專利名稱：光電元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電元件結構及其制造方法，特別是涉及一種利用限制電性接觸區域來改善電流局限的結構及其制造方法。
背景技術：
發光二極管是半導體元件中一種被廣泛使用的光源。相比較于傳統的白熾燈泡或熒光燈管，發光二極管具有省電及使用壽命較長的特性，因此逐漸取代傳統光源而應用于各種領域，如交通號志、背光模塊、路燈照明、醫療設備等產業。隨著發光二極管光源的應用與發展對于亮度的需求越來越高，如何增加其發光效率以提高其亮度，便成為產業界所共同努力的重要方向。圖1描述了現有技術中用于半導體發光元件的LED封裝體10:包括由封裝結構11封裝的半導體LED芯片12，其中半導體LED芯片12具有一 p-η接面13，封裝結構11通常是熱固性材料，例如環氧樹脂(epoxy)或者熱塑膠材料。半導體LED芯片12通過一焊線(wire) 14與兩導電支架15、16連接。因為環氧樹脂(epoxy)在高溫中會有劣化(degrading)現象，因此只能在低溫環境運作。此外，環氧樹脂(epoxy)具很高的熱阻(thermal resistance),使得圖1的結構只提供了半導體LED芯片12高阻值的熱散逸途徑，而限制了 LED封裝體10的低功耗應用。

發明內容
為解決上述問題，本發明提供一光電元件的結構，包含:一半導體疊層，包含:一第一導電型半導體層、一活性層、及一第二導電型半導體層；一第一電極與第一導電型半導體層電連接，且第一電極還包含一第一延伸電極；一第二電極與第二導電型半導體層電連接；及多個限制電性接觸區域位于半導體疊層與第一延伸電極之間，且多個限制電性接觸區域以變距離的間隔分布。本發明提供一光電元件的結構，包含:一半導體疊層，包含:一第一導電型半導體層、一活性層、及一第二導電型半導體層；一第一電極位于半導體疊層之上，且與第一導電型半導體層電連接，其中第一電極還包含一具有一寬度D2的第一延伸電極；一凹槽位于半導體疊層之間，凹槽自第二導電型半導體層往下延伸至第一導電型半導體層，且凹槽底部露出該第一導電型半導體層；一限制電性接觸區域位于第二導電型半導體層之上并沿著凹槽側壁延伸至凹槽底部部分區域；及一第二導電型接觸層位于第二導電型半導體層與限制電性接觸區域之間且為凹槽所分隔，其中被分隔的第二導電型接觸層相距一距離D1，且D1<D2。


圖1是現有的發光元件結構圖；圖2是本發明第一實施例的發光元件上視圖3A-3B是圖2的區域A放大圖；圖4A-4C是圖2的區域A另一實施例放大圖；圖4D是圖4C的剖視圖。主要元件符號說明10:LED 封裝體11:封裝結構12:LED 芯片I3:p-n 接面14:焊線15，16:導電支架100:基板101:第一導電型半導體層102:第一電極103:第一延伸電極104:凹槽105:第二導電型半導體層106:第二電極107:限制電性接觸區域108:第二導電型接觸層A:局部區域D1:位于凹槽二側的第二導電型接觸層距離D2:第一延伸電極的寬度
具體實施例方式為了使本發明的敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述并配合圖2至圖4D的附圖。依據本發明第一實施例的光電兀件的上視圖如下:如圖2所不,一光電兀件包含一基板100，一第一導電型半導體層101、一第一電極102及一自第一電極102延伸出來的第一延伸電極103。在第一導電型半導體層101之上形成一活性層(未顯示)與一第二導電型半導體層(未顯不)，并在第二導電型半導體層(未顯不)之上形成一第二電極106。于本實施例中，第一延伸電極103為梳子形狀；在其他實施例中，第一延伸電極103可為弧形或其他對稱或不對稱形狀。另外，于一第一導電型半導體層101與一第一延伸電極103之間形成多個限制電性接觸區域107，其中多個限制電性接觸區域107以變距離的間隔分布。在一實施例中，多個限制電性接觸區域107的間隔距離隨其與第一電極102的距離增加而增力口，使得愈接近第一電極102的限制電性接觸區域間隔愈小，因此有較少的電流注入；愈遠離第一電極102的限制電性接觸區域間隔愈大，因此有較多的電流注入，進而改善電流局限(Current Crowding)的問題。圖3A為圖2局部區域A的放大圖，如圖3A所示:從第二導電型半導體層105向下蝕刻活性層(未顯示)至暴露出第一導電型半導體層101以形成一凹槽104，并于凹槽的預定位置形成多個限制電性接觸區域107以達到此些區域為隔絕電接觸，再于限制電性接觸區域107與暴露出第一導電型半導體層101之上形成一第一延伸電極103。圖3B為圖2局部區域A另一實施例的放大圖，如圖3B所示:從第二導電型半導體層105部分區域向下蝕刻活性層(未顯示)至暴露出第一導電型半導體層101，以保留部分第二導電型半導體層105及部分活性層(未顯示)，再于部分暴露出第一導電型半導體層101區域及部分第二導電型半導體層105之上形成多個限制電性接觸區域107，再于限制電性接觸區域107與暴露出第一導電型半導體層101之上形成一第一延伸電極103。圖4A-圖4D為圖2局部區域A另一實施例的放大圖。如圖4A所示，于部分第二導電型半導體層105之上形成一第二導電型接觸層108，并從第二導電型接觸層108部分區域向下蝕刻第二導電型半導體層105、活性層(未顯示)至暴露出第一導電型半導體層101，以保留部分第二導電型接觸層108、第二導電型半導體層105及活性層(未顯示)。如圖4B所示，再于第二導電型接觸層108之上形成一限制電性接觸區域107，但如圖4A暴露出第一導電型半導體層101未被限制電性接觸區域107所覆蓋的區域。如圖4C所示，再于限制電性接觸區域107上形成一第一延伸電極103，且第一延伸電極103覆蓋如圖4A暴露的第一導電型半導體層101區域，其中第一延伸電極103與第一導電型半導體層101形成電連接。圖4D為圖4C的剖視圖。如圖4D所示，其中如圖4A暴露的第一導電型半導體層101區域具有一凹槽104，此凹槽104自第二導電型半導體層105往下延伸至第一導電型半導體層101，且凹槽底部露出第一導電型半導體層101。限制電性接觸區域107位于第二導電型半導體層105之上并沿著凹槽107側壁延伸至凹槽底部部分區域；一第二導電型接觸層108位于第二導電型半導體層105與限制電性接觸區域107之間。分別位于凹槽二側的第二導電型接觸層108具有一距離D1 (即a、b 二點間)，且第一延伸電極103的寬度為D2。當D1 < D2時,可改善電流局限(Current Crowding)的問題。其中第一延伸電極103的寬度D2 可介于 5 μ m 100 μ m、或 5 μ m 80 μ m、或 5 μ m 60 μ m、或 5 μ m 40 μ m、或 5 μ m 20μπκ或5μπι ΙΟμπι。且當D2愈大時，光電元件的驅動電壓Vf有下降的趨勢。上述第一電極102、第一延伸電極103、及第二電極106的材料可選自:鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉬(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鎢(W)、錫(Sn)、或銀(Ag)等金屬材料。上述限制電性接觸區域107的材料可為氧化硅，氮化硅，氧化鋁，氧化鋯，或氧化鈦等介電材料。具體而言，光電兀件包含發光二極管(LED)、光電二極管(photodiode)、光敏電阻(photo resister)、激光(laser)、紅外線發射體(infrared emitter)、有機發光二極管(organic light-emitting diode)及太陽能電池(solar cell)中至少其一。基板 100 為一成長及/或承載基礎。候選材料可包含導電基板或不導電基板、透光基板或不透光基板。其中導電基板材料可為金屬，例如:銅(Cu)或鍺(Ge);或砷化鎵(GaAs)、銦化磷(InP)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)。透光基板材料可為藍寶石(Sapphire)、招酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化招(AlN)、玻璃、鉆石、CVD 鉆石、類鉆碳(Diamond-LikeCarbon ;DLC)、尖晶石(spinel, MgAl2O4)、氧化硅(SiOx)及鎵酸鋰(LiGaO2)。上述第一導電型半導體層101及第二導電型半導體層105彼此中至少二個部分的電性、極性或摻雜物相異、或者分別用以提供電子與空穴的半導體材料單層或多層(「多層」指兩層或兩層以上，以下同。)，其電性選擇可以為P型、η型、及i型中至少任意二者的組合。活性層(未顯示)位于第一導電型半導體層101及第二導電型半導體層105之間，為電能與光能可能發生轉換或被誘發轉換的區域。電能轉變或誘發光能者如發光二極管、液晶顯示器、有機發光二極管；光能轉變或誘發電能者如太陽能電池、光電二極管。上述第一導電型半導體層101、活性層(未顯示)及第二導電型半導體層105其材料包含一種或一種以上的元素選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所構成群組。依據本發明的另一實施例的光電元件是一發光二極管，其發光頻譜可以通過改變半導體單層或多層的物理或化學要素進行調整。常用的材料是如磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列、氧化鋅(ZnO)系列等。活性層(未顯示)的結構是如:單異質結構(single heterostructure ；SH)、雙異質結構(double heterostructure ；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure ;DDH)、或多層量子井(mult1-quantumwell ;MQW)。再者，調整量子井的對數也可以改變發光波長。在本發明的一實施例中，第一導電型半導體層101與基板100間尚可選擇性地包含一緩沖層(buffer layer,圖未示)。此緩沖層介于二種材料系統之間,使基板的材料系統”過渡”至半導體系統的材料系統。對發光二極管的結構而言，一方面，緩沖層用以降低二種材料間晶格不匹配的材料層。另一方面，緩沖層也可以是用以結合二種材料或二個分離結構的單層、多層或結構，其可選用的材料如:有機材料、無機材料、金屬、及半導體等；其可選用的結構如:反射層、導熱層、導電層、歐姆接觸(ohmic contact)層、抗形變層、應力釋放(stress release)層、應力調整(stress adjustment)層、接合(bonding)層、波長轉換層、及機械固定構造等。在一實施例中，此緩沖層的材料可為AIN、GaN，且形成方法可為派鍍(Sputter)或原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)。第二導電型半導體層105上還可選擇性地形成一第二導電型接觸層108。接觸層設置于第二導電型半導體層遠離活性層(未顯示)的一側。具體而言，第二導電型接觸層可以為光學層、電學層、或其二者的組合。光學層可以改變來自于或進入活性層(未顯示)的電磁輻射或光線。在此所稱之「改變」指改變電磁輻射或光的至少一種光學特性，前述特性包含但不限于頻率、波長、強度、通量、效率、色溫、演色性(rendering index)、光場(lightfield)、及可視角(angle of view)。電學層可以使得第二導電型接觸層的任一組相對側間的電壓、電阻、電流、電容中至少其一的數值、密度、分布發生變化或有發生變化的趨勢。第二導電型接觸層108的構成材料包含氧化物、導電氧化物、透明氧化物、具有50%或以上穿透率的氧化物、金屬、相對透光金屬、具有50%或以上穿透率的金屬、有機質、無機質、突光物、磷光物、陶瓷、半導體、摻雜的半導體、及無摻雜的半導體中至少其一。在某些應用中，第二導電型接觸層108的材料為氧化銦錫、氧化鎘錫、氧化銻錫、氧化銦鋅、氧化鋅鋁、與氧化鋅錫中至少其一。若為相對透光金屬，其厚度約為0.005 μ m 0.6 μ m。以上各附圖與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露的元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相沖突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合并。雖然本發明已說明如上，然而其并非用以限制本發明的范圍、實施順序、或使用的材料與制造方法。對于本發明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發明的精神與范圍。
權利要求
1.一種光電元件，包含: 半導體疊層，包含:第一導電型半導體層、活性層、及第二導電型半導體層； 第一電極與該第一導電型半導體層電連接，且該第一電極還包含一第一延伸電極；及多個限制電性接觸區域位于該半導體疊層與該第一延伸電極之間，且該多個限制電性接觸區域以變距離的間隔分布。
2.如權利要求1所述的光電元件，其中還包含基板，形成在該半導體疊層之上，其中該基板與該第一電極形成在該半導體疊層的相對側。
3.如權利要求1所述的光電元件，其中還包含第二電極，與該第二導電型半導體層電連接。
4.如權利要求1所述的光電元件，其中該多個限制電性接觸區域之間距離隨其與該第一電極的距離增加而增加。
5.一種光電元件，包含: 半導體疊層，包含:第一導電型半導體層、活性層、及第二導電型半導體層； 第一電極位于該半導體疊層之上，且與該第一導電型半導體層電連接，其中該第一電極還包含具有一寬度D2的第一延伸電極； 一凹槽位于該半導體疊層之間，該凹槽自第二導電型半導體層往下延伸至該第一導電型半導體層，且該凹槽底部露出該第一導電型半導體層； 限制電性接觸區域位于該第二導電型半導體層之上；及 第二導電型接觸層位于該第二導電型半導體層與該限制電性接觸區域之間且為凹槽所分隔，其中被分隔的第二導電型接觸層相距一距離D1，且D1 < D2。
6.如權利要求5所述的光電元件，其中還包含基板，形成在該半導體疊層之上，其中該基板與該第一電極形成在該半導體疊層的相對側。
7.如權利要求5所述的光電元件，其中還包含第二電極，與該第二導電型半導體層電連接。
8.如權利要求5所述的光電元件，其中該第一延伸電極位于該限制電性接觸區域之上。
9.如權利要求5所述的光電兀件，其中該第一延伸電極寬度D2介于5μ m 100 μ m。
10.如權利要求5所述的光電元件，其中該限制電性接觸區域還沿著該凹槽側壁延伸至該凹槽底部部分區域。
全文摘要
本發明公開一種光電元件的結構，其包含一半導體疊層，包含一第一導電型半導體層、一活性層、及一第二導電型半導體層；一第一電極與第一導電型半導體層電連接，且第一電極還包含一第一延伸電極；一第二電極與第二導電型半導體層電連接；及多個限制電性接觸區域位于半導體疊層與第一延伸電極之間，且多個限制電性接觸區域以變距離的間隔分布。
文檔編號H01L33/00GK103117332SQ201110362728
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者洪詳竣, 陳昭興, 沈建賦, 王佳琨 申請人:晶元光電股份有限公司