TWI427829B - 一種半導體光電元件及其製作方法 - Google Patents

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Description

一種半導體光電元件及其製作方法
本發明係關於一種半導體光電元件及其製作方法，尤其是關於一種轉移設置於承載操作基板上之半導體光電元件以及此半導體光電元件的製作方法。
隨著科技日新月異，半導體光電元件在資訊的傳輸以及能量的轉換上有極大的貢獻。以系統的運用為例，例如光纖通訊、光學儲存及軍事系統等，半導體光電元件皆能有所發揮。以能量的轉換方式進行區分，半導體光電元件一般可分為三類：將電能轉換為光的放射，如發光二極體及雷射二極體；將光的訊號轉換為電的信號，如光檢測器；將光的輻射能轉換為電能，如太陽能電池。
在半導體光電元件之中，成長基板扮演著非常重要的角色。形成半導體光電元件所必要的半導體磊晶結構皆成長於基板之上，並藉由基板產生支持的作用。因此，選擇一個適合的成長基板，往往成為決定半導體光電元件中元件成長品質的重要因素。
然而，有時一個好的元件成長基板並不一定是一個好的元件承載基板。以發光二極體為例，在習知的紅光元件製程中，為了提昇元件的成長品質，會選擇晶格常數與半導體磊晶結構較為接近但不透明的GaAs基板作為成長基板。然而，對於以放光為操作目的的發光二極體元件而言，於操作過程之中，不透明的成長基板卻會造成元件的發光效率下降。
為了滿足半導體光電元件對於成長基板與承載基板不同需求條件的要求，基板的轉移技術於是因應而生。亦即，半導體磊晶結構先於成長基板上進行成長，再將成長完成的半導體磊晶結構轉移至承載基板，以方便後續的元件操作進行。在半導體磊晶結構與承載基板結合之後，原有成長基板的移除則成為此轉移技術的關鍵之一。
習知成長基板的移除方式主要包括將原有的成長基板以蝕刻液蝕刻溶解，以物理方式切割磨除，或事先在成長基板與半導體磊晶結構之間生成犧牲層，再藉由蝕刻去除犧牲層的方式將成長基板與半導體分離等。然而，不論是以蝕刻液溶解基板或是以物理性切割方式磨除基板，對原有的成長基板而言，都是一種破壞。成長基板無法再度利用，在強調環保及節能的現代，無疑是一種材料的浪費。然而，若是使用犧牲層結構進行分離時，對於半導體光電元件而言，如何進行有效地選擇性轉移，則是目前研究的方向之一。
為了有效地選擇性轉移半導體光電元件，本發明提供一種半導體光電元件及其製作方法，尤其是關於一種轉移設置於操作基板上之半導體光電元件以及此半導體光電元件的製作方法。
本發明的一實施例係提供一種半導體光電元件，包括一操作基板；一半導體磊晶疊層單元，設置於操作基板上，包括一設置於操作基板上，具有第一導電特性之第一半導體材料層、以及一設置於第一半導體材料層上，具有第二導電特性之第二半導體材料層；一透明導電層，設置於第二半導體材料層上，透明導電層包括一第一表面、一直接接觸部，設置於第一表面並與第二半導體材料層直接接觸、一第二表面，實質平行第一表面、一直接接觸對應部，設置於第二表面相對於直接接觸部；以及一第一電極，設置於操作基板上，藉由透明導電層與半導體磊晶疊層單元電性連結；其中，第一電極與透明導電層藉由直接接觸部與直接接觸對應部之外的區域相互電性連結。
依照本發明之一實施例，半導體磊晶疊層單元更包括發光層，設置於第一半導體材料層與第二半導體材料層之間。
依照本發明之一實施例，其中，半導體光電元件為一發光二極體。
依照本發明之一實施例，更包括第二電極，設置於操作基板與半導體磊晶疊層單元之間或操作基板相對於半導體磊晶疊層單元的相反側。
依照本發明之一實施例，其中，透明導電層之透光度大於90%。
依照本發明之一實施例，其中，半導體光電元件為一太陽能電池。
依照本發明之一實施例，其中，透明導電層材料係選自於由氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、氧化鍶銅、氧化鋁鋅、氧化鋅鎵以及上述任意組合所組成之一族群。
依照本發明之一實施例，更包括複數金屬導線自第一電極延伸至透明導電層的直接接觸對應部。
依照本發明之一實施例，其中上述金屬導線具有一寬度小於20μm。
依照本發明之一實施例，其中第一電極與上述金屬導線為不同材質。
依照本發明之一實施例，其中第一電極的材質係由鈦、鋁、金、鉻、鎳、鍺或上述之任意合金所構成之一單層或一多層金屬結構。
依照本發明之一實施例，其中操作基板更具有粗糙表面朝向半導體磊晶疊層單元，粗糙表面包括至少一突起(Protrusion)及/或至少一凹洞(Cavity)。
本發明的另一實施例係提供一種半導體光電元件的製作方法，包括提供一成長基板；形成一犧牲層於成長基板上；形成一半導體磊晶疊層於犧牲層上；分隔半導體磊晶疊層為複數半導體磊晶疊層單元並裸露出半導體磊晶疊層單元下的犧牲層；形成一圖案化光阻，覆蓋部分半導體磊晶疊層單元及部分裸露的犧牲層；移除未被圖案化光阻覆蓋的犧牲層；提供一轉移結構，將下方犧牲層被移除的半導體磊晶疊層單元轉移至轉移結構上；提供一操作基板，具有複數電極區域與複數磊晶區域，電極區域與磊晶區域以一特定距離相隔；轉移轉移結構上的半導體磊晶疊層單元至操作基板之磊晶區域上；以及形成複數個第一電極於操作基板之電極區域上，第一電極並與被轉移的半導體磊晶疊層單元電性連結。
依照本發明之另一實施例，其中成長基板之材質係選自於由藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)所組成之一族群。
依照本發明之另一實施例，其中成長基板之材質係選自於由一PCB基板及一FR4基板所組成之一族群。
依照本發明之另一實施例，其中轉移結構主要係由有機高分子材料所組成。
依照本發明之另一實施例，更包括形成一黏著層於操作基板與半導體磊晶疊層單元之間，黏著層之材質係選自於有機高分子材料、金屬材料以及金屬合金所組成之一族群。
依照本發明之另一實施例，其中半導體磊晶疊層單元係為發光二極體磊晶疊層區域及/或太陽能電池磊晶疊層區域。
依照本發明之另一實施例，更包括粗糙化操作基板的表面，使表面包括至少一突起(Protrusion)及/或至少一凹洞(Cavity)。
依照本發明之另一實施例，其中操作基板之材質係選自於由藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)所組成之一族群。
依照本發明之另一實施例，更包括形成至少一個一第二電極於半導體磊晶疊層單元與操作基板之間或操作基板相對於半導體磊晶疊層單元的相反側。
依照本發明之另一實施例，其中轉移結構具有一轉移表面，表面具有黏著性及/或對應於下方犧牲層被移除的半導體磊晶疊層單元的至少一突起(Protrusion)。
本發明的又一實施例係提供一種發光二極體元件結構，包括一操作基板，具有一表面，包括複數第一磊晶區域以及複數第二磊晶區域；複數第一發光二極體磊晶疊層單元設置於第一磊晶區域上，可放射第一主放射波長，其中任一第一發光二極體磊晶疊層單元一平行操作基板之表面的一第一邊，且第一邊之延長線具有實質相互平行的一第一延長方向；複數第二發光二極體磊晶疊層單元設置於第二磊晶區域上，可放射第二主放射波長，其中任一第二發光二極體磊晶疊層單元具有一相對應於第一邊的一第二邊，且第二邊之延長線具有實質相互平行的一第二延長方向；以及一第一方向，平行操作基板之表面其中，第一延長方向與第一方向具有一夾角θ1 ，第二延長方向與第一方向具有一夾角θ2 ，且θ1 不等於θ2 。
依照本發明之又一實施例，其中第一主放射波長係介於600nm至650nm之間。
依照本發明之又一實施例，其中第一主放射波長係介於510nm至550nm之間。
依照本發明之又一實施例，其中第一主放射波長係介於390nm至440nm之間。
依照本發明之又一實施例，其中第一主放射波長係不等於第二主放射波長。
依照本發明之又一實施例，其中任一第一發光二極體磊晶疊層單元及任一第二發光二極體磊晶疊層單元更包括一半導體磊晶疊層，設置於操作基板之表面上，半導體磊晶疊層包括一設置於操作基板之表面上，具有第一導電特性之第一半導體材料層；一設置於第一半導體材料層上，具有第二導電特性之第二半導體材料層；以及一發光層，設置於第一半導體材料層與第二半導體材料層之間。
依照本發明之又一實施例，其中任一第一發光二極體磊晶疊層單元及/或任一第二發光二極體磊晶疊層單元更包括一第一電極，設置於半導體磊晶疊層單元相對應於操作基板的相反側、半導體磊晶疊層單元與操作基板之表面之間、或操作基板相對於半導體磊晶疊層單元的相反側。
請參照圖1，圖1為依據本發明一實施例之半導體光電元件的製作方法。首先，根據側視圖1A，先提供一成長基板1，並形成一犧牲層2於成長基板1之上，再形成一半導體磊晶疊層3於犧牲層2之上。其中，成長基板1的材質例如可選自於由藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)所組成之一族群，而犧牲層2的材質例如可為砷化鋁(AlAs)、鋁化鎵砷(AlGaAs)、以及氧化鋅(ZnO)，而半導體磊晶疊層3例如可以為發光二極體磊晶疊層及/或太陽能電池磊晶疊層。接著，請分別同時參照俯視圖1B及側視圖1C，以習知的製作方式，例如為乾蝕刻、濕蝕刻、或雷射切割等方式分隔半導體磊晶疊層為複數個半導體磊晶疊層單元4。分隔後，如圖1C所示，裸露出複數個半導體磊晶疊層單元4下的犧牲層2之側壁2’。同樣地，半導體磊晶疊層單元4例如可以為發光二極體磊晶疊層區域及/或太陽能電池磊晶疊層區域。
以上述的方式於成長基板1上形成複數半導體磊晶疊層單元4的結構之後，半導體磊晶疊層單元4將依據後續製程或應用需求選擇性地將半導體磊晶疊層單元轉移至操作基板上。以圖2為例，顯示一分別由紅光半導體磊晶疊層單元101、綠光半導體磊晶疊層單元102、以及藍光半導體磊晶疊層單元103所組成的多彩顯示裝置。為配合此多彩顯示裝置，當成長基板上的複數半導體磊晶疊層單元4放射紅光波長時，依據多彩顯示裝置上紅光半導體磊晶疊層單元101的配置，半導體磊晶疊層單元4將交錯地由成長基板1上被選擇性地轉移至操作基板，即多彩顯示裝置上。
轉移的製程如接下來圖3A至3C所述，需要被轉移的第二半導體磊晶疊層單元4”和不需要轉移的第一半導體磊晶疊層單元4’透過不同的光阻覆蓋方式依後續之步驟達到可進行選擇性轉移的效果。為了選擇性地轉移特定部份的半導體磊晶疊層單元4，如俯視圖3A及俯視圖3A中B-B’線段之側視圖3B所示，以一圖案化的光阻層5覆蓋部分半導體磊晶疊層單元4：對於無須轉移的第一半導體磊晶疊層單元4’，以完全覆蓋的方式包覆住包含半導體磊晶疊層的表面以及其下裸露的犧牲層側壁2’；對於需要被轉移的第二半導體磊晶疊層單元4”，則覆蓋部份達到簡單固定的效果，並裸露出犧牲層側壁2’。然後，使用習知的蝕刻技術，例如濕蝕刻，利用蝕刻液經由裸露出的犧牲層側壁2’去除第二半導體磊晶疊層單元4”之下的犧牲層2。在此步驟之後，部分半導體磊晶疊層單元4下方的犧牲層2被選擇性地移除，如側視圖3C所示，圖中表示俯視圖3A中線段B-B’經由移除步驟後部分犧牲層2被移除之結果。
透過此種方式，當成長基板上所有的半導體磊晶疊層單元4皆被移除後，原有的成長基板由於並未遭受破壞，將可透過一般的清洗過程後，再度回收使用。
除此之外，亦可以使用濕氧蝕刻的方式，藉由濕氧改變犧牲層2材料本身的性質，減少犧牲層2與半導體磊晶疊層單元4彼此間的黏著性(圖未示)。
為了有效地選擇性轉移下方犧牲層2被移除的部分半導體磊晶疊層單元，即第二半導體磊晶疊層單元4”，使用一轉移結構6進行轉移程序。轉移結構6的材質主要係由有機高分子材料所組成，例如為發泡膠或PI tape。轉移結構6具有一朝向半導體磊晶疊層單元4的轉移表面6’，其中轉移表面6’可為具有黏著性的表面或包括至少一個係與須轉移的第二半導體磊晶疊層單元4”相對應的突起(Protrusion)61。透過轉移表面6’的黏著力或藉由累積在轉移表面突起61與第二半導體磊晶疊層單元4”表面之間的電荷所產生的靜電吸引力，可選擇性地對須第二半導體磊晶疊層單元4”進行吸附作用，而將第二半導體磊晶疊層單元4”轉移至轉移結構6上，如圖4A所示。
此外，被轉移至轉移結構6的第二半導體磊晶疊層4”上仍然附著有部分圖案化光阻層5。因此，為了去除圖案化光阻層5或依結構設計需求需要將第二半導體磊晶疊層單元4”上下倒置地設置於操作基板上時，可以選擇性地進行二次轉移技術。即，如圖4B至4D所示，當第二半導體磊晶疊層單元4”被轉移至轉移結構6後，原先覆蓋在部分第二半導體磊晶疊層單元4”上表面的圖案化光阻層5仍附著在第二半導體磊晶疊層單元4”與轉移結構6未被移除。此時，可先將轉移結構6上的第二半導體磊晶疊層單元4”轉移至一第二轉移結構6”，以光阻去除液去除仍附著於第二半導體磊晶疊層單元4”的圖案化光阻層5後，再進行二次轉移將第二轉移結構6”上的第二半導體磊晶疊層單元4”轉移至操作基板7上。相似地，第二轉移結構6”的材質主要係由有機高分子材料所組成，例如為發泡膠或PI tape。第二轉移結構6”具有一朝向轉移的半導體磊晶疊層單元4”的轉移表面，其中轉移表面可為具有黏著性的表面或包括至少一個係與須轉移的第二半導體磊晶疊層單元4”相對應的突起(Protrusion)62。透過第二轉移結構6”表面的黏著力或累積在轉移表面的突起62與第二半導體磊晶疊層單元4”表面之間的電荷所產生的靜電吸引力，選擇性地對第二半導體磊晶疊層單元4”再次進行吸附作用，將第二半導體磊晶疊層單元4”轉移至第二轉移結構6”上。
最後，如圖4E所示，再將第二半導體磊晶單元4”由第二轉移結構6”轉移至操作基板7上。當然，若只進行一次轉移步驟時，第二半導體磊晶單元4”亦可以相似的方式直接由轉移結構6轉移至操作基板7上。
如圖5A所示，操作基板7上具有複數個電極區域8及複數個磊晶區域9，其中，電極區域8與磊晶區域9以一定的距離相隔，而操作基板7的材質可例如為藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)、氮化鋁(AlN)。或者，操作基板7係為一PCB基板或一FR4基板。將置於轉移結構6(或是第二轉移結構6”)上的複數個第二半導體磊晶疊層單元4”轉移至操作基板7上，其方式例如為形成一黏著層10於操作基板7與第二半導體磊晶疊層單元4”之間，藉由加熱的方式對操作基板7與第二半導體磊晶疊層單元4”進行黏著。因為加熱的作用，同時可使第二半導體磊晶疊層單元4”與轉移結構6(6”)之間的吸附力下降(轉移表面6’的黏著性因加熱而降低)，再加上黏著層10對第二半導體磊晶疊層單元4”與操作基板7的吸附力，可以將第二半導體磊晶疊層單元4”自轉移結構6(6”)上轉移至操作基板7。其中，黏著層10的材質可以為有機高分子材料、金屬材料、以及金屬合金材料。此外，為了增加元件的出光效率或其他目的，更可以選擇性地在操作基板7的表面7”進行粗糙化，使表面7”包括至少一突起(Protrusion，圖未示)及/或至少一凹洞(Cavity，圖未示)。如圖5A中B-B’線段側視圖5B所示，選擇性地轉移部份第二半導體磊晶疊層單元4”於操作基板7之磊晶區域9上，並與電極區域8以一特定距離相隔。
最後，如圖6所示，在操作基板7的電極區域8形成第一電極11，第一電極11並藉由自其本體延伸的金屬導線12或透過其他導電介質，例如為氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、氧化鍶銅、氧化鋁鋅、氧化鋅鎵以及上述任意組合等之透明導電材料與轉移並設置在相對應磊晶區域9的第二半導體磊晶疊層單元4”各自電性連結。
此外，為達到元件導電的目的，製作步驟中更可包括形成一第二電極(圖未示)於第二半導體磊晶疊層單元4”與操作基板7之間或操作基板7相對於第二半導體磊晶疊層單元4”的相反側。
請參照圖7A及圖8，顯示為依據本發明精神上述的製作方式所製作的單一半導體光電元件20及半導體光電元件30的側視圖。半導體光電元件20及30例如可以為一太陽能電池或一發光二極體。
如圖7A至圖7C所示，半導體光電元件20包含一操作基板7，一半導體磊晶疊層單元4設置於操作基板7之上。接著，放大半導體磊晶疊層單元4如圖7B所示，半導體磊晶疊層單元4包含設置於操作基板7之上，具有第一導電特性的第一半導體材料層13，例如為p型半導體材料層，以及一設置於第一半導體材料層13之上，具有第二導電特性的第二半導體材料層14，例如為n型半導體材料層。當半導體光電元件20及30為發光二極體元件時，半導體磊晶疊層單元4則又可包含一發光層15，設置於第一半導體材料層13與第二半導體材料層14之間。
參考圖7A，在半導體光電元件20之中更包含一透明導電層16，設置於操作基板7之上。透明導電層16包含一第一表面16’以及一大致平行第一表面的第二表面16”。在第一表面16’上，第二半導體材料層14與透明導電層16有部分直接接觸，定義為一個直接接觸部18。在第二表面16”相對於第一表面16’直接接觸部的位置則稱為直接接觸對應部18’，放大如圖7C所示。請注意，圖7C中為清楚表示透明導電層16與半導體磊晶疊層單元4中第二半導體材料層14兩者接觸的相對位置，故稍微分隔兩者，但兩者實質上為相互接觸。其中，透明導電層16的材料係可為氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、氧化鍶銅、氧化鋁鋅、氧化鋅鎵以及上述任意組合。為了增加元件出光或吸光的效率，於較佳的情況下，覆蓋於半導體磊晶疊層單元4之上的透明導電層16透光效率應大於90%。
繼續參考圖7A，為達成元件與外界的電性連結，在本實施例之中，在操作基板7之上，更包含有一個第一電極11設置在透明導電層16上直接接觸部18與直接接觸對應部18’之外的區域，藉由透明導電層16與半導體磊晶疊層單元4進行電性連結。透過這樣的設計，由於半導體磊晶疊層單元4上方覆蓋的為透明的材料，半導體光電元件20不論是出光或吸光的效率都可以獲得大幅的提升。值得注意的是，為了增加元件結構的穩固與效率，在半導體磊晶疊層單元4的部分表面更可以選擇性的以絕緣材料層17進行保護，絕緣材料可例如以為常見的氧化矽或氮化矽材料。此外，如上述製作方法中所述，在本結構中，半導體磊晶疊層單元4與操作基板7之間更可選擇性的設置一層黏著層10以達到相互黏著的效果。
接著參照圖8，圖8為根據本發明精神所製作的另一半導體光電元件30。在此實施例中，與前一實施例相似的結構則不再贅述。不同的是，本實施例中，半導體光電元件30上的第一電極11更包括複數個金屬導線12自第一電極延伸至直接接觸對應部18’，藉由金屬較低的電阻值特性增加元件的導電效率，其上視圖可以一併參照圖6。其中，第一電極11的材質係可以由鈦、鋁、金、鉻、鎳、鍺或上述之任意合金所構成之一單層或一多層金屬結構，金屬導線12較佳為具有一寬度小於20μm，而金屬導線12亦可以選擇性地與第一電極11由不同材質所製成。
此外，為達到元件導電的目的，結構中更可包括形成一第二電極(圖未示)於半導體磊晶疊層單元4與操作基板7之間或操作基板7相對於半導體磊晶疊層單元4的相反側，即操作基板的下表面71。為了增加元件的出光效率或其他目的，在操作基板7的表面亦可以包括有至少一突起(Protrusion，圖未示)及/或至少一凹洞(Cavity，圖未示)之粗糙化結構。
圖9A所示為依據本發明精神所製作的一種發光二極體結構40。在結構40中，包括一操作基板7，操作基板7具有一表面7”，表面上包括複數個第一磊晶區域19與複數個第二磊晶區域21。每一個磊晶區域中，皆包括一個上述的半導體光電元件(在此為發光二極體元件)。也就是說，在每一個磊晶區域上，皆包括一個發光二極體磊晶疊層單元。值得注意的是，在第一磊晶區域19上所包括的是放射第一主放射波長的第一發光二極體磊晶疊層單元22，在本實施例中第一主放射波長為放射紅光，波長係介於600nm至650nm之間。當然，根據不同的需求，第一主放射波長或可以為綠光，波長係介於510nm至550nm之間，或可以為藍光，波長係介於390nm至440nm之間；而在第二磊晶區域21上所包括的是放射第二主放射波長的第二發光二極體磊晶疊層單元23，在本實施例中第二主放射波長為放射綠光，波長係介於510nm至550nm之間。由實施例中可知，第一主放射波長係可不等於第二主放射波長。
藉由上述實施例所介紹的半導體光電元件的製作方式，即使在單一操作基板上包含有兩種(如本結構40)或以上不同的磊晶疊層單元(在此為具有不同主放射波長的發光二極體磊晶疊層單元)，可以容易地依據需求經過一次的轉移，即可選擇性自成長基板上轉移複數個成長於單一相同成長基板上不同位置但可放射相同主放射波長的發光二極體磊晶疊層單元至操作基板上。因此，以圖9A的結構40為例，僅需要兩次的轉移動作，即第一次自成長紅光發光二極體元件的成長基板轉移紅光磊晶疊層單元，第二次自成長綠光發光二極體元件的成長基板轉移綠光磊晶疊層單元，即可完成操作基板上所有磊晶疊層單元設置的初步結構，而不需以人工選取或機器手臂夾取等方式一單元一單元地轉移，可縮短製程的時間。
同樣的，請參考圖9B，在發光二極體結構40之中，每一個發光二極體磊晶疊層單元22及23分別包含一具有第一導電特性的第一半導體材料層13，例如為p型半導體材料層，一設置於第一半導體材料層13之上，具有第二導電特性的第二半導體材料層14，例如為n型半導體材料層，以及一發光層15，設置於第一半導體材料層13與第二半導體材料層14之間。
此外，如同上述的實施例所述，為達到元件導電的目的，於結構40中，每一個第一發光二極體磊晶疊層單元22及/或第二發光二極體磊晶疊層單元23更可包括一個第一電極(圖未示)設置於半導體磊晶疊層單元相對於操作基板7的相反側，於本實施例，即為設置在半導體磊晶疊層單元之上；或是設置於半導體磊晶疊層單元與操作基板7的表面7”之間；或是操作基板7相對於半導體磊晶疊層單元的相反側，即操作基板的下表面。為了增加元件的出光效率或其他目的，在操作基板7的表面亦可以包括有至少一突起(Protrusion，圖未示)及/或至少一凹洞(Cavity，圖未示)之粗糙化結構。
值得注意的是，每一次進行轉移製程的時候，操作基板7與轉移結構6(6”)之間會有產生對位誤差的可能性。因此，進行選擇性轉移製程的發光二極體結構將可能發生如圖10的情況。以發光二極體結構50為例，定義一第一方向24平行操作基板7的表面7”，由於放射第一主放射波長的第一發光二極體磊晶疊層單元22是在同一次轉移製程中一起轉移到操作基板7上，因此，會產生轉移結構本身的角度偏移間接影響附著在轉移結構上所有的第一發光二極體磊晶疊層單元22一起產生相同的對位角度偏移的情況。相同地，放射第二主放射波長的第二發光二極體磊晶疊層單元23是在同一次轉移製程中一起轉移到操作基板7上，因此，也會有一起產生相同的對位角度偏移的情況。以其中一個第一發光二極體磊晶疊層單元22為例，具有任一一個平行於操作基板7表面7”的第一邊25。對每一個第一發光二極體磊晶疊層單元22的第一邊25作延長線，會發現所有的延長線會具有實質平行的第一延長方向26。相同地，以其中任一個第二發光二極體磊晶疊層單元23為例，會具有一個相對應於第一發光二極體磊晶疊層單元22平行於操作基板7表面7”的第一邊27。對每一個第二發光二極體磊晶疊層單元23的第一邊27作延長線，會發現所有的延長線具有實質平行的第二延長方向28。由於兩次轉移所產生的對位角度偏移不盡相同，因此，以原本定義的第一方向24為基準，第一延長方向26與第一方向24會產生一夾角θ1 ，而第二延長方向28與第一方向24會產生另一夾角θ2 ，而且θ1 不等於θ2 。本實施例中，θ1 約等於70度而θ2 約等於90度。
藉由以上的說明，可了解本發明所揭示之一種半導體光電元件的轉移製作方法除了完整地保留半導體光電元件的成長基板，可以重複使用之外，並且可以以具有選擇性地方式單次轉移多個半導體光電元件單元於操作基板上，簡化製程。這種方式，對於發展中的多色發光元件或是多色顯示器的製作，具有節省成本以及縮短製程時間的良好功效。
本發明所列舉之各實施例僅用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍。任何人對本發明所作之任何顯而易知之修飾或變更皆不脫離本發明之精神與範圍。
1．．．成長基板
2．．．犧牲層
2’．．．犧牲層側壁
3．．．半導體磊晶疊層
4．．．半導體磊晶疊層單元
4’．．．第一半導體磊晶疊層單元
4”．．．第二半導體磊晶疊層單元
5．．．圖案化光阻層
6、6”．．．轉移結構
6’．．．轉移表面
7．．．操作基板
7”．．．操作基板表面
8．．．電極區域
9．．．磊晶區域
10．．．黏著層
11．．．第一電極
12．．．金屬導線
13．．．第一半導體材料層
14．．．第二半導體材料層
15．．．發光層
16．．．透明導電層
16’．．．第一表面
16”．．．第二表面
17．．．絕緣層
18．．．直接接觸部
18’．．．直接接觸對應部
19．．．第一磊晶區域
20、30．．．半導體光電元件
21．．．第二磊晶區域
22．．．第一發光二極體磊晶疊層單元
23．．．第二發光二極體磊晶疊層單元
24．．．第一方向
25、27．．．第一邊
26．．．第一延長方向
28．．．第二延長方向
40、50．．．發光二極體結構
61‧‧‧轉移表面的突起
62‧‧‧轉移表面的突起
71‧‧‧操作基板的下表面
101‧‧‧紅光半導體磊晶疊層單元
102‧‧‧綠光半導體磊晶疊層單元
103‧‧‧藍光半導體磊晶疊層單元
圖1A為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法第一步驟的側視示意圖；
圖1B為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法第一步驟的俯視示意圖；
圖1C為一示意圖，顯示一依俯視圖1B之C-C’線段切割的側視示意圖；
圖2為一示意圖，顯示一多彩顯示裝置俯視示意圖；
圖3A為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法第二步驟的俯視示意圖；
圖3B為一示意圖，顯示一依俯視圖3A之B-B’線段切割的第二步驟側視示意圖；
圖3C為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第三步驟部分側視示意圖；
圖4A為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第四步驟部分側視示意圖；
圖4B為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第四步驟之選擇性步驟側視示意圖；
圖4C為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第四步驟之選擇性步驟側視示意圖；
圖4D為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第四步驟之選擇性步驟側視示意圖；
圖4E為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法的第四步驟之選擇性步驟側視示意圖；
圖5A為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法第五步驟的俯視示意圖；
圖5B為一示意圖，顯示一依俯視圖5A之B-B’線段切割的第五步驟側視示意圖；
圖6為一示意圖，顯示一半導體光電元件製作方法第六步驟的俯視示意圖；
圖7A為一示意圖，顯示依本發明另一實施例所示之一半導體光電元件結構側視示意圖；
圖7B為一示意圖，顯示一依側視圖7A之半導體磊晶疊層單元4部分之側視示意圖；
圖7C為一示意圖，顯示一依側視圖7A之半導體磊晶疊層單元4與透明導電層16部分之立體示意圖；
圖8為一示意圖，顯示依本發明另一實施例所示之一半導體光電元件結構側視示意圖；
圖9A為一示意圖，顯示依本發明另一實施例所示之一發光二極體元件結構側視示意圖；
圖9B為一示意圖，顯示一依側視圖9A之半導體磊晶疊層單元部分之側視示意圖；
圖10為一示意圖，顯示依本發明另一實施例所示之一發光二極體元件結構側視示意圖。
4．．．半導體磊晶疊層單元
7．．．操作基板
10．．．黏著層
11．．．第一電極
16．．．透明導電層
16’．．．第一表面
16”．．．第二表面
17．．．絕緣層
18．．．直接接觸部
18’．．．直接接觸對應部
20．．．半導體光電元件

Claims (25)

  1. 一種半導體光電元件，包括：一操作基板；一半導體磊晶疊層單元，設置於該操作基板上，包括一設置於該操作基板上之具有第一導電特性之第一半導體材料層以及一設置於該第一半導體材料層上之具有第二導電特性之第二半導體材料層；一透明導電層，設置於該第二半導體材料層上，該透明導電層包括一第一表面與該第二半導體材料層直接接觸以及一第二表面相對於該第一表面；以及一第一電極，設置於該透明導電層與該第二半導體材料層直接接觸區域之外的區域上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該半導體磊晶疊層單元更包括一發光層，設置於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體光電元件，其中該半導體光電元件為一發光二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，更包括 一第二電極，設置於該操作基板與該半導體磊晶疊層單元之間或該操作基板相對於該半導體磊晶疊層單元的相反側。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該透明導電層之透光度大於90%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該半導體光電元件為一太陽能電池。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該透明導電層材料係選自於由氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化鋅、氧化銦、氧化錫、氧化銅鋁、氧化銅鎵、氧化鍶銅、氧化鋁鋅、氧化鋅鎵以及上述任意組合所組成之一族群。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，更包括複數金屬導線自該第一電極延伸至該透明導電層的該第二表面上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體光電元件，其中該金屬導線具有一寬度小於20μm，及/或該些金屬導線之材料與該第一電極不同。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該第一電極的材質係由鈦、鋁、金、鉻、鎳、鍺或上述之任意合金所構成之一單層或一多層金屬結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之半導體光電元件，其中該操作基板更具有一粗糙表面，該粗糙表面包括至少一突起(Protrusion)及/或至少一凹洞(Cavity)。
  12. 一種半導體光電元件的製作方法，包括：提供一成長基板；形成一犧牲層於該成長基板上；形成一半導體磊晶疊層於該犧牲層上；分隔該半導體磊晶疊層為複數半導體磊晶疊層單元並裸露出該些半導體磊晶疊層單元下的犧牲層；形成一圖案化光阻，覆蓋部分該些半導體磊晶疊層單元及部分該些裸露的犧牲層；移除該些未被該圖案化光阻覆蓋的犧牲層；提供一轉移結構，將該些下方犧牲層被移除的半導體磊晶疊層單元轉移至該轉移結構上；提供一操作基板，具有複數電極區域與複數磊晶區域，該些電極區域與該些磊晶區域以一特定距離相隔； 轉移該轉移結構上的該些半導體磊晶疊層單元至該操作基板之該些磊晶區域上；以及形成複數個第一電極於該操作基板之該些電極區域上，該些第一電極並與該些被轉移的半導體磊晶疊層單元電性連結。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，其中該成長基板之材質係選自於由藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)所組成之一族群，及/或該操作基板之材質係選自於由藍寶石(Al2 O3 )、矽(Si)、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)以及砷化鎵(GaAs)所組成之一族群或由一PCB基板及一FR4基板所組成之一族群。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，其中該轉移結構主要係由有機高分子材料所組成。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，更包括形成一黏著層於該操作基板與該些半導體磊晶疊層單元之間，該黏著層之材質係選自於有機高分子材料、金屬材料以及金屬合金所組成之一族群。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，其中該些半導體磊晶疊層單元係為發光二極體磊晶疊層區域及/或太陽能電池磊晶疊層區域。
  17. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，更包括粗糙化該操作基板的表面，使該表面包括至少一突起(Protrusion)及/或至少一凹洞(Cavity)。
  18. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，更包括形成至少一個一第二電極於該些半導體磊晶疊層單元與該操作基板之間或該操作基板相對於該半導體磊晶疊層單元的相反側。
  19. 如申請專利範圍第12項所述之半導體光電元件的製作方法，其中該轉移結構具有一轉移表面，該表面具有黏著性及/或包括相對應於該些下方犧牲層被移除的半導體磊晶疊層單元的至少一突起(Protrusion)。
  20. 一種發光二極體元件結構，包括：一操作基板，具有一表面，包括複數第一磊晶區域以及複數第二磊晶區域； 複數第一發光二極體磊晶疊層單元，設置於該些第一磊晶區域上，可放射第一主放射波長，其中任一該些第一發光二極體磊晶疊層單元具有一平行該操作基板之該表面的一第一邊，且該些第一邊之延長線具有實質相互平行的一第一延長方向；複數第二發光二極體磊晶疊層單元，設置於該些第二磊晶區域上，可放射第二主放射波長，其中任一該些第二發光二極體磊晶疊層單元具有一相對應於該第一邊的一第二邊，且該些第二邊之延長線具有實質相互平行的一第二延長方向；以及一第一方向，平行該操作基板之該表面，其中該第一延長方向與該第一方向具有一夾角θ1 ，該第二延長方向與該第一方向具有一夾角θ2 ，且θ1 不等於θ2 。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體元件結構，其中：該第一主放射波長係介於600nm至650nm之間、510nm至550nm之間、或390nm至440nm之間。
  22. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體元件結構，其中：該第一主放射波長係不等於該第二主放射波長。
  23. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體元件結構，其中：任一該些第一發光二極體磊晶疊層單元及任一該些第二發光二極體磊晶疊層單元更包括：一半導體磊晶疊層，設置於該操作基板之該表面上，該半導體磊晶疊層包括：一設置於該操作基板之該表面上，具有第一導電特性之第一半導體材料層；一設置於該第一半導體材料層上，具有第二導電特性之第二半導體材料層；以及一發光層，設置於該第一半導體材料層與該第二半導體材料層之間。
  24. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體元件結構，其中該操作基板更具有一粗糙表面，該粗糙表面包括至少一突起(Protrusion)及/或至少一凹洞(Cavity)。
  25. 如申請專利範圍第20項所述之發光二極體元件結構，其中任一該些第一發光二極體磊晶疊層單元及/或任一該些第二發光二極體磊晶疊層單元更包括一第一電極，設置於該些半導體磊晶疊層單元相對應於該操作基板的相反 側、該些半導體磊晶疊層單元與該操作基板之該表面之間、或該操作基板相對於該半導體磊晶疊層單元的相反側。
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