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TWI479698B - 光電元件 - Google Patents

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TWI479698B TW098119860A TW98119860A TWI479698B TW I479698 B TWI479698 B TW I479698B TW 098119860 A TW098119860 A TW 098119860A TW 98119860 A TW98119860 A TW 98119860A TW I479698 B TWI479698 B TW I479698B
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Jin Ywan Lin
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Description

光電元件
本發明揭示一種光電元件，特別是關於一種具有一第一透明導電氧化層與一第二透明導電氧化層之光電元件。
發光二極體(light-emitting diode,LED)的發光原理是利用電子在n型半導體與p型半導體間移動的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發光原理係有別於白熾燈發熱的發光原理，因此發光二極體被稱為冷光源。此外，發光二極體具有耐久性高、壽命長、輕巧、耗電量低等優點，因此現今的照明市場對於發光二極體寄予厚望，將其視為新一代的照明工具。
第1圖係習知之光電元件結構示意圖，如第1圖所示，習知之發光元件100，包含有一基板10、一位於基板10上之半導體疊層12，以及至少一電極14位於上述半導體疊層12上，其中上述之半導體疊層12由上而下至少包含一第一導電型半導體層120、一活性層122，以及一第二導電型半導體層124。
於習知之光電元件100中，由於半導體疊層12之表面係平面，加上半導體疊層12與外部環境之折射率差異，因此活性層122所發出之光線容易形成全反射(Total Internal Reflection,TIR)。
不僅如此，習知光電元件100於運作時，電流由電極14導入半導體疊層12中，然而由於大多數電流係以最小路徑流經半導體疊層12，造成半導體疊層12中電流分佈不均勻之情形，亦使光電元件100之發光效率不佳。
此外，上述之光電元件100更可以進一步地與其他元件組合連接以形成一光電裝置(optoelectronic apparatus)。第2圖為習知之光電裝置結構示意圖，如第2圖所示，一光電裝置200包含一具有至少一電路202之次載體(sub-mount)20；至少一焊料(solder)22位於上述次載體20上，藉由此焊料22將上述光電元件100黏結固定於次載體20上並使光電元件100之基板10與次載體20上之電路202形成電連接；以及，一電性連接結構24，以電性連接光電元件100之電極14與次載體20上之電路202；其中，上述之次載體20可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置200之電路規劃並提高其散熱效果。
本發明揭示一種光電元件，包含一半導體疊層；一第一透明導電氧化層，位於此半導體疊層上，其中此第一透明導電氧化層具有至少一開口；以及一第二透明導電氧化層，覆蓋上述第一透明導電氧化層；此外，上述之第二透明導電氧化層填入第一透明導電氧化層之開口中並且與半導體疊層相接觸，其中第一透明導電氧化層與第二透明導電氧化層中之任一層係與半導體疊層形成歐姆接觸。
本發明亦揭示一種光電元件，包含一半導體疊層、一位於半導體疊層上之第一透明導電氧化層，其中第一透明導電氧化層具有至少一開口並與半導體疊層形成歐姆接觸，以及一覆蓋於第一透明導電氧化層之第二透明導電氧化層，其中第二透明氧化層填入上述開口之中。
本發明更揭示一種光電元件，包含一半導體疊層、一位於半導體疊層上之第一透明導電氧化層，其中該第一透明導電氧化層具有至少一開口；以及一覆蓋上述第一透明導電氧化層之第二透明導電氧化層，其中第二透明導電氧化層填入上述開口之中並與半導體疊層形成歐姆接觸。
本發明之主要目的在於提供一種光電元件，包含一具有至少一開口之第一透明導電氧化層，藉由第一透明導電氧化層形成複數個開口之結構，提高光電元件之發光效率。
本發明揭示一種光電元件，為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述並配合第3圖至第5圖之圖示。
第3圖為本發明實施例之結構示意圖，如第3圖所示，光電元件300包含一半導體疊層30，其中半導體疊層30具有第一主要表面302與第二主要表面304；一第一透明導電氧化層32，位於上述第一主要表面302或第二主要表面304上；於本實施例中，第一透明導電氧化層32係位於第一主要表面302上；以及一第二透明導電氧化層34，覆蓋上述第一透明導電氧化層32，並形成一實質平行於第一主要表面302或第二主要表面304之平面，其中，上述之第一透明導電氧化層32上更具有複數個開口320，而第二透明導電氧化層34係填入第一透明導電氧化層32之複數個開口320中，並與半導體疊層30相接觸，其中第一透明導電氧化層32與第二透明導電氧化層34中之任一層係與半導體疊層30形成歐姆接觸。於本實施例之光電元件300中，第一透明導電氧化層32與半導體疊層30形成歐姆接觸而產生電性連接，而第二透明導電氧化層34與半導體疊層30接觸部分則未形成歐姆接觸，係形成例如一蕭基接觸。
此外，上述之光電元件300更包含一位於半導體疊層30第二主要表面304下之基板36，以及一位於第二透明導電氧化層34上之電極38，其中上述電極38之位置係對應於第一透明導電層32之開口320位置。
上述之半導體疊層30由上而下可至少包含一第一導電型半導體層306、一活性層308，以及一第二導電型半導體層310；此外，上述之半導體疊層30之材質係選自於III-V族之材質，例如含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)之半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)系列、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列或砷化鎵(GaAs)系列材料；而第一透明導電氧化層32與第二透明導電氧化層34之材質係包含至少一種材料選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化銻鋅(AZO)與氧化鋅(ZnO)所構成之群組，其中第一透明導電氧化層32之結晶粒度尺寸(grain size)、或折射率(Reflective Index)與第二透明導電氧化層34相異；第一透明導電氧化層32與第二透明導電氧化層34具有相異之組成材料，或具有相同之組成材料(composing materials)但其組成比例相異。第一透明導電氧化層32與第二透明導電氧化層34間亦可形成一歐姆接觸以增進電流分散效果。
此外，上述之第一透明導電氧化層32係具有複數開口320，而填入複數開口320並覆蓋第一透明導電氧化層32之第二透明導電氧化層34之上表面除了可以係實質平行於第一主要表面302或第二主要表面304之平面外，亦可以是一粗化表面(圖未示)以降低光電元件300發出之光線發生全反射之機率，提高光電元件300之光摘出效率。
不僅如此，由於本實施例之光電元件300中，第一透明導電氧化層32與半導體疊層30形成歐姆接觸而產生電性連接，而第二透明導電氧化層34與半導體疊層30接觸部分則未形成歐姆接觸，而係形成例如一蕭基接觸。當電流通入光電元件300時，經由電極38導入第二透明導電氧化層34，然而因為第二透明導電氧化層34與半導體疊層30接觸部分並未形成歐姆接觸，而第一透明導電氧化層32與半導體疊層30接觸部分形成歐姆接觸，故流經第二透明導電氧化層34之電流會藉由第一透明導電層32導入半導體疊層30中。若光電元件300中之電極38位置對應第一透明導電氧化層32之開口320位置，便可進一步達成電流擴散之效果，進而提升光電元件300之發光效率。
第4A圖至4D圖為上述光電元件300之製造流程結構示意圖，如第4A圖所示，首先提供一基板36，並且於基板36上以有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)或液相磊晶(Liquid Phase Epitaxy,LPE)等方法形成半導體疊層30，其中上述半導體疊層30由上而下至少包含第一導電型半導體層306、一活性層308，以及一第二導電型半導體層310；接著，如第4B圖所示，利用電子束蒸鍍(e-beam vapor deposition)或濺鍍(sputtering deposition)等技術於半導體疊層30之上表面形成一第一透明導電氧化層32，並且利用微影蝕刻技術於第一透明導電氧化層32上形成裸露半導體疊層30之複數個開口320，其中上述之第一透明導電氧化層32與半導體疊層30之接面形成歐姆接觸；接著，再如第4C圖所示，再次利用電子束蒸鍍或濺鍍等技術於第一透明導電氧化層32上形成一第二透明導電氧化層34，其中上述之第二透明導電氧化層34覆蓋第一透明氧化導電層32並填入第一透明導電氧化層32之複數個開口320且與半導體疊層接觸，此外可透過調整形成第二透明導電氧化層34之形成方法或製程條件，諸如控制氣體種類或流量、反應器溫度或壓力、退火(anneal)溫度或時間等方法使第二透明導電氧化層34與半導體疊層30間不形成歐姆接觸，於本實施例中係將第二透明導電氧化層34置於氮氣充足之環境進行局部雷射退火使第二透明導電氧化層34達到與半導體疊層30不形成歐姆接觸之特性；最後，如第4D圖所示，利用蝕刻技術使第二透明導電氧化層34之上表面形成粗化結構，並且於第二透明導電氧化層34上形成一電極38，其中電極38之位置係相對於第一透明導電氧化層32之開口位置320，藉此形成上述之光電元件300。
第5圖為本發明另一實施例之結構示意圖，如第5圖所示，光電元件500至少包含一半導體疊層50、一位於半導體疊層50下表面之第一透明導電氧化層52，以及一位於第一透明導電氧化層52下之第二透明導電氧化層54；其中半導體疊層50由上而下包含至少一第一導電型半導體層502、一活性層504，以及一第二導電型半導體層506，而第一透明氧化導電層52具有複數開口520，上述第二透明導電氧化層54填充入上述開口520中並與半導體疊層50接觸，且第一透明氧化導電層52與半導體疊層50接觸之接面未形成歐姆接觸，而形成例如一蕭基接觸，而第二透明導電氧化層54與半導體疊層50接觸之接面形成歐姆接觸。
上述之半導體疊層50之材質係選自含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As)之半導體材料，諸如氮化鎵(GaN)系列、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列或砷化鎵(GaAs)系列材料；而第一透明導電氧化層52與第二透明導電氧化層54之材質係一種或一種以上之材料選自氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化銻鋅(AZO)與氧化鋅(ZnO)所構成之群組，其中第一透明導電氧化層52之結晶粒度尺寸(grain size)或折射率(Reflective Index)與第二透明導電氧化層54相異；第一透明導電氧化層52與第二透明導電氧化層54具有相異之組成材料，或具有相同之組成材料(composing materials)但其組成比例相異。第一透明導電氧化層52與第二透明導電氧化層54間亦可形成一歐姆接觸以增進電流分散效果。
此外，上述之光電元件500更包含一位於第二透明導電氧化層54下之導電黏結層56、一位於導電黏結層56下之基板58、以及一位於半導體疊層50上之電極60，其中電極60之形成位置係對應於第一透明導電氧化層52之形成位置。由於第一透明導電氧化層52與半導體疊層50之間未形成歐姆接觸，因此當電流由電極60流入半導體疊層50後會藉由填入開口520之第二透明氧化導電層54流至導電黏結層56及基板58。由於電極60之形成位置係對應於第一透明導電氧化層52之形成位置，因此大部份之電流不會直接流經電極60下方之活性層504，藉此達到電流擴散之效果。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
100．．．光電元件
10．．．基板
12．．．半導體疊層
120．．．第一導電型半導體層
122．．．活性層
124．．．第二導電型半導體層
14．．．電極
200．．．光電裝置
20．．．次載體
202．．．電路圖案
22．．．焊料
24．．．電性連接結構
300．．．光電元件
30．．．半導體疊層
302．．．第一主要表面
304．．．第二主要表面
306．．．第一導電型半導體層
308．．．活性層
310．．．第二導電型半導體層
32．．．第一透明導電氧化層
320．．．開口
34．．．第二透明導電氧化層
36．．．基板
38．．．電極
500．．．光電元件
50．．．半導體疊層
502．．．第一導電型半導體層
504．．．活性層
506．．．第二導電型半導體層
52．．．第一透明導電氧化層
520．．．開口
54．．．第二透明導電氧化層
56．．．導電黏結層
58．．．基板
60．．．電極
第1圖為習知光電元件結構示意圖。
第2圖為習知光電裝置結構示意圖。
第3圖為本發明實施例結構示意圖。
第4A圖至第4D圖為本發明實施例製造流程示意圖。
第5圖為本發明另一實施例結構示意圖。
300．．．光電元件
30．．．半導體疊層
302．．．第一主要表面
304．．．第二主要表面
306．．．第一導電型半導體層
308．．．活性層
310．．．第二導電型半導體層
32．．．第一透明導電氧化層
320．．．開口
34．．．第二透明導電氧化層
36．．．基板
38．．．電極

Claims (10)

  1. 一種光電元件，至少包含：一半導體疊層具有一第一表面及一第二表面；一第一透明導電氧化層，位於該半導體疊層之第一表面上，其中該第一透明導電氧化層具有至少一開口；以及一第二透明導電氧化層填入該開口中並覆蓋該第一透明導電氧化層，其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層中之任一層係與該半導體疊層形成歐姆接觸；其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層包含相同之組成材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層包含相異之結晶粒度尺寸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層包含相異之折射率。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，其中該第二透明導電氧化層與該半導體疊層之接面形成歐姆接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件，該第一透明導電氧化層與該半導體疊層之接面形成歐姆接觸。
  6. 一種光電元件，至少包含：一半導體疊層具有一第一表面及一第二表面；一第一透明導電氧化層，位於該半導體疊層之第一表面上，其中該第一透明導電氧化層具有至少一開口，並且該第一透明導電層與該半導體疊層形成歐姆接觸；以及一第二透明導電氧化層，覆蓋該第一透明導電氧化層並填入 該開口中，且與該半導體疊層形成一蕭基接觸。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光電元件，該第二透明導電氧化層之上表面係一粗化表面。
  8. 一種光電元件，至少包含：一半導體疊層具有一第一表面及一第二表面；一第一透明導電氧化層，位於該半導體疊層之第一表面上且與該半導體疊層形成一蕭基接觸，其中該第一透明導電氧化層具有至少一開口；以及一第二透明導電氧化層，填入該開口中並與該半導體疊層形成歐姆接觸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光電元件，其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層包含相同之材料組成以及相異之折射率。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之光電元件，其中該第一透明導電氧化層與該第二透明導電氧化層包含相同之材料組成以及相異之結晶粒度尺寸。
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