎵酸鋰(LiGaO2)。上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105彼此中至少二個部分的電性、極性或摻雜物相異、或者分別用以提供電子與空穴的半導(dǎo)體材料單層或多層(「多層」指兩層或兩層以上，以下同。)，其電性選擇可以為P型、η型、及i型中至少任意二者的組合?；钚詫?未顯示)位于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105之間，為電能與光能可能發(fā)生轉(zhuǎn)換或被誘發(fā)轉(zhuǎn)換的區(qū)域。電能轉(zhuǎn)變或誘發(fā)光能者如發(fā)光二極管、液晶顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管；光能轉(zhuǎn)變或誘發(fā)電能者如太陽能電池、光電二極管。上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101、活性層(未顯示)及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105其材料包含一種或一種以上的元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所構(gòu)成群組。依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的光電元件是一發(fā)光二極管，其發(fā)光頻譜可以通過改變半導(dǎo)體單層或多層的物理或化學(xué)要素進(jìn)行調(diào)整。常用的材料是如磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列、氧化鋅(ZnO)系列等?；钚詫?未顯示)的結(jié)構(gòu)是如:單異質(zhì)結(jié)構(gòu)(single heterostructure ；SH)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double heterostructure ；DH)、雙側(cè)雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double-side double heterostructure ;DDH)、或多層量子井(mult1-quantumwell ;MQW)。再者，調(diào)整量子井的對數(shù)也可以改變發(fā)光波長。在本發(fā)明的一實施例中，第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層101與基板100間尚可選擇性地包含一緩沖層(buffer layer,圖未示)。此緩沖層介于二種材料系統(tǒng)之間,使基板的材料系統(tǒng)”過渡”至半導(dǎo)體系統(tǒng)的材料系統(tǒng)。對發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)而言，一方面，緩沖層用以降低二種材料間晶格不匹配的材料層。另一方面，緩沖層也可以是用以結(jié)合二種材料或二個分離結(jié)構(gòu)的單層、多層或結(jié)構(gòu)，其可選用的材料如:有機(jī)材料、無機(jī)材料、金屬、及半導(dǎo)體等；其可選用的結(jié)構(gòu)如:反射層、導(dǎo)熱層、導(dǎo)電層、歐姆接觸(ohmic contact)層、抗形變層、應(yīng)力釋放(stress release)層、應(yīng)力調(diào)整(stress adjustment)層、接合(bonding)層、波長轉(zhuǎn)換層、及機(jī)械固定構(gòu)造等。在一實施例中，此緩沖層的材料可為AIN、GaN，且形成方法可為派鍍(Sputter)或原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層105上還可選擇性地形成一第二導(dǎo)電型接觸層108。接觸層設(shè)置于第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層遠(yuǎn)離活性層(未顯示)的一側(cè)。具體而言，第二導(dǎo)電型接觸層可以為光學(xué)層、電學(xué)層、或其二者的組合。光學(xué)層可以改變來自于或進(jìn)入活性層(未顯示)的電磁輻射或光線。在此所稱之「改變」指改變電磁輻射或光的至少一種光學(xué)特性，前述特性包含但不限于頻率、波長、強(qiáng)度、通量、效率、色溫、演色性(rendering index)、光場(lightfield)、及可視角(angle of view)。電學(xué)層可以使得第二導(dǎo)電型接觸層的任一組相對側(cè)間的電壓、電阻、電流、電容中至少其一的數(shù)值、密度、分布發(fā)生變化或有發(fā)生變化的趨勢。第二導(dǎo)電型接觸層108的構(gòu)成材料包含氧化物、導(dǎo)電氧化物、透明氧化物、具有50%或以上穿透率的氧化物、金屬、相對透光金屬、具有50%或以上穿透率的金屬、有機(jī)質(zhì)、無機(jī)質(zhì)、突光物、磷光物、陶瓷、半導(dǎo)體、摻雜的半導(dǎo)體、及無摻雜的半導(dǎo)體中至少其一。在某些應(yīng)用中，第二導(dǎo)電型接觸層108的材料為氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、與氧化鋅錫中至少其一。若為相對透光金屬，其厚度約為0.005 μ m 0.6 μ m。以上各附圖與說明雖僅分別對應(yīng)特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露的元件、實施方式、設(shè)計準(zhǔn)則、及技術(shù)原理除在彼此顯相沖突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當(dāng)可依其所需任意參照、交換、搭配、協(xié)調(diào)、或合并。雖然本發(fā)明已說明如上，然而其并非用以限制本發(fā)明的范圍、實施順序、或使用的材料與制造方法。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種光電元件，包含: 半導(dǎo)體疊層，包含:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層、及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 第一電極與該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，且該第一電極還包含一第一延伸電極；及多個限制電性接觸區(qū)域位于該半導(dǎo)體疊層與該第一延伸電極之間，且該多個限制電性接觸區(qū)域以變距離的間隔分布。
2.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中還包含基板，形成在該半導(dǎo)體疊層之上，其中該基板與該第一電極形成在該半導(dǎo)體疊層的相對側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中還包含第二電極，與該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
4.如權(quán)利要求1所述的光電元件，其中該多個限制電性接觸區(qū)域之間距離隨其與該第一電極的距離增加而增加。
5.一種光電元件，包含: 半導(dǎo)體疊層，包含:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、活性層、及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 第一電極位于該半導(dǎo)體疊層之上，且與該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，其中該第一電極還包含具有一寬度D2的第一延伸電極； 一凹槽位于該半導(dǎo)體疊層之間，該凹槽自第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層往下延伸至該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，且該凹槽底部露出該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層； 限制電性接觸區(qū)域位于該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之上；及 第二導(dǎo)電型接觸層位于該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與該限制電性接觸區(qū)域之間且為凹槽所分隔，其中被分隔的第二導(dǎo)電型接觸層相距一距離D1，且D1 < D2。
6.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中還包含基板，形成在該半導(dǎo)體疊層之上，其中該基板與該第一電極形成在該半導(dǎo)體疊層的相對側(cè)。
7.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中還包含第二電極，與該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
8.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中該第一延伸電極位于該限制電性接觸區(qū)域之上。
9.如權(quán)利要求5所述的光電兀件，其中該第一延伸電極寬度D2介于5μ m 100 μ m。
10.如權(quán)利要求5所述的光電元件，其中該限制電性接觸區(qū)域還沿著該凹槽側(cè)壁延伸至該凹槽底部部分區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光電元件的結(jié)構(gòu)，其包含一半導(dǎo)體疊層，包含一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、一活性層、及一第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；一第一電極與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接，且第一電極還包含一第一延伸電極；一第二電極與第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接；及多個限制電性接觸區(qū)域位于半導(dǎo)體疊層與第一延伸電極之間，且多個限制電性接觸區(qū)域以變距離的間隔分布。
文檔編號H01L33/00GK103117332SQ201110362728
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月16日
發(fā)明者洪詳竣, 陳昭興, 沈建賦, 王佳琨 申請人:晶元光電股份有限公司