專利名稱：光電裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電裝置及其制造方法，特別涉及一種半導(dǎo)體光 電裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
目前，常見的光電裝置如發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)
是由半導(dǎo)體材料制作而成的發(fā)光元件，其具有體積小、發(fā)熱量低、耗 電量低、沒有輻射、不含水銀、壽命長、反應(yīng)速度快以及可靠度高等 優(yōu)點(diǎn)。因此，發(fā)光二極管可廣泛應(yīng)用于信息、通訊、消費(fèi)性電子、汽 車、照明以及交通號志等。
請參照圖1所示，以藍(lán)光發(fā)光二極管1為例說明，其包含一基板 11、 一N型半導(dǎo)體層131、 一發(fā)光層132、 一p型半導(dǎo)體層l33以及一 透明導(dǎo)電層14。發(fā)光層132位于N型半導(dǎo)體層131與P型半導(dǎo)體層133 之間，透明導(dǎo)電層14位于P型半導(dǎo)體層133上方。
一般而言，發(fā)光二極管1的電壓以及電流的關(guān)系呈指數(shù)關(guān)系。當(dāng) 在一 P型電極15以及一 N型電極16間施加一電壓，且該電壓大于導(dǎo) 通電壓(threshold voltage)時(shí)，發(fā)光二極管1的電流迅速增加，同 時(shí)開始發(fā)光。
為使得N型半導(dǎo)體層131、發(fā)光層132以及P型半導(dǎo)體層133具有 較佳的磊晶結(jié)構(gòu)，基板ll為一藍(lán)寶石(sapphire)基板。由于藍(lán)寶石 基板不導(dǎo)電，因此，公知藍(lán)光發(fā)光二極管的P型電極15及N型電極16 設(shè)置于相同側(cè)，而造成部分空間的浪費(fèi)。
然而，發(fā)光二極管1仍存在發(fā)光效率不佳的問題，因此，如何提 供一種提高發(fā)光效率的光電裝置及其制造方法，實(shí)屬當(dāng)前重要課題之
發(fā)明內(nèi)容有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高發(fā)光效率的 光電元件及其制造方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種光電裝置的制造方法，其包含下 列步驟形成一光電元件于一圖案化犧牲基板上，使得光電元件具有 -圖案化側(cè)；形成一承載基板于光電元件上方來承載該光電元件；以 及剝離圖案化犧牲基板。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種光電裝置，其包含一承載基板以 及一光電元件。光電元件具有一第一側(cè)以及一第二側(cè)。其中，第一側(cè) 具有一轉(zhuǎn)印圖案，承載基板位于第二側(cè)。
承上所述，依據(jù)本發(fā)明的光電裝置及其制造方法，其是將光電元 件形成于圖案化犧牲基板上使光電元件具有一圖案化側(cè)，圖案化犧牲 基板上的圖案可轉(zhuǎn)印到光電元件的圖案化側(cè)。然后圖案化犧牲基板剝 離之后會使得光電元件的圖案化側(cè)露出，圖案化側(cè)上的圖案可用來提 高發(fā)光效率。


圖1為公知發(fā)光二極管裝置的示意圖2為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電裝置的制造方法的步驟流程
圖3A至圖3E為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電裝置的制造方法的 示意圖4A至圖4F為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電裝置的圖案化犧牲 基板上圖案的示意圖5為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的制造方法的步驟流程
圖6A至圖61為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的制造方法的 示意圖7A至圖7B為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的圖案化犧牲 基板的示意圖8A至圖8D為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的粗化結(jié)構(gòu)的 示意圖；圖9為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的圖案介電層的示意圖； 圖10為依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電裝置的制造方法的步驟流程
圖IIA至圖11J為依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電裝置的制造方法 的示意圖；以及
圖12A至圖12B為依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電裝置的圖案介電
層的示意圖。
元件符號說明 1:發(fā)光二極管 11、 311、 411:基板 131: N型半導(dǎo)體層 132:發(fā)光層 133: P型半導(dǎo)體層 14:透明導(dǎo)電層 15: P型電極 16: N型電極 2、 3、 4:光電裝置
21、 31、 41:圖案化犧牲基板
22、 32、 4 2:光電元件
221、 321、 421:圖案化側(cè)
222、 322、 422:第一半導(dǎo)體層
223、 323、 423:發(fā)光層
224、 324、 424:第二半導(dǎo)體層 23:承載基板
24、 35、 45:電極 312:緩沖層
33、 43:反射歐姆接觸膜
330、 430:介電層
331、 431:第一導(dǎo)電層
332、 432:圖案介電層34、 44:第二導(dǎo)電層 425:光電元件的外表面?zhèn)?br> d:線寬
Ll:光線
S11 S15、 S21 S29、 S301 S310:制造方法的步驟 實(shí)施方式
以下將參照相關(guān)附圖，說明依據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的光電裝置及 其制造方法。
第一實(shí)施例
請參照圖2所示，依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電裝置的制造方法， 包括步驟Sll至步驟S15。以下，請同時(shí)參照圖3A至圖3E。
請參照圖3A所示，步驟Sll提供一圖案化犧牲基板21，在本實(shí) 施例中，如要制造藍(lán)光發(fā)光二極管，基板21可為一藍(lán)寶石(sapphire)基板。
請參照圖3B所示，步驟S12形成一光電元件22于圖案化犧牲基 板21上，使得光電元件22具有一圖案化側(cè)221，圖案化側(cè)221會有一 轉(zhuǎn)印圖案。另外，光電元件22主要以薄膜沉積來磊晶成長，其可使用 氮化鎵(GaN)材料來制作藍(lán)光發(fā)光二極管。
光電元件22包含一第一半導(dǎo)體層222、 一發(fā)光層223及一第二半 導(dǎo)體層224，第一半導(dǎo)體層222形成于圖案化犧牲基板21上，接著于 第一半導(dǎo)體層222上形成發(fā)光層223，而后于發(fā)光層223上形成第二半 導(dǎo)體層224。第一半導(dǎo)體層222及第二半導(dǎo)體層224可分別為一 N型 半導(dǎo)體及一P型半導(dǎo)體層，當(dāng)然其也可互換，于此并不加以限制。另 外，光電元件22也可采用更多半導(dǎo)體層或更多發(fā)光層等更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
請參照圖3C所示，步驟S13形成一承載基板23于光電元件上方 來承載光電元件22。承載基板23是以電鍍或是黏合等方式與光電元件 22結(jié)合。承載基板23可以是導(dǎo)電材質(zhì)，其可直接作為光電元件22的 電極。
請參照圖3D所示，步驟S14翻轉(zhuǎn)光電裝置2，然后利用雷射剝離圖案化犧牲基板21，圖案化側(cè)221因而露出。在本實(shí)施例中，圖案化 側(cè)221上的轉(zhuǎn)印圖案可為一光柵(grating)圖案、 一球面鏡(ball lens) 圖案或一菲涅耳(fresnel)圖案。其中，光柵圖案可依據(jù)光電元件22 的波長特性所設(shè)計(jì)。另外，此步驟也可改為先利用雷射剝離圖案化犧 牲基板21，然后再翻轉(zhuǎn)光電裝置2。
請參照圖3E所示，步驟S15形成一電極24于光電元件22的圖案 化側(cè)221。如此便可完成垂直式結(jié)構(gòu)的光電裝置2。
承上所述，圖案化側(cè)221上的轉(zhuǎn)印圖案能降低光線在光電元件22 內(nèi)部的反射現(xiàn)象，進(jìn)而提高光電裝置2的外部發(fā)光效率。另外，圖案 化側(cè)221上的轉(zhuǎn)印圖案可設(shè)計(jì)為讓通過的光線L,具有一指向性(如圖 3E所示)。然而，在本實(shí)施例中，并非限定通過圖案化側(cè)221的光線特 性于此，所述領(lǐng)域的技術(shù)人員，可依據(jù)其需求設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)印圖案，使得通 過圖案化側(cè)221的光線具有一全方位(omni direction)性。
再者，圖案化犧牲基板21上的圖案的實(shí)施方式，可如圖4A 圖 4C所示，其中圖案化犧牲基板21上的圖案可包含一弧形圖案(圖4A)、 一溝槽圖案(圖4B)或一凹槽圖案(圖4C)，圖案化犧牲基板21上的 圖案的線寬d可為一微米(micronmeter)等級或一奈米(nanometer)
等級，例如圖案的線寬d小于5微米(um)。接著，利用前述方法便
可制造出分別如圖4D 圖4F所示的對應(yīng)結(jié)構(gòu)的光電裝置。
第二實(shí)施例
請參照圖5所示，依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電裝置的制造方法 包括步驟S21至步驟S29。以下，請同時(shí)參照圖6A至圖61。
請參照圖6A所示，步驟S21提供一基板311，基板311是一個(gè)平 板并不具有圖案。
請參照圖6B所示，步驟S22形成一圖案化犧牲基板31，此步驟 中是先沉積一緩沖層312然后再圖案化緩沖層312。在本實(shí)施例中，緩 沖層312形成于基板311以上，例如但不限于通過轉(zhuǎn)印制或蝕刻工藝 來形成圖案化的緩沖層312。經(jīng)圖案化后的緩沖層312仍全面覆蓋基板 311，因而可協(xié)助后續(xù)光電元件形成。
請參照圖6C所示，步驟S23形成一光電元件32于圖案化犧牲基板31上，使得光電元件32具有一圖案化側(cè)321。
光電元件32包含一第一半導(dǎo)體層322、 一發(fā)光層323及一第二半 導(dǎo)體層324，第一半導(dǎo)體層322形成于圖案化犧牲基板31上，接著于 第一半導(dǎo)體層322上形成發(fā)光層323，而后于發(fā)光層323上形成第二半 導(dǎo)體層324。第一半導(dǎo)體層322及第二半導(dǎo)體層324可分別為一 N型 半導(dǎo)體及一P型半導(dǎo)體層，當(dāng)然其也可互換，對此并不加以限制。
請繼續(xù)參照圖6D 圖6F所示，步驟S24 S26形成一反射歐姆接 觸膜33于光電元件32上。首先，步驟S24是先沉積一第一導(dǎo)電層331 于光電元件32上，然后步驟S25再沉積一介電層330于第一導(dǎo)電層331 上，接著，步驟S26圖案化介電層330以形成一圖案介電層332。其中， 第一導(dǎo)電層331與第二半導(dǎo)體層324可為歐姆接觸(ohmic contact), 使得第一導(dǎo)電層331與第二半導(dǎo)體層324的界面具有較小的電阻值， 以減少光電元件32的電流損耗。
在本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電層331是以沉積形成，故其具有較佳的 表面特性來反射光線。第一導(dǎo)電層331的材質(zhì)可以是鉑、金、銀、鈀、 鎳、鉻、鈦、鉻/鋁、鎳/鋁、鈦/鋁、鈦/銀、鉻/鉑/鋁及其組合所構(gòu)成的 群組，或是其它適合的金屬或金屬化合物。第一導(dǎo)電層331除了具有 反射功效之外，也可提供良好的導(dǎo)熱路徑。另外，圖案介電層332的 材質(zhì)可以是氧化硅、氮化硅等介電材料。
請參照圖6G所示，步驟S27結(jié)合一第二導(dǎo)電層34于第一導(dǎo)電層 331以及圖案介電層332上。在本實(shí)施例中，第二導(dǎo)電層34的厚度大 于第一導(dǎo)電層331的厚度至少十倍以上，其厚度約為100微米以上。 因此，第二導(dǎo)電層34可以直接作為一承載基板承載光電元件32。另外， 結(jié)合第二導(dǎo)電層34的方式可采用電鍍或是黏合等。
請參照圖6H所示，步驟S28翻轉(zhuǎn)光電裝置3，并通過雷射剝離圖 案化犧牲基板31，圖案化側(cè)321因而露出。
請參照圖61所示，步驟S29形成一電極35于光電元件32的圖案 化側(cè)321。其中，電極35與圖案介電層332相對設(shè)置，如此利用圖案 介電層332可達(dá)到較佳的電流阻擋(current block)，因而使光電元件的 電流分布較為均勻。
值得一提的是，上述步驟并不僅限于此順序，其可依據(jù)工藝的需要而進(jìn)行步驟調(diào)換。
然而，在上述步驟S22中，并非限定圖案化犧牲基板31的形成方 式，所述領(lǐng)域技術(shù)人員可直接圖案化基板311以形成如圖7A所示的圖 案化犧牲基板31。更甚者，使用者可在直接圖案化基板311后，形成 一緩沖層312于基板311上，并圖案化緩沖層312以形成如圖7B所示 的圖案化犧牲基板31。而圖案化犧牲基板31上的圖案的實(shí)施方式，其 可例如圖4A 圖4C所示。
再者，光電元件32在圖案化犧牲基板31制作好之后，光電元件 32的一外表面?zhèn)瓤蛇M(jìn)行粗化處理來提高光電裝置3的發(fā)光效率。舉例 來說，光電元件32以氮化鎵制作，其晶格排列的方式為鎵極性 (Ga-polar)朝向圖案化犧牲基板31，氮極性(N-polar)朝外，對于 第二半導(dǎo)體層324可利用蝕刻來自然形成粗造的表面。另外，第二半 導(dǎo)體層324也可采用表面處理來達(dá)到表面粗化的效果。利用以上方式 可使第二半導(dǎo)體層324具有如圖8A 圖8D所示的不同的粗化結(jié)構(gòu) 325。因此，在光電元件32的二側(cè)皆可制作出不平整的表面。
另外，在本實(shí)施例中，并非限定圖案介電層332的樣式，其實(shí)施 方式也可如圖9所示。圖案介電層332的圖案較圖61中圖案介電層332 的圖案寬，特別是在電極35正下方的圖案的寬度約略與電極35同寬， 從而避免電流僅局限于電極35的正下方流動。
請參照圖IO所示，依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電裝置的制造方法 包括步驟S301至步驟S310，以下請同時(shí)參照圖11A至圖IIJ。
請參照圖11A所示，步驟S301提供一基板411，接著，如圖11B 所示，步驟S302圖案化基板411以形成一圖案化犧牲基板41。在本實(shí) 施例中，圖案化犧牲基板41的圖案可如前述實(shí)施例圖案化犧牲基板的 圖案。
請參照圖11C所示，步驟S303形成一光電元件42于圖案化犧牲 基板41上，使得光電元件42具有一圖案化側(cè)421，圖案化側(cè)421會有
一轉(zhuǎn)印圖案。
光電元件42包含一第一半導(dǎo)體層422、 一發(fā)光層423及一第二半導(dǎo)體層424，第一半導(dǎo)體層422形成于圖案化犧牲基板41上，接著于 第一半導(dǎo)體層422上形成發(fā)光層423，而后于發(fā)光層423上形成第二半 導(dǎo)體層424。
請參照圖11D所示，步驟S304粗化光電元件42的一外表面?zhèn)?25， 亦即粗化第二半導(dǎo)體層424的上表面。
請繼續(xù)參照圖11E 圖IIG所示，步驟S305 S307形成一反射歐 姆接觸膜43于光電元件42上。首先，請參照圖11E所示，步驟S305 沉積一介電層430于光電元件42上，然后，步驟S306圖案化介電層 430以形成一圖案介電層432，接著，步驟S307沉積一第一導(dǎo)電層431 于圖案介電層432以及光電元件42上。
請參照圖11H 圖IIJ所示，步驟S308電鍍一第二導(dǎo)電層44于第 --導(dǎo)電層431上，然后，步驟S309翻轉(zhuǎn)光電裝置4，并雷射剝離圖案 化犧牲基板41，圖案化側(cè)421因而露出。接著，步驟S310形成一電極 45于光電元件42的圖案化側(cè)421。另夕卜，如圖12A所示，圖案介電層 432也可采用較寬的圖案，或如圖12B所示，圖案介電層432至少有 兩個(gè)或兩個(gè)以上的圖案在電極45下方。
值得一提的是，上述步驟并不僅限于此順序，其可依據(jù)工藝需要 而進(jìn)行步驟調(diào)換。
由于本實(shí)施例與前述第二實(shí)施例的差異是在于反射歐姆接觸膜內(nèi) 各層的制作順序以及架構(gòu)，與前述實(shí)施例相同名稱或相對應(yīng)的元件具 有相同特性以及類似的變化，故此不再贅述各元件的細(xì)部特性。
另外，除了藍(lán)光發(fā)光二極管之外，前述各實(shí)施例的制造方法也可 用于制造一綠光發(fā)光二極管、 一白光發(fā)光二極管、 一雷射二極管(laser diode, LD)、一光傳感器(photo detector, PD)或一太陽能電池(solar cell) 等的光電裝置。換句話說，前述的制造方法也可用于制造寬能隙的光
電二極管，例如ni-v族的光電二極管。
綜上所述，依據(jù)本發(fā)明的光電裝置及其制造方法，其將光電元件 形成于圖案化犧牲基板上，并通過剝離圖案化犧牲基板，而使得光電 元件具有一圖案化側(cè)。由于公知基板為一平板，因此，相較于公知技 術(shù)，本發(fā)明的光電裝置可以提高光電裝置的發(fā)光效率。此外，光電元 件的圖案化側(cè)不需經(jīng)過蝕刻工藝，因而減少光電裝置的制造步驟。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發(fā)明精神與 范疇，而對其進(jìn)行等效修改或變更，均應(yīng)包含于本申請的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1.一種光電裝置的制造方法，包含下列步驟形成一光電元件于一圖案化犧牲基板上，使得該光電元件具有一圖案化側(cè)；形成一承載基板于該光電元件上方來承載該光電元件；以及剝離該圖案化犧牲基板。
2. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該光電元件為一發(fā)光二極
3. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中通過該圖案化側(cè)的一光線 具有一全方位性或一指向性。
4. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，其中該圖案化側(cè)的一轉(zhuǎn)印圖案 為一光柵圖案、 一球面鏡圖案或一菲涅耳圖案。
5. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，更包含下列步驟形成一反射歐姆接觸膜于該光電元件上，其中該反射歐姆接觸膜具 有一圖案介電層及一第一導(dǎo)電層。
6. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中該承載基板具有一第二導(dǎo) 電層，該第二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層接觸，該第一導(dǎo)電層與該光電元 件接觸。
7. 如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中該第二導(dǎo)電層的厚度大于 該第一導(dǎo)電層的厚度至少十倍以上。
8. 如權(quán)利要求6所述的制造方法，其中形成該承載基板的步驟包含電鍍該第二導(dǎo)電層于該反射歐姆接觸膜上。
9. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中形成該反射歐姆接觸膜的 步驟包含沉積一介電層于該光電元件上； 圖案化該介電層以形成該圖案介電層；以及 沉積該第一導(dǎo)電層于該圖案介電層上。
10. 如權(quán)利要求5所述的制造方法，其中形成該反射歐姆接觸膜的 步驟包含沉積該第一導(dǎo)電層于該光電元件上； 沉積一介電層于該第一導(dǎo)電層上；以及 圖案化該介電層以形成該圖案介電層。
11. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，更包含-提供一基板；以及直接圖案化該基板以形成該圖案化犧牲基板。
12. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，更包含 提供一基板；形成一緩沖層于該基板上；以及 圖案化該緩沖層以形成該圖案化犧牲基板。
13. 如權(quán)利要求12所述的制造方法，其中圖案化該緩沖層的步驟 后，該緩沖層全面覆蓋該基板，該緩沖層協(xié)助該光電元件磊晶形成。
14. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，更包含 提供一基板；圖案化該基板；形成一緩沖層于該基板上；以及 圖案化該緩沖層以形成該圖案化犧牲基板。
15. 如權(quán)利要求1所述的制造方法，更包含 形成一電極于該光電元件的該圖案化側(cè)。
16. —種光電裝置，包含 一承載基板；以及一光電元件，具有一第一側(cè)及一第二側(cè)，該第一側(cè)具有一轉(zhuǎn)印圖案， 該承載基板位于該第二側(cè)。
17. 如權(quán)利要求16所述的光電裝置，其中該光電元件為一發(fā)光二 極管。
18. 如權(quán)利要求16所述的光電裝置，其中通過該轉(zhuǎn)印圖案的一光 線具有一全方位性或一指向性。
19. 如權(quán)利要求16所述的光電裝置，其中該轉(zhuǎn)印圖案為一光柵圖 案. 一球面鏡圖案或一菲涅耳圖案。
20. 如權(quán)利要求16所述的光電裝置，更包含 一反射歐姆接觸膜，位于該承載基板及該光電元件之間，并具有一圖案介電層及一第一導(dǎo)電層。
21. 如權(quán)利要求20所述的光電裝置，其中該承載基板具有一第二 導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層接觸，該第一導(dǎo)電層與該光電 元件的該第二側(cè)接觸。
22. 如權(quán)利要求21所述的光電裝置，其中該第二導(dǎo)電層的厚度大 于該第一導(dǎo)電層的厚度至少十倍以上。
23. 如權(quán)利要求20所述的光電裝置，其中該圖案介電層位于該光 電元件上，該第一導(dǎo)電層位于該圖案介電層上。
24. 如權(quán)利要求20所述的光電裝置，其中該第一導(dǎo)電層位于該光 電元件上，該圖案介電層位于該第一導(dǎo)電層上。
25.如權(quán)利要求16所述的光電裝置，更包含: 一電極，位于該光電元件的該第一側(cè)。
全文摘要
一種光電裝置的制造方法，包含下列步驟在一圖案化犧牲基板上形成一光電元件，使得光電元件具有一圖案化側(cè)；在光電元件上方形成一承載基板來承載該光電元件；以及剝離圖案化犧牲基板。本發(fā)明亦揭示一種光電裝置。
文檔編號H01L33/00GK101621097SQ20081013031
公開日2010年1月6日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者劉育全, 呂根泉, 富振華, 王冠儒 申請人:泰谷光電科技股份有限公司