CN101931034A

CN101931034A - 光电元件

Info

Publication number: CN101931034A
Application number: CN2009101462134A
Authority: CN
Inventors: 谢明勋; 王健源; 姚久琳; 林锦源
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: CN101931034B

Abstract

本发明揭示一种光电元件，包含半导体叠层；第一透明导电氧化层位于此半导体叠层上，其中此第一透明导电氧化层具有至少一开口；以及第二透明导电氧化层，覆盖上述第一透明导电氧化层；此外，上述的第二透明导电氧化层填入第一透明导电氧化层的开口中并且与半导体叠层相接触，其中第一透明导电氧化层与第二透明导电氧化层中的任一层与半导体叠层形成欧姆接触。

Description

光电元件

技术领域

本发明涉及一种光电元件，特别是涉及一种具有第一透明导电氧化层与第二透明导电氧化层的光电元件。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式将能量释放，这样的发光原理有别于白炽灯发热的发光原理，因此发光二极管被称为冷光源。此外，发光二极管具有耐久性高、寿命长、轻巧、耗电量低等优点，因此现今的照明市场对于发光二极管寄予厚望，将其视为新一代的照明工具。

图1为已知的光电元件结构示意图，如图1所示，已知的发光元件100，包含有基板10、位于基板10上的半导体叠层12，以及至少一电极14位于上述半导体叠层12上，其中上述的半导体叠层12由上而下至少包含第一导电型半导体层120、有源层122，以及第二导电型半导体层124。

于已知的光电元件100中，由于半导体叠层12的表面为平面，加上半导体叠层12与外部环境的折射率差异，因此有源层122所发出的光线容易形成全反射(Total Internal Reflection，TIR)。

不仅如此，已知光电元件100于运作时，电流由电极14导入半导体叠层12中，然而由于大多数电流是以最小路径流经半导体叠层12，造成半导体叠层12中电流分布不均匀的情形，亦使光电元件100的发光效率不佳。

此外，上述的光电元件100更可以进一步地与有源层元件组合连接以形成光电装置(optoelectronic apparatus)。图2为已知的光电装置结构示意图，如图2所示，光电装置200包含具有至少一电路202的次载体(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位于上述次载体20上，通过此焊料22将上述光电元件100黏结固定于次载体20上并使光电元件100的基板10与次载体20上的电路202形成电连接；以及，电性连接结构24，以电性连接光电元件100的电极14与次载体20上的电路202；其中，上述的次载体20可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置200的电路规划并提高其散热效果。

发明内容

本发明揭示一种光电元件，包含半导体叠层；第一透明导电氧化层，位于此半导体叠层上，其中此第一透明导电氧化层具有至少一开口；以及第二透明导电氧化层，覆盖上述第一透明导电氧化层；此外，上述的第二透明导电氧化层填入第一透明导电氧化层的开口中并且与半导体叠层相接触，其中第一透明导电氧化层与第二透明导电氧化层中的任一层与半导体叠层形成欧姆接触。

本发明亦揭示一种光电元件，包含半导体叠层、位于半导体叠层上的第一透明导电氧化层，其中第一透明导电氧化层具有至少一开口并与半导体叠层形成欧姆接触，以及覆盖于第一透明导电氧化层的第二透明导电氧化层，其中第二透明氧化层填入上述开口之中。

本发明更揭示一种光电元件，包含半导体叠层、位于半导体叠层上的第一透明导电氧化层，其中该第一透明导电氧化层具有至少一开口；以及覆盖上述第一透明导电氧化层的第二透明导电氧化层，其中第二透明导电氧化层填入上述开口之中并与半导体叠层形成欧姆接触。

本发明的主要目的在于提供一种光电元件，包含具有至少一开口的第一透明导电氧化层，通过第一透明导电氧化层形成多个开口的结构，提高光电元件的发光效率。

附图说明

图1为已知光电元件结构示意图。

图2为已知光电装置结构示意图。

图3为本发明实施例结构示意图。

图4A至图4D为本发明实施例制造流程示意图。

图5为本发明另一实施例结构示意图。

附图标记说明

100 光电元件 10 基板

12 半导体叠层 120 第一导电型半导体层

122 有源层 124 第二导电型半导体层

14 电极 200 光电装置

20 次载体 202 电路图案

22 焊料 24 电性连接结构

300 光电元件 30 半导体叠层

302 第一主要表面 304 第二主要表面

306 第一导电型半导体层 308 有源层

310 第二导电型半导体层 32 第一透明导电氧化层

320 开口 34 第二透明导电氧化层

36 基板 38 电极

500 光电元件 50 半导体叠层

502 第一导电型半导体层 504 有源层

506 第二导电型半导体层 52 第一透明导电氧化层

520 开口 54 第二透明导电氧化层

56 导电黏结层 58 基板

60 电极

具体实施方式

本发明揭示一种光电元件，为了使本发明的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图3至图5的图示。

图3为本发明实施例的结构示意图，如图3所示，光电元件300包含半导体叠层30，其中半导体叠层30具有第一主要表面302与第二主要表面304；第一透明导电氧化层32，位于上述第一主要表面302或第二主要表面304上；于本实施例中，第一透明导电氧化层32位于第一主要表面302上；以及第二透明导电氧化层34，覆盖上述第一透明导电氧化层32，并形成实质平行于第一主要表面302或第二主要表面304的平面，其中，上述的第一透明导电氧化层32上更具有多个开口320，而第二透明导电氧化层34填入第一透明导电氧化层32的多个开口320中，并与半导体叠层30相接触，其中第一透明导电氧化层32与第二透明导电氧化层34中的任一层与半导体叠层30形成欧姆接触。于本实施例的光电元件300中，第一透明导电氧化层32与半导体叠层30形成欧姆接触而产生电性连接，而第二透明导电氧化层34与半导体叠层30接触部分则未形成欧姆接触，形成例如肖特基接触。

此外，上述的光电元件300还包含位于半导体叠层30第二主要表面304下的基板36，以及位于第二透明导电氧化层34上的电极38，其中上述电极38的位置对应于第一透明导电层32的开口320位置。

上述的半导体叠层30由上而下可至少包含第一导电型半导体层306、有源层308，以及第二导电型半导体层310；此外，上述的半导体叠层30的材料选自于III-V族的材料，例如含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)的半导体材料，诸如氮化镓(GaN)系列、磷化铝镓铟(AlGaInP)系列或砷化镓(GaAs)系列材料；而第一透明导电氧化层32与第二透明导电氧化层34的材料系包含至少一种材料选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锑锌(AZO)与氧化锌(ZnO)所构成的群组，其中第一透明导电氧化层32的结晶粒度尺寸(grain size)、或折射率(Refractive Index)与第二透明导电氧化层34相异；第一透明导电氧化层32与第二透明导电氧化层34具有相异的组成材料，或具有相同的组成材料(composing materials)但其组成比例相异。第一透明导电氧化层32与第二透明导电氧化层34间亦可形成欧姆接触以增进电流分散效果。

此外，上述的第一透明导电氧化层32具有多个开口320，而填入多个开口320并覆盖第一透明导电氧化层32的第二透明导电氧化层34的上表面除了可以实质平行于第一主要表面302或第二主要表面304的平面外，亦可以是粗化表面(图未示)以降低光电元件300发出的光线发生全反射的机率，提高光电元件300的光摘出效率。

不仅如此，由于本实施例的光电元件300中，第一透明导电氧化层32与半导体叠层30形成欧姆接触而产生电性连接，而第二透明导电氧化层34与半导体叠层30接触部分则未形成欧姆接触，而形成例如肖特基接触。当电流通入光电元件300时，经由电极38导入第二透明导电氧化层34，然而因为第二透明导电氧化层34与半导体叠层30接触部分并未形成欧姆接触，而第一透明导电氧化层32与半导体叠层30接触部分形成欧姆接触，故流经第二透明导电氧化层34的电流会通过第一透明导电层32导入半导体叠层30中。若光电元件300中的电极38位置对应第一透明导电氧化层32的开口320位置，便可进一步达成电流扩散的效果，进而提升光电元件300的发光效率。

图4A至4D图为上述光电元件300的制造流程结构示意图，如图4A所示，首先提供基板36，并且于基板36上以有机金属化学气相沉积(MOCVD)或液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)等方法形成半导体叠层30，其中上述半导体叠层30由上而下至少包含第一导电型半导体层306、有源层308，以及第二导电型半导体层310；接着，如图4B所示，利用电子束蒸镀(e-beam vapor deposition)或溅射(sputtering deposition)等技术于半导体叠层30的上表面形成第一透明导电氧化层32，并且利用光刻蚀刻技术于第一透明导电氧化层32上形成裸露半导体叠层30的多个开口320，其中上述的第一透明导电氧化层32与半导体叠层30的结形成欧姆接触；接着，再如图4C所示，再次利用电子束蒸镀或溅射等技术于第一透明导电氧化层32上形成第二透明导电氧化层34，其中上述的第二透明导电氧化层34覆盖第一透明氧化导电层32并填入第一透明导电氧化层32的多个开口320且与半导体叠层接触，此外可透过调整形成第二透明导电氧化层34的形成方法或工艺条件，诸如控制气体种类或流量、反应器温度或压力、退火(anneal)温度或时间等方法使第二透明导电氧化层34与半导体叠层30间不形成欧姆接触，于本实施例中将第二透明导电氧化层34置于氮气充足的环境进行局部激光退火使第二透明导电氧化层34达到与半导体叠层30不形成欧姆接触的特性；最后，如图4D所示，利用蚀刻技术使第二透明导电氧化层34的上表面形成粗化结构，并且于第二透明导电氧化层34上形成电极38，其中电极38的位置相对于第一透明导电氧化层32的开口位置320，由此形成上述的光电元件300。

图5为本发明另一实施例的结构示意图，如图5所示，光电元件500至少包含半导体叠层50、位于半导体叠层50下表面的第一透明导电氧化层52，以及位于第一透明导电氧化层52下的第二透明导电氧化层54；其中半导体叠层50由上而下包含至少第一导电型半导体层502、有源层504，以及第二导电型半导体层506，而第一透明氧化导电层52具有多个开口520，上述第二透明导电氧化层54填充入上述开口520中并与半导体叠层50接触，且第一透明氧化导电层52与半导体叠层50接触的结未形成欧姆接触，而形成例如肖特基接触，而第二透明导电氧化层54与半导体叠层50接触的结形成欧姆接触。

上述的半导体叠层50的材料选自含铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)的半导体材料，诸如氮化镓(GaN)系列、磷化铝镓铟(AlGaInP)系列或砷化镓(GaAs)系列材料；而第一透明导电氧化层52与第二透明导电氧化层54的材料为选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化锑锌(AZO)与氧化锌(ZnO)所构成的群组的一种或多种材料，其中第一透明导电氧化层52的结晶粒度尺寸(grain size)或折射率(Refractive Index)与第二透明导电氧化层54相异；第一透明导电氧化层52与第二透明导电氧化层54具有相异的组成材料，或具有相同的组成材料(composing materials)但其组成比例相异。第一透明导电氧化层52与第二透明导电氧化层54间亦可形成欧姆接触以增进电流分散效果。

此外，上述的光电元件500还包含位于第二透明导电氧化层54下的导电黏结层56、位于导电黏结层56下的基板58、以及位于半导体叠层50上的电极60，其中电极60的形成位置对应于第一透明导电氧化层52的形成位置。由于第一透明导电氧化层52与半导体叠层50之间未形成欧姆接触，因此当电流由电极60流入半导体叠层50后会通过填入开口520的第二透明氧化导电层54流至导电黏结层56及基板58。由于电极60的形成位置对应于第一透明导电氧化层52的形成位置，因此大部分的电流不会直接流经电极60下方的有源层504，由此达到电流扩散的效果。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims

1.一种光电元件，至少包含：

半导体叠层，具有第一表面及第二表面；

第一透明导电氧化层，位于该半导体叠层的第一表面上，其中该第一透明导电氧化层具有至少一开口；以及

第二透明导电氧化层，填入该开口中并覆盖该第一透明导电氧化层，其中该第一透明导电氧化层与该第二透明导电氧化层中的任一层与该半导体叠层形成欧姆接触。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该第二透明导电氧化层包含相同的组成材料以及相异的折射率。

3.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该第二透明导电氧化层包含相同的组成材料以及相异的结晶粒度尺寸。

4.如权利要求1所述的光电元件，还包含电极，位于该半导体叠层的第二表面上，其中该电极位置对应该第一透明导电氧化层的形成位置。

5.如权利要求1所述的光电元件，还包含电极，位于该第二透明导电氧化层上，其中该电极位置对应该第一透明导电氧化层的开口位置。

6.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该半导体叠层形成欧姆接触，且该第二透明导电氧化层与该半导体叠层的结形成肖特基接触。

7.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该半导体叠层形成肖特基接触，且该第二透明导电氧化层与该半导体叠层的结形成欧姆接触。

8.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该第二透明导电氧化层形成欧姆接触。

9.如权利要求1所述的光电元件，其中该第二透明导电氧化层的上表面为粗化表面。

10.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一透明导电氧化层与该第二透明导电氧化层的材料包含选自氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化锑锌与氧化锌所构成的群组的一种或多种材料。