TWI399867B - 光電組件及光電組件之製造方法 - Google Patents

光電組件及光電組件之製造方法 Download PDF

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Description

光電組件及光電組件之製造方法
本發明涉及一種光電組件及其製造方法。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2008 006 988.4之優先權，其已揭示的整個內容在此一併作為參考。
為了藉助於光電組件而產生白光，則光電組件可以傳統方式而設有一種含有一轉換物質的外罩。此轉換物質將該光電組件所發出的第一波長範圍之輻射(主輻射)轉換成第二波長範圍之輻射(二次輻射)，第二波長範圍與第一波長範圍不同。白光可以此種方式產生，即：主輻射是與二次輻射相混合或已轉換的輻射之彩色成份互相混合而發出白光。
另一傳統的構造之設計方式在於，一起使用多個分別發出不同波長範圍之輻射之光電組件。此種構造的總輻射包括各別組件之相加而成的波長範圍。
本發明的目的是提供一種光電組件及其製造方法，其可簡易且省空間地製成且更有效。
上述目的藉由一種具有申請專利範圍第1項特徵之光電組件或具有申請專利範圍第14項特徵之方法來達成。
光電組件包括第一半導體層堆疊，其具有一用來發出輻射之層和一主面。在此一主面上配置一隔離層，其形成一種半透明的鏡面。此光電組件包括第二半導體層堆疊，其配置在該隔離層上且具有另一用來發出輻射之活性層和一主面。
由第一半導體層堆疊之活性層所發出之輻射可由第一半導體層堆疊之主面發出。第一半導體層堆疊之活性層所發出的輻射可耦合至第二半導體層堆疊中。第一半導體層堆疊之活性層所發出的輻射和第二半導體層堆疊之活性層所發出的輻射可由第二半導體層堆疊之主面發出。
該二個半導體層堆疊之活性層可用來發出二種不同波長範圍之輻射。該隔離層可使第一波長範圍之輻射透過且可將第二波長範圍之輻射予以反射。
該隔離層可另外由至少二個層來形成，其中各層具有至少二種不同的折射率。該隔離層可包括一種導電材料，該隔離層亦可包括一種介電質。該隔離層可包括一種結構。該隔離層可另外包括一種凹口，該凹口中施加一種導電材料。
該光電組件可另外包括第一半導體層堆疊之第一接觸元件，其配置在第一半導體層堆疊之另一主面上。該另一主面是與第一主面相面對。該光電組件可包括第一半導體層堆疊之第二接觸元件，其配置在第一半導體層堆疊之又另一主面上。該又另一主面可配置在該主面和該另一主面之間。第一接觸元件和第二接觸元件可提供一種對該第一半導體層堆疊之活性層之電性接觸區。
上述光電組件之第一和第二半導體層堆疊分別包括至少一n-和一p-摻雜層。第一接觸元件是與第一摻雜型之層相接觸，且第二接觸元件是與第二摻雜型之其它層相接觸。
在第二半導體層堆疊上可配置一第三接觸元件，其是與第二半導體層堆疊之活性層形成電性接觸。第三接觸元件可與第一摻雜型之層相接觸。
在另一實施形式中，該光電組件可包括第一接觸元件，其配置在第二半導體層堆疊上；以及第二接觸元件，其配置在第二半導體層堆疊上。第一接觸元件和第二接觸元件提供了第二半導體層堆疊之活性層之電性接觸區。此光電組件可具有至少另一接觸元件，其配置在第一半導體層堆疊上且與第一半導體層堆疊之活性層形成電性接觸。
上述光電組件之不同之半導體層堆疊，特別是各別的用來發出輻射之層，可分別受到控制。特別是上述光電組件之不同的半導體層堆疊，特別是各別的用來發出輻射之層，可在電性上分別受到控制。上述光電組件可發光，其藉由各別由不同的半導體層堆疊所發出的輻射之組合而產生。
上述光電組件可另外包括一種轉換物質以將輻射的一部份進行波長轉換。該轉換物質可配置在第二半導體層堆疊之主面上。此光電組件可發出輻射，其藉由不同的半導體層堆疊所發出的輻射和該轉換物質之輻射之組合而產生。
一種光電組件之製造方法包括：提供第一基板、在第一基板上產生第一半導體層堆疊，其具有一用來發出輻射的活性層、以及由該半導體層堆疊剝除該基板。
製備第二基板，第二基板上產生第二半導體層堆疊，其具有一用來發出輻射的活性層。將此第二基板由第二半導體層堆疊剝除。
上述製造方法另外包括：在至少一個半導體層堆疊上施加一隔離層，其形成一種半透明鏡面，且在第一半導體層堆疊上施加第二半導體層堆疊，使該隔離層配置在第一和第二半導體層堆疊之間。
在第二半導體層堆疊之與第二半導體層堆疊之主面相面對的另一主面上施加第一輔助載體。一第二輔助載體可施加在第二半導體層堆疊之主面上。第一輔助載體和第二輔助載體可被剝除。在第一半導體層堆疊之主面上可施加另一輔助載體且又予以剝除。
上述製造方法可另外包括：在第一半導體層堆疊之活性層上形成至少二個接觸元件。在第二半導體層堆疊之活性層上形成至少另一接觸元件。
在另一實施形式中，上述製造方法可包括：在第二半導體層堆疊之活性層上形成至少二個接觸元件。在第一半導體層堆疊之活性層上形成至少另一接觸元件。
半導體層堆疊之產生可包括：磊晶沈積至少二個不同摻雜之半導體層；以及將已摻雜之半導體層結構化成電性接觸區。
在第一半導體層堆疊中形成至少一凹口，其經由第一摻雜型之層和該活性層而至少到達第二導電型之一層。
在第二半導體層堆疊中形成至少一凹口，其經由第一摻雜型之層和該活性層而至少到達第二導電型之一層。
該隔離層可由至少二個層所形成，其中該至少二個層具有至少二種不同的折射率。該隔離層可具有一種結構。該隔離層可以至少一凹口來形成，且該凹口中以一種導電材料來填入。
在第二半導體層堆疊之主面上可施加一種轉換物質以將所發出的輻射之一部份的波長予以轉換。
本發明的其它特徵、優點和形式描述在第1至5圖所示之例子中。
第1圖顯示一光電組件100，其具有第一半導體層堆疊101和第二半導體層堆疊102。第1圖另外顯示一隔離層103，其具有一凹口104；一活性層110；一第一主面111；一第一接觸元件112；另一主面113；另一接觸元件114；另一主面115；一第二活性層120；第二半導體層堆疊121之一主面；以及另一接觸元件122。
半導體層堆疊101在第1圖中具有三個層。第一層116具有第一導電型(例如，p-摻雜)以及一主面113。活性層110鄰接於第一層而與一面113相面對。另一半導體層(117)鄰接於該活性層且為n-摻雜者。該活性層具有一產生輻射之pn-接面，其藉由p-摻雜層和n-摻雜層而形成且鄰接於該活性層。
該隔離層103可配置在該主面111上。該隔離層可包圍著該凹口104。在該隔離層上可配置第二半導體層堆疊，其同樣可具有三個層。
鄰接於該隔離層之層(123)例如是一種n-摻雜層，其上有一活性層和一p-摻雜層(124)。此活性層另外具有一種產生輻射之pn-接面。第一和第二半導體層堆疊亦可具有多於三個之層，例如，可另外具有一緩衝層。經由第一和第二半導體層堆疊而與該隔離層相鄰接的各層可具有相同的摻雜型。
該隔離層可由多個層來形成。該隔離層具有至少二個層，其材料或層厚度可互相不同。該隔離層之各層可分別具有不同的折射率。各層的折射率例如以規則的距離而重複。該隔離層例如是一種介電質，其可由氧化矽、氧化鋅或銦錫氧化物來形成，但其亦可具有其它材料。該隔離層可包括一種結構，例如，微結構，特別是一種奈米結構，特別是包括至少一光子晶體，其形成在第一、第二或此二個半導體層堆疊上。
該接觸元件112可配置在第一半導體層堆疊之p-摻雜層之主面113上。該接觸元件可由一接觸面來形成，但亦可由多個接觸面來形成。
在本實施形式中，該主面121是與主面113相距最遠。該主面111與主面121之距離大於與主面113之距離。主面115與主面111之距離大於與主面113之距離。
半導體層堆疊101可具有一凹口以與n-摻雜層相接觸，該凹口經由p-摻雜區和活性層。n-摻雜層例如具有一主面115，其上施加一第二接觸元件114。半導體層堆疊可具有一個此種凹口，但亦可具有多個凹口。
各接觸元件例如由導電材料所形成。當光電組件安裝在相對應的載體元件上時，電壓可經由各接觸元件而供應至該半導體層堆疊101。由半導體層堆疊(特別是活性層110)在施加電壓時所發出的輻射主要是由該面111發出。
為了施加一種電壓至第二半導體層堆疊102，可在該面121上施加該接觸元件122。該接觸元件可由一個接觸面所形成，但亦可由多個接觸面所形成。該接觸元件122接觸該p-摻雜層。可經由該接觸元件114或該隔離層或藉由該隔離層之凹口104中之導電材料來與半導體層堆疊102之n-摻雜層相接觸。例如，經由各接觸元件114和122而供電至半導體層堆疊102。各接觸元件可具有透光之導體，其例如含有氧化銦。
各接觸元件可由該面121之方向來接觸活性層。至少一凹口可由該層124和120來形成。至少一凹口可由層124、層120、層123和該隔離層來形成。至少一凹口可由層124、層120、層123、隔離層、層117和活性層110來形成。至少另一凹口可由其它層來形成。該凹口中可配置至少一接觸元件。
半導體層堆疊發出不同波長範圍之輻射。半導體層堆疊101例如所發出的波長較半導體層堆疊102的波長還長。例如，第一半導體層堆疊101發出紅色範圍(625至740奈米)之輻射，半導體層堆疊102發出藍色範圍(400至500奈米)之輻射。
該隔離層儘可能可透過該半導體層堆疊101所發出的輻射之波長範圍。該隔離層儘可能使半導體層堆疊102所發出的輻射不能透過且將該輻射之儘可能多的成份予以反射。半導體層堆疊102之輻射在半導體層堆疊101中實際之被吸收量因此可大大地減少。半導體層堆疊101所發出的輻射以及半導體層堆疊102所發出的輻射基本上是由該面121中發出。各別所發出的輻射之光譜範圍相加成一種總光譜。
藉由施加不同的電壓至各別的半導體層堆疊，則不同的波長範圍可以不同的強度加入至總光譜中。因此，在該光電組件之操作期間可調整所期望的彩色位置。
第2圖顯示另一種形式的光電組件200，其具有半導體層堆疊201和另一個半導體層堆疊202。第2圖另外顯示一種隔離層203、一轉換物質204、一第一活性層210、一主面211、一第一接觸元件212、一第二主面213、一第二接觸元件214、另一主面215、一活性層220、另一主面221、以及一接觸元件222。
半導體層堆疊201具有至少三個層，例如，p-摻雜層、活性層和n-摻雜層。半導體層堆疊201可另外具有多個凹口，其例如可到達n-摻雜層。在與該n-摻雜層相面對的一主面213上配置該隔離層，該主面213例如配置在該p-摻雜層上。本實施例中該隔離層具有導電性。
在該隔離層上例如配置第二半導體層堆疊202，其同樣具有三個層。n-摻雜層配置成與該隔離層相鄰接。該活性層配置成與該n-摻雜層相鄰接，且p-摻雜層配置成與該活性層相鄰接。該p-摻雜層具有主面221。在該主面221上可配置該轉換物質。
該轉換物質在藉由特定的波長範圍的電磁輻射來激發時可發出另一波長範圍的輻射。於此，該轉換物質含有至少一發光材料。此發光材料可含有一種無機-或有機發光材料。
激發而得的波長範圍和該轉換物質所發出之輻射的波長範圍可互不相同。該轉換物質可將入射至其上的輻射之總輻射予以轉換，但亦可只將所入射的輻射的一部份予以轉換且使其餘的部份通過而不會使已通過的輻射之波長範圍受到明顯的影響。
在該半導體層序列201之凹口中，可在一主面215上配置該接觸元件214。在主面213上可配置另一接觸元件212。可經由各接觸元件來對該半導體層序列供應一種電壓且因此發出輻射。此輻射透過該隔離層203。此輻射耦合至第二半導體層序列202中。
可自由選取各接觸元件之配置。半導體層序列的形成方式可由其前側向p-側接觸區和n-側接觸區來形成、由其後側向p-側和n-側接觸區來形成、由其前側向p-側接觸區且由其後側向n-側接觸區來形成、由其前側向n-側接觸區且由其後側向p-側接觸區來形成、以及由前側和由後側向n-側及/或p-側接觸區來形成。
可經由例如配置在該主面221上的接觸元件222、且經由該接觸元件214以及因此亦經由該隔離層203而將電壓供應至該半導體層序列202。此隔離層包括導電材料。若此隔離層在電性上具有絕緣作用，則其包括至少一凹口，此凹口中以一種導電材料來填入，如第1圖所示。因此，當施加一種電壓至該半導體層序列202時，該半導體層序列202可發出輻射。此種在由該半導體層序列202之活性層所發出的波長範圍中的輻射可儘可能良好地被該隔離層203所反射。
第一半導體層序列所發出的輻射之波長範圍不同於第二半導體層序列所發出的輻射的波長範圍。該轉換物質將第二半導體層序列之波長範圍中的輻射的一部份予以轉換。該轉換物質可使位於第一半導體層序列之波長範圍中的輻射透過。該半導體組件所發出之輻射之總光譜例如可由至少三種不同的波長範圍所組成。
第3A和3B圖顯示一主面301、一接觸元件302、另一主面303、另一接觸元件304、另一主面305和另一接觸元件306。
第3A圖顯示第1圖中之光電組件之下側圖。面301是例如p-摻雜之半導體層之面。此面上施加該接觸元件302。此接觸元件在本實施形式中是一種相連的元件，但亦可由多個各別的區域所形成。該光電組件例如可在中央具有一凹口，其經由例如該p-摻雜層和一活性層而到達例如一種n-摻雜層。此種n-摻雜層具有主面303。此主面上可施加另一接觸元件304。各接觸元件302和304用來將電壓供應至半導體組件。各層之摻雜型式亦可不同於本實施形式中者。例如，p-摻雜層可以變成n-摻雜層且反之亦可。該光電組件之下側可具有其它的元件，例如，金屬層或載體基板。
第3B圖顯示一種對應於第3A圖之光電組件之表面，其具有主面305，其上施加該接觸元件306。該接觸元件306例如直接施加在該接觸元件305上。
藉由該接觸元件306直接配置在該接觸元件305上方，則該光電組件整體上可具有不發出輻射之儘可能小的區域。然而，該接觸元件306亦可配置在該主面305之另一位置上，例如，可配置在一邊緣區域中。亦可配置多個接觸元件。特別是該接觸元件305和306的數目可不相同。在該接觸元件和主面之間亦可施加一透明的導電材料，以使接觸性獲得改良。
第4A和4B圖顯示一主面401、一第一接觸元件402、一主面403、一第二接觸元件404、另一主面405、另一接觸元件406。
第4A圖顯示第3A圖所示的結構有四個形成在一光電組件上。在主面401上可施加該接觸元件402。此接觸元件可由多個單一部份來形成。可對該面403形成接觸作用的各凹口可任意地重複。本實施例中具有多個接觸元件404之多個凹口對稱地配置著，但各凹口亦可以其它方式來配置。
第4B圖顯示一光電組件之對應的俯視圖。各接觸元件406可配置在該接觸元件404上方之主面405上，各接觸元件406可具有和該接觸元件404相同數目的單一部份，但亦可具有更多或較少的單一部份。該接觸元件406之各單一部份可如圖所示直接配置在該接觸元件404上方，但亦可任意地配置在該接觸面405上的不同處。
第5A圖顯示一基板晶圓500和半導體層堆疊501之一部份，該半導體層堆疊501包括一摻雜層502、一活性層503和另一摻雜層504。
該基板晶圓例如由砷化鎵所形成。該半導體層堆疊可含有其它的層。該基板晶圓亦可由其它適當的材料來形成。本方法中可在一基板晶圓上形成多個半導體層堆疊，其在稍後的步驟中被劃分。
在一步驟中，半導體層堆疊501之各層生長在該基板上。該半導體層堆疊例如以一種n-摻雜層而開始在基板上生長。然後，例如生長該活性層和一種p-摻雜層。接著，將該基板由該半導體層堆疊中去除。在去除該基板之前，可在該半導體層堆疊上施加一種輔助載體。
第5B圖顯示第5A圖中無該基板晶圓時的半導體層堆疊。在該層502上施加一隔離層505。此隔離層例如由多個層所形成。此隔離層形成一種鏡面，其是半透明的鏡面。此隔離層例如儘可能可透過特定的波長範圍且將其它的波長範圍予以反射。
第5C圖顯示另一基板510和另一半導體層堆疊511，其具有第一摻雜層512、一活性層513和另一摻雜層514。此層堆疊生長在例如包括藍寶石之基板晶圓上且所包括之層數亦可多於3層。例如，該半導體層堆疊以一種n-摻雜層而開始生長。在該基板晶圓510上可形成多個半導體層堆疊，其在稍後的步驟中被劃分。
該隔離層505亦可施加在該半導體層堆疊511上。該隔離層505亦可施加在多個半導體層堆疊中之一個上，但亦可施加在二個半導體層堆疊上。
第5D圖顯示一實施例的步驟，其中在第二半導體層堆疊上施加一輔助載體515，特別是施加在該層514上。
如第5E圖所示，第二輔助載體516施加在半導體層堆疊511上，特別是施加在該層512上，且基板510由該半導體層堆疊中剝除。
第5F圖顯示已執行了第一輔助載體515之剝除步驟後的情況。第5B和5F圖所示的元件可相組合。
第5G圖顯示第5B圖之施加在該層514上的元件，使該隔離層505配置在該二個半導體層堆疊之間。
第5H圖顯示第二輔助載體516由該層512剝除之後的半導體層堆疊。所示的半導體層堆疊現在基本上對應於第1圖所示之光電組件之半導體層堆疊。
本方法可包括其它步驟，例如，施加一種轉換物質至該層512上或在半導體層上形成多個接觸元件。本方法另外亦可包括該隔離層之凹口之形成且將一種導電材料填入至該隔離層。特別是本方法不必包括上述全部的步驟。例如，在基板去除之前，第一半導體層堆疊可施加在第二半導體層堆疊上。半導體層堆疊之製造可不包括該輔助載體、亦可包括一個或二個輔助載體。
100．．．光電組件
101．．．半導體層堆疊I
102．．．半導體層堆疊II
103．．．隔離層
104．．．凹口
110．．．活性層I
111．．．主面I
112．．．接觸元件I
113．．．主面II
114．．．接觸元件II
115．．．主面III
116．．．摻雜層I
117．．．摻雜層II
120．．．活性層II
121．．．主面IV
122．．．接觸元件III
123．．．摻雜層III
124．．．摻雜層IV
200．．．光電組件
201．．．半導體層堆疊I
202．．．半導體層堆疊II
203．．．隔離層
204．．．轉換物質
210．．．活性層I
211．．．主面I
212．．．接觸元件I
213．．．主面II
214．．．接觸元件II
215．．．主面III
220．．．活性層II
221．．．主面IV
222．．．接觸元件III
301．．．主面I
302．．．接觸元件I
303．．．主面II
304．．．接觸元件II
305．．．主面III
306．．．接觸元件III
401．．．主面I
402．．．接觸元件I
403．．．主面II
404．．．接觸元件II
405．．．主面III
406．．．接觸元件III
500．．．基板晶圓I
501．．．層堆疊I
502．．．摻雜層I
503．．．活性層I
504．．．摻雜層II
505．．．隔離層
510．．．基板晶圓II
511．．．層堆疊II
512．．．摻雜層III
513．．．活性層II
514．．．摻雜層IV
515．．．輔助載體I
516．．．輔助載體II
第1圖　光電組件之一實施形式的圖解。
第2圖　光電組件之另一形式。
第3A圖　光電組件之一實施例之俯視圖。
第3B圖　光電組件之下側之圖解。
第4A圖　光電組件之另一實施例之俯視圖。
第4B圖　光電組件之下側之圖解。
第5A至5H圖　不同的步驟期間半導體層堆疊之切面圖。
100．．．光電組件
101．．．半導體層堆疊I
102．．．半導體層堆疊II
103．．．隔離層
104．．．凹口
110．．．活性層I
111．．．主面I
112．．．接觸元件I
113．．．主面II
114．．．接觸元件II
115．．．主面III
116．．．摻雜層I
117．．．摻雜層II
120．．．活性層II
121．．．主面IV
122．．．接觸元件III
123．．．摻雜層III
124．．．摻雜層IV

Claims (15)

  1. 一種光電組件(100)，包括：-一第一半導體層堆疊(101)，其具有一用來發出輻射之活性層(110)和一主面(111)，-一隔離層(103)，其配置在該第一半導體層堆疊之主面(111)上，該隔離層形成半透明的鏡面，-一第二半導體層堆疊(102)，其配置在該隔離層(103)上且具有另一用來發出輻射之活性層(120)和一主面(121)。
  2. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該第一半導體層堆疊(101)之活性層(110)之可發出的輻射耦合至該第二半導體層堆疊(102)中，且該第一半導體層堆疊(101)之活性層(110)之可發出的輻射和該第二半導體層堆疊(102)之活性層(120)之可發出的輻射可由第二半導體層堆疊之主面(121)發出。
  3. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該第一半導體層堆疊之活性層(110)用來發出第一波長範圍的輻射，且第二半導體層堆疊之活性層(120)用來發出第二波長範圍的輻射。
  4. 如申請專利範圍第3項之光電組件，其中該隔離層(103)可透過該第一波長範圍之輻射且形成為可反射第二波長範圍之輻射。
  5. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該隔離層(103)包括至少二個層，其中這些層具有至少二個不同的折射 率。
  6. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該隔離層(103)包括一種導電材料。
  7. 申請專利範圍第1項之光電組件，其中該隔離層(103)包括一種介電質。
  8. 如申請專利範圍第1項之光電組件，其中該隔離層(103)包括一種結構。
  9. 如申請專利範圍第7項之光電組件，其中該隔離層(103)包括至少一凹口(104)，該凹口中施加一導電材料。
  10. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之光電組件，其另外包括：-該第一半導體層堆疊之配置在該第一半導體層堆疊之另一主面(113)上之第一接觸元件(112)，其中該另一主面(113)是與該主面(111)相面對，-該第一半導體層堆疊之配置在該第一半導體層堆疊之又另一主面(115)上之第二接觸元件(114)，其中該又另一主面(115)配置在該主面(111)和該另一主面(113)之間，該第一接觸元件(112)和第二接觸元件(114)提供了該第一半導體層堆疊之活性區(110)之電性接觸區。
  11. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之光電組件，其另外包括：-一第一接觸元件，其配置在該第二半導體層堆疊上，以及-一第二接觸元件，其配置在該第二半導體層堆疊上，該第一接觸元件和該第二接觸元件提供了該第二半導體層 堆疊之活性區之電性接觸區。
  12. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之光電組件，其中不同的半導體層堆疊(101，102)分別可各別地受到控制。
  13. 如申請專利範圍第1至9項中任一項之光電組件，其另外包括：一用來將輻射的一部份波長予以轉換的轉換物質(204)，其中此轉換物質配置在該第二半導體層堆疊之主面(121，221)上。
  14. 一種光電組件之製造方法，包括：-製備第一基板(500)，-在該第一基板上產生一第一半導體層堆疊(501)，其具有一用來發出輻射之活性層(503)，-將該第一基板(500)由該第一半導體層堆疊剝除，-製備一第二基板(510)，-在該第二基板上產生一第二半導體層堆疊(511)，其具有一用來發出輻射之活性層(513)，-將該第二基板(510)由該第二半導體層堆疊剝除，-在至少一個半導體層堆疊上施加一隔離層(505)，其形成一種半透明的鏡面，-在該第一半導體層堆疊(501)上施加該第二半導體層堆疊(511)，使該隔離層(505)配置在該第一和該第二半導體層堆疊之間。
  15. 如申請專利範圍第14項之製造方法，其包括：-形成該隔離層(103)之至少一凹口(104)，-以一種導電材料填入至該隔離層(103)之凹口(104)中。
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