CN101621098A - 光电装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光电装置的制造方法包含以下步骤：形成一光电元件于一基板；形成一反射欧姆接触膜于光电元件上，其中反射欧姆接触膜具有一图案介电层及一第一导电层，图案介电层与第一导电层沉积于光电元件的上方；以及形成一第二导电层于反射欧姆接触膜上。本发明也揭示上述光电装置的制造方法所形成的光电装置。

Description

光电装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体元件及其制造方法，特别涉及一种光电装置及其制造方法。

背景技术

目前，常见的光电装置如发光二极管(light-emitting diode，LED)是由周期表中三族、五族的半导体材料制作而成的发光元件，其具有体积小、亮度高、发热量低、耗电量低、没有辐射、不含水银、寿命长、反应速度快以及可靠度高等优点，因而其应用范围遍及日常生活中的各项用品，如家电制品及各式仪器的指示灯或光源等。近来由于多色彩及高亮度化的发展应用范围已朝向户外显示器发展，而红蓝绿为全彩显示的三原色，因而制作高效率的蓝色及绿色发光二极管是不可或缺的要件。

请参照图1所示，一种公知发光二极管元件的制造方法包含：将一半导体发光结构12形成于一基板11。其中，基板11为一蓝宝石材质基板，而半导体发光结构12为氮化镓(GaN)化合物所构成，并以一有机金属化学气相沉积法(MOCVD)磊晶形成于基板11上。半导体发光结构12形成后具有一离基板11较近的氮极性侧(N-polar)N以及一离基板较远的镓极性侧(Ga-polar)G。接着，电镀一金属层13于半导体发光结构12上以作为替代基板。接着，以雷射去除(laserlift-off)基板11之后，翻转半导体发光结构12及金属层13。最后，在光电元件12上设置一外部电极14以形成一发光二极管元件1。于此，替代基板可以解决因蓝宝石基板导致的散热不佳的问题。

然而，发光二极管元件及其工艺虽解决蓝宝石基板散热不佳的问题，但却衍生金属电极与光电元件之间所产生的欧姆电阻或注入电流过于集中等问题，另外，发光二极管整体发光效率也无法有效提升。

因此，如何提供一种光电装置及其制造方法使光电装置具有良好的欧姆接触并具有均匀电流分布及提高发光效率，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种能够同时具有良好的欧姆接触、均匀的电流分布及高反射率结构的光电装置及其制造方法。

为达上述目的，依据本发明的一种光电装置的制造方法包含形成一光电元件于一基板；形成一反射欧姆接触膜于光电元件上，其中反射欧姆接触膜具有一图案介电层及一第一导电层，图案介电层与第一导电层沉积于光电元件的上方；以及形成一第二导电层于反射欧姆接触膜上。

为达上述目的，依据本发明的一种光电装置包含一光电元件、一反射欧姆接触膜以及一第二导电层。反射欧姆接触膜位于光电元件上，反射欧姆接触膜具有一图案介电层及一第一导电层。图案介电层与第一导电层沉积于光电元件的上方。第二导电层位于反射欧姆接触膜上。

承上所述，依据本发明的一种光电装置及其制造方法中，反射欧姆接触膜的图案介电层及第一导电层是沉积于光电元件的上方，第一导电层不仅与光电元件具有良好的欧姆接触特性并可作为光线反射层，而图案介电层可作为电流阻障层以避免注入电流过于集中在两个电极的最短直线路径，因此，光电装置整体的发光效率得以提升。

附图说明

图1为一种公知光电装置的制造方法的示意图；

图2是依据本发明第一实施例的一种光电装置的制造方法的流程图；

图3是依据本发明第一实施例的一种光电装置的制造方法的示意图；

图4是依据本发明第二实施例的一种光电装置的制造方法的流程图；

图5是依据本发明第二实施例的一种光电装置的制造方法的示意图；

图6是依据本发明第三实施例的一种光电装置的制造方法的流程图；

图7是依据本发明第三实施例的一种光电装置的制造方法的示意图；

图8是依据本发明第四实施例的一种光电装置的制造方法的流程图；

图9是依据本发明第四实施例的一种光电装置的制造方法的示意图；

图10及图11是依据本发明第五实施例的一种光电装置的示意图；

图12至图15是依据本发明第六实施例的一种光电装置的示意图；以及

图16是依据本发明第七实施例的一种光电装置的示意图。

主要元件符号说明：

1：光电二极管元件

11、21、31、41、51、91：基板

12：半导体发光结构

13：金属层

14、25、35、45、55、65、75、85、95：外部电极

2、3、4、5、6、7、8、8a、8b、8c、9：光电装置

22、32、42、52、62、72、82、82b、82c、92：光电元件

23、33、43、53、63、73、83、83a、83c、93：反射欧姆接触膜

231、331、431、531、631、731、831、831a、831c、931：第一导电层

232、332、432、532、632、732、832、832a、832c、932：图案介电层

232′、432′：介电层

24、34、44、54、64、74、84、94：第二导电层

821、821b、821c、921：第一半导体层

822、822b、822c、922：第二半导体层

823、823b、823c、923：第三半导体层

G、G′：镓极性侧

N、N′：氮极性侧

S11～S17、S21～S27、S31～S37、S41～S47：步骤

实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明优选实施例的光电装置及其制造方法，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

以下所述的一种光电装置的制造方法至少包含以下步骤：形成一光电元件于一基板；形成一反射欧姆接触膜于光电元件上；形成一第二导电层于反射欧姆接触膜上。其中，反射欧姆接触膜的一图案介电层及一第一导电层是沉积于光电元件的上方。详细内容将以各不同实施例加以说明。

第一实施例

请参照图2及图3所示，本发明第一实施例的一种光电装置的制造方法包含步骤S11～步骤S17。

在步骤S11，形成一光电元件22于一基板21。在本实施例中，以制造蓝色发光二极管为例，基板21为一蓝宝石材质基板，光电元件22为三、五族化合物半导体材料。一般来说光电元件22可选用氮化物系列材料例如六方晶型的氮化镓(GaN)化合物，并以一有机金属化学气相沉积法(MOCVD)或一分子束磊晶成长法(MBE)形成于基板21上。另外，光电元件22包含多层半导体层，这些半导体层包含了一n型半导体、一发光层及一P型半导体层。光电元件22也可采用更多半导体层或更多发光层等更复杂的结构。

光电元件22在基板21上因晶格排列会有一氮极性侧(N-polar)N以及一镓极性侧(Ga-polar)G，在本实施例中，镓极性侧G相较于氮极性侧N离基板21较远。

在步骤S12及步骤S13，形成一反射欧姆接触膜23于光电元件22上，反射欧姆接触膜23具有一第一导电层231及一图案介电层232。在本实施例中，步骤S12首先沉积第一导电层231于光电元件22上，亦即薄膜沉积于光电元件22的镓极性侧G，接着，再沉积一介电层232′于第一导电层231。

在步骤S13，图案化介电层232′以形成图案介电层232。其中，第一导电层231为具有铂、金、银、钯、镍、铬、钛、铬/铝、镍/铝、钛/铝、钛/银、铬/铂/铝及其组合所构成的群组，或是其它适合的金属或金属化合物。第一导电层231是以沉积形成，故其具有较佳的表面特性来反射光线。第一导电层231除了具有反射功效之外，还可提供良好的导热路径。

第一导电层231与光电元件22可为欧姆接触(Ohmic contact)，使得第一导电层231与光电元件22的界面具有较小的电阻值，以减少光电元件22的电流损耗。

图案介电层232的材质可以是氧化硅、氮化硅等介电材料。图案介电层232具有多条刻纹，例如为多条矩形刻纹。

在步骤S14，形成一第二导电层24于第一导电层231及图案介电层232上，其经由一电镀方式或黏合方式使第二导电层24位于第一导电层231及图案介电层232上，第二导电层24的厚度大于第一导电层231的厚度十倍以上，其厚度约为100微米以上。第二导电层24为一金属化合物，其可作为一P型电极。

在步骤S15，雷射以剥离基板21，光电元件22的氮极性侧N因而露出。在步骤S16，蚀刻光电元件22的氮极性侧N从而粗糙化氮极性侧N′，使氮极性侧N′具有粗糙化的表面，因此，镓极性侧G的表面粗糙度小于氮极性侧N′。

最后，在步骤S17，设置一外部电极25，与图案介电层232对应设置于光电元件22的氮极性侧N′，本实施例的外部电极25为一N型电极。

需注意的是，因蓝宝石基板散热效果不佳，第二导电层24可作为承载基板以辅助发光二极管元件散热。

在本实施例中，光电装置2为一垂直式发光二极管，沉积形成的第一导电层231不仅与光电元件22具有良好的反射特性可作为光线反射层，同时良好的欧姆接触特性也可减少光电元件22的电流损耗。另外，外部电极25与图案介电层232对应设置于光电元件22的氮极性侧N′，具有图案的图案介电层232可作为电流阻障层(Current BlockLayer)，其中，图案介电层232的图案，特别是对应在外部电极25的图案的宽度可约略与外部电极25等宽，从而避免电流仅局限于外部电极25的正下方流动，光电元件22的电流分布因而较为均匀，从而避免注入的电流过于集中在外部电极25与第二导电层24的最短直线路径。再者，第二导电层24可作为光电装置2的承载基板，由于其与图案介电层232接触而可强化附着力，因而可避免第二导电层24脱落。

第二实施例

请参照图4及图5所示，本发明第二实施例的一种光电装置的制造方法包含步骤S21～步骤S27。

在步骤S21，形成一光电元件32于一基板31。其中，基板31与光电元件32的材质及形成方式与上述第一实施例的步骤S11相同，在此不再赘述。

在步骤S22及步骤S23，形成一反射欧姆接触膜33于光电元件32上。反射欧姆接触膜33具有一第一导电层331及一图案介电层332，在步骤S22，先沉积一介电层(图未显示)于光电元件32上并图案化介电层以形成图案介电层332。再在步骤S23沉积第一导电层331于图案介电层332上，且第一导电层331与光电元件32的镓极性侧G接触。第一导电层331及图案介电层332的构成材质及功效与上述第一实施例的第一导电层331及图案介电层332相同，在此不再赘述。

在步骤S24，电镀或黏合一第二导电层34于第一导电层331上。在本实施例中，第二导电层34的厚度也大于第一导电层331的厚度十倍以上。在步骤S25，雷射剥离基板31后进行步骤S26，蚀刻光电元件32的氮极性侧，从而粗糙化氮极性侧N′，其中蚀刻光电元件32同样以湿蚀刻制程进行，且使镓极性侧G的表面粗糙度小于氮极性侧N′。最后在步骤S27，设置一外部电极35，例如为一n型电极与图案介电层332对应设置。

与上述第一实施例的光电装置2不同的是，第一导电层331形成于图案介电层332的上方，第一导电层331与光电元件32接触。此变化结构同样可使光电装置3具有良好的欧姆接触特性，也可减少光电元件32的电流损耗。再者，图案介电层332可作为电流阻障层，从而避免注入的电流过于集中在外部电极35与第二导电层34的最短直线路径。

第三实施例

请参照图6及图7所示，本发明第三实施例的一种光电装置的制造方法包含步骤S31～步骤S37。

在步骤S31，形成一光电元件42于一基板41。其中，光电元件42形成后具有一氮极性侧N以及一镓极性侧G，在本实施例中，氮极性侧N相较于镓极性侧离基板41较远。

与前述实施例不同的是，在步骤S32，在形成反射欧姆接触膜43于光电元件42之前就先蚀刻光电元件42的氮极性侧N′，从而粗糙化氮极性侧N′。反射欧姆接触膜43形成于光电元件42工艺/处理的步骤S33至步骤S36分别与上述第一实施例的步骤S12至步骤S15相同。本实施例在步骤36的雷射剥离基板后直接进行设置一外部电极与图案介电层对应设置的步骤37。

光电装置4与光电装置3不同之处在于，反射欧姆接触膜43形成于光电元件42的氮极性侧N′，亦即外部电极45形成于镓极性侧G，其余各元件的构成材质及功效与上述第一实施例的光电装置2相同，在此不再赘述。

第四实施例

请参照图8及图9所示，本发明第四实施例的一种光电装置的制造方法包含步骤S41～步骤S47。

在步骤S41，形成一光电元件52于一基板51。其中，光电元件52形成后具有一氮极性侧N以及一镓极性侧G，氮极性侧N相较于镓极性侧G离基板51较远。在步骤S42，形成反射欧姆接触膜53于光电元件52之前，就先以蚀刻工艺将光电元件52的氮极性侧N′粗糙化。反射欧姆接触膜53形成于光电元件52工艺或处理的步骤S43至步骤S46分别与上述第二实施例的步骤S22至步骤S25相同。本实施例在步骤46的雷射剥离基板后直接进行设置一外部电极与图案介电层对应设置的步骤47。

光电装置5与光电装置3不同之处在于，反射欧姆接触膜53形成于光电元件52的氮极性侧N′，亦即外部电极55形成于镓极性侧G，其余各元件的构成材质及功效与上述第二实施例的光电装置3相同，在此不再赘述。

第五实施例

图10和图11示出了反射欧姆接触膜的图案介电层的变化方式，整个光电装置的制造流程及结构可根据前述或后续实施例来变化。请参照图10所示，一光电装置6包含一光电元件62、一反射欧姆接触膜63以及一第二导电层64。反射欧姆接触膜63位于光电元件62上方，并具有一图案介电层632及一第一导电层631依序设置在光电元件62上。图案介电层632的图案为多个具有曲面的凸柱，当然，图案也可为凸柱或凸块，且多个凸柱对应一个外部电极65，同样可由此避免电流仅局限于外部电极65的正下方流动。

请参照图11所示，一光电装置7与光电装置6不同之处在于，反射欧姆接触膜73的第一导电层731形成于图案介电层732的图案之间，亦即图案介电层732的图案与第二导电层74接触，且多个图案对应一个外部电极75。

第六实施例

本实施例是在前述实施例的工艺所制造的光电元件的两侧设有粗糙面。在制造过程中，在镓极性侧G露出且近一步进行其它处理前，对镓极性侧G先进行表面处理即可得到粗糙的表面，运用前述实施例的制造过程并进一步处理的光电元件如图12-图15。

请参照图12所示，本发明的一种光电装置8包含一光电元件82、一反射欧姆接触膜83以及一第二导电层84，其可利用前述第一实施例的方法来制造，在反射欧姆接触膜83形成于光电元件82之前，先粗糙化光电元件82的镓极性侧G′。光电装置8为一垂直式发光二极管元件，反射欧姆接触膜83位于光电元件82上方，反射欧姆接触膜83具有一第一导电层831及一图案介电层832。第一导电层831与图案介电层832依序沉积于光电元件82的上方以形成反射欧姆接触膜83。第二导电层84位于反射欧姆接触膜83上。外部电极85设置于光电元件82之前，先粗糙化氮极性侧N′，镓极性侧G′的表面粗糙度可小于氮极性侧N′。

在本实施例中，光电元件82为氮化物系列例如六方晶型的氮化镓(GaN)化合物，其具有一第一半导体层821、一第二半导体层822及一第三半导体层823。其中，第一半导体层821为一n型半导体层，第二半导体层822为一发光层，第三半导体层823为一p型半导体层。第一半导体层821可为一n型氮化镓层、n型氮化铟镓层或n型氮化铝镓层及其组合；第二半导体层822例如但不限于一活化层、单量子井或多量子井层以形成各半导体层的异质接面或双异质接面；第三半导体层823为一p型氮化铟镓层或一p型氮化铝镓层，使光电装置8可产生各种颜色的光。

请参照图13至图15所示，第六实施例的一种光电装置8也可具有不同的结构变化。如图13所示，光电装置8a包含一光电元件82、一反射欧姆接触膜83a以及一第二导电层84，其可利用前述第二实施例的方法来制造，在反射欧姆接触膜83a形成于光电元件82之前，先粗糙化光电元件82的镓极性侧G′。反射欧姆接触膜83a的第一导电层831a形成于图案介电层832a的上方且与光电元件82接触。

如图14所示，光电装置8b包含一光电元件82b、一反射欧姆接触膜83以及一第二导电层84，其可利用前述第三实施例的方法来制造，在雷射剥离基板后，粗糙化光电元件82b的镓极性侧G′，然后再设置外部电极85。其中，光电元件82b的氮极性侧N′及镓极性侧G′皆具有粗糙化结构，镓极性侧G′的表面粗糙度可小于氮极性侧N′。

如图15所示，光电装置8c包含一光电元件82c、一反射欧姆接触膜83c以及一第二导电层84，其可利用前述第四实施例的方法来制造，在雷射剥离基板后，粗糙化光电元件82c的镓极性侧G′，然后再设置外部电极85。光电元件82c的氮极性侧N′及镓极性侧G′皆具有粗糙化结构，反射欧姆接触膜83c的图案介电层832c形成于氮极性侧N′，第一导电层831c形成于图案介电层832c的上方且第一导电层831c与光电元件82c接触。

由于光电装置8a-8c与光电装置8对应的元件具有相同或类似的构件、工艺及功效，在此不再赘述。

此外，光电元件也可仅粗糙化镓极性侧，而在氮极性侧没有进行蚀刻或其它粗糙化的处理。

第七实施例

一光电装置9包含一基板91、一光电元件92、一反射欧姆接触膜93以及一第二导电层94。与前述实施例不同的是，光电装置9为一水平式发光二极管元件。光电元件92的各层结构及反射欧姆接触膜93均如同上述实施例的光电元件82及反射欧姆接触膜83，在此不再赘述。光电装置9更包含一外部电极95其例如为一n型电极，而第二导体层94为一p型电极。外部电极95设置于光电元件92的第一半导体层921，其例如为一n型氮化镓层并紧邻设置于一氮化镓缓冲层(图未显示)，使本发明的反射欧姆接触膜93可设置于例如光电装置9的水平式发光二极管元件之中，并使光电元件92的电流分布较为均匀，从而避免注入的电流过于集中在外部电极95与第二导电层94的最短直线路径。

另外，光电装置9的结构也可有类似于前述实施例的变化方式，例如反射欧姆接触膜的变化、氮极性侧位置的变化、氮极性侧的蚀刻处理、光电元件二侧皆有粗糙面等等。由于这些变化方式已描述在前述实施例，故此不再赘述。

另外，在以上的实施例中，除了蓝光发光二极管之外，前述的制造方法也可用于制造一绿光发光二极管、一白光发光二极管、一雷射二极管(laser diode，LD)、一光传感器(photo detector，PD)或一太阳能电池(solar cell)等的光电装置。

综上所述，依据本发明的一种光电装置及其制造方法通过将具有图案介电层及第一导电层的反射欧姆接触膜沉积于光电元件的上方使第一导电层不仅与光电元件具有良好的欧姆接触特性及可作为光线反射层，而图案介电层可作为电流阻障层以避免注入电流过于集中外部电极以提升光电装置整体的发光效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于权利要求范围中。

Claims (22)

1.一种光电装置的制造方法，包含以下步骤：

形成一光电元件于一基板；

形成一反射欧姆接触膜于该光电元件上，其中该反射欧姆接触膜具有一图案介电层及一第一导电层，该图案介电层与该第一导电层沉积于该光电元件的上方；以及

形成一第二导电层于该反射欧姆接触膜上。

2.如权利要求1所述的制造方法，其中该第二导电层的厚度大于该第一导电层的厚度十倍以上，该第二导电层接触该第一导电层，该第一导电层接触该光电元件。

3.如权利要求1所述的制造方法，其中形成该反射欧姆接触膜的步骤包含：

沉积一介电层于该光电元件上；

图案化该介电层以形成该图案介电层；以及

沉积该第一导电层于该图案介电层上，

其中，形成该第二导电层的步骤包含电镀该第二导电层于该第一导电层上。

4.如权利要求1所述的制造方法，其中形成该反射欧姆接触膜的步骤包含：

沉积该第一导电层于该光电元件上；

沉积一介电层于该第一导电层上；以及

图案化该介电层以形成该图案介电层，

其中，形成该第二导电层的步骤包含电镀该第二导电层于该第一导电层及该图案介电层上。

5.如权利要求1所述的制造方法，其中该光电元件具有一氮极性侧以及一镓极性侧，该氮极性侧相较于该镓极性侧离该基板较远，该反射欧姆接触膜位于该氮极性侧上。

6.如权利要求5所述的制造方法，更包含：

形成该反射欧姆接触膜前，蚀刻该光电元件的该氮极性侧，从而粗糙化该氮极性侧。

7.如权利要求6所述的制造方法，更包含：

雷射剥离该基板；以及

粗糙化该光电元件的该镓极性侧，其中该镓极性侧的表面粗糙度小于该氮极性侧。

8.如权利要求1所述的制造方法，其中该光电元件具有一氮极性侧以及一镓极性侧，该镓极性侧相较于该氮极性侧离该基板较远，该反射欧姆接触膜位于该镓极性侧上。

9.如权利要求8所述的制造方法，更包含：

形成该反射欧姆接触膜前，粗糙化该光电元件的该镓极性侧。

10.如权利要求9所述的制造方法，更包含：

雷射剥离该基板；以及

蚀刻该光电元件的该氮极性侧，从而粗糙化该氮极性侧，其中该镓极性侧的表面粗糙度小于该氮极性侧。

11.如权利要求1所述的制造方法，其中该第二导电层作为承载基板。

12.一种光电装置，包含：

一光电元件；

一反射欧姆接触膜，位于该光电元件上，该反射欧姆接触膜具有一图案介电层及一第一导电层，该图案介电层与该第一导电层沉积于该光电元件的上方；以及

一第二导电层，位于该反射欧姆接触膜上。

13.如权利要求12所述的光电装置，其中该图案介电层位于该光电元件上，该第一导电层位于该图案介电层上，该第二导电层位于该第一导电层上。

14.如权利要求12所述的光电装置，其中该第一导电层位于该光电元件上，该图案介电层位于该第一导电层上，该第二导电层位于该第一导电层及该图案介电层上。

15.如权利要求12所述的光电装置，其中该光电元件具有一氮极性侧以及一镓极性侧，该反射欧姆接触膜位于该氮极性侧上。

16.如权利要求15所述的光电装置，其中该氮极性侧具有粗糙化表面。

17.如权利要求16所述的光电装置，其中该镓极性侧具有粗糙化表面，该镓极性侧的表面粗糙度小于该氮极性侧。

18.如权利要求12所述的光电装置，其中该光电元件具有一氮极性侧以及一镓极性侧，该反射欧姆接触膜位于该镓极性侧上。

19.如权利要求18所述的光电装置，其中该镓极性侧具有粗糙化表面。

20.如权利要求19所述的光电装置，其中该氮极性侧具有粗糙化表面，该镓极性侧的表面粗糙度小于该氮极性侧。

21.如权利要求12所述的光电装置，其中该第二导电层作为承载基板。

22.如权利要求12所述的光电装置，其中该光电装置是一发光二极管。

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