專利名稱：形成光電元件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成光電元件的方法，特別是一種使用低溫制程與固相再成長的方式形成光電元件的方法。
背景技術(shù)：
近年來，光電元件(opto-electronic device)的使用已經(jīng)越來越普遍，例如發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode；LED)、太陽能電池(solar cells)與光傳感器(light sensor)…等。以發(fā)光二極管為例，其電極是在化合物半導(dǎo)體材料(compound semiconductor)，例如砷化鎵(GaAs)或氮化鎵(GaN)或磷化銦(InP)等材料上形成。因此，為了能夠在金屬與化合物半導(dǎo)體接口獲得良好的歐姆接觸(ohmic contact)，在制造的過程中，發(fā)光二極管需在某些步驟里面臨高于400℃的高溫處理，例如使用快速退火制程(Rapid Thermal Annealing Process；RTP)。然而，化合物半導(dǎo)體的材質(zhì)或是形成發(fā)光的主動層的材質(zhì)，皆易受到高溫的影響而產(chǎn)生變化，因而可能造成產(chǎn)品品質(zhì)及發(fā)光效率的降低。
再者，化合物半導(dǎo)體材料中非透明的底材，例如砷化鎵，其本身會吸光，亦造成發(fā)光效率的降低。故以透明底材取代非透明底材，便可改善發(fā)光二極管的發(fā)光效率。然而，若歐姆接觸的制程無法避免高溫(約≥400℃)，則不論是在結(jié)合透明底材或是非透明底材在與發(fā)光結(jié)構(gòu)時，其方式或材料都將被限制為需兼容于高溫環(huán)境下的方式與材料。
因此，如何克服制程中高溫處理的步驟，以增加非透明底材與透明底材在與發(fā)光結(jié)構(gòu)結(jié)合時的選擇性，同時提高光電元件的良率，是發(fā)展各種光電元件的重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的為提供一種以低溫制程形成光電元件的方法，其是利用低溫制程與固相再成長的方式形成光電元件，以增加光電元件中各種元件材料選擇的多樣化。
本發(fā)明的另一目的為提供一種以低溫制程形成光電元件的方法，其是利用低溫制程與固相再成長的方式形成具有透明底材的光電元件，進而提升光電元件的使用效率。
本發(fā)明的再一目的為提供一種在低溫環(huán)境中形成具有透明底材的光電元件的方法。上述的方法可以避免在制程中，使透明底材與光電層間的接合層或主動層免于不慎受到高溫影響，而產(chǎn)生不同的物質(zhì)差異缺陷、進而影響發(fā)光品質(zhì)的缺點，以提高光電元件的品質(zhì)。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供了一種在低溫中形成光電元件的方法。在一底材上形成光電層，并以低溫制程與固相再成長的方式，于光電層上形成導(dǎo)電元件，以完成光電元件的制程。


圖1A至圖1E為制造一光電元件的剖面示意圖。
圖中符號說明210暫時底材220第一半導(dǎo)體層230主動層240第二半導(dǎo)體層250接合層260透明底材270電極
280電極具體實施方式
本發(fā)明的實施例詳細描述如下。然而，除了詳細描述外，本發(fā)明還可以廣泛地在其它的實施例施行，且本發(fā)明的范圍不受所列出的實施例限定，應(yīng)以權(quán)利要求書的范圍為準。
再者，在本說明書中各元件的不同部分為方便辨識，故未依其實際尺寸大小繪圖。某些尺度與其它相關(guān)尺度為提供最清楚的描述和本發(fā)明的理解，而有適度的修改。
本發(fā)明提供一種在低溫中形成光電元件的方法。在形成光電元件時，利用低溫制程與固相再成長的方式形成光電元件中的導(dǎo)電元件；因為無需于高溫中制造導(dǎo)電元件，故可增加各種元件選擇的適用性。舉例來說，在底材方面的選擇，不論是透明底材或是非透明底材，皆不需僅限于選擇可呈受高溫的材質(zhì)；或是如導(dǎo)電元件，不論是透明的導(dǎo)電元件或是非透明的導(dǎo)電元件，亦可因本發(fā)明的低溫制程而增加其材料的選擇性，并使其在形成時不致因高溫而破壞元件本身結(jié)構(gòu)或其它元件的結(jié)構(gòu)，進而提高光電元件的品質(zhì)、應(yīng)用性與使用效率。
圖1A至圖1E為本發(fā)明制造一光電元件的剖面示意圖。本發(fā)明的底材并不限于非透明底材，如砷化鎵(GaAs)，或透明底材，于此實施例中，以透明底材進行說明。參照圖1A，在暫時底材210上形成一光電層，此較佳實施例中的光電層由第一半導(dǎo)體層220、主動層230及第二半導(dǎo)體層240所組成。其次，如圖1B所示，于第二半導(dǎo)體層240上依序形成接合層250與底材260，其中接合層250用以黏著第二半導(dǎo)體層240與底材260，而底材260為一透明底材。
接著，首先以適當?shù)姆绞剑缒ケ≈瞥?lapping)或蝕刻制程(etching)，或先進行磨薄制程后再進行蝕刻制程，其間亦可形成蝕刻停止層(etch stop layer)，將暫時底材210移除，翻轉(zhuǎn)如圖1C所示。
之后，先以一光阻層覆蓋其光電層(未顯示)以定義其發(fā)光結(jié)構(gòu)。接著，利用蝕刻制程，例如一干蝕刻制程(dry etching process)，或是其它種蝕刻制程，如濕式蝕刻制程(wet etching process)，移除部分的第一半導(dǎo)體層220、部分的主動層230以及部分的第二半導(dǎo)體層240，使其結(jié)構(gòu)形成如圖1D所示。
之后，參照圖1E，以電子蒸鍍制程、濺鍍制程、熱蒸鍍制程或者其它方式，分別在第一半導(dǎo)體層220與第二半導(dǎo)體層240上形成導(dǎo)電元件，如電極270與電極280。爾后，通過低溫制程，分別以固相再成長制程(Solid Phase Regrowth，SPR)方式使電極270與第一半導(dǎo)體層220之間，以及電極280與第二半導(dǎo)體層240之間形成歐姆接觸。
而在形成導(dǎo)電元件時，可以使用多種順序以形成電極270與電極280，使電極270與電極280分別跟第一半導(dǎo)體層220與第二半導(dǎo)層240產(chǎn)生歐姆接觸。第一種順序如圖1C至圖1E所示，在電極270與電極280分別形成于第一半導(dǎo)體層220上與第二半導(dǎo)體層240上之后，才一同進行SPR制程，使電極270與第一半導(dǎo)體層220之間，及電極280與第二半導(dǎo)體層240之間形成歐姆接觸。或以未圖標出的第二種順序，在光電元件形成如圖1C的結(jié)構(gòu)后，即于第一半導(dǎo)體層220上形成電，極270，而待第一半導(dǎo)體層220、主動層230與第二半導(dǎo)體層240形成如圖1D所示的結(jié)構(gòu)后，再于第二半導(dǎo)體層240之上形成電極280后，以成為如圖1E所示的結(jié)構(gòu)；之后，再以SPR方式的低溫制程形成電極270與第一半導(dǎo)體層220間與電極280與第二半導(dǎo)體層240間的歐姆接觸。甚至，若有需要，亦可如第二種順序般，先在光電元件成為如圖1C制程中的結(jié)構(gòu)時，就先在第一半導(dǎo)體層220上形成電極270，而后即以低溫的SPR制程形成電極270與第一半導(dǎo)體層220間的歐姆接觸；繼而，才使第一半導(dǎo)體層220、主動層230與第二半導(dǎo)體層240形成如圖1D的結(jié)構(gòu)，待電極280形成于第二半導(dǎo)體層240之上而如圖1E所示之后，再進行一次低溫SPR制程，以完成電極280與第二半導(dǎo)體層240間的歐姆接觸。或是為了其它元件上設(shè)計的需要，亦可產(chǎn)生其它種不同的形成順序。
電極270與電極280的制程溫度可控制于250℃以下，或200℃以下，高于150℃，甚至界定高于100℃，低于175℃；使本實施例中所舉例的發(fā)光二極管，以及其它應(yīng)用本發(fā)明的方法而形成的光電元件，均可在與現(xiàn)有技術(shù)相較后較低的溫度下完成其制程。由于，當溫度低于250℃，或更低的溫度時，該溫度并不會對光電層中的主動層230造成影響，亦可確保主動層230可維持良好的品質(zhì)。
在以發(fā)光二極管為例的本實施例的光電層組成結(jié)構(gòu)中，主動層230可由一量子井(quantum well)或其它結(jié)構(gòu)形成。接近暫時底材210的第一半導(dǎo)體層220，可為n-type半導(dǎo)體層，而第二半導(dǎo)層240則為p-type半導(dǎo)體層；或是依設(shè)計使之相反，而使第一半導(dǎo)體層220為p-type半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)層240則為n-type半導(dǎo)體層。當然，光電層的結(jié)構(gòu)亦可因應(yīng)應(yīng)用元件設(shè)計的需要，而作出改變。
導(dǎo)電元件-電極270與電極280的材質(zhì)，可以由各種不同成份的物質(zhì)組成，這些成份可為Ni、Pd、Ge、Si、Se、Zn、Be、Mg、Cd、Au、Ag、Pt，以及Au、Ag與Pt三種成份中的任意組合，如AuAg、AgPt、AuPt與AuAgPt，且其組合的順序亦無限制，亦即其組成順序可為AgAu、PtAg、PtAu、AuPtAg、AgPtAu、AgAuPt、PtAuAg或PtAgAu。其中，若以A表示Ni、Pd；以B表示Ge、Si、Se；以C表示Zn、Be、Mg、Cd；以D表示Au、Ag、Pt、AuAg、AgPt、AuPt與AuAgPt，則電極270與電極280的成份可分別為ABD與ACD(A、B與D，以及A、C與D的組成順序亦可互換)，或是其它類似的合金。當?shù)谝话雽?dǎo)體層220為n型半導(dǎo)體層時，可以固定選用電極270的材質(zhì)為ABD的物質(zhì)；第二半導(dǎo)體層240為p型半導(dǎo)體層時，可固定選用電極280的材質(zhì)為ACD的物質(zhì)；但亦可為需要而改變選用的材質(zhì)。當然，若為特定的光電元件設(shè)計，電極270與電極280的材質(zhì)當不受限于上述的材質(zhì)。而電極270與電極280的形成方法，可選用熱蒸鍍法(thermalevaporation process)、電子束蒸鍍法(electron beam evaporation process)或其它方法，使之分別形成于第一半導(dǎo)體層220與第二半導(dǎo)體層240上。
此實施例中為透明的底材260的材質(zhì)可以為玻璃、石英、壓克力樹脂(PMMA)、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadienestyrene copolymer)樹脂(ABS resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、藍寶石(sapphire)。另一種選擇是熱塑性聚合物，如聚風物(polysulfones)、聚醚風物(polyethersulfones)、聚醚醯亞胺(polyetherimides)、聚醯亞胺(polyimides)、聚醯胺醯亞胺(polyamide-imide)、聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或碳硅熱固型化合物(silicon-carbon thermosets)。在此較佳實施例中，底材260的材質(zhì)為一玻璃。
本實施例中的接合層250為一透明的黏合物，其材質(zhì)可以是環(huán)氧樹脂(Epoxy)、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadienestyrene copolymer)樹脂(ABS resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)。另一種選擇是熱塑性聚合物，例如聚風物(polysulfones)、聚醚風物(polyethersulfones)、聚醚醯亞胺(polyetherimides)、聚醯亞胺(polyimides)、聚醯胺醯亞胺(polyamide-imide)、聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或如碳硅熱固型化合物(silicon-carbonthermosets)等材質(zhì)皆可。在此較佳實施例中，接合層250為環(huán)氧樹脂(Epoxy)。
再者，由于如上所列舉的接合層250的部份材料于冷卻后，亦可成為透明狀的固化物，所以若有需要，甚至可以省略黏附或形成底材260的步驟，直接以接合層250形成于第二半導(dǎo)體層240上，待其成為固化物后取代底材260，而續(xù)行如上圖1C圖至圖1E的制程。又因本發(fā)明利用低溫制程制成光電元件，故可選用熔點較低的透明底材，或是以熔點較低的一般黏著劑作為接合層，以接合光電層與透明底材，而增加底材與接合層材料選擇上的多樣化，同時也使接合的方式更為簡單。
即使以上所述的實施例內(nèi)容，是以發(fā)光二極管為主，但本發(fā)明的光電元件除了可以為發(fā)光二極管之外，亦可為太陽能電池(solar cells)、光傳感器(light sensor)或是其它種具有導(dǎo)電元件的應(yīng)用。
亦即，本發(fā)明形成光電元件的方法，是先在一底材上形成光電層，之后以低溫制程與固相再成長的方式，于光電層上形成導(dǎo)電元件，繼而可以熔點較低的元件(如以壓克力作為底材)完成光電元件的制程。而通過本發(fā)明所揭露的技術(shù)內(nèi)容，可增加制成光電元件或其它需導(dǎo)電元件的裝置時材料選擇的多樣性，并進一步簡化如接合透明底材與半導(dǎo)體層時的步驟。而且若使用透明材料作為底材時，又可因透明底材的應(yīng)用，而進一步強化光電元件的運作功效與發(fā)光效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種形成光電元件的方法，其特征在于，包含提供一光電層與一底材，該光電層形成于該底材之上；形成一導(dǎo)電元件于該光電層上；以及形成一歐姆接觸，其中該歐姆接觸是通過于溫度低于250℃的環(huán)境下處理該導(dǎo)電元件所形成。
2.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的形成該歐姆接觸的步驟是于低于200℃的溫度下進行。
3.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的形成該歐姆接觸的步驟是形成于100℃至175℃的環(huán)境中。
4.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的歐姆接觸是以固相再成長的方式處理該導(dǎo)電元件與該光電層所形成。
5.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的形成該導(dǎo)電元件的步驟選自下列各種材料之一或其組合以形成該導(dǎo)電元件Ni、Pd、Ge、Si、Se、Au、Ag、Pt、AuAg、AgPt、AuPt與AuAgPt。
6.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的形成該導(dǎo)電元件的步驟選自下列各種材料之一或其組合以形成該導(dǎo)電元件Ni、Pd、Zn、Be、Mg、Cd、Au、Ag、Pt、AuAg、AgPt、AuPt與AuAgPt。
7.如權(quán)利要求1所述形成光電元件的方法，其中，上述的提供該光電層與該底材步驟包含于一透明底材上形成該光電層。
8.如權(quán)利要求7所述形成光電元件的方法，其中，上述的提供該透明底材的步驟包含選自下列材料之一或其組成以形成該透明底材玻璃、石英、環(huán)氧樹脂、壓克力樹脂、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯或藍寶石。
9.如權(quán)利要求7所述形成光電元件的方法，其中，上述的提供該透明底材的步驟包含選自下列材料之一或其組成以形成該透明底材聚風物、聚醚風物、聚醚醯亞胺、聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚甲苯硫化物或碳硅熱固型化合物。
10.如權(quán)利要求8所述形成光電元件的方法，其中，上述的提供該底材的步驟包含以一接合層黏著該透明底材與該光電層，并選自下列材料之一或其組成以形成該接合層環(huán)氧樹脂、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物樹脂或聚甲基丙烯酸甲酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以一低溫制程形成光電元件的方法，通過一低溫制程，在低溫的環(huán)境下于光電層上形成導(dǎo)電元件，以便使用一般黏合劑黏合底材與光電層，以維持甚至提升發(fā)光效率。
文檔編號H01L31/18GK1612363SQ20031010262
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者吳伯仁 申請人:洲磊科技股份有限公司