光电元件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种光电元件及其制造方法。该光电元件包含：基板，具有表面，并具有与表面垂直的法线方向，第一半导体层，位于基板的表面上并与表面接触，及至少一孔洞结构，位于第一半导体层及基板的表面之间，其中，至少一孔洞结构具有宽度与高度，其中宽度为孔洞结构于平行表面方向的最大尺寸，高度为孔洞结构于平行法线方向的最大尺寸，且高度小于宽度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有形成在半导体与基板间的孔洞结构的光电元件。
技术介绍
发光二极管是半导体元件中一种被广泛使用的光源。相较于传统的白炽灯泡或荧光灯管，发光二极管具有省电及使用寿命较长的特性，因此逐渐取代传统光源，而应用于各种领域，如交通信号、背光模块、路灯照明、医疗设备等产业。随着发光二极管光源的应用与发展对于亮度的需求越来越高，如何增加其发光效率以提高其亮度，便成为产业界所共同努力的重要方向。
技术实现思路
一种光电元件，包含基板，具有表面，并具有与表面垂直的法线方向，第一半导体层，位于基板的表面上并与表面接触，及至少一孔洞结构，位于第一半导体层及基板的表面之间，其中，至少一孔洞结构具有宽度与高度，其中宽度为孔洞结构于平行表面方向的最大尺寸，高度为孔洞结构于平行法线方向的最大尺寸，且高度小于宽度。一种制造光电元件的方法，包含下列步骤提供基板，具有表面并具有与表面垂直的法线方向；形成第一半导体层于基板的表面上，图案化第一半导体层；形成第二半导体层于基板上且覆盖图案化的第一半导体层；以及形成至少一孔洞结构，位于第二半导体层及基板的表面间，其中，至少一孔洞结构具有宽度与高度，其中宽度为孔洞结构于平行表面方向的最大尺寸，高度为孔洞结构于平行法线方向的最大尺寸，且高度小于宽度。附图说明图IA IF为本专利技术实施例的光电元件的工艺示意图；图2A 2F为本专利技术实施例的光电元件的工艺示意图；图3A 3D为本专利技术光电半导体元件的剖面示意图；及图4A 4C为依本专利技术实施例所形成孔洞的扫描式电子显微镜 (ScanningElectron Microscopy, SEM)图。附图标记说明101基板102第一半导体层1031第一孔洞1032第二孔洞104有源层1022第二半导体层105第三半导体层106抗蚀刻层107 光致抗蚀剂层具体实施例方式为了使本专利技术的叙述更加详尽与完备，请参照下列描述并配合图IA至图4D的图示。如图IA 图IE所例示，依据本专利技术的第一实施例的光电元件的制造方法简述如下如图IA所示，在基板101的第一表面1011生长第一半导体层102，其中基板具有法线方向N。之后，如图IB所示，将第一半导体层102蚀刻成为多个形成在基板101的第一表面1011上的第一半导体柱1021，其中上述多个第一半导体柱1021的侧壁与基板101的第一表面1011不相垂直。在本实施例中，第一半导体柱1021的两侧壁与基板101的第一表面1011可成α 1与β 1角，其中α 1角可介于20° 75°，β 1角可介于20° 75°。 在实施例中，此第一半导体柱1021的平均宽度可介于0. 5μπι 10 μ m，平均间距可介于 0. 5 μ m 10 μ m0之后，如图IC所示，继续于上述基板的第一表面生长第二半导体层1022，其中第二半导体层1022乃是以外延侧向生长(Epitaxial LateralOvergrowth ；EL0G)的方式生长。在生长上述第二半导体层1022的同时，会在两相邻第一半导体柱1021与基板101的第一表面1011之间形成至少一个第一孔洞1031。如图ID所示，上述第一孔洞1031于基板的法线方向N的完整截面可呈吊钟型，具有宽度W与高度H，其中宽度W为第一孔洞1031于平行表面方向的最大尺寸，高度H为第一孔洞1031于平行法线方向的最大尺寸，且高度H小 T^iS W。胃贞 W ηΤ^Τ 0. 5μ10μ ，$1μπ 10μ ，$2μπ 10μ ，$;3μπ10 μ m, gJc 4 μ m ~ 10 μ m, 5 μ m ~ 10 μ m, 6 μ m ~ 10 μ m, 7 μ m ~ 10 μ m, 8 μ m ~ 10 μ m，或9 μ m 10 μ m。在另一实施例中，上述第一孔洞1031的高度H与宽度W的比值不大于2/3。在另一实施例中，可形成多个第一孔洞1031。在实施例中，此多个孔洞可相互连结，形成一个或多个网状孔洞群。此外，因多个第一半导体柱1021可为规则阵列结构，因此上述多个第一孔洞1031也可为规则阵列结构。其中多个第一孔洞1031的平均高度Hx小于平均宽度Wx。平均宽度Wx可介于0. 5 μ m 10 μ m，或1 μ m 10 μ m，或2 μ m 10 μ m， gJc 3 μ m ~ 10 μ m, gJc 4 μ m ~ 10 μ m, 5 μ m ~ 10 μ m, 6 μ m ~ 10 μ m, 7 μ m ~ 10 μ m, 或8μπι ΙΟμ ，或9μπι ΙΟμ 。在实施例中，上述多个第一孔洞1031的平均高度Hx 与平均宽度Wx的比值不大于2/3。在实施例中，上述多个第一孔洞1031的平均间距可介于 0. 5 μ m ~ 10 μ m, gJc 1 μ m ~ 10 μ m, 2 μ m ~ 10 μ m, 3 μ m ~ 10 μ m, 4 μ m ~ 10 μ m, gJc 5 μ m ~ 10 μ m, gJc 6 μ m ~ 10 μ m, 7 μ m ~ 10 μ m, 8 μ m ~ 10 μ m, 9 μ m ~ 10 μ m。 上述多个第一孔洞1031形成的孔隙度Φ (porosity)定义为第一孔洞总体积Vv除以整体体积Vt (—f),其中整体体积Vt为第一孔洞总体积加上第二半导体层体积。在本实施例中，孔隙度 Φ 可介于 5% -90%，或 10% -90%，或 20% -90%，或 30% -90%，或 40% -90%, 或 50% -90%，或 60% -90%，或 70% -90%，或 80% -90%。接着，如图IE所示，在上述第二半导体层1022之上继续生长有源层104与第三半导体层105。最后，如图IF所示，蚀刻部分上述有源层104与第三半导体层105以露出部分第二半导体层1022后，在第二半导体层1022及第三半导体层105之上形成两电极106、107 以形成光电元件100。上述电极106、107材料可选自铬(Cr)、钛(Ti)、镍(Ni)、钼(Pt)、 铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、或银(Ag)等金属材料。于本实施例中，上述第一孔洞1031为于工艺中所定义出的中空结构。此第一孔洞 1031具有折射率，适可作为空气透镜，当光线于光电元件100中行进至第一孔洞1031时，由于第一孔洞1031内外部材料折射率的差异(例如，半导体层的折射率约介于2 3之间， 空气的折射率为1，光线会在第一孔洞1031处改变行进方向而离开光电元件，因而增加光提取效率。另外，第一孔洞1031也可作为散射中心(scattering center)以改变光子的行进方向并且减少全反射。通过孔洞密度的增加，可更增加上述功效。具体而言，光电元件100包含发光二极管(LED)、光电二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresister)、激光器(laser)、红外线发射体(infrared emitter)、有机发光二极管(organic light-emitting diode)及太阳能电池(solar cell)中至少之一。基板 101为生长及/或承载基础。候选材料可包含导电基板或不导电基板、透光基板或不透光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭得山，柯丁嘉，柯淙凯，
申请(专利权)人：晶元光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：