CN107256913A

CN107256913A - 光电元件

Info

Publication number: CN107256913A
Application number: CN201710480015.6A
Authority: CN
Inventors: 洪详竣; 陈昭兴; 沈建赋; 王佳琨
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: CN107256913B; CN103117332A; CN103117332B

Abstract

本发明公开一种光电元件的结构，其包含：一半导体叠层，包含：一第一导电型半导体层、一活性层、及一第二导电型半导体层；一第一电极与第一导电型半导体层电连接，且第一电极还包含一第一延伸电极；一第二电极与第二导电型半导体层电连接；及多个限制电性接触区域位于半导体叠层与第一延伸电极之间，且多个限制电性接触区域以变距离的间隔分布。

Description

光电元件

本发明是中国发明专利申请(申请号：201110362728.5，申请日：2011年11月16日，发明名称：光电元件)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种光电元件结构及其制造方法，特别是涉及一种利用限制电性接触区域来改善电流局限的结构及其制造方法。

背景技术

发光二极管是半导体元件中一种被广泛使用的光源。相比较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管具有省电及使用寿命较长的特性，因此逐渐取代传统光源而应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。

随着发光二极管光源的应用与发展对于亮度的需求越来越高，如何增加其发光效率以提高其亮度，便成为产业界所共同努力的重要方向。

图1描述了现有技术中用于半导体发光元件的LED封装体10：包括由封装结构11封装的半导体LED芯片12，其中半导体LED芯片12具有一p-n接面13，封装结构11通常是热固性材料，例如环氧树脂(epoxy)或者热塑胶材料。半导体LED芯片12通过一焊线(wire)14与两导电支架15、16连接。因为环氧树脂(epoxy)在高温中会有劣化(degrading)现象，因此只能在低温环境运作。此外，环氧树脂(epoxy)具很高的热阻(thermal resistance)，使得图1的结构只提供了半导体LED芯片12高阻值的热散逸途径，而限制了LED封装体10的低功耗应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一光电元件的结构，包含：一半导体叠层，包含：一第一导电型半导体层、一活性层、及一第二导电型半导体层；一第一电极与第一导电型半导体层电连接，且第一电极还包含一第一延伸电极；一第二电极与第二导电型半导体层电连接；及多个限制电性接触区域位于半导体叠层与第一延伸电极之间，且多个限制电性接触区域以变距离的间隔分布。

本发明提供一光电元件的结构，包含：一半导体叠层，包含：一第一导电型半导体层、一活性层、及一第二导电型半导体层；一第一电极位于半导体叠层之上，且与第一导电型半导体层电连接，其中第一电极还包含一具有一宽度D₂的第一延伸电极；一凹槽位于半导体叠层之间，凹槽自第二导电型半导体层往下延伸至第一导电型半导体层，且凹槽底部露出该第一导电型半导体层；一限制电性接触区域位于第二导电型半导体层之上并沿着凹槽侧壁延伸至凹槽底部部分区域；及一第二导电型接触层位于第二导电型半导体层与限制电性接触区域之间且为凹槽所分隔，其中被分隔的第二导电型接触层相距一距离D₁，且D₁＜D₂。

附图说明

图1是现有的发光元件结构图；

图2是本发明第一实施例的发光元件上视图；

图3A-3B是图2的区域A放大图；

图4A-4C是图2的区域A另一实施例放大图；

图4D是图4C的剖视图。

主要元件符号说明

10：LED封装体

11：封装结构

12：LED芯片

13：p-n接面

14：焊线

15，16：导电支架

100：基板

101：第一导电型半导体层

102：第一电极

103：第一延伸电极

104：凹槽

105：第二导电型半导体层

106：第二电极

107：限制电性接触区域

108：第二导电型接触层

A：局部区域

D₁：位于凹槽二侧的第二导电型接触层距离

D₂：第一延伸电极的宽度

具体实施方式

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2至图4D的附图。依据本发明第一实施例的光电元件的上视图如下：如图2所示，一光电元件包含一基板100，一第一导电型半导体层101、一第一电极102及一自第一电极102延伸出来的第一延伸电极103。在第一导电型半导体层101之上形成一活性层(未显示)与一第二导电型半导体层(未显示)，并在第二导电型半导体层(未显示)之上形成一第二电极106。于本实施例中，第一延伸电极103为梳子形状；在其他实施例中，第一延伸电极103可为弧形或其他对称或不对称形状。另外，于一第一导电型半导体层101与一第一延伸电极103之间形成多个限制电性接触区域107，其中多个限制电性接触区域107以变距离的间隔分布。在一实施例中，多个限制电性接触区域107的间隔距离随其与第一电极102的距离增加而增加，使得愈接近第一电极102的限制电性接触区域间隔愈小，因此有较少的电流注入；愈远离第一电极102的限制电性接触区域间隔愈大，因此有较多的电流注入，进而改善电流局限(Current Crowding)的问题。

图3A为图2局部区域A的放大图，如图3A所示：从第二导电型半导体层105向下蚀刻活性层(未显示)至暴露出第一导电型半导体层101以形成一凹槽104，并于凹槽的预定位置形成多个限制电性接触区域107以达到此些区域为隔绝电接触，再于限制电性接触区域107与暴露出第一导电型半导体层101之上形成一第一延伸电极103。图3B为图2局部区域A另一实施例的放大图，如图3B所示：从第二导电型半导体层105部分区域向下蚀刻活性层(未显示)至暴露出第一导电型半导体层101，以保留部分第二导电型半导体层105及部分活性层(未显示)，再于部分暴露出第一导电型半导体层101区域及部分第二导电型半导体层105之上形成多个限制电性接触区域107，再于限制电性接触区域107与暴露出第一导电型半导体层101之上形成一第一延伸电极103。

图4A-图4D为图2局部区域A另一实施例的放大图。如图4A所示，于部分第二导电型半导体层105之上形成一第二导电型接触层108，并从第二导电型接触层108部分区域向下蚀刻第二导电型半导体层105、活性层(未显示)至暴露出第一导电型半导体层101，以保留部分第二导电型接触层108、第二导电型半导体层105及活性层(未显示)。如图4B所示，再于第二导电型接触层108之上形成一限制电性接触区域107，但如图4A暴露出第一导电型半导体层101未被限制电性接触区域107所覆盖的区域。如图4C所示，再于限制电性接触区域107上形成一第一延伸电极103，且第一延伸电极103覆盖如图4A暴露的第一导电型半导体层101区域，其中第一延伸电极103与第一导电型半导体层101形成电连接。图4D为图4C的剖视图。如图4D所示，其中如图4A暴露的第一导电型半导体层101区域具有一凹槽104，此凹槽104自第二导电型半导体层105往下延伸至第一导电型半导体层101，且凹槽底部露出第一导电型半导体层101。限制电性接触区域107位于第二导电型半导体层105之上并沿着凹槽104侧壁延伸至凹槽底部部分区域；一第二导电型接触层108位于第二导电型半导体层105与限制电性接触区域107之间。分别位于凹槽二侧的第二导电型接触层108具有一距离D₁(即a、b二点间)，且第一延伸电极103的宽度为D₂。当D₁＜D₂时，可改善电流局限(CurrentCrowding)的问题。其中第一延伸电极103的宽度D₂可介于5μm～100μm、或5μm～80μm、或5μm～60μm、或5μm～40μm、或5μm～20μm、或5μm～10μm。且当D₂愈大时，光电元件的驱动电压V_f有下降的趋势。

上述第一电极102、第一延伸电极103、及第二电极106的材料可选自：铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锡(Sn)、或银(Ag)等金属材料。上述限制电性接触区域107的材料可为氧化硅，氮化硅，氧化铝，氧化锆，或氧化钛等介电材料。

具体而言，光电元件包含发光二极管(LED)、光电二极管(photodiode)、光敏电阻(photo resister)、激光(laser)、红外线发射体(infrared emitter)、有机发光二极管(organic light-emitting diode)及太阳能电池(solar cell)中至少其一。基板100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。其中导电基板材料可为金属，例如:铜(Cu)或锗(Ge)；或砷化镓(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)。透光基板材料可为蓝宝石(Sapphire)、铝酸锂(LiAlO₂)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、玻璃、钻石、CVD钻石、类钻碳(Diamond-Like Carbon；DLC)、尖晶石(spinel,MgAl₂O₄)、氧化硅(SiO_X)及镓酸锂(LiGaO₂)。

上述第一导电型半导体层101及第二导电型半导体层105彼此中至少二个部分的电性、极性或掺杂物相异、或者分别用以提供电子与空穴的半导体材料单层或多层(「多层」指两层或两层以上，以下同。)，其电性选择可以为p型、n型、及i型中至少任意二者的组合。活性层(未显示)位于第一导电型半导体层101及第二导电型半导体层105之间，为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。电能转变或诱发光能者如发光二极管、液晶显示器、有机发光二极管；光能转变或诱发电能者如太阳能电池、光电二极管。上述第一导电型半导体层101、活性层(未显示)及第二导电型半导体层105其材料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。

依据本发明的另一实施例的光电元件是一发光二极管，其发光频谱可以通过改变半导体单层或多层的物理或化学要素进行调整。常用的材料是如磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列、氧化锌(ZnO)系列等。活性层(未显示)的结构是如：单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure；DDH)、或多层量子井(multi-quantumwell；MQW)。再者，调整量子井的对数也可以改变发光波长。

在本发明的一实施例中，第一导电型半导体层101与基板100间尚可选择性地包含一缓冲层(buffer layer，图未示)。此缓冲层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，其可选用的材料如：有机材料、无机材料、金属、及半导体等；其可选用的结构如：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。在一实施例中，此缓冲层的材料可为AlN、GaN，且形成方法可为溅镀(Sputter)或原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)。

第二导电型半导体层105上还可选择性地形成一第二导电型接触层108。接触层设置于第二导电型半导体层远离活性层(未显示)的一侧。具体而言，第二导电型接触层可以为光学层、电学层、或其二者的组合。光学层可以改变来自于或进入活性层(未显示)的电磁辐射或光线。在此所称之「改变」指改变电磁辐射或光的至少一种光学特性，前述特性包含但不限于频率、波长、强度、通量、效率、色温、演色性(rendering index)、光场(lightfield)、及可视角(angle of view)。电学层可以使得第二导电型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。第二导电型接触层108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。在某些应用中，第二导电型接触层108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，其厚度约为0.005μm～0.6μm。

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揭露的元件、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，然而其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与制造方法。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，包含：第一导电型半导体层、活性层、及第二导电型半导体层；

凹槽，从该第二导电型半导体层向下蚀刻该活性层至暴露出该第一导电型半导体层；

第一电极，形成于该凹槽上，并与该第一导电型半导体层电连接，且该第一电极还包含一第一延伸电极；

一或多个限制电性接触区域，位于该第二导电型半导体层上，并沿着该凹槽的侧壁延伸至该凹槽的底部；及

第二导电型接触层，位于该第二导电型半导体层与该一或多个限制电性接触区域之间，其中该一或多个限制电性接触区域露出该第二导电型接触层的部分，该第一延伸电极位于该一或多个限制电性接触区域之上。

2.如权利要求1所述的光电元件，其中还包含基板，位于该半导体叠层之上，其中该基板与该第一电极位于该半导体叠层的相对侧。

3.如权利要求1所述的光电元件，其中还包含第二电极位于该第二导电型半导体层之上，该第二电极包含铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锡(Sn)、或银(Ag)等金属材料。

4.如权利要求1所述的光电元件，其中该多个限制电性接触区域以变距离的间隔分布。

5.如权利要求1所述的光电元件，其中该第一延伸电极沿着该一或多个限制电性接触区域的侧壁延伸至该凹槽的该底部并接触该第一导电型半导体层。

6.如权利要求5所述的光电元件，其中该第一延伸电极具有一宽度D₂；

该第二导电型接触层为该凹槽所分隔，其中被分隔的该第二导电型接触层相距一距离D₁，且D₁＜D₂。

7.如权利要求5所述的光电元件，其中该第二导电型接触层包含氧化铟锡、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。

8.如权利要求1所述的光电元件，其中该一或多个限制电性接触区域包含氧化硅，氮化硅，氧化铝，氧化锆，或氧化钛等介电材料。

9.一种光电元件，包含：

限制电性接触区域，位于该第二导电型半导体层之上并沿着该凹槽的侧壁延伸至该凹槽的底部；

第一电极，形成于该凹槽上，并与该第一导电型半导体层电连接，且该第一电极还包含一具有一宽度D₂的第一延伸电极；及

第二导电型接触层，位于该第二导电型半导体层与该限制电性接触区域之间且为该凹槽所分隔，其中，被分隔的该第二导电型接触层相距一距离D₁，且D₁＜D₂。

10.如权利要求9所述的光电元件，其中还包含第二电极位于该第二导电型半导体层之上，该第二电极包含铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、锡(Sn)、或银(Ag)等金属材料。