CN104659175A

CN104659175A - 光电元件及其制造方法

Info

Publication number: CN104659175A
Application number: CN201310580722.4A
Authority: CN
Inventors: 王佳琨; 沈建赋; 陈宏哲; 陈昭兴
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-05-27

Abstract

本发明公开一种光电元件及其制造方法。光电元件包含：一半导体叠层；一第一金属层形成于该半导体叠层之上，其中该第一金属层具有一第一主平面且该第一金属层的两边缘的厚度为渐薄；及一第二金属层形成于该第一金属层之上，其中该第二金属层具有一与该第一主平面平行的第二主平面且该第二金属层的两边缘的厚度为渐薄，且该第二金属层的边缘超过该第一金属层的边缘。

Description

光电元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光电元件，尤其是涉及一种光电元件的电极设计。

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，发光二极管具有高耐久性、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，已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等。

图1A是现有的发光元件结构示意图，如图1A所示，现有的发光元件100，包含有一透明基板10、一位于透明基板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由上而下至少包含一第一导电型半导体层120、一活性层122，以及一第二导电型半导体层124。

图1B是现有的发光元件电极结构示意图，如图1B所示，现有的发光元件100，包含有一透明基板10、一位于透明基板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，其中电极14可包含一反射电极141及一扩散阻障层142。但因为扩散阻障层142可能反射率不佳，而降低了发光元件100的出光效率。

此外，上述的发光元件100更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus)。图2为现有的发光装置结构示意图，如图2所示，一发光装置200包含一具有至少一电路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将上述发光元件100粘结固定于次载体20上并使发光元件100的基板10与次载体20上的电路202形成电连接；以及，一电连接结构24，以电连接发光元件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

为解决上述问题，本发明提供一种光电元件，包含：一半导体叠层；一第一金属层形成于半导体叠层之上，其中第一金属层具有一第一主平面且第一金属层的两边缘的厚度为逐渐减薄；及一第二金属层形成于第一金属层之上，其中第二金属层具有一与第一主平面平行的第二主平面且第二金属层的两边缘的厚度为逐渐减薄，且第二金属层的边缘超过第一金属层的边缘。

附图说明

图1A-图1B为一结构图，显示一现有阵列发光二极管元件侧视结构图；

图2为一示意图，显示一现有发光装置结构示意图；

图3A-图3E为本发明第一实施例制造流程结构示意图；

图4A-图4B是显示本发明电极设计的二次电子显微镜图；

图5A至图5C是绘示出一发光模块示意图；

图6A-图6B是绘示出一光源产生装置示意图；及

图7是绘示一灯泡示意图。

具体实施方式

本发明揭示一种发光元件及其制造方法，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3A至图7的图示。

图3A至图3E图3E为本发明第一实施例制造流程结构示意图，如图3A所示，提供一基板30，接着形成一半导体外延叠层32于此基板30之上，其中半导体外延叠层32由下而上至少包含一第一导电型半导体层、一活性层，以及一第二导电型半导体层，且半导体外延叠层32具有一未与基板30相邻的上表面321，其中此上表面包含一第一区3211与第二区3212。

基板30为一成长及/或承载基础。候选材料可包含导电基板或不导电基板、透光基板或不透光基板。其中导电基板材料其一可为锗（Ge）、砷化镓（GaAs）、铟化磷（InP）、碳化硅（SiC）、硅（Si）、铝酸锂（LiAlO₂）、氧化锌（ZnO）、氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）、金属。透光基板材料其一可为蓝宝石（Sapphire）、铝酸锂（LiAlO₂）、氧化锌（ZnO）、氮化镓（GaN）、玻璃、钻石、CVD钻石、与类钻碳（Diamond-Like Carbon；DLC）、尖晶石(spinel,MgAl₂O₄)、氧化硅(SiO_X)及镓酸锂(LiGaO₂)。上述第一半导体层、活性层以及第二半导体层的材料可包含一种或一种以上的元素选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组。常用的材料是如磷化铝镓铟（AlGaInP）系列、氮化铝镓铟（AlGaInN）系列等III族氮化物、氧化锌（ZnO）系列等。

接着，形成一光致抗蚀剂层33于半导体外延叠层32的上表面321之上，且与半导体外延叠层32的上表面的第二区3212直接接触。在此实施例中，此光致抗蚀剂层32可具有一与半导体外延叠层的第二区3212直接接触的第一区331以及未接触半导体外延叠层32的第二区332；即此光致抗蚀剂层可具有一底切(undercut)形状。

接着，如图3B所示，以物理气相沉积形成一第一金属层34于半导体外延叠层的第一区3211与光致抗蚀剂层33之上，其中此第一金属层34可分为形成于光致抗蚀剂层33之上的第一区341，以及形成于半导体外延叠层第一区3211之上的第二区342。其中第一金属层的第二区342具有一与半导体外延叠层之上表面321平行的第一主平面3421且第一金属层第二区342的两边缘的厚度为逐渐减薄。其中第一金属层的材料可选自反射率大于90%的材料。在一实施例中第一金属层34的材料可选自Ag、Rh、Pd、Al及Pt等金属材料或其合金。

接下来，如图3C所示，同样使用光致抗蚀剂层33，以物理气相沉积，如蒸镀或溅镀形成一第二金属层35于上述第一金属层34之上，其中此第二金属层35可分为形成于第一金属层第一区341之上的第一区351，以及形成于第一金属层第二区342之上的第二区352。其中第二金属层的第二区352具有一与第一金属层第一主平面3421平行的第二主平面3521且第二金属层第二区352的两边缘的厚度为渐进式减薄。

在本实施例中，因为第二金属层35的材料相对第一金属层34为一具伸张应力的金属材料，因此在沉积第二金属层的第一区351于第一金属层第一区341之上时，上述光致抗蚀剂层33会因为第二金属层的第一区351沉积的厚度增加而产生形变，且此形变量随第二金属层的第一区351沉积的厚度增加而增加。此形变的光致抗蚀剂层33’的形变程度可随第二金属层的第一区351沉积的厚度增加而增加。在一实施例中光致抗蚀剂层33’的形变包含往下收缩或往上翘曲。在一实施例中，此第二金属层35的材料可选自Ti、V、Cr、Ni、Cu、Nb、Ru、Pd、W及上述材料的合金。在一实施例中此第二金属层35的材料可为Ni及Ti的合金。

在一实施例中，光致抗蚀剂层33’的形变为往上翘曲，而使得第二金属层第二区352的沉积边缘可超过第一金属层第二区342的边缘。在一实施例中，第二金属层第二区352的边缘与第一金属层第二区342的边缘的最小距离可为3～10μm。

在一实施例中，如图3C所示，第一金属层第二区342的边缘与半导体外延叠层第一区3211具有一夹角α；第二金属层第二区352的边缘与半导体外延叠层第一区3211具有一夹角β，且α或β<10°。

在另一实施例中，如图3D所示，可选择性地使用光致抗蚀剂层33’，以物理气相沉积，如蒸镀或溅镀形成一第三金属层36于上述第二金属层35之上，其中此第三金属层36可分为形成于第二金属层第一区351之上的第一区361，以及形成于第二金属层第二区352之上的第二区362。其中第三金属层的第二区352具有一与第二金属层第一主平面3521平行的第二主平面3621且第三金属层第二区362的两边缘的厚度为渐进式减薄。在一实施例中第二金属层35及/或第三金属层36可作为一扩散阻障层。在一实施例中此第三金属层36的反射率小于第一金属层34的反射率。

最后，如图3E所示，移除光致抗蚀剂层33’，且形成一第二电极(未显示)于基板30或半导体外延叠层32之上而完成一本发明制作工艺所制作的光电元件300。在本发明中，因为第一金属层34、第二金属层35或第三金属层36皆使用同一光致抗蚀剂层33可简化制作工艺，且因为第二金属层35可使光致抗蚀剂层33产生形变，因此可于一次黄光制作工艺中形成第一金属层34及第二金属层35，并维持其功能性。换句话说，在本发明中，由于可减少两次黄光制作工艺需预留的对准偏差线宽，因此可将原本预留的对准偏差线宽用作第一金属层34的区域以增加反射区域，并相对减少反射较差的第二金属层35的沉积区域，以渐少对光线的吸收进而增加本发明光电元件300的光取出效率。

图4A-图4B是显示本发明电极设计的二次电子显微镜图。如图4A所示，依本发明制作流程所产生的光致抗蚀剂层33’的形变为往上翘曲，而使得第二金属层第二区352的沉积边缘可超过第一金属层第二区342的边缘。而图4B是图4A的进一步放大，而可更清楚的看出第二金属层第二区352的沉积边缘可超过第一金属层第二区342的边缘。

图5A至图5C是绘示出一发光模块示意图，图5A是显示一发光模块外部透视图，一发光模块500可包含一载体502，产生自本发明任一实施例的发光元件(未显示)，多个透镜504、506、508及510，及两电源供应终端512及514。

图5B-图5C是显示一发光模块剖视图，且图5C是图5B的E区的放大图。其中载体502可包含一上载体503及下载体501，其中下载体501的一表面可与上载体503接触，且包含透镜504及508形成在上载体503之上。上载体503可形成至少一通孔515，且依本发明实施例形成的发光元件300可形成在上述通孔515中并与下载体501接触，且被胶材521包围，并在胶材521之上形成一透镜508。

在一实施例中，通孔515的两侧壁之上可形成一反射层519增加发光元件300的发光效率；下载体501的下表面可形成一金属层517以增进散热效率。

图6A-图6B是绘示出一光源产生装置示意图600，一光源产生装置600可包含一发光模块500、一外壳540、一电源供应系统(未显示)以供应发光模块600一电流、以及一控制元件(未显示)，用以控制电源供应系统(未显示)。光源产生装置600可以是一照明装置，例如路灯、车灯或室内照明光源，也可以是交通号志或一平面显示器中背光模块的一背光光源。

图7是绘示一灯泡示意图。灯泡900包括一个外壳921，一透镜922，一照明模块924，一支架925，一散热器926，一连接部927及一电连接器928。其中照明模块924是包括一载体923，并在载体923上包含至少一个上述实施例中的光电元件300。

在本发明的一实施例中，半导体外延叠层32与基板30间尚可选择性地包含一缓冲层(buffer layer，未显示)。此缓冲层是介于二种材料系统之间，使基板的材料系统”过渡”至半导体系统的材料系统。对发光二极管的结构而言，一方面，缓冲层是用以降低二种材料间晶格不匹配的材料层。另一方面，缓冲层也可以是用以结合二种材料或二个分离结构的单层、多层或结构，其可选用的材料是如：有机材料、无机材料、金属、及半导体等；其可选用的结构是如：反射层、导热层、导电层、欧姆接触（ohmic contact）层、抗形变层、应力释放（stress release）层、应力调整（stress adjustment）层、接合（bonding）层、波长转换层、及机械固定构造等。

半导体外延叠层32上更可选择性地形成一接触层(未显示)。接触层是设置于半导体外延叠层32远离基板30的一侧。具体而言，接触层可以为光学层、电学层、或其二者的组合。光学层是可以改变来自于或进入活性层的电磁辐射或光线。在此所称之「改变」是指改变电磁辐射或光的至少一种光学特性，前述特性是包含但不限于频率、波长、强度、通量、效率、色温、演色性（rendering index）、光场（light field）、及可视角（angle of view）。电学层可以使得接触层的任一组相对侧间的电压、电阻、电流、电容中至少其一的数值、密度、分布发生变化或有发生变化的趋势。接触层的构成材料包含氧化物、导电氧化物、透明氧化物、具有50%或以上穿透率的氧化物、金属、相对透光金属、具有50%或以上穿透率的金属、有机质、无机质、荧光物、磷光物、陶瓷、半导体、掺杂的半导体、及无掺杂的半导体中至少其一。于某些应用中，接触层的材料为氧化铟锡、氧化镉锡、氧化锑锡、氧化铟锌、氧化锌铝、与氧化锌锡中至少其一。若为相对透光金属，其厚度较佳地约为0.005μm～0.6μm。在一实施例中，由于接触层具有较佳的横向电流扩散速率，可以用以协助电流均匀扩散到半导体外延叠层32之中。一般而言，根据接触层掺混的杂质与制作工艺的方式不同而有所变动，其能隙的宽度可介于0.5eV至5eV之间。

以上各附图与说明虽仅分别对应特定实施例，然而，各个实施例中所说明或公开的元件、实施方式、设计准则、及技术原理除在彼此显相冲突、矛盾、或难以共同实施之外，吾人当可依其所需任意参照、交换、搭配、协调、或合并。虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与制作工艺方法。对于本发明所作的各种修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims

1.一种光电元件，包含：

半导体叠层；

第一金属层，形成于该半导体叠层之上，其中该第一金属层具有一第一主平面且该第一金属层的两边缘的厚度为渐薄；及

第二金属层，形成于该第一金属层之上，其中该第二金属层具有一与该第一主平面平行的第二主平面且该第二金属层的两边缘的厚度为渐薄，且该第二金属层的边缘超过该第一金属层的边缘。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一金属层的材料选自Ag、Rh、Pd、Al、Pt及上述材料的合金所组成的群组，及/或该第一金属层的反射率大于90%。

3.如权利要求1所述的光电元件，其中该第二金属层的材料相对第一金属层为一具伸张应力的金属材料，及/或该第二金属层的材料选自Ti、V、Cr、Ni、Cu、Nb、Ru、Pd及上述材料的合金所组成的群组。

4.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一金属层的边缘与该第二金属层的边缘的最小距离大于3μm，及/或该第一金属层的边缘及/或该第二金属层的边缘具有一夹角小于10度。

5.如权利要求1所述的光电元件，其中还包含第三金属层，形成于该第二金属层之上，其中该第三金属层的两边缘的厚度为渐薄，且该第三金属层的边缘超过该第二金属层的边缘，及/或该第三金属层为一扩散阻障层，及/或该第三金属层的反射率小于该第一金属层的反射率。

6.一种制造一光电元件的方法，包含下列步骤：

提供一半导体叠层；

形成一第一金属层于该半导体叠层之上，其中该第一金属层具有一第一主平面且该第一金属层的两边缘的厚度为渐薄；及

形成一第二金属层于该第一金属层之上，其中该第二金属层具有一与该第一主平面平行的第二主平面且该主第二金属层的两边缘的厚度为渐薄，且该第二金属层的边缘覆盖该第一金属层的边缘。

7.如权利要求6所述的方法，还包含形成一光致抗蚀剂层于该半导体层之上，其中该光致抗蚀剂层具有一开口以露出该半导体叠层，及/或该光致抗蚀剂层具有一底切(undercut)形状。

8.如权利要求6所述的方法，其中于接近该开口处的该光致抗蚀剂层包含一形变，且该形变程度随该第二金属层沉积的厚度增加而增加，及/或该形变包含往上翘曲。

9.如权利要求6所述的方法，其中该第一金属层的材料选自Ag、Rh、Pd、Al、Pt及上述材料的合金所组成的群组，及/或该第一金属层的反射率大于90%。

10.如权利要求6所述的方法，其中该第二金属层的材料可为一具伸张应力的金属材料，及/或该第二金属层的材料包含选自Ti、V、Cr、Ni、Cu、Nb、Ru、Pd及上述材料的合金所组成的群组。