TW200919787A - Opto-electronic module and method for fabricating the same - Google Patents

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200919787 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種光電組件及製造一個以上之光電組件 的方法。 【先前技術】 本專利申請案主張德國專利申請案 DE 1 0 2007 046 74 3.7之優先權，其已揭示的整個內容在此一倂作爲參考。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種具有高的光發出效率的光電 組件。 本發明提供一種具有η-摻雜的半導體本體和已結構化 的Ρ-摻雜的半導體本體之光電組件，該ρ-摻雜的半導體本 體施加在η-摻雜的半導體本體上且此二種半導體本體之間 形成一種發光的ρη-接面（junction)。一種鏡面層施加在ρ- 摻雜的半導體本體之遠離該n -摻雜的半導體本體之此側 上。 此外’該光電組件設有一種接觸體，其具有第一區， 第一區是與Ρ -摻雜的半導體本體在電性上相接觸且與n —摻 雜的半導體本體在電性上相絕緣。該接觸體因此具有第二 區’其在電性上與第一區相絕緣。然而，該接觸體之第二 區在電性上是與η -摻雜的半導體本體相接觸且與ρ_摻雜的 半導體本體相絕緣。整個接觸體配置在該光電組件之遠離 該η-摻雜的半導體本體之相同的側面上。 所謂半導體本體特別是指以磊晶產生之由p-或η_摻雜 200919787 的層所形成的層序列。 所謂pn-接面是指電子或電洞在光電組件之n_摻雜區 和P-摻雜區之間的截止區上所形成的接面，其中n_摻雜區 或P-摻雜區可包括一個以上之磊晶層。 該鏡面層較佳是施加在P -摻雜的半導體本體上且隨後 被結構化。即，該鏡面層較佳是跟隨著該p -摻雜的半導體 本體之形式，但未必完全覆蓋該半導體本體，但亦可完全 覆蓋該半導體本體。 上述光電組件所具有的優點在於，其可由一側面來進 行接觸，此時的接觸，例如，一種線連接或接觸孔或通孔， 都不會對光由pn-接面之發射情況造成干擾。因此，光可由 pn-接面完全發出。此種藉由該光電組件之唯一側面上提供 一種接觸體來達成的覆晶接觸方式之優點因此可與優異的 光發射性相組合。 依據一種實施形式，該接觸體藉由電鍍的層之生長而 產生。 較佳是形成該光電組件，使該接觸體以其第二區來與 η-摻雜的半導體本體之一邊緣區形成電性上的接觸。所謂 η-摻雜之半導體本體之邊緣區是指η-摻雜之半導體本體的 一部份區域，其到達該半導體本體的一邊緣。 依據上述光電組件之一實施形式，該接觸體以其第一 區藉由一鈍化材料來與 η-摻雜之半導體本體形成電性絕 緣。即，該接觸體在其第一區中不但與Ρ-摻雜的半導體本 體相接觸且亦與該鈍化材料相接觸，此時該第一區未具有 200919787 至該η-慘雜之半導體本體之介入點。 依據上述光電組件之另一實施形式，該接觸體以其第 一區藉由一鈍化材料而與ρ_摻雜的半導體本體在電性上相 絕緣。此Ρ-摻雜的半導體本體被鈍化，使其與該接觸體之 弟一區之間未接觸。因此，該ρ_摻雜的半導體本體在此區 中藉由一鈍化層而被覆蓋。 一擴散位障可施加在該鏡面層上，使該鏡面層的材料 不會-或至少只稍微與該接觸體起反應。該鏡面層較佳是含 有銀或一種有移動傾向的材料。因此，當存在一種擴散位 障時是有利的，以便防止一種由該材料與該接觸體所產生 的反應，此種反應將影響該鏡面層之反射性。 依據一種實施形式，該Ρ -摻雜的半導體本體具有一種 梳形的結構。於此，此結構對準該η -摻雜的半導體本體， 使該結構的長腰（由此長腰而伸出該梳形結構之指狀部）沿 著η-摻雜的半導體本體之縱軸而延伸。該結構的指狀部然 後橫向於η -摻雜的半導體本體之縱軸而延伸。 該梳形結構的多個指狀部以及該ρ -摻雜的半導體本體 之長腰之與指狀部相連接的區段較佳是與該接觸體之第一 區形成電性連接。 該梳形結構的至少另一指狀部以及該Ρ-摻雜的半導體 本體之長腰之與該指狀部相連接的區段較佳是與該接觸體 之第二區相絕緣。於此’該指狀部及該區段在以其面向該 接觸體的此側上設有一種鈍化材料。 依據一種實施形式’ Ρ-摻雜的半導體本體之電流分佈 200919787 以電性絕緣方式而施加在η -摻雜的半導體本體上且一部份 是與該接觸體之第二區在電性上相連接。電流配線所顯示 的優點在於’可使電流儘可能快速地分佈在整個體積上或 分佈在η -摻雜的接觸體之與ρ -摻雜的接觸體相連接的整個 面上，以便使ρη-接面獲得一種儘可能均勻的發射特性。 該Ρ-摻雜的半導體本體可設有一種結構溝，其可到達 η-摻雜的半導體本體。此處，該電流配線可配置在該結構 溝中且在該處與該接觸體之第一區相絕緣，第一區是與ρ-摻雜的半導體本體在電性上相接觸。 依據上述光電組件之一實施形式，該電流配線和該ρ-摻雜的半導體本體互相隔開而以梳形方式互相交錯地配置 在η-摻雜的半導體本體上。這樣可形成一種省空間的構造 形式，其中η-摻雜的半導體本體同時被供應以電流且可由 一邊緣區來與該光電組件的接觸體之第二區相接觸。 較佳是在η -摻雜的半導體本體之遠離該ρη -接面之一 面上施加一轉換層，其將該ρη-接面所產生的光波之至少一 部份轉換成波長較長的光。該光電組件然後整體上例如發 出白色的混合光。該ρη-接面所產生的光波可以是綠色、藍 色或紅色的光。 當該η-摻雜的半導體本體之遠離ρη-接面之面被粗糙 化時是有利的。於此，該光電組件之光可藉由散射而儘可 能均勻地經由一廣大的角度而發出。 該光電組件較佳是藉由薄膜技術來產生。可使用遮罩 或微影方法來產生該光電組件之各層。 200919787 上述之光電組件較佳是以氮化物-化合物半導體爲 主’其在意義上是指，一活性的晶晶層序列或其至少一層 包栝一氮化物-III-V-化合物半導體材料，較佳是 AlnGamln^uN，其中 OSnSl, 各 1 且 n + m^l。此處， 該材料未必含有上述形式之以數學所表示之準確的組成。 反之’其可具有一種或多種摻雜物質以及其它成份，這些 成份基本上不會改變此AlnGamln^n.mN材料之物理特性。 依據另一實施形式，該光電組件較佳是以磷化物-化合 物半導體爲主’其在意義上是指’此種形式的光電組件或 其至少一部份較佳是包括 AlnGamliHnP，其中ognSl, 0 ^ m ^ 1且n + mSl。此處，該材料未必含有.上述形式之以 數學所表示之準確的組成。反之，其可具有一種或多種摻 雜物質以及其它成份，這些成份基本上不會改變此材料之 物理特性。 然而，爲了簡單之故，上述形式就氮化物-化合物和磷 化物-化合物而言只含有晶格（Al，Ga，In，N)之主要成份， 這些主要成份之一部份亦可由少量的其它物質來取代。 此外，本發明提供一種光電組件的製造方法，其中在 η-摻雜的半導體本體上施加一已結構化的p-摻雜的半導體 本體，此時將在η-摻雜-和ρ-摻雜的半導體本體之間形成一 種Ρ η -接面。然後’一鏡面層依據結構形式而施加在ρ -摻 雜的半導體本體上。接著，使η-摻雜的半導體本體、Ρ·摻 雜的半導體本體和該鏡面層之一部份純化。 藉由一種起始層以電鍍方式來生長一接觸體，其在Ρ- -10- 200919787 摻雜的半導體本體之一未鈍化的區域中與第一區相連接， 且該接觸體在n_摻雜的半導體本體之一未鈍化的區域中與 第二區相連接。 該已結構化的層生長成一接觸體，此時該起始層具有 一凹入區，其在生長該接觸體時作爲該第一區和第二區之 間的絕緣用的凹入區。 依據一實施形式，該η-摻雜的半導體本體是與一基板 相連接’此基板例如含有藍寶石，其中該η-摻雜的半導體 本體在該產生該接觸體之後由基板去除。此種去除可依據 雷射剝離方法（LLO)來達成。該η-摻雜的半導體本體較佳 是由該基板去除，使基板具有一種遠離該ρη-接面之粗糙 面。 依據此處所述方法之至少一實施形式，該η-摻雜的半 導體本體之遠離該ρη-接面之面藉由一種化學蝕刻方法而 被粗糙化。 依據此處所述方法之至少一實施形式，該接觸體之第 一區和第二區之間的凹入區中以一種電性絕緣材料來塡 入。 依據此處所述方法之至少一實施形式，在該鏡面層上 施加一種擴散位障。 以下將依據圖式和實施例來詳述本發明。 【實施方式】 各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件分別設 有相同的參考符號。所示的各元件和各元件之間的比例未 -11- 200919787 必依比例繪出。反之，爲了清楚及/或易於了解之故，各圖 式的一些細節已予放大地顯示出。 第1圖顯不一光電組件之橫切面，其包括一以層構成 的η-摻雜的半導體本體1，其含有GaN。此半導體本體設 有一梳形的已結構化的、含有GaN之ρ-摻雜的半導體本體 2，其以層的形式來構成。此p -摻雜的半導體本體2是施加 在η -摻雜的層1上。 在Ρ -慘雜層2之二個指狀部之間配置一種同樣是梳形 之電流分佈層8之指狀部。此電流分佈層8和該ρ _慘雜層 以交錯的方式施加在η-摻雜層1之同一面上。電流分佈層 8較佳是配置在一結構溝9中及/或該ρ-摻雜層2之指狀部 之間。 電流分佈層的全部之側面都由一鈍化材料6所圍繞。 以此種方式，則在Ρ -摻雜層2和η -摻雜層1之間不會造成 電性上的短路。因此，該鈍化材料較佳是圍繞該電流分佈 層8，使該鈍化材料之外形可追隨著該梳形電流分佈層8 之外形。 電流分佈層是一種可選用的（optional)措施，以便使η-摻雜層1之電流分佈及隨之而來的與Ρ-摻雜層2之電性耦 合以及該光電組件之整個光發射性都可獲得改良。若未設 置該電流分佈層，可在η-摻雜層1和ρ-摻雜層2之間的連 接區的外部施加一種鈍化材料。 在η-摻雜層1和ρ-摻雜層2之間存在一種ρη-接面3, 其發出光。依據η-摻雜層或Ρ-摻雜層及/或以磊晶方式構成 -12- 200919787 的pn-接面之材料的選擇，則可由紫外線-光至紅外線-光之 光譜範圍中發出光。 慘雜層之發出光的面較佳是須粗糙化。這可藉由一 種化學餓刻方法來達成。此種已粗糖化的表面所顯示的優 點是可使光發散’以將光特別均勻地發出。 在Ρ-摻雜層2之遠離該η-摻雜層1之面上施加一鏡面 層4’其形式是追隨該ρ_摻雜層之梳形的形式。該鏡面層 含有一種光反射用的材料，例如，銀。該鏡面層例如可對 應於該Ρ-摻雜層2之形式而同樣以梳形來構成。該鏡面層 較佳是覆蓋該Ρ-摻雜層2，除了其面向該η-摻雜層1之此 面以外，全部的側面都覆蓋該ρ-摻雜層2。該鏡面層4因 此將pn-接面所發出的光反射回到η-摻雜層，使由η-摻雜 層1而來的光都向外發出。 在該鏡面層4上較佳是施加一種擴散位障7，其可使 該鏡面層4和一施加在該鏡面層上的接觸體5之間不會發 生化學上或物理上的交互作用。該擴散位障須施加在該鏡 面層4上，使它們的形式相同且該擴散位障較佳是在全部 的側面都覆蓋著該鏡面層4。該擴散位障7較佳是含有 TiWN。 設有一種接觸體5，其包括二個區5a和5b，各區域分 別與η -摻雜層1或P -摻雜層2相接觸。除了該接觸體5之 一凹入區之外，該接觸體5在產生該ρ-摻層、鈍化層、鏡 面層4或同樣用來覆蓋該鏡面層之擴散位障7之後施加在 上述這些元件上’該接觸體之凹入區可使上述二個區5a’ 200919787 5 b相分離。 該接觸體5以其第一區5a來與p -摻雜層2形成電性接 觸。藉由該電流分佈層8上的鈍化材料’則該接觸體的第 一區不會與對立極（opposite pole)或η -摻雜層相接觸及/或 不會與一施加在該接觸體上的電流分佈層8相接觸。 藉由上述之第二區5 b，則可由光電組件的同一側面使 該接觸體與該η-摻雜層1相接觸。在P-摻雜層之邊緣區 中，可施加一種臂或施加該電流分佈層之指狀部。在相同 ^ ' 區域中，在η_摻雜體-或電流分佈層之相對應的面上未施加 一種鈍化層，此乃因在該區域中設有一與該接觸體相接觸 的接觸層。若不設置此接觸層’則以施加在該Ρ-摻雜層2 上的鏡面層4以及一在該區中同樣已使用的擴散位障來使 Ρ -摻雜層2鈍化’該接觸體5之第二區5b因此不會與該ρ-摻雜層形成電性接觸。 藉由上述的構造，則可避免該接觸體發生短路且可由 一側面上選擇性地來與該光電組件之P -側和n_側相接觸。 1' 因此，可在該η -摻雜的接觸層的同一側上來形成該與Ρ -摻 雜層的接觸以及該與η-摻雜層之接觸。於是’可由一側來 與該光電組件形成電性接觸而不必形成多個至該光電組件 之另一側之通孔或貫穿孔。亦不需在該光電組件之發光側 上施加一種導線連接。因此’在使用該鏡面層時由Ρη_接面 產生的光可無阻礙地由該光電組件發出。 第2圖顯示第1圖之光電組件，其不同之處在於，在 η-摻雜的半導體本體之遠離該Ρη-接面之可選擇式地被粗 -14- 200919787 糙化的此側上施加一接觸層，其較佳是將該pn-接面所發出 的光予以轉換，使該光電組件發出白色的混合光。然而， 該轉換層亦可用來將pn -接面所發出的光轉換成另一種彩 色的光，如，由藍光轉換成綠光。 此外，該接觸體5之凹入區中以一種絕緣材料丨丨（例 如，PBC)來塡入，該凹入區將第一區5a與第二區5b相分 離。於是，可使該二個區5a，5b在電性上可靠地相分離。 第3圖顯示多個光電組件之一種製造狀態。於此，多 個η-摻雜的半導體本體1互相之間以一間距而施加在一基 板12上，基板較佳是包含藍寶石。在該n-摻雜的半導體本 體1上施加一種梳形的ρ -摻雜的半導體本體2以及一以一 間距而接合至上述摻雜的半導體本體中的梳形的電流分佈 層8。如先前所述，個別的η-摻雜的半導體本體1設有一 種結構相同的鏡面層4，且該鏡面層4上施加一擴散位障7。 在上述的製造狀態下，η-摻雜的半導體本體未與基板 I2相分離。稍後該半導體本體藉由雷射剝離方法（LLO)而 與基板相分離。 第3圖之切面Α之俯視圖顯示：個別的光電組件如何 在該製造狀態中分別具有一梳形之ρ-摻雜的半導體本體 2 ’其長腰及所伸出的臂或指狀部較該電流分佈層8之相對 應的區域寬很多。這表示：在η·摻雜的半導體本體1和P-摻雜的半導體本體2之間應形成一種儘可能大的連接面’ 以便在pn-接面中發出儘可能多的光。 第4圖顯示一製造狀態中之光電組件的另一視圖。基 -15- 200919787 板1 2上可在多列之結構中配置個別互相隔開的n _摻雜的 半導體本體1和P-摻雜的半導體本體2以及電流分佈層8。 第4圖顯示四個互相隔開的未製成之光電組件的長方形配 置的俯視圖。每一 p -摻雜的半導體本體2可設有一鏡面層 4和一擴散位障。這些元件爲了清楚之故而未顯示在圖4 中，但可解釋成有存在。 第5圖顯示一鈍化層6a如何分別施加在該四個未製成 的相同形式的光電組件上。特別是該鈍化層施加在個別的 p -摻雜的半導體本體、η -摻雜的半導體本體和個別的電流 分佈層8上。然而’此處該ρ-摻雜的半導體本體之區域已 省略，其稍後須與一接觸體的第一區6a形成電性接觸。其 餘的區域仍由該鈍化層6a所覆蓋。該凹入區6b所具有的 形式較佳是與該ρ -摻雜的半導體本體之一部份的形式相 同。因此，該凹入區6b須相對於該光電組件的層序列而以 全等於或幾乎全等於該P -摻雜的半導體本體2之一部份的 方式來定位。於是，該凹入區6b較佳是具有蹄鐵形的形式。 第6圖顯示一種起始層13，其邊緣全等於上述光電組 件的一起形成一長方形（就幾何關係而言）的邊緣。該起始 層13含有一種材料’由此材料而以電鍍方式生長一接觸層 5。此材料較佳是TiAl或鈦金屬且該接觸層5是一種金屬 層。依據電鍍材料’鉑（對鎳而言）或金（對銅而言）適合用作 金屬層。 該起始層1 3較佳是在其面對半導體本體1，2之此側 上可使pn-接面所產生的光被反射。在pn_接面中產生藍光 -16- 200919787 或綠光時，該起始層例如可含有鋁或銀。該起始層13具有 L -形的凹入區，其將每一光電組件之第一區和第二區互相 分開。在每一凹入區13a之內側上，即，在凹入區之此側（其 上該凹入區之各腰之間形成一種小於1 80度之角度）上，存 在著個別的光電組件之第一區B1。在凹入區之相對的另一 側（其上該凹入區之各腰之間形成一種大於180度之角度） 上產生個別的光電組件之第二區B2。 在以第5圖之已存在的鈍化層6爲條件下，第一區B1 是與該接觸體5之第一區5a電性相連接，且第二區B2是 與該接觸體之第二區5b電性相連接。 第5圖之虛線顯示個別的光電組件之第一區和第二區 B 1和B 2之邊界。 由該起始層電鍍生長而成的接觸體5之結構在個別的 光電組件被劃分之前對應於第6圖所示的起始層1 3之結 構。 第7圖是由該起始層13以電鍍方式生長而成的接觸體 5之俯視圖，其在各光電組件劃分之後於每一光電組件中 分別具有二個區5a和5b，其中第一區5a是與個別的p -摻 雜的半導體本體2相接觸，且第二區5b是與個別的η-摻雜 的半導體本體相接觸。各光電組件較佳是藉由雷射來劃分。 本專利申請案主張德國專利申請案 DE 1 0 2007 046 743.7之優先權，其已揭示的整個內容在此一倂作爲參考。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反 之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特 -17- 200919787 別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之個別特徵之每 一種組合’當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示 在各申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明之光電組件之橫切面。 第2圖 本發明之光電組件之另一形式的橫切面。 第3圖 光電組件之製造方法之第一步驟，其中一已 結構化的P-摻雜的半導體本體施加在一 n_摻雜的半導體本 體上。 第4圖 該製造方法之第一步驟之另一視圖。 第5圖 該製造方法之下一步驟，其中產生一已結構 化的鈍化層。 第6圖 該製造方法之下一步驟，其中產生一以電鍍 方式生長而成的接觸層，其具有凹入區。 第7圖 該製造方法之下一步驟，其中各光電組件已 被劃分。 【主要元件符號說明】 η-摻雜的半導體本體 2 P -摻雜的半導體本體 3 pn-接面 4 鏡面層 5 a 接觸體之第一區 5b 接觸體之第二區 6 鈍化材料 -18- 200919787 6 a 鈍 化 層 6b 鈍 化 層 之 凹 入 1E 7 擴 散 位 障 8 電 流 配 線 9 結 構 溝 10 轉 換 層 11 絕 緣 材 料 12 基 板 13 起 始 層 13a 起 始 層 之 凹 入 [品 B 1 起 始 層 之 第 一 B2 起 始 層 之 第 二 區 -19

Claims (1)

1. 200919787 十、申請專利範圍： 1 . 一種光電組件，包括： -η-摻雜的半導體本體（1)， -Ρ-摻雜的結構化的半導體本體（2)，其施加在η-摻雜的 半導體本體（1)上’在此二個半導體本體之間形成一種 可發光的ρη-接面（3)，其中 -在Ρ-摻雜的半導體本體（2)之遠離該η-摻雜的半導體本 體（1)之此側上施加一鏡面層（4)，其中 r'" -設有一接觸體（5)，其以第一區（5 a)來與該ρ-摻雜的半 導體本體（2)形成電性接觸且與該n-摻雜的半導體本體 形成電性絕緣，其中 -該接觸體（5)以該光電組件之與第二區（5b)相同的側面 來與該η-摻雜的半導體本體形成電性接觸且與ρ-摻雜 的半導體本體形成電性絕緣，該第二區是與第一區形 成電性絕緣。 2. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該接觸體（5)藉 由電鍍方式的層之生長而產生。 3. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該接觸體（5)以 其第二區（5b)來與η-摻雜的半導體本體之一邊緣區形成 電性接觸。 4 .如申請專利範圍第1或2項之光電組件，其中該接觸體 (5)以其第一區（5a)藉由一種鈍化材料（6)來與η-摻雜的半 導體本體形成電性絕緣。 ’ 5 .如申請專利範圍第1至4項中任一項之光電組件’其中 -20 - 200919787 該接觸體（5)以其第二區（5 b)藉由一種鈍化材料（6)來與p_ 摻雜的半導體本體形成電性絕緣。 6 _如申請專利範圍第1至5項中任一項之光電組件，其中 一擴散位障（7)施加在該已結構化的鏡面層（4)上。 7 ·如申請專利範圍第1至6項中任一項之光電組件，其中 該P_摻雜的半導體本體（2)具有一種梳形的結構。 8 ·如申請專利範圍第1至7項中任一項之光電組件，其中 一電流配線（8 )是與p -摻雜的半導體本體（2)電性絕緣地 施加在該η-摻雜的半導體本體（1)上且一部份是與該接觸 體之第二區（5b)相連接。 9.如申請專利範圍第8項之光電組件，其中該電流配線（8) 之一部份配置在P-摻雜的半導體本體（2)之一結構溝（9) 中且在該處與接觸體（5)之第一區（5a)電性絕緣。 1 0.如申請專利範圍第9項之光電組件，其中該電流配線（8) 和該P-摻雜的半導體本體（2)以一間距而互相以梳形交錯 地配置在該η-摻雜的半導體本體（1)上。 1 1 .如申請專利範圍第1至1 〇項中任一項之光電組件，其中 在該η-摻雜的半導體本體（2)之遠離該ρη-接面（3)之面上 施加一轉換層（1 0)。 1 2 _如申請專利範圍第1至1 1項中任一項之光電組件，其中 該η-摻雜的半導體本體（1)之遠離該ρη_接面（3)之面已粗 糙化。 1 3 .如申請專利範圍第1至i 2項中任一項之光電組件，其中 此光電組件藉由薄膜技術來產生。 200919787 1 4. 一種光電組件之製造方法，包括以下步驟： -在η-摻雜的半導體本體（1)上施加一已結構化的p_摻雜 的半導體本體（2)， -在p -慘雜的半導體本體（2)和η -摻雜的半導體本體（！） 之間形成一種ρ η -接面（3 )， -在Ρ -摻雜的半導體本體上依結構形式而施加一鏡面層 (4)， -將上述各元件之一部份予以鈍化， -藉由一起始層（13)而以電鍍方式生長一接觸體（5)，其 在該Ρ -摻雜的半導體本體之一未鈍化的區域中與第一 區（5a)相連接，且該接觸體（5)在該η-摻雜的半導體本 體之一未鈍化的區域中與第二區（5b)相連接，其中 -該起始層設有一凹入區’其在該接觸體生長時作爲第 一區和第二區之間的絕緣用的凹入區。 15.如申請專利範圍第14項之製造方法，其中該η-摻雜的半 導體本體（1)是與基板（12)相連接’該η -摻雜的半導體本 體（1)在該接觸體製成之後由基板中去除。 -22 -