专利名称：光电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电元件，特别涉及一种具有磁性构件以产生磁场的光电元件。
背景技术：
发光二极管(light-emitting diode, LED)是一种由半导体材料制作而成的发光元件。由于发光二极管属于冷发光，具有耗电量低、元件寿命长、反应速度快等优点，再加上体积小容易制成极小或阵列式元件的特性，因此近年来随着技术不断地进步，其应用范围涵盖了电脑或家电产品的指示灯、液晶显示装置的背光源乃至交通标志或是车用指示灯。图1为一种已知的发光二极管元件1的侧视示意图。发光二极管元件1包括基板 11、N型半导体层12、多重量子阱层13、P型半导体层14、透光导电层15、第一电极16及第二电极17。在发光二极管元件1中，上述元件是由基板11往上一层一层堆叠而成，并沿Y 轴方向生长。而多重量子阱层13作为主要发光区往往仅有数十或数百纳米的厚度。当电流从第二电极17(正极)流向第一电极16(负极)时，会具有沿X、Y、Z轴方向的速度分量 (图1仅示VX、VY的速度分量)，且载流子会很快地通过主要发光区，而无法长时间停留在主要发光区做有效的复合并产生光子，因而造成发光二极管元件1的发光效能不佳。因此，如何提供一种光电元件通过改变载流子在光电元件中的运动路径而提升光电元件的发光效能或发电效能，已成为重要课题之一。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种光电元件通过改变载流子在光电元件中的运动路径而提升光电元件的发光效能。为达上述目的，依据本发明的一种光电元件包括光电叠层以及磁性构件。磁性构件设置于光电叠层内或相邻设置于光电叠层并产生磁场。在实施例中，光电元件可为发光二极管元件，通过磁性构件所产生的磁场，可使发光二极管元件提升发光效能。在实施例中，磁性构件可位于光电叠层之下或之上。如此皆可产生通过光电叠层的磁场以延长载流子在光电叠层内的运动路径。在实施例中，光电叠层具有基板及外延层，外延层设置于基板之上，光电叠层还具有电流扩散层设置于外延层之上，磁性构件埋设于电流扩散层内，且磁性构件产生通过光电叠层的磁场以延长载流子在光电叠层内的运动路径。在实施例中，光电叠层具有基板及外延层，外延层设置于基板之上，外延层具有至少一凹槽以使该外延层形成平台，磁性构件位于外延层的凹槽内。例如磁性构件可包括两磁性层，这些磁性层分别位于外延层的平台的两侧并紧邻外延层的多重量子阱层，以产生穿过光电叠层的磁场，以延长载流子在光电叠层内的运动路径。此外，在此实施例中，磁性构件的高度可不超过平台的高度以避免造成遮光。 在实施例中，光电叠层具有基板及外延层，外延层设置于基板之上，光电叠层还具有第一电极及第二电极，第一电极设置于外延层的凹槽内，第二电极设置于外延层之上，磁性构件位于第二电极与外延层之间，以产生穿过光电叠层的磁场，以延长载流子在光电叠层内的运动路径。在实施例中，磁性构件与第二电极至少部分重叠，通过使磁性构件与第二电极具有重叠的部分，可减少两者所造成的遮光量。在实施例中，磁性构件包括铁、钴、镍、锰、或其他磁性材料，另外，磁性构件还可包括高反射材料，以作为反射层之用。在实施例中，磁性构件可呈长条状、多点状、或不连续分布状，通过不同形状或分布的磁性构件，可产生不同强度或方向的电场，以对载流子产生不同的延长效应，进而增加磁性构件的应用性。为达上述目的，本发明的一种光电元件包括光电叠层以及磁性构件。光电叠层具有基板及外延层，外延层设置于基板之上，外延层具有至少一凹槽以使外延层形成平台。磁性构件位于外延层的凹槽，产生磁场通过光电叠层。为达上述目的，本发明的一种光电元件包括光电叠层以及磁性构件。光电叠层具有基板及外延层，外延层设置于基板之上，光电叠层还具有第一电极及第二电极，第一电极设置于外延层的凹槽内，第二电极设置于外延层之上。磁性构件设置于光电叠层内，并位于第二电极与外延层之间，产生磁场通过光电叠层。承上所述，本发明的光电元件通过磁性构件的设置，磁性构件可产生通过光电叠层的磁场，进而使光电叠层内的运动中的载流子受到霍尔效应(Hall effect)而改变其运动路径而提升光电效能。例如对发光二极管而言，利用霍尔效应使光电叠层的运动载流子产生作用，改变其运动方向，进而延长载流子的运动路径而达到电流扩散目的、或增加载流子停留在主要发光区的时间而增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。
图1为一种已知的发光二极管元件的侧视示意图；图2为运动载流子受霍尔效应而改变运动路径的示意图；图3至图5为本发明优选实施例的一种光电元件及其磁性构件的不同示例的示意图；以及图6A至图6C为本发明优选实施例的一种光电元件及其磁性构件的不同示例的俯视示意图。附图标记说明1 发光二极管元件 11、21 基板12 :N型半导体层13、223 多重量子阱层14 =P型半导体层15 透光导电层16、23:第一电极17、24:第二电极2、2a 2e 光电元件 20 光电叠层22 外延层221 第一半导体层222 第二半导体层2M 凹槽25 反射镜26 钝化层
28:电流扩散层30:磁性构件31、32:磁性层B:磁场M 平台
具体实施例方式以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种光电元件，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。在说明本发明之前，先以图2简述霍尔效应(Hall effect)。霍尔效应是指当固体导体有电流通过，且放置在一个磁场内，导体内的电荷载流子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生电压，除导体外，半导体也能产生霍尔效应，而且半导体的霍尔效应要强于导体。如图2所示，载流子在X轴方向上以速度V运动，另有一磁场B存在于载流子的运动空间，其磁力方向为指出纸面的Z轴方向。当载流子为正电荷时，受到磁场B的作用，按照右手定则， 正电荷会朝着垂直于速度V与磁场B的方向弯曲，即向下(Y轴方向)弯曲。同理，若载流子为负电荷，则受到磁场B的作用而向上弯曲，如此载流子的运动路径即被改变。请参照图3所示，本发明优选实施例的一种光电元件2包括光电叠层20及磁性构件30。本发明的光电元件可例如为发光二极管元件(light-emitting diode, LED)。光电叠层20包括基板21、外延层22、第一电极23以及第二电极24。基板21的材料可例如包括蓝宝石(sapphire)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)或硅(Si)，在此以蓝宝石为例。外延层22设置于基板21上。外延层22可为任意的半导体层，例如包括第一半导体层221及第二半导体层222，其中第一半导体层221与第二半导体层222具有不同的电性。在本实施例中，第一半导体层221为P型，第二半导体层为N型。且可依据发光二极管的功能，例如蓝光二极管、绿光二极管、红光二极管等等，而变化外延层22的材料。外延层22的材料可例如选自氮化镓(GaN)系列的材料，例如包括氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AKiaN)或磷化铝铟镓(AlInGaP)系列等。另外，外延层22还可包括多重量子阱层 (multiple quantum well,MQff)223以产生所需的光，多重量子阱层223夹设于第一半导体层221与第二半导体层222之间。而为了电性导通第二半导体层222，第一半导体层221与多重量子阱层223中的一部分利用例如光刻蚀刻工艺移除而形成凹槽224，用以露出部分的第二半导体层222表面， 第一电极23设置于第二半导体层222所露出的表面上，亦即第一电极23设置于凹槽224 内。光电元件2可还包括电流扩散层沘，其为透光导电层(transparent conductive layer，TCL)，并设置于外延层22之上，用以使电流均勻扩散后通过第一半导体层221，而后再通过多重量子阱层223。本实施例的电流扩散层观的材料可以例如为氧化铟锡(ITO)以避免遮光。第二电极M设置于外延层22之上以及电流扩散层观上。本发明的磁性构件可设置于光电叠层20内或相邻设置于光电叠层20并产生通过光电叠层20的磁场。本实施例的磁性构件30为磁性材料层并以相邻设置于光电叠层20 为例，磁性构件30设置于光电叠层20之下。于此，光电叠层20还包括反射镜25，而磁性构件30设置于反射镜25之下。磁性构件30的材料可例如包括铁、钴、镍或锰，磁性构件30还可包括高反射材料，例如铝或银，或者磁性构件30可形成反射结构，由此，光电叠层20可不需设置反射镜25。磁性构件30可通过蒸镀或粘合而设置于光电叠层20下方。在设置之后，可施加强力磁场，使得磁性构件30获得固定的磁性(其N极与S极如图所示)，在此磁性构件30 所造成的磁场可提供Y轴方向的磁力给光电叠层20。当然，若磁性构件30本身的材料即带有磁力可产生磁场，则不需施加磁场的步骤。通过光电叠层20的Y轴方向的磁场，可使光电叠层20的载流子在X、Z轴方向的速度分量受到霍尔效应而改变其运动路径，例如是使载流子的运动变为螺旋状，因而延长载流子从第二电极M至第一电极23的运动路径，而达到电流扩散目的、或增加载流子停留在主要发光区的时间而增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。除了上述位置之外，本发明的磁性构件可设置于光电叠层的多种位置以产生通过光电叠层的磁场而使运动载流子受到霍尔效应而改变其运动路径，以下举例说明。请参照图4所示，在本示例的光电元件加中，光电元件加包括光电叠层20及磁性构件。光电元件加具有两凹槽224，以使外延层(包括第一半导体层221、第二半导体层 222与多重量子阱层22 形成平台(Hiesa)M,并露出部分的第二半导体层222表面。光电元件加还包括钝化层(passivation layer) 26，其设置并覆盖于外延层、电流扩散层观、第一电极23及第二电极M之上，并延至至这些凹槽224。于此，磁性构件包括两磁性层31、32，这些磁性层31、32分别位于光电元件加的凹槽2M并位于平台M的两侧。磁性层31、32亦相邻设置于外延层22的多重量子阱层223 的两侧，且紧邻多重量子阱层223。磁性层31、32可例如通过蒸镀、光刻及蚀刻工艺而形成于凹槽2M。由此，磁性层31、32产生穿过光电叠层20的磁场，并可提供X轴方向的磁力给光电叠层20。通过光电叠层20的X轴方向的磁场，可使光电叠层20的载流子在Y、Z轴方向的速度分量受到霍尔效应而改变其运动路径，例如是使载流子的运动变为螺旋状，因而延长载流子从第二电极M至第一电极23的运动路径，而达到电流扩散目的、或增加载流子停留在主要发光区的时间而增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。此外，在此实施示例中，磁性构件的磁性层31、32的高度可不超过平台M的高度以避免遮光。如图4所示的示例以磁性层31、32的高度与凹槽224的高度等高为例。由于磁性构件相邻设置于多重量子阱层223，而多重量子阱层223为主要发光区，所以在设置条件下，磁力能够对于载流子在主要发光区造成较强的影响，所以较强的磁力能够更有效的影响载流子的运动路径，增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。请参照图5所示，在本示例的光电元件2b中，光电元件2b包括光电叠层20及磁性构件30。磁性构件30设置于光电叠层20中，位于第二电极M与外延层22之间，在此， 磁性构件30埋设于电流扩散层观内，且位于第二电极M的正下方，且磁性构件30与第二电极M至少部分重叠。由于磁性构件30与第二电极M通常皆为遮光物质，通过使磁性构件30与第二电极M至少部分重叠，可以减少发光二极管所发出的光被遮住的面积，以减少遮光发生。以图5为例，磁性构件30位于第二电极M的正下方，且由第二电极M所完全覆盖，所以磁性构件30并不会造成额外的遮光效果。磁性构件30可例如通过蒸镀、光刻及蚀刻工艺而形成于外延层22上。由此，磁性构件30产生穿过光电叠层20的磁场，并可提供Y轴方向的磁力给光电叠层20。通过光电叠层20的Y轴方向的磁场，可使光电叠层20的载流子在X、Z轴方向的速度分量受到霍尔效应而改变其运动路径，例如是使载流子的运动变为螺旋状，因而延长载流子从第二电极 24至第一电极23的运动路径，而达到电流扩散目的、或增加载流子停留在主要发光区的时间而增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。当然，除了上述磁性构件30的示例及设置位置之外，磁性构件30可有其他变化示例及设置位置，例如磁性构件30可包括至少三磁性层、磁性构件30可设置于光电叠层之上、或外延层22内、或是磁性构件30可设置于光电叠层20的四侧的任何一侧，由此磁性构件30可提供X、Y及/或Z轴方向的磁力给光电叠层20。此外，本发明不限制磁性构件30的形状，其可例如为长条状、多点状、不连续分布状、或其他几何形状。以下以图6A至图6C举例说明。图6A至图6C为光电元件2c至加的俯视示意图。如图6A所示，磁性构件30位于第一电极23与第二电极M之间，磁性构件30呈长条形，且其长轴方向与通过第一电极 23与第二电极M的假想线垂直。磁性构件30所产生通过光电叠层的磁场为Y轴方向(指出纸面方向)。于此，磁性构件30以埋设于光电叠层20之内为例，当然，磁性构件30亦可位于光电叠层20之上或相邻设置于光电叠层20。如图6B所示，磁性构件30位于第一电极23与第二电极M之间，磁性构件30呈不连续分布的长条形且包括三磁性层，这些磁性层的中间的磁性层的长轴方向大致与通过第一电极23及第二电极M的假想线平行。通过三磁性层所分别产生通过光电叠层的磁场的交互作用，可让运动载流子的运动路径的改变效果更加显著。如图6C所示，磁性构件30呈点状并分布于光电叠层20内。每一点状的磁性构件皆形成一小磁场，这些磁场的交互作用可使运动载流子有不同于图6B所示示例的运动路径。通过不同形状或分布的磁性构件，可产生不同强度或方向的电场，以对运动载流子产生不同的延长效应，进而增加磁性构件的应用性。综上所述，本发明的光电元件通过磁性构件的设置，磁性构件可产生通过光电叠层的磁场，进而使光电叠层内的运动中的载流子受到霍尔效应(Hall effect)而改变其运动路径而提升光电效能。例如对发光二极管而言，利用霍尔效应使光电叠层的运动载流子产生作用，改变其运动方向，进而延长载流子的运动路径而达到电流扩散目的、或增加载流子停留在主要发光区的时间而增加载流子复合发光的机会，而提升发光效能。以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等同修改或变更，均应包括于权利要求中。
权利要求
1.一种光电元件，包括 光电叠层；以及磁性构件，设置于该光电叠层内或相邻设置于该光电叠层并产生磁场通过该光电叠层。
2.如权利要求1所述的光电元件，其中该光电元件为发光二极管元件。
3.如权利要求1所述的光电元件，其中该磁性构件位于该光电叠层之下或之上。
4.如权利要求1所述的光电元件，其中该光电叠层具有基板及外延层，该外延层设置于该基板之上。
5.如权利要求4所述的光电元件，其中该光电叠层还具有电流扩散层设置于该外延层之上，该磁性构件埋设于该电流扩散层内。
6.如权利要求4所述的光电元件，其中该外延层具有至少一凹槽以使该外延层形成平台，该磁性构件位于该凹槽。
7.如权利要求6所述的光电元件，其中该磁性构件的高度不超过该平台的高度。
8.如权利要求6所述的光电元件，其中该外延层具有多重量子阱层，该磁性构件紧邻该多重量子阱层。
9.如权利要求6所述的光电元件，其中该磁性构件具有两个磁性层，该两个磁性层分别位于该平台的两侧。
10.如权利要求4所述的光电元件，其中该光电叠层还具有第一电极及第二电极，该第一电极设置于该外延层的凹槽内，该第二电极设置于该外延层之上，该磁性构件位于该第二电极与该外延层之间。
11.如权利要求10所述的光电元件，其中该磁性构件位于该第二电极的正下方。
12.如权利要求11所述的光电元件，其中该磁性构件与该第二电极至少部分重叠。
13.如权利要求1所述的光电元件，其中该磁性构件包括铁、钴、镍或锰。
14.如权利要求1所述的光电元件，其中该磁性构件包括高反射材料。
15.如权利要求1所述的光电元件，其中该磁性构件呈长条状、多点状、或不连续分布状。
16.一种光电元件，包括光电叠层，具有基板及外延层，该外延层设置于该基板之上，该外延层具有至少一凹槽以使该外延层形成平台；以及磁性构件，位于该外延层的该凹槽，产生磁场通过该光电叠层。
17.如权利要求16所述的光电元件，其中该磁性构件的高度不超过该平台的高度。
18.如权利要求16所述的光电元件，其中该外延层具有多重量子阱层，该磁性构件紧邻该多重量子阱层。
19.如权利要求16所述的光电元件，其中该磁性构件具有两个磁性层，该两个磁性层分别位于该平台的两侧。
20.一种光电元件，包括光电叠层，具有基板及外延层，该外延层设置于该基板之上，该光电叠层还具有第一电极及第二电极，该第一电极设置于该外延层的凹槽内，该第二电极设置于该外延层之上；以及磁性构件，设置于该光电叠层内，并位于该第二电极与该外延层之间，产生磁场通过该光电叠层。
21.如权利要求20所述的光电元件，其中该磁性构件位于该第二电极的正下方。
22.如权利要求21所述的光电元件，其中该磁性构件与该第二电极至少部分重叠。
全文摘要
本发明公开一种光电元件，该光电元件包括光电叠层以及磁性构件。磁性构件设置于光电叠层内或相邻设置于光电叠层并产生磁场通过该光电叠层。通过磁性构件产生通过光电叠层的磁场，进而使光电叠层内的运动载流子受到霍尔效应而改变其运动路径而提升光电效能。
文档编号H01L33/00GK102479893SQ201010606569
公开日2012年5月30日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年11月26日
发明者余国辉, 卢宗宏 申请人:佛山市奇明光电有限公司, 奇力光电科技股份有限公司