TW201519455A - 具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置及其製造方法，至少包含有:一基板；一多層半導體結構層，係形成於該基板上；以及一週期性光柵結構層，係根據最佳化之參數而內嵌形成於該多層半導體結構層之中；其特徵在於改變入射光源之方向，使與該多層半導體結構層產生共振之交互作用，藉以增強元件特性。而製造上述裝置之方法，則包括:(1)提供一基板；(2)形成一多層半導體結構層於該基板上；(3)選擇最佳化之參數於該多層半導體結構層之表面進行設計一週期性光柵結構；以及(4)透過蝕刻方式於該多層半導體結構層中內嵌形成一週期性光柵結構層。
Description
本發明係為一種光電元件裝置及其製造方法，特別是指一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置及其製造方法。
拜日新月異之科技發展所賜，光電元件已廣泛地被應用於我們的日常生活當中，而近年來全世界針對光電元件之研究無不投入莫大之心力，首要目標都在於提升光電元件之效能。光電元件主要可分為光偵測器以及太陽能電池等，而光偵測器中包含有可見光偵測器，係可應用於數位相機的光偵測器，以及數位多功能光碟機的光讀寫頭。為了提升偵測效率，通常會在可見光偵測器之表面利用表面電漿效應(Surface plasma effect)來增強入射光源。經檢索中華民國專利第I335084號「全彩多像素光偵測器裝置」即藉由表面電漿波效應且具有在特定波段以及頻寬內才會進行反應的特性，可用來偵測特定波段的入射光，提高光偵測器的光偵測能力；再者，光偵測器中還包含有紅外線偵測器，紅外線偵測器不論在軍事上或者民生用途上均扮演著相當重要的角色，此處特別以量子井紅外線偵測器為例來做說明。由於量子井紅外線偵測器並不吸收正面入射光，因此往往需要額外的導光機制將垂直於水平面的電磁波模式(TE Mode)之入射光，進行轉換成為平行於水平面的電磁波模式(TM Mode)之入射光，傳統上係同樣利用表面電漿效應，來提升偵測能力；最後論及太陽能電池，由於太陽光是一種能取之不盡、用之不竭的自然資源，且將太陽光之光能進行轉換所產生出的電能更可提供多種能源裝置的應用，因此，太陽光電池技術便為目前的一項重要科技。然而經檢索中華民國專利公開號第201230376號「薄膜太陽能電池光侷限整合方法及其結構」係利用表面電漿子奈米結構之高散射效率及强近場光學效應來增加光停留在光吸收層之時間，以增加元件之光電流、提升太陽能電池之效率。另專利公開號第201007815號「用於光電元件之金屬薄膜及其製造方法」，係利用一波狀陣列來引發表面電漿共振，藉此提升金屬薄膜之光穿透率。上述之習知技術係均利用表面電漿共振技術來提升光電元件之效能，但由於表面電漿共振技術須同時存在金屬層與非導電介質層方能完成，且須提供一金屬光柵薄層以及介質層，所以在製程上較為繁複、耗時。故本發明之發明人有鑑於上述習知技術之缺失，乃亟思發明一種無須額外增加製程上之步驟且又能夠大幅提升光電元件之元件特性的方法，因此提出一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置及其製造方法。
本發明之一目的係提供一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，使入射於該光電元件之光源透過該週期性光柵結構層改變其行進方向，使其成為橫向傳播之光源，並平行於該多層半導體結構層並與其產生共振，用以延伸該光源於該多層半導體結構層中之傳播路徑，藉以增強該光電元件之元件特性。
本發明之另一目的係提供一種形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，毋須額外製作金屬光柵薄層以及介質層，僅透過蝕刻該多層半導體結構層而內嵌形成一週期性光柵結構層即可增強該光電元件之特性。
為達到上述目的以及其它目的，本發明係提供一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其至少包含有：一基板；一多層半導體結構層，係形成於該基板上；以及一週期性光柵結構層，係根據最佳化之週期、尺度因子以及深度等參數於該多層半導體結構層之表面進行設計並透過蝕刻方式而內嵌形成於該多層半導體結構層之中；其中該基板、該多層半導體結構層以及該週期性光柵結構層係形成一光電元件裝置；其特徵在於使入射於該光電元件之光源透過該週期性光柵結構層而進入該多層半導體結構層，並改變該光源之行進方向，使其成為橫向傳播之光源並平行於該多層半導體結構層之平面且與其產生共振之交互作用，用以延伸該光源於該多層半導體結構層中之傳播路徑，藉以增強該光電元件之元件特性。其中該多層半導體結構層係至少包含有一紅外線偵測器結構、一可見光偵測器結構、一紫外光偵測器結構或一太陽能電池結構；且該入射光源之波段係介於可見光至遠紅外光之間(300nm~24μm)。
為達到上述目的以及其它目的，本發明係更提供一種形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其包含有:(1)提供一基板；(2)形成一多層半導體結構層於該基板上；(3)選擇最佳化之週期、尺度因子以及深度等參數於該多層半導體結構層之表面進行設計一週期性光柵結構；以及(4)透過蝕刻方式將該週期性光柵結構蝕刻至該多層半導體結構層之中，內嵌形成一週期性光柵結構層。
與習知技術相較，本發明一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置及其製造方法，具有以下之優點以及特性:1.不同於習知之表面電漿共振技術，毋須額外製作金屬光柵薄層以及介質層，僅透過蝕刻該多層半導體結構層而內嵌形成一週期性光柵結構層即可增強該光電元件之特性，於製程上更為簡便、快速；2.本發明之週期性光柵結構之深度係深及該光電元件之主動區抑或是更深之區域，得延伸該光源於該光電元件主動區中之傳播路徑並增加該光源與該主動區產生共振交互作用之次數，藉以增強該光電元件之元件特性；3.本發明之週期性光柵結構之週期大小係可根據不同波長之入射光源而設計出最佳尺寸大小，使光源滿足一共振條件，裨益大部分光源能於該光電元件主動區中橫向傳播，以增強該光電元件之元件特性。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
請參考第一圖，其係為本發明一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之示意圖，其至少包含有：一基板10；一多層半導體結構層20；以及一週期性光柵結構層30。其中該基板10、該多層半導體結構層20以及該週期性光柵結構層30係形成一光電元件裝置1；其特徵在於使入射於該光電元件裝置1之一入射光源2，透過該週期性光柵結構層30而產生繞射和穿透等現象，並進入該多層半導體結構層20。而當該入射光源2於該多層半導體結構層20中的波長與該週期性光柵結構層30的週期相近，即滿足色散方程式時，更將產生異常穿透現象並同時滿足共振條件，因此改變該入射光源2之行進方向，使其成為一橫向傳播之光源3並平行於該多層半導體結構層20之平面且與其產生共振之交互作用，用以有效地延伸該入射光源2於該多層半導體結構層20中之行經、傳播路徑而不易逸散至空氣中，藉以增強該光電元件裝置1之元件特性。其中該入射光源2之波段頻譜係介於可見光至遠紅外光之間(300nm~24μm)。
該基板10係可以為矽(Si)、絕緣層覆矽(Silicon On Insulator, SOI)、鍺(Ge)、絕緣層覆鍺(Ge On Insulator , GeOI)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、銻化銦 (InSb)、碲化鎘(CdTe)、碳化矽(SiC)、藍寶石基板(Al2
O3
)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、玻璃、石英以及金屬之其中之一者。
該多層半導體結構層20係可為第IV族元素半導體及其合金以及第III-V族、第II-VI族及第IV-VI元素的化合物半導體及其合金之其中之一者。其中該多層半導體結構層20係可至少包含有一紅外線偵測器結構，而該紅外線偵測器結構係可為量子井紅外線偵測器結構、超晶格紅外線偵測器結構或量子井紅外線偵測器結構與超晶格紅外線偵測器結構兩者組合之其中之一者；該多層半導體結構層20係又可至少包含有一可見光偵測器結構或紫外光偵測器結構，而該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構係至少包含有一p-n接面或一p-i-n接面；該多層半導體結構層20係更可至少包含有一太陽能電池結構，而該太陽能電池結構係可為單接面太陽能電池結構、 雙接面太陽能電池結構或三接面太陽能電池結構之其中之一者。其中特別注意的是，形成上述該多層半導體結構層20於該基板10上之方法係可為分子束磊晶技術(MBE)、金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)以及液態磊晶技術(LPE)之其中之一者。
該週期性光柵結構層30，係可為週期性柱狀光柵結構、週期性間隙光柵結構或週期性柱狀與間隙光柵結構之其中之一者，且同時係可為一維、二維或三維之其中之一者之排列態樣，並根據最佳化之一週期P、尺度因子(Filling Factor)以及一深度D等參數於該多層半導體結構層20之表面利用電子束微影技術(E-beam lithography)或光學微影技術(Photolithography)之其中之一者來進行設計，並透過乾式蝕刻方式或濕式蝕刻方式之其中之一者進行蝕刻而內嵌形成於該多層半導體結構層20之中。其中，該週期P係根據不同波長之該入射光源2而有不同之最佳尺寸，較佳為200奈米(nm)至3.6微米(μm)之間；該尺度因子係較佳為0.5；該深度D之範圍係根據該多層半導體結構層20之組成而有所不同，係可從該紅外線偵測器結構之表面至該紅外線偵測器結構之該量子井或該超晶格底部，係又可從該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之表面至該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之該p-n接面空乏區底部或該p-i-n接面之i層底部；係更可從該等太陽能電池結構之表面至該等太陽能電池結構接面空乏區之底部。
請參考第二圖，其係為本發明製造具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之流程圖，其包含有:(1)提供一基板S100；(2)形成一多層半導體結構層於該基板上S200；(3)選擇最佳化之週期、尺度因子以及深度等參數於該多層半導體結構層之表面進行設計一週期性光柵結構S300；以及(4)透過蝕刻方式將該週期性光柵結構蝕刻至該多層半導體結構層之中，內嵌形成該週期性光柵結構層S400。其中該基板10、該多層半導體結構層20以及該週期性光柵結構層30係形成一光電元件裝置1。而該基板10、該多層半導體結構層20以及該週期性光柵結構層30之詳細實施方式及描述均於前述第一圖之實施方式中完整揭露，於此便不再多做贅述。
請參考第三圖，並請一併參考第一圖，其係為本發明一較佳實施例之量子井紅外線偵測器結構圖。該量子井紅外線偵測器結構4由下到上分別為砷化鎵(GaAs)之該基板10、100奈米厚之一無參雜砷化鎵緩衝層41、900奈米厚之一n型參雜砷化鎵底部接觸層42、20對由50奈米厚之一鋁砷化鎵(AlGaAs)層431與6奈米厚之一砷化鎵層432組成之一量子井結構43、50奈米厚之一鋁砷化鎵阻擋層44以及250奈米厚之一n型參雜砷化鎵頂部接觸層45。其中，該無參雜砷化鎵緩衝層41、該n型參雜砷化鎵底部接觸層42、該20對鋁砷化鎵層431與砷化鎵層432組成之該量子井結構43、該鋁砷化鎵阻擋層44以及該n型參雜砷化鎵頂部接觸層45係構成該多層半導體結構層20。首先，利用電子束微影系統(E-beam lithography)，在該量子井紅外線偵測器結構4之表面製作出四種週期分別為800奈米、1600奈米、2400奈米以及3200奈米之週期性光柵，且尺度因子(Filling Factor)設定為0.5，故線寬分別為400奈米、800奈米、1200奈米以及1600奈米。接下來利用感應式耦合電漿反應式離子蝕刻(ICP-RIE)乾式蝕刻系統分別對四種不同週期大小之試片進行蝕刻，蝕刻深度有300奈米、580奈米、860奈米以及1420奈米四種，進而形成該週期性光柵結構層30。其中，蝕刻深度達580奈米時即代表至該量子井結構43之四分之一深度處、蝕刻深度達860奈米時即代表至該量子井結構43之二分之一深度處，而蝕刻深度達1420奈米時即代表至該量子井結構43之底部。而後再以傳統之光學曝光微影製程(Photolithography)定義出該量子井紅外線偵測器結構4之平台(Mesa)，接續以濕式蝕刻之方式蝕刻至該n型參雜砷化鎵底部接觸層42，最後我們使用熱蒸鍍系統分別蒸鍍上電極(圖未示)以及下電極(圖未示)以完成一量子井紅外線偵測器之製作。為了得到該量子井紅外線偵測器之元件特性，將其放入傅立葉轉換紅外光譜系統(FTIR)進行光、暗電流(Photo and Dark current)以及響應度(Responsivity)之量測。
請參考第四圖至第七圖，其係分別為本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構掃描式電子顯微鏡照片，而右上角之內嵌小圖係為該等週期性光柵結構之局部放大圖，該等週期大小係分別為800奈米、1600奈米、2400奈米以及3200奈米，而尺度因子均為0.5。
請參考第八圖，其係為本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構傾斜52度拍攝之掃描式電子顯微鏡照片，該週期大小係為1600奈米、尺寸因子為0.5，由圖中可以清楚地看出該週期性光柵結構層之該深度係約為580nm。
請參考第九圖，其係為本發明一較佳實施例具有表面週期性光柵結構之光學顯微鏡照片，圖中標示上電極以及下電極處即為進行元件特性量測時，施予電壓以及讀出電流之接點。
請參考第十圖以及第十一圖，並請一併參考第三圖，其係分別為本發明一較佳實施例具有不同週期大小之表面週期性光柵結構，且溫度操作於20K時之光暗電流比較圖以及溫度操作於90K時之光暗電流比較圖。該量子井紅外線偵測器之暗電流是一項重要特性指標，倘若偵測器之暗電流太大，可能使得功率消耗問題變得更嚴重，也可能連帶影響到後端讀出電路(read-out circuit)的運作。而從圖中的數據可以發現當該週期性光柵結構層30之該週期P越大而暗電流則越小，可歸因於當將該週期性光柵結構層30向下蝕刻達該量子井結構43，意即到達主動層之區域時，整體來看減少了該量子井結構43之主動層的空間區域，因此可以有效地降低暗電流雜訊的產生。
請參考第十二圖至第十五圖，並請一併參考第三圖，其係為分別為本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構之不同蝕刻深度對元件響應度之曲線圖，該等週期P大小係分別為800奈米、1600奈米、2400奈米以及3200奈米，而尺度因子均為0.5。根據圖中的數據可以發現不論表面之該週期性光柵結構層30之該週期P大小為何，隨著該週期性光柵結構層30之蝕刻深度越深，意即越深入該量子井結構43中，則該量子井紅外線偵測器之響應度則隨之增加，其係可歸因於正向入射進入該量子井紅外線偵測器結構4之該入射光源2透過該表面週期性光柵結構層30而使其成為該橫向傳播之光源3，並平行於該量子井結構43之平面且與其產生共振之交互作用，用以有效地延伸該入射光源於該量子井結構43中之行經、傳播路徑，而不易逸散至空氣中，因此增強該量子井紅外線偵測器之響應度；而當固定該週期性光柵結構層30之蝕刻深度時，則當該週期性光柵結構層30之該週期P係為2400奈米時之響應度為最大，與表面無該週期性光柵結構層30之該量子井紅外線偵測器相比，其響應度可提升達約13倍。同時可以發現由於將該週期性光柵結構層30蝕刻深入該量子井結構43中，將改變原本該量子井結構43之特性，因此第十二圖至第十五圖之元件響應度曲線圖之形狀，亦隨著該等週期性光柵結構層30之該週期P之大小不同而略有改變
因此從上述本發明一較佳實施例之說明，於該量子井紅外線偵測器結構表面上製作該週期性光柵結構層並將該週期性光柵結構層蝕刻至該量子井結構43時，確實能夠有效地降低該量子井紅外線偵測器之暗電流並提升該量子井紅外線偵測器之響應度。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。
1‧‧‧光電元件裝置
10‧‧‧基板
20‧‧‧多層半導體結構層
30‧‧‧週期性光柵結構層
2‧‧‧入射光源
3‧‧‧橫向傳播之光源
4‧‧‧量子井紅外線偵測器結構
41‧‧‧無參雜砷化鎵緩衝層
42‧‧‧n型參雜砷化鎵底部接觸層
43‧‧‧量子井結構
431‧‧‧鋁砷化鎵層
432‧‧‧砷化鎵層
44‧‧‧鋁砷化鎵阻擋層
45‧‧‧n型參雜砷化鎵頂部接觸層
P‧‧‧週期
D‧‧‧深度
S100~S400‧‧‧方法步驟
10‧‧‧基板
20‧‧‧多層半導體結構層
30‧‧‧週期性光柵結構層
2‧‧‧入射光源
3‧‧‧橫向傳播之光源
4‧‧‧量子井紅外線偵測器結構
41‧‧‧無參雜砷化鎵緩衝層
42‧‧‧n型參雜砷化鎵底部接觸層
43‧‧‧量子井結構
431‧‧‧鋁砷化鎵層
432‧‧‧砷化鎵層
44‧‧‧鋁砷化鎵阻擋層
45‧‧‧n型參雜砷化鎵頂部接觸層
P‧‧‧週期
D‧‧‧深度
S100~S400‧‧‧方法步驟
[圖1] 本發明一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之示意圖。 [圖2] 本發明製造具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之流程圖。 [圖3] 本發明一較佳實施例之量子井紅外線偵測器結構圖。 [圖4] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構掃描式電子顯微鏡照片，週期為800奈米、尺寸因子為0.5。 [圖5] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構掃描式電子顯微鏡照片，週期為1600奈米、尺寸因子為0.5。 [圖6] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構掃描式電子顯微鏡照片，週期為2400奈米、尺寸因子為0.5。 [圖7] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構掃描式電子顯微鏡照片，週期為3200奈米、尺寸因子為0.5。 [圖8] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構傾斜52度拍攝之掃描式電子顯微鏡照片，週期為1600奈米、尺寸因子為0.5。 [圖9] 本發明一較佳實施例具有表面週期性光柵結構之光學顯微鏡照片。 [圖10] 本發明一較佳實施例具有不同週期大小之表面週期性光柵結構，且溫度操作於20K時之光暗電流比較圖。 [圖11] 發明一較佳實施例具有不同週期大小之表面週期性光柵結構，且溫度操作於90K時之光暗電流比較圖。 [圖12] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構之不同蝕刻深度對元件響應度之曲線圖，週期為800奈米、尺寸因子為0.5。 [圖13] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構之不同蝕刻深度對元件響應度之曲線圖，週期為1600奈米、尺寸因子為0.5。 [圖14] 本發明一較佳實施例之表面週期性光柵結構之不同蝕刻深度對元件響應度之曲線圖，週期為2400奈米、尺寸因子為0.5。 [圖15] 本發明一較佳實施例表面週期性光柵結構之不同蝕刻深度對元件響應度之曲線圖，週期為3200奈米、尺寸因子為0.5。
1‧‧‧光電元件裝置
10‧‧‧基板
20‧‧‧多層半導體結構層
30‧‧‧週期性光柵結構層
2‧‧‧入射光源
3‧‧‧橫向傳播之光源
P‧‧‧週期
D‧‧‧深度
Claims (40)
- 一種具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其至少包含有：一基板； 一多層半導體結構層，係形成於該基板上；以及 一週期性光柵結構層，係根據最佳化之週期、尺度因子(Filling Factor)以及深度等參數於該多層半導體結構層之表面進行設計並透過蝕刻方式而內嵌形成於該多層半導體結構層之中；其中該基板、該多層半導體結構層以及該週期性光柵結構層係形成一光電元件裝置；其特徵在於使入射於該光電元件裝置之入射光源透過該週期性光柵結構層而進入該多層半導體結構層，並改變該入射光源之行進方向，使其成為橫向傳播之光源並平行於該多層半導體結構層之平面且與其產生共振之交互作用，用以延伸該入射光源於該多層半導體結構層中之傳播路徑，藉以增強該光電元件裝置之元件特性。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電 元件裝置，其中該基板係可以為矽(Si)、絕緣層覆矽(Silicon On Insulator , SOI)、鍺(Ge)、絕緣層覆鍺(Ge On Insulator , GeOI)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、銻化銦 (InSb)、碲化鎘(CdTe)、碳化矽(SiC)、藍寶石基板(Al2 O3 )、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、玻璃、石英以及金屬之其中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該多層半導體結構層係可為第IV族元素半導 體及其合金以及第III-V族、第II-VI族及第IV-VI元素的化合物半導體及其合金之其中之一者。
- 如申請專利範圍第3項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該多層半導體結構層係至少包含有一紅外線偵測器結構。
- 如申請專利範圍第4項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該紅外線偵測器結構係可為量子井紅外線偵測器結構、超晶格紅外線偵測器結構或量子井紅外線偵測器結構與超晶格紅外線偵測器結構兩者組合之其中之一者。
- 如申請專利範圍第3項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該多層半導體結構層係至少包含有一可見光偵測器結構或紫外光偵測器結構。
- 如申請專利範圍第6項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構係 至少包含有一p-n接面或一p-i-n接面。
- 如申請專利範圍第3項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該多層半導體結構層係至少包含有一太陽能電池結構。
- 如申請專利範圍第8項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該太陽能電池結構係可為單接面太陽能電池結構、 雙接面太陽能電池結構或三接面太陽能電池結構之其中之一者。
- 如申請專利範圍第3至9項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中形成該多層半導體結構層於該基板上之方法係可為分子束磊晶技術(MBE)、金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)以及液態磊晶技術(LPE)之其中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該週期性光柵結構係可為週期性柱狀光柵結構、週期性間隙光柵結構或週期性柱狀與間隙光柵結構之其中之一者。
- 如申請專利範圍第11項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該週期性光柵結構係可為一維、二維或三維之其中之一者之排列態樣。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該週期係根據不同波長之入射光源而有不同之最佳尺寸，較佳為200奈米(nm)至3.6微米(um)之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該尺度因子係較佳為0.5。
- 如申請專利範圍第5項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該紅外線偵測器結構之表面至該紅外線偵測器結構之該量子井或該超晶格底部。
- 如申請專利範圍第7項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之表面至該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之該p-n接面空乏區底部或該p-i-n接面之i層 底部。
- 如申請專利範圍第9項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該等太陽能電池結構之表面至該等太陽能電池結構接面空乏區之底部。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該設計方式係可透過電子束微影技術(E-beam lithography)或光學曝光微影技術(Photolithography)之其中之一者來進行。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該蝕刻方式係可為乾式蝕刻方式或濕式蝕刻方式之其中之一者。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該入射光源之波段頻譜係介於可見光至遠紅外光之間(300nm~24μm)。
- 一種形成如申請專利範圍第1項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其包含有: (1)提供一基板； (2)形成一多層半導體結構層於該基板上； (3)選擇最佳化之週期、尺度因子以及深度等參數於該多層半導體結構層之表面進行設計一週期性光柵結構；以及 (4)透過蝕刻方式將該週期性光柵結構蝕刻至該多層半導體結構層之中，內嵌形成該週期性光柵結構層。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該基板係可以為矽(Si)、絕緣層覆矽(Silicon On Insulator , SOI)、鍺(Ge)、絕緣層覆鍺(Ge On Insulator , GeOI)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、銻化銦 (InSb)、碲化鎘(CdTe)、碳化矽(SiC)、藍寶石基板(Al2 O3 )、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、玻璃、石英以及金屬之其中之一者。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該多層半導體結構層係可為第IV族元素半導體及其合金以及第III-V族、第II-VI族及第 IV-VI元素的化合物半導體及其合金之其中之一者。
- 如申請專利範圍第23項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該多層半導體結構層係至少包含有一紅外線偵測器結構。
- 如申請專利範圍第24項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該紅外線偵測器結構係可為量子井紅外線偵測器結構、超晶格紅外線偵測器結構或量子井紅外線偵測器結構與超晶格紅外線偵測器結構兩者組合之其中之一者。
- 如申請專利範圍第23項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該多層半導體結構層係至少包含有一可見光偵測器結構或紫外光偵測器結構。
- 如申請專利範圍第26項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構係至少包含有一p-n接面或一p-i-n接面。
- 如申請專利範圍第23項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該多層半導體結構層係至少包含有一太陽能電池結構。
- 如申請專利範圍第28項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該太陽能電池結構係可為單接面太陽能電池結構、雙接面太陽能電池結構或三接面太陽能電池結構之其中之一者。
- 如申請專利範圍第23至29項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中形成該多層半導體結構 層於該基板上之方法係可為分子束磊晶技術(MBE)、金屬有機化學氣相沉積技術(MOCVD)以及液態磊晶技術(LPE)之其中之一者。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該週期性光柵結構係可為週期性柱狀光柵結構、週期性間隙光柵結構或週期性柱狀與間隙光柵結構之其中之一者。
- 如申請專利範圍第31項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該週期性光柵結構係可為一維、二維或三維之其中之一者之排列態樣。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該週期之尺寸大小係較佳為200奈米(nm)至3.6微米(um)之間。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該尺度因子係較佳為0.5。
- 如申請專利範圍第25項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該紅外線偵測器結構之 表面至該紅外線偵測器結構之該量子井或該超晶格底部。
- 如申請專利範圍第27項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之表面至該可見光偵測器結構或該紫外光偵測器結構之該p-n接面空乏區底部或該p-i-n接面之i層底部。
- 如申請專利範圍第29項所述之具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置，其中該深度範圍係可從該等太陽能電池結構之表面至該等太陽能電池結構接面空乏區之底部。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該設計方式係可透過電子束微影技術(E-beam lithography)或光學曝光微影技術 (Photolithography)之其中之一者來進行。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該蝕刻方式係可為乾式蝕刻方式或濕式蝕刻方式之其中之一者。
- 如申請專利範圍第21項所述之形成具有表面週期性光柵結構之光電元件裝置之方法，其中該基板、該多層半導體結構層以及該週期性光柵結構層係形成一光電元件裝置。
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