TWI399870B - Ultraviolet light photovoltaic element and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

具紫外光光電元件及其製造方法

　 本發明係有關於一種光電元件，特別是指具紫外光光電元件及其製造方法。

　 隨著現今科技的進步，資訊時代的來臨，網路的蓬勃發展，進而發展出許多各式各樣的電子產品以供民眾使用，以因應民眾的需求，該些電子產品的功能越來越為強大周全，而帶給現今民眾在生活上許多便利。現今所有電子產品皆是由許多各式各樣的光電元件所組成，例如發光二極體 (Light Emitting Diode；LED)。也就是說，光電元件之特性會影響電子產品的整體效能，所以光電元件之重要性是不可小闕。由於光電元件具有體積小、壽命長、耗電量小、反應速率快等等特性。也因這些優點導致光電元件產品在市場上的應用開始受到重視，例如交通號誌燈與大型戶外看板，高功率光電元件也逐漸在光電元件背光模組及固態照明等應用中佔有一席之地。
　 在光電元件材料中，對於光線穿透率的多寡取決於光線經過材料界面時的反射率及經過材料時的吸收率，在經過反射及吸收之後所剩於能穿透的比例稱為穿透率，故一高穿透率的材料必須具低反射率及低吸收度兩種特性。
　 光經過材料界面時會因界面兩側材料之折射率差異而產生部分反射，所以可藉降低兩材料折射率的差異並降低反射率。材料本身的吸收度則與其能隙大小相關，當入射光線的能量大於材料本身的能隙時，而會產生價帶電子吸收光線能量躍遷至傳導帶之現象，故材料對於能量大於本身能隙的光線吸收度大。一般而言，能隙越大的材料，穿透率越高，但亦因價帶電子不易躍遷至傳導帶而導電度不佳。目前常見的透明導電層之高穿透率區均因能隙的限制，多至近紫外光區即驟降，所以在紫外光的光電元件應用性不佳。
　 因此，本發明即在針對上述問題而提出一種具紫外光光電元件及其製造方法，不僅可改善上述習用缺點，又可有效提高紫外光的穿透率，且不影響其導電率更可運用在光電元件上以提高效率，以解決上述問題。

　 本發明之主要目的，在於提供一種具紫外光光電元件及其製造方法，其藉由於主動層上方設置導電層，以讓主動層所產生之紫外光可穿透於導電層，以增加紫外光穿透率。如此，可有效提高紫外光於紫外光區的穿透率，且不影響其導電率，而更可運用在光電元件上以提高效率。
　 本發明之主要目的，在於提供一種具紫外光光電元件及其製造方法，其藉由摻雜摻雜物於導電層，而改變導電層的特性，以增加紫外光的穿透率。
　 本發明具紫外光光電元件及其製造方法，其包含一基板、一第一半導體層、一主動層、一第二半導體層、至少一導電層與複數電極。第一半導體層形成於基板上方，主動層形成於第一半導體上方，第二半導體層形成於主動層上方，至少一導電層形成於第二半導體上方，以供主動層所產生之一紫外光穿透，以增加紫外光的穿透率，複數電極分別設置於導電層與第一半導體層上方。由於本發明可增加紫外光穿透率，所以可提高紫外光應用在光電元件上的效率。
　 此外，本發明具紫外光光電元件更包含一接觸層，其設置於第二半導體層與導電層之間，用於降低接觸能障以增加光電元件的使用效率。
　 此外，本發明具紫外光光電元件之導電層更包含一第一導電膜、一摻雜層與一第二導電膜，第一導電膜設於第二半導體上方，摻雜層設於第一導電膜上方，第二導電膜設於摻雜層上方，如此可增加紫外光的穿透率。
　 再者，本發明具紫外光光電元件之導電層更包含至少一摻雜物，摻雜物摻雜於導電層，可改變導電層的特性，以增加紫外光的穿透率。

　 茲為使　貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：
　 首先，請參閱第一圖，係本發明之一較佳實施例之具紫外光光電元件的結構示意圖。如圖所示，本發明具紫外光光電元件包含一基板12、一第一半導體層13、一主動層14、一第二半導體層16、一導電層18與複數電極19。第一半導體層13設於基板12上方，主動層14設於第一半導體層13上方，第二半導體層16設於主動層14上方，導電層18設於第二半導體層16上方，電極19分別設於導電層18與第一半導體層13上方。主動層14設於第一半導體13上方，並產生一紫外光，而穿透於導電層18。由於本發明藉由主動層14產生紫外光，且紫外光可並穿透於導電層18，所以本發明可提高光電元件之紫外光的穿透率，而提高具紫外光光電元件之效能。此外，本發明之導電層18可設置多層，並不侷限僅能設置一層於第二半導體層16上方。
　 本發明具紫外光光電元件之導電層18更包含至少一摻雜物184，且導電層18之材質不同於摻雜物184之材質。本發明藉由摻雜摻雜物184於導電層18，而改變導電層18的特性，藉此將可有效提高導電層18的紫外光穿透率，且不影響其導電率，如此運用在紫外光的光電元件上，可有效提高效率。本發明之摻雜物的實施例可包含一金屬、一非金屬或金屬化合物或其任意組合，非金屬包含硫、碳或磷或其任意組合，金屬化合物包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合。
　 本發明具紫外光光電元件更包含一接觸層17，其設於第二半導體層16與導電層18之間。在光電元件中，第二半導體層16與電極19接觸時會有能障過高，而無法形成歐姆式接觸，因此本發明可藉由接觸層17降低接觸能障，而使得光電元件使用效率提升。本發明接觸層17之一較佳實施例為一金屬接觸層，且金屬接觸層包含一氧化鎳。
　 本發明具紫外光光電元件之導電層18之一較佳實施例為一透明導電層。基板12之一較佳實施例為一藍寶石基板、一氮化矽基板、一氧化鋅基板或一氮化鎵基板。第一半導體層13之一較佳實施例為一N型半導體層，且N型半導體層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。主動層14之一較佳實施例包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。第二半導體層16之一較佳實施例為一P型半導體層，且P型半導體層可包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
　 請一併參閱第二A圖至第二J圖，係本發明之一較佳實施例之具紫外光光電元件的製造過程的結構示意圖。首先請先參閱第二A圖，如第二A圖所示，提供基板12，並形成第一半導體層13於基板12上方，之後形成主動層14於第一半導體層13上方，以產生紫外光，然後形成第二半導體層16於主動層14上方。接著請參閱第二B圖，在部份第二半導體層16上方形成一光阻21，上述形成光阻21於第二半導體層16之一實施方式可為一微影製程。之後請參閱第二C圖，形成光阻21後蝕刻第一半導體層13、主動層14與第二半導體層16，上述形成光阻21後蝕刻第一半導體層13、主動層14與第二半導體層16之一實施方式可為一微影製程及乾式蝕刻的方式。
　 承接上述，接著請參閱第二D圖，將光阻21移除掉。再來請參閱第二E圖，將第二C圖蝕刻的部分再形成光阻23，而形成於外露之第一半導體層13上方。之後請參閱第二F圖，形成接觸層17於第二半導體層16。接下來請參閱第二G圖，形成導電層18於接觸層17，以供紫外光穿透。之後請參閱第二H圖，將光阻23移除，並露出部分第一半導體層13。再來請參閱第二I圖，形成光阻25於部分導電層18與部分外露的第一半導體層13上方。接著請參閱第二J圖，在形成電極19於導電層18與外露的第一半導體層13。之後移除光阻25，即完成如第一圖所示之本發明的具紫外光光電元件。
　 請參閱第三圖，係本發明之另一較佳實施例之具紫外光光電元件的結構示意圖。如圖所示，此時實施例不同上一實施例在於此實施例之導電層更包含一第一導電膜181、一摻雜層183與一第二導電膜185。第一導電膜181設於第二半導體層16上方，摻雜層183設於第一導電膜181上方，第二導電膜185設於摻雜層183上方。由於本發明之導電層更包含第一導電膜181、摻雜層183與第二導電膜185，所以為多層結構，且第一導電膜181與第二導電膜185中間夾摻雜層183，所以亦可稱為三明治結構。由於本發明之導電層不限於一層，所以此實施例之多層結構不限於一組多層結構，即本發明之光電元件也可增加多組多層結構。本發明具紫外光光電元件之第一導電膜181與第二導電膜185之一較佳實施例為一透明導電膜。
　 上述摻雜層183之一較佳實施例為一金屬摻雜層，金屬摻雜層之摻雜物可包含有一金屬或一金屬化合物，金屬化合物包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合，且金屬摻雜層183摻雜摻雜物184之方式包含一共蒸鍍或一共濺鍍，共蒸鍍包含一電子槍蒸鍍法或一熱蒸鍍法。
　 綜上所述，本發明具紫外光光電元件及其製造方法包含基板、第一半導體層、主動層、第二半導體層、導電層與電極。基板上方形成第一半導體層，第一半導體層上方形成主動層，且主動層會產生紫外光，主動層上方形成第二半導體層，第二半導體層上方形成導電層，導電層可供紫外光穿透，導電層與第一半導體層上方形成電極。本發明之導電層可供主動層產生的紫外光穿透，所以可增加紫外光穿透率，而提高紫外光應用在光電元件上的效率。此外，本發明之導電層更包含有摻雜物，以提高紫外光穿透率。
　 故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱 。　
　 惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

12‧‧‧基板
13‧‧‧第一半導體層
14‧‧‧主動層
16‧‧‧第二半導體層
17‧‧‧接觸層
18‧‧‧導電層
181‧‧‧第一導電膜
183‧‧‧摻雜層
184‧‧‧摻雜物
185‧‧‧第二導電膜
19‧‧‧電極
21‧‧‧光阻
23‧‧‧光阻
25‧‧‧光阻

第一圖係本發明之一較佳實施例之具紫外光光電元件的結構圖；
第二A圖至第二J圖係本發明之一較佳實施例之具紫外光光電元件的製造過程的結構示意圖；以及
第三圖係本發明之另一較佳實施例之具紫外光光電元件的結構圖。

12‧‧‧基板

13‧‧‧第一半導體層

14‧‧‧主動層

16‧‧‧第二半導體層

17‧‧‧接觸層

18‧‧‧導體層

184‧‧‧摻雜物

19‧‧‧電極

Claims (42)

1. 一種具紫外光光電元件，其包含有：
   一基板；
   一第一半導體層，設於該基板上方；
   一主動層，設於該第一半導體層上方，並產生一紫外光；
   一第二半導體層，設於該主動層上方；
   　 至少一導電層，設於該第二半導體層上方，以供該紫外光穿透；以及
   　 複數電極，設於該導電層與該第一半導體層上方。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，更包含：
   一接觸層，設於該第二半導體層與該導電層之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具紫外光光電元件，其中該接觸層為一接觸金屬層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具紫外光光電元件，其中該接觸金屬層包含一氧化鎳。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該導電層為一透明導電層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該導電層包含至少一摻雜物。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具紫外光光電元件，其中該導電層之材質不同於該摻雜物之材質。
8. 如申請專利範圍第6項所述之具紫外光光電元件，其中該摻雜物包含一非金屬、一金屬或一金屬化合物或其任意組合。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具紫外光光電元件，其中該非金屬包含碳、硫、或磷或其任意組合。
10. 如申請專利範圍第8項所述之具紫外光光電元件，其中該金屬化合物包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合。
11. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該導電層更包含：
    一第一導電膜，設於該第二半導體層上方；
    一摻雜層，設於該第一導電膜上方；以及
    一第二導電膜，設於該摻雜層上方。
12. 如申請專利範圍第11項所述之具紫外光光電元件，其中該第一導電膜與該第二導電膜為一透明導電膜。
13. 如申請專利範圍第11項所述之具紫外光光電元件，其中該摻雜層為一金屬摻雜層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之具紫外光光電元件，其中該金屬摻雜層包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合。
15. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該基板為一藍寶石基板、一氮化矽基板、一氧化鋅基板或一氮化鎵基板。
16. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該第一半導體層為一N型半導體層。
17. 如申請專利範圍第16項所述之具紫外光光電元件，其中該N型半導體層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
18. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該主動層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
19. 如申請專利範圍第1項所述之具紫外光光電元件，其中該第二半導體層為一P型半導體層。
20. 如申請專利範圍第19項所述之具紫外光光電元件，其中該第二半導體層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
21. 一種具紫外光光電元件製造方法，其包含有：
    提供一基板；
    形成一第一半導體層於該基板上方；
    形成一主動層於該第一半導體層上方，並產生一紫外光；
    形成一第二半導體層於該主動層上方；
    形成至少一導電層於該第二半導體層上方，以供該紫外光穿透；以及
    　 形成複數電極於該導電層與該第一半導體層上方。
22. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中於形成至少一導電層於該第二半導體層上方之步驟前，更包含下列步驟：
    形成一接觸層於該主動層上方。
23. 如申請專利範圍第22項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該接觸層為一接觸金屬層。
24. 如申請專利範圍第23項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該接觸金屬層包含一氧化鎳。
25. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中導電層為一透明導電層。
26. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中於形成至少一導電層於該第二半導體層上方之步驟中，更包含下列步驟：
    形成一第一導電膜於該第二半導體上方；
    形成一摻雜層於該第一導電膜上方；以及
    形成一第二導電膜於該摻雜層上方。
27. 如申請專利範圍第26項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該第一導電膜與該第二導電膜為一透明導電膜。
28. 如申請專利範圍第26項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該摻雜層為一金屬摻雜層。
29. 如申請專利範圍第28項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該金屬摻雜層包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合。
30. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中於形成至少一導電層於該第二半導體層上方之步驟，更包含摻雜至少一摻雜物於該導電層。
31. 如申請專利範圍第30項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中摻雜方式包含一共蒸鍍或一共濺鍍。
32. 如申請專利範圍第31項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該共蒸鍍包含一電子槍蒸鍍法或一熱蒸鍍法。
33. 如申請專利範圍第30項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該導電層之材質不同於該摻雜物之材質。
34. 如申請專利範圍第30項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該摻雜物包含一非金屬、一金屬或一金屬化合物或其任意組合。
35. 如申請專利範圍第34項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該非金屬包含碳、硫、或磷或其任意組合。
36. 如申請專利範圍第34項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該金屬化合物包含一金屬氧化物、一金屬硫化物或一金屬氮化物或其任意組合。
37. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該基板包含一藍寶石基板、一氮化矽基板、一氧化鋅基板或一氮化鎵基板。
38. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該第一半導體層為一N型半導體層。
39. 如申請專利範圍第38項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該N型半導體層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
40. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該主動層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。
41. 如申請專利範圍第21項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該第二半導體層為一P型半導體層。
42. 如申請專利範圍第41項所述之具紫外光光電元件製造方法，其中該P型半導體層包含一氮化鎵、一鋁鎵氮三元化合物、一氮化鋁、一銦鎵氮三元化合物、一鋁鎵銦氮四元化合物、一氮化銦、一鎵銦砷氮四元化合物、或一鎵銦磷氮四元化合物。