技術領域
[0001] 本
發(fā)明涉及一種光電元件，尤其是涉及一種光電元件的
電極設計。
背景技術
[0002] 發(fā)光
二極管(light-emitting?diode,LED)的發(fā)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(fā)光原理有別于
白熾燈發(fā)熱的發(fā)光原理，因此
發(fā)光二極管被稱為冷
光源。此外，發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低等優(yōu)點，因此現今的照明市場對于發(fā)光二極管寄予厚望，將其視為新一代的照明工具，已逐漸取代傳統(tǒng)光源，并且應用于各種領域，如交通號志、
背光模
塊、
路燈照明、醫(yī)療設備等。
[0003] 圖1A是現有的發(fā)光元件結構示意圖，如圖1A所示，現有的發(fā)光元件100，包含有一透明
基板10、一位于透明基板10上的半導體疊層12，以及至少一電極14位于上述半導體疊層12上，其中上述的半導體疊層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。
[0004] 圖1B是現有的發(fā)光元件電極結構示意圖，如圖1B所示，現有的發(fā)光元件100’，包含有一透明基板10、一位于透明基板10上的半導體疊層12，以及至少一電極14位于上述半導體疊層12上，其中電極14可包含一反射電極141及一擴散阻障層142。但因為擴散阻障層142可能無法透光，而降低了發(fā)光元件100的出光效率。
[0005] 此外，上述的發(fā)光元件100還可以進一步地與其他元件組合連接以形成一發(fā)光裝置(light-emitting?apparatus)。圖2為現有的發(fā)光裝置結構示意圖，如圖2所示，一發(fā)光裝置200包含一具有至少一
電路202的次載體(sub-mount)20；至少一
焊料(solder)22位于上述次載體20上，通過此焊料22將上述發(fā)光元件100黏結固定于次載體20上并使發(fā)光元件100的基板10與次載體20上的電路202形成電連接；以及，一電性連接結構24，以電性連接發(fā)光元件100的電極14與次載體20上的電路202；其中，上述的次載體20可以是
導線架(lead?frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting?substrate)，以方便發(fā)光裝置200的電路規(guī)劃并提高其
散熱效果。
發(fā)明內容
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明公開一光電元件，其包含：一半導體疊層，其中該半導體疊層包含一第一半導體層，一
發(fā)光層位于該第一半導體層之上，及一第二半導體層位于該發(fā)光層之上；一第一電極位于該第二半導體層之上，其中該第一電極還包含一反射層；以及一絕緣層形成于該第二半導體層之上，且該第一電極與該絕緣層具有一間距。
附圖說明
[0007] 圖1A-圖1B為一結構圖，顯示一現有陣列發(fā)光二極管元件側視結構圖；
[0008] 圖2為一示意圖，顯示一現有發(fā)光裝置結構示意圖；
[0009] 圖3A-圖3E為本發(fā)明
實施例制造流程結構示意圖；
[0010] 圖4A至圖4C繪示出一發(fā)光模塊示意圖；
[0011] 圖5A-圖5B繪示出一光源產生裝置示意圖；及
具體實施方式
[0013] 本發(fā)明揭示一種發(fā)光元件及其制造方法，為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，請參照下列描述并配合圖3A至圖6的圖示。
[0014] 圖3A至圖3E為本發(fā)明實施例制造流程結構示意圖，如圖3A所示，提供一基板30，接著形成一半導體
外延疊層32于此基板30之上，其中半導體外延疊層32由下而上包含一第一導電型半導體層321、一活性層322，以及一第二導電型半導體層323。
[0015] 接著，形成一絕緣層34于半導體外延疊層32之上，且與第一導電型半導體層321的第一表面3211及第二導電型半導體層323的第一表面3231直接
接觸。之后，形成一
圖案化光致抗蝕劑層36于絕緣層34的第一表面34S之上，并裸露出部分的絕緣層第一表面34S。
[0016] 如圖3B所示，通過上述圖案化光致抗蝕劑層36對絕緣層34進行一蝕刻制作工藝，將部分的絕緣層34移除，且裸露出部分的第一導電型半導體層321的第一表面3211及第二導電型半導體層323的部分第一表面3231，以形成一第一絕緣層341于第一導電型半導體層321的部分第一表面3211之上，一第二絕緣層342于第二導電型半導體層323的部分第一表面3231之上，及一第三絕緣層343于第二導電型半導體層323的部分第一表面3231之上及第一導電型半導體層321的部分第一表面3211之上。
[0017] 在一實施例中，可通過圖案化光致抗蝕劑層36對絕緣層34進行一側蝕刻制作工藝，使得部分位于圖案化光致抗蝕劑層36之下的絕緣層34也被蝕刻，亦即使部分上述第一絕緣層341及第二絕緣層342相對于圖案化光致抗蝕劑層36具有一底切(undercut)形狀。圖案化光致抗蝕劑層36因此于投影于半導體外延疊層32表面的邊緣會與第一絕緣層341及第二絕緣層342投影于半導體外延疊層32表面的邊緣具有一間距G。在一實施例中，上述間距G可小于3μm。在一實施例中，上述側蝕刻可為一濕式蝕刻。
[0018] 接著，如圖3C所示，以
物理氣相沉積同時形成一第一金屬層382、一第二金屬層381及一暫時金屬層383。其中第一金屬層382形成于第二導電型半導體層323裸露出的部分第一表面3231之上；第二金屬層381形成于第一導電型半導體層321裸露出的部分第一表面3211之上；及暫時金屬層383形成于圖案化光致抗蝕劑層36之上，并
覆蓋圖案化光致抗蝕劑層36的上表面。在一實施例中，上述物理氣相沉積可為
真空蒸
鍍(Vacuum?Evaporation)、濺鍍(Sputtering)、電子束蒸鍍(Electron?Beam?Evaporation)或離子鍍(Ion?Plating)。
[0019] 在一實施例中，因為圖案化光致抗蝕劑層36具有一底切(undercut)形狀，因此第一金屬層382的
側壁不會與上述第三絕緣層343及第二絕緣層342的側壁直接接觸，且第二金屬層381的側壁不會與上述第一絕緣層341及第三絕緣層343的側壁直接接觸。
[0020] 在一實施例中，第一金屬層382可為一多個疊層，且可包含一反射層，此反射層的材料可選自反射率大于90％的材料。在一實施例中第一金屬層中的反射層的材料可選自鉻(Cr)、
鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、
銅(Cu)、金(Au)、
鋁(Al)、鎢(W)、
錫(Sn)、或
銀(Ag)等金屬材料。
[0021] 接著，如圖3D所示，移除圖案化光致抗蝕劑層36及其上的暫時金屬層383。在一實施例中，如圖3D所示，第二金屬層381至第一導電型半導體層321的第一表面3211可具有一高度h1，而第一絕緣層341至第一導電型半導體層321的第一表面3211可具有一高度h2，通過本發(fā)明的上述制作工藝，第二金屬層381與第一絕緣層341可具有相近的高度或第二金屬層381與第一絕緣層341的高度差異小于1μm。在一實施例中，第二金屬層381與第一絕緣層341可具有一間距d1，且此間距d1小于3μm，及/或第二金屬層381與第三絕緣層343可具有一間距d2，且此間距d2小于3μm。在一實施例中，d1與d2可具有相同值。
[0022] 在另一實施例中，第一金屬層382至第二導電型半導體層323的第一表面3231可具有一高度h3，而第二絕緣層342至第二導電型半導體層323的第一表面3231可具有一高度h4，通過上述實施例揭露的制作工藝，第一金屬層382與第二絕緣層342可具有相近的高度或第一金屬層382與第二絕緣層342的高度差異小于1μm。在一實施例中，第一金屬層382與第二絕緣層342可具有一間距d3，且此間距d3小于3μm，及/或第一金屬層382與第三絕緣層343可具有一間距d4，且此間距d4小于3μm。在一實施例中，d3與d4可具有相同值。在另一實施例中，d1、d2、d3與d4可具有相同值。
[0023] 最后，如圖3E所示，形成一第三金屬層42于第一金屬層382之上，及形成一第四金屬層40于第二金屬層381之上以完成本發(fā)明的光電元件300。在一實施例中，部分第四金屬層40與第一導電型半導體層321的第一表面3211直接接觸，或部分第三金屬層42與第二導電型半導體層323的第一表面3231直接接觸。在一實施例中，上述第三金屬層42下方幾乎不存在第二絕緣層342。在另一實例中，第三金屬層42的頂部與第一半導體層321的第二表面3212具有一最短距離d6，及第四金屬層40的頂部與第一半導體層321的第二表面3212具有一最短距離d5，且d6與d5的差異小于1μm。在一實施例中，上述第三金屬層42及第四金屬層
40于垂直基板30法線方向的投影可具有相近之面積。
[0024] 在一實施例中，接續(xù)上述圖3D或圖3E之后，基板30可被移除并裸露出第一導電型半導體層321的部分第二表面3212以形成一
薄膜式倒裝(thin-film?flip?chip)。在一實施例中，接續(xù)上述圖3D或圖3E之后，通過第一金屬層382及第二金屬層381或第三金屬層42及第四金屬層40可將本發(fā)明的光電元件300連接至一載板(圖未示)以形成一倒裝封裝(flip?chip?package)。在一實施例中第一金屬層382、第二金屬層381、第三金屬層42或第四金屬層40的材料包含但不限于銅(Cu)、鋁(Al)、銦(In)、錫(Sn)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鈀(Pd)、鍺(Ge)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鈷(Co)、錳(Mn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(Ga)、鉈(Tl)、釙(Po)、銥(Ir)、錸(Re)、銠(Rh)、鋨(Os)、鎢(W)、鋰(Li)、鈉(Na)、
鉀(K)、鈹(Be)、鎂(Mg)、
鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鈉(La)、銀-鈦(Ag-Ti)、銅-錫(Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、錫-鉛-銻(Sn-Pb-Sb)、錫-鉛-鋅(Sn-Pb-Zn)、鎳-錫(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)、金
合金(Au?alloy)、或鍺-金-鎳(Ge-Au-Ni)等金屬材料。
[0025] 圖4A至圖4C繪示出一發(fā)光模塊示意圖，圖4A顯示一發(fā)光模塊外部透視圖，一發(fā)光模塊500可包含一載體502，多個透鏡504、506、508及510，及兩電源供應終端512及514。
[0026] 圖4B-圖4C顯示一發(fā)光模塊剖面圖，其中圖4C是圖4B的E區(qū)的放大圖。載體502可包含一上載體503及下載體501，其中下載體501的一表面可與上載體503接觸。透鏡504及508形成在上載體503之上。上載體503可形成至少一通孔515，而依本發(fā)明實施例形成的發(fā)光二極管元件300可形成在上述通孔515中并與下載體501接觸，且被膠材521包圍。膠材521之上具有一透鏡508。
[0027] 如圖4C所示，在一實施例中，通孔515的兩側壁之上可形成一反射層519以增加出光效率；下載體501的下表面可形成一金屬層517以增進散熱效率。
[0028] 圖5A-圖5B繪示出一光源產生裝置示意圖600，一光源產生裝置600可包含一發(fā)光模塊500、一
外殼540、一電源供應系統(tǒng)(未顯示)以供應光源產生裝置600一
電流、以及一控制元件(未顯示)，用以控制電源供應系統(tǒng)(未顯示)。光源產生裝置600可以是一照明裝置，例如路燈、車燈或室內照明光源，也可以是交通號志或一平面顯示器中背光模塊的一背光光源。
[0029] 圖6繪示一燈泡示意圖。燈泡700包括一個外殼921，一透鏡922，一照明模塊924，一
支架925，一
散熱器926，一串接部927及一電串接器928。其中照明模塊924包括一載體923，并在載體923上包含至少一個上述實施例中的發(fā)光二極管元件300。
[0030] 具體而言，光電元件300包含發(fā)光二極管(LED)、
光電二極管(photodiode)、光敏
電阻(photoresistor)、激光(laser)、紅外線發(fā)射體(infrared?emitter)、
有機發(fā)光二極管(organic?light-emitting?diode)及
太陽能電池(solar?cell)中至少其一?；?0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。其中導電基板材料其一可為鍺(Ge)、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)、金屬。透光基板材料其一可為藍
寶石(Sapphire)、鋁酸鋰(LiAlO2)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、玻璃、鉆石、CVD鉆石、與類鉆碳(Diamond-Like?Carbon；DLC)、
尖晶石(spinel,MgAl2O4)、氧化鋁(Al2O3)、氧化硅(SiOX)及鎵酸鋰(LiGaO2)。
[0031] 上述第一導電型半導體層321與第二導電型半導體層323是電性、極性或摻雜物相異，分別用以提供電子與空穴的半導體材料
單層或多層結構(「多層」是指二層或二層以上，以下同。)其電性選擇可以為p型、n型、及i型中至少任意二者的組合?；钚詫?22位于上述二個部分的電性、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之間，為
電能與光能可能發(fā)生轉換或被誘發(fā)轉換的區(qū)域。電能轉變或誘發(fā)光能者如發(fā)光二極管、
液晶顯示器、有機發(fā)光二極管；光能轉變或誘發(fā)電能者如
太陽能電池、光電二極管。上述半導體外延疊層32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。常用的材料如
磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列等III族氮化物、氧化鋅(ZnO)系列等?；钚詫?22的結構如：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
量子阱(multi-quantum?well；MQW)結構。當光電元件300為一發(fā)光二極管，其發(fā)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。再者，調整量子阱的對數也可以改變發(fā)光
波長。
[0032] 在本發(fā)明的一實施例中，半導體外延疊層32與基板30間尚可選擇性地包含一
緩沖層(buffer?layer，未顯示)。此緩沖層介于二種材料系統(tǒng)之間，使基板的材料系統(tǒng)“過渡”至半導體系統(tǒng)的材料系統(tǒng)。對發(fā)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。
[0033] 半導體外延疊層32上還可選擇性地形成一接觸層(未顯示)。接觸層設置于半導體外延疊層32遠離基板30之一側。具體而言，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的電磁
輻射或光線。在此所稱的「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(light?field)、及可視
角(angle?of?view)。電學層可以使得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(fā)生變化或有發(fā)生變化的趨勢。接觸層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、螢光物、
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。于某些應用中，接觸層的材料為氧化銦錫、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，其厚度較佳地約為0.005μm-0.6μm。在一實施例中，由于接觸層具有較佳的橫向電流擴散速率，可以用以協助電流均勻擴散到半導體外延疊層32之中。一般而言，根據接觸層摻混的雜質與制作工藝的方式不同而有所變動，其帶隙的寬度可介于0.5eV至5eV之間。
[0034] 以上各圖式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，當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合并。雖然以上說明了本發(fā)明，然而其并非用以限制本發(fā)明的范圍、實施順序、或使用的材料與制作工藝方法。對于本發(fā)明所作的各種修飾與變更，皆不脫本發(fā)明的精神與范圍。
