光电元件及其制造方法技术

本发明专利技术披露一种光电半导体结构，包含：基底，具有第一表面及第二表面，且在第一表面与第二表面之间具有雾化层；多层半导体结构在基底的第一表面上，其至少包含：第一半导体结构层形成在基底上、第二半导体结构层、及主动层介于第一半导体结构层与第二半导体结构层之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要是披露一种光电元件，更特别地是提供具有雾化层的基 底，以改变基底的晶格结构并且可以增加整个光电元件的光电效率。
技术介绍
为了改善氮化镓化合物层的结晶品质，必需解决在蓝宝石(sapphire) 与做为发光层的氮化镓化合物层之间的晶格匹配的问题。因此，在公知技 术中，例如美国专利公告号5,122,845(如图1所示)是在基底100与氮化镓 层102之间形成以氮化铝(AlN)为主的缓冲层(buffer layer)101，且此缓冲层 101的结晶结构是以微结晶(microcrystal)或是多结晶(polycrystal)且在非结 晶硅的状态下混合，从而缓冲层101的结晶结构可以改善在氮化镓化合物 层103之间的晶格不匹配(crystal mismatching)的问题。又如美国专利公告 号5，290，393(如图2所示)所示，其光电元件是以氮化镓为主的化合物半导 体层202，例如GaxAl"N (0<xSl)。然而，在基底200上以磊晶的方式 形成化合物半导体层202时，在基底200上的晶格表面图案不佳且会影响 到后续制造蓝光光电元件的品质，因此通过缓冲层201例如GaxAl^N来 改善基底200与化合物半导体202之间的晶格匹配问题。此外，请参照美 国专利公告号5，929，466或是美国专利公告号5,909,040(如图3所示)所揭 示，为了减少晶格不匹配的问题是以氮化铝301做为第一缓冲层形成在基 底300上、氮化铟(InN)层302做为第二缓冲层形成在第一缓冲层301上， 以改善与基底300之间的晶格不匹配的问题。
技术实现思路
鉴于以上的问题，本专利技术的主要目的在于利用激光可以聚集能量在基底的一定深度，利用高能量使得基底的材料产生以多晶硅或非晶硅的晶格排列方式、且在基底内成雾化层(atomization layer),从而，可以将基底上 层光电元件所发出的光散射出光电元件外部，以减少全反射效应且达到增 加光电效率。本专利技术的另一目的是提供具有多层半导体结构的光电元件，从而多层 半导体结构可以减少发光层与第一半导体结构层的晶格不匹配的问题。根据上述的目的，本专利技术披露一种光电半导体结构，包含基底，具 有第一表面及第二表面，且在第一表面与第二表面之间具有雾化层 (atomization layer);多层半导体结构在基底的第一表面上，其至少包含 第一半导体结构层形成在基底上、第二半导体结构层、及主动层介于第一 半导体结构层与第二半导体结构层之间。本专利技术还披露一种光电元件，包含第一电极；基底，形成在第一电 极之上且具有第一表面及第二表面，在第一表面与第二表面之间具有雾化 层；多层半导体结构层形成在基底的第一表面上，且多层半导体结构层至 少包含第一半导体结构层、第二半导体结构层及主动层形成在第一半导 体结构层及第二半导体结构层之间；透明导电层形成在第二半导体结构层 上及第二电极形成在透明导电层上。有关本专利技术的特征与实施例，兹配合附图作最佳实施例详细说明如 下。(为使对本专利技术的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹 配合实施例详细说明如下。)附图说明图l是根据公知技术中所披露的技术，表示光电元件的剖面示意图2是根据公知技术中所披露的技术，表示以磊晶成长的磊晶晶片的 剖面示意图3是根据公知技术中所披露的技术，表示光电元件的剖面示意图4A及图4B是根据本专利技术所披露的技术，表示光电半导体结构的两 个具体实施例的两个剖面示意图5A及图5B是根据本专利技术所披露的技术，表示光电半导体结构的另 外两个具体实施例的两个剖面示意图6A及图6B是根据本专利技术所披露的技术，表示光电元件的两个具体 实施例的两个剖面示意图；及图7A及图7B是根据本专利技术所披露的技术，表示光电元件的另外两个 具体实施例的两个剖面示意图。主要元件标记说明10基底10A第一表面10B第二表面12雾化层20缓冲层22第一含氮化合物层24五族/二族化合物层26第二含氮化合物层30多层半导体结构层32第一半导体结构层34主动层36第二半导体结构层40透明导电层50第一电极60第二电极100基底101缓冲层102氮化镓层103氮化镓化合物层200基底201缓冲层202化合物半导体层300基底301第一缓冲层302第二缓冲层具体实施例方式首先请参照图4A，是表示根据本专利技术所披露的光电半导体结构的剖 视图。光电半导体结构包含基底10，具有第一表面IOA及第二表面IOB、 且具有雾化层12位于第一表面IOA与第二表面IOB之间，及多层半导体 结构层30，其中多层半导体结构层30至少包含第一半导体结构层32、第二半导体结构层36及主动层34位于第一半导体结构层32及第二半导 体结构层36之间。在此，第一半导体结构层32可以是n-type的半导体层, 及第二半导体结构层36可以是P-type的半导体层。主动层34可以是多层 量子阱(MQW; Multiple Quantum Well)或是量子阱(QW; Quantum Well)。在本实施例中，是利用激光(laser)内雕技术，利用激光可以聚集能量 在基底10的一定深度，使得在基底10的内部形成雾化层(atomization layer) 12，在此，基底10内的雾化层12可以做为光散射层，可以将基底10上 的发光元件所发出的光散射出光电元件外部，从而可以减少全反射效应及 增加光取出效果。另外，在执行激光内雕的过程中，不会破坏基底10的表面，也不会 影响后续磊晶成长的磊晶品质。再者，通过激光所产生的能量，促使在基 底10内部(即第一表面10A与第二表面10B之间)的晶格结构重新排列， 其晶格排列的方式可以晶硅(polycrystal)或是非多晶硅(amorphous)结构形 成重排，可以增加光电元件的发光效率。在此，雾化层12的深度可以通 过激光焦距来控制，可以配合发光波长来设计最佳深度。例如，以波长 355nm激光光源，频率在70kHz至250kHz之间，调整适当的光学聚焦模 块将激光光源聚焦在蓝宝石基底10表面下约10um至30urn之间的深度进 行约3um厚度雾化层处理。此基底10上以磊晶方式依次形成第一半导体 结构层(n型氮化镓半导体层)32、主动层34及第二半导体结构层(p型氮化 镓半导体层)36的光电半导体结构30，此光电半导体结构30在具有雾化 层12的基底10的发光效率比一般基底的发光效率高约15%。另外，根据本实施例所披露的光电半导体结构中，还可以包含缓冲层 20形成在基底10与多层半导体结构层30之间，如图4B所示。此缓冲层 20可以是含氮化镓(GaN)的化合物层，或是以第一含氮化合物层22/五族/ 二族化合物层24/第二含氮化合物层26所构成化合物层来做为缓冲层20， 其中第一含氮化合物层22可以是氮化铟镓铝(AlInGaN)层、氮化铟镓 (InGaN)层、氮化铝镓(AlGaN)层及氮化铝铟(AlInN)层。第二含氮化合物层 26的材料选自于下列的群组氮化铝镓(AlGaN)及氮化镓(GaN)。五族/二 族化合物层24中的二族的材料是选自于下列群组铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、锌(Zn)、镉(Cd)及汞(Hg);以及五族的材 料是选自于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电半导体磊晶结构，包含：　基底，具有第一表面及第二表面，在该第一表面及该第二表面之间具有雾化层；　缓冲层，至少包含第一含氮化合物层／五族／二族化合物层／第二含氮化合物层，形成在该基底之上；及　多层半导体结构层，形成在该基底的该第一表面上，其中该多层半导体结构层至少包含：　第一半导体结构层，形成在该基底上，该第一半导体结构层至少具有第一部份及裸露的该第二部份，且该第一部份远离该第二部份；　第二半导体结构层；及　多层量子阱，形成在该第一半导体结构层及该第二半导体结构层之间，该多层量子阱具有多个不规则且高低起伏的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡宗良，洪铭锽，
申请(专利权)人：广镓光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]