光电半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种光电半导体装置及其制造方法，光电半导体装置包含载具及光电转换结构，且光电半导体装置的内部形成孔洞结构，使光电转换结构所发射光线的前进方向，在孔洞结构处被改变以致于远离载具，并朝向载具的法线方向。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是涉及一种具有孔洞结构以 提升正面出光效果的光电半导体装置。
技术介绍
随着科技的发展，生活中电子产品的应用愈为广泛，朝向更轻薄的趋势发展。其 中，电子产品中若有照明或显示的功能，光源的选用将直接影响产品的尺寸以及亮度与显 示的表现。由于发光二极管(light emitting diode, LED)具有体积小、反应速度快、低耗 能、可靠度高、色域选择性高、环保无汞等优点，已广泛地应用于照明、看板及显示器的背光 源等多种用途。已知的发光二极管通常包含基板、η型半导体层、ρ型半导体层、以及位于η型半 导体层与P型半导体层间的发光层。其发光原理为，在适当的正向偏压下，电子与空穴分别 从η型半导体层与P型半导体层中注入发光层，并在发光层中结合后以光的形式将能量释 放出来。如此一来，只要持续地从η型半导体层及ρ型半导体层中分别提供电子及空穴，使 得其电子与空穴的结合而发光的动作持续进行，便可使发光二极管的发光层持续发光。多数商业化的发光二极管是由三五族半导体所构成，其中，包含氮化物的发光二 极管可发出蓝光或绿光，常被称为氮化物发光二极管。氮化物发光二极管所发出的蓝光搭 配适当的荧光粉可调制白光。然而，发光层所生的光为各向同性(isotropy)发射，其本质 上不易呈现准直(collimation)或各向异性(anisotropy)的光场(light field)。因此， 如何提供各式光场已成为现阶段发光二极管元件的发展课题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，在工艺中在光电半导 体装置内形成孔洞结构，以改变光线前进方向使其趋向载具的法线方向，进而增加正向的 出光量。本专利技术的另一目的在于提供一种，光电半导体 装置内的孔洞结构形成具有光学散射效果的空气透镜，优选地，例如排列成菲涅耳透镜 (Fresnel lens)，以增加正向出光量。本专利技术的光电半导体装置可依据发光二极管的尺 寸，制作不同形状的孔洞结构的搭配，以促使光线尽可能地朝向载具的法线方向行进，减少 光线于光电半导体装置及载具间所产生的损失，进而提高光萃取效率(light extraction efficiency)0为达上述目的，本专利技术披露一种光电半导体装置，其包含载具、设置于载具之上的 光电转换结构、及至少一内部表面，载具朝向光电转换结构的面上可定义法线方向，至少一 内部表面形成于光电半导体装置中，以定义至少一孔洞结构，且至少一孔洞结构具有折射 率，当光电转换结构可进行光电转换并发射光线投射至至少一孔洞结构时，光线适可因应 至少一孔洞结构的折射率而反射，并以远离载具且趋向法线方向行进。本专利技术更披露一种制造上述光电半导体装置的方法，包含下列步骤(a)提供载 具，且于载具的外表面上定义法线方向；(b)形成图案化的氮化物层，其具有至少一内部表 面，不沿法线方向延伸；(c)形成光电转换结构于载具上；及(d)形成至少一孔洞结构于光 电半导体装置内，其中，至少一孔洞结构具有折射率，可反射光电转换结构发射的光线。本专利技术更披露另一种制造上述光电半导体装置的方法，包含下列步骤(a)提供 载具；(b)外延形成光电转换结构于载具上；(c)蚀刻光电转换结构以形成至少一贯穿孔； 以及(d)于至少一贯穿孔内，局部各向异性蚀刻光电半导体装置。为让上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以优选实施例配合附图进行 详细说明。附图说明图IA为本专利技术第一实施例的光电半导体装置的俯视图；图IB为本专利技术第一实施例的光电半导体装置沿图IA的沿B-B’剖面线的剖面示 意图；图IC及图ID为本专利技术第一实施例的光电半导体装置沿图IA的沿C-C’剖面线的 剖面示意图； 图2A为本专利技术第二实施例的光电半导体装置的剖面示意图； 图2B 2E为本专利技术第二实施例的光电半导体装置内的孔洞结构的示意图； 图3A ;3H为本专利技术第四实施例中，光电半导体装置的工艺示意图；及 图4A 4G为本专利技术第五实施例中，光电半导体装置的工艺示意图。 附图标记说明1 光电半导体装置 13 光电转换结构 131 :n型氮化物层 133 多重量子阱 135 :p型氮化物层 151 贯穿 19 透明电极层 211 :p型延伸电极11 载具 130 二氧化硅层 132 光致抗蚀剂层 134 抗蚀刻层 15 孔洞结构 17 缓冲层 21 :p型电极 23 :n型电极具体实施例方式以下将透过数个实施例来解释本专利技术的光电半导体装置，然而，关于实施例的说 明仅为阐释本专利技术，而非用以限制本专利技术。请参考图IA 1D，本专利技术的第一实施例披露一种光电半导体装置，其中，图IA为 光电半导体装置1的俯视平面图，图IB为图IA的光电半导体装置1沿B-B’剖面线的剖面 示意图，而图IC及图ID为图IA的光电半导体装置1沿C-C’剖面线的剖面示意图。本实施例的光电半导体装置1包含载具11及光电转换结构13。优选地，载具11 为蓝宝石(Sapphire)基板，其面向光电转换结构13的一侧可定义法线方向N。光电转换 结构13为发光二极管，设置于载具11上。详言之，光电转换结构13包含η型氮化物层6(n-nitride layer) 131、多重量子阱(multiplequantum well，MQW) 133 及 ρ 型氮化物层 (p-nitride layer) 135，优选地，η型氮化物层131接近载具11配置，多重量子阱133形成 于η型氮化物层131与ρ型氮化物层135之间，当电子与空穴分别从η型氮化物层131与 P型氮化物层135注入多重量子阱133，在多重量子阱133中结合后以光的形式将能量释放 出来，由此，光电转换结构13可进行光电转换以发射光线。此外，光电半导体装置1的内部还形成有孔洞结构15，其可分别由光电半导体装 置1中的内部表面所定义。优选地，孔洞结构15为于工艺中所定义出的中空结构。孔洞结 构15具有折射率，当光线于光电半导体装置1中行进至孔洞结构15时，由于孔洞结构15 内外部材料折射率的差异(例如，氮化镓的折射率约介于2 3之间，空气的折射率为1)， 光线将会在孔洞结构15处改变方向，由此，可控制光线以远离载具11且趋向的法线方向N 行进。于本实施例中，孔洞结构15沿法线方向N，以贯穿光电转换结构13的方式，蚀刻 形成于光电转换结构13内。孔洞结构15沿法线方向N的投影，呈现为圆形、环形、矩形、菱 形、或前述选择的任意组合。多个的孔洞结构15沿法线方向N的投影所呈现的分布型态可 以为规则分布(例如，以矩型阵列分布或环形阵列分布，如图IA所示)、或不规则分布。于 具体实施例中，相邻二个孔洞结构15的间隔为约3微米(μ m)。应用上，孔洞结构15的间 隔可依照光电转换结构13内的光路需求设计，在此不作限制。孔洞结构15可形成于光电半导体装置1中的任何位置，如η型氮化物层131与载 具11之间、或η型氮化物层131中。此外，光电半导体装置1可还包含缓冲层17，设置于光 电转换结构13与载具11之间。光电半导体装置1内可还包含反射层(图未示)，设置于多 重量子阱133与载具11之间，以将多重量子阱133所产生的光线反射远离载具11再利用。请再次参阅图1Α，光电半导体装置还包含P型电极21、与ρ型电极连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光电半导体装置，包含：载具，定义一法线方向；光电转换结构，设置于该载具之上，该光电转换结构可进行光电转换以发射光线；以及至少一内部表面，形成于该光电半导体装置中，以定义至少一孔洞结构；其中，该至少一孔洞结构具有折射率，使该光线行进至该至少一孔洞结构时改变方向，并远离该载具朝该法线方向行进。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张利铭，柯丁嘉，郭得山，柯淙凯，洪详竣，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]