TWI602315B - 具有經組構成效能更佳之低帶隙主動層之感光元件及相關方法 - Google Patents

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Description

具有經組構成效能更佳之低帶隙主動層之感光元件及相關方法
本發明之實施例與感光元件(photoactive devices)及製作感光元件之方法有關。
感光元件(photoactive devices)為採用半導體材料以將電磁輻射轉換成電能，或將電腦轉換成電磁輻射之半導體元件。感光元件包括，舉例而言，光伏打電池、光感測器、發光二極體，以及雷射二極體。
光伏打電池(在本發明所屬技術領域中亦稱為「太陽能電池」或「光電池」)係用於將能量從光(例如太陽光)轉換成電。光伏打電池通常包括一個或多個pn接面，且光伏打電池可使用傳統半導體材料，例如矽、鍺及III-V族半導體材料，加以製造。來自入射電磁輻射(例如光線)之光子，被pn接面鄰近之半導體材料所吸收而造成電子-電洞對(electron-hole pairs)的產生。由撞擊輻射所產生的電子及電洞，被橫跨該pn接面之一內建電場驅往相反方向，從而在該pn接面相對兩側的n區與p區間產生一電壓。該電壓可用於產生電力。但pn接面處半導體材料的晶格缺陷，卻替先前因輻射吸收所產生的電子及電洞提供了重新結合的地方，從而降低光伏打電池將輻射轉換成電的效率。
撞擊在光伏打電池上的電磁輻射光子必須具有充分能量，才能克服半導體材料之帶隙能而產生電子-電洞對。因此，光伏打電池之效率，取決於撞擊光子所具有之能量相應於半導體材料之帶隙能者之百分比。易言之，光伏打電池之效率，至少有部分取決於撞擊在光伏打電池上之輻射波長與半導體材料帶隙能兩者間的關係。而太陽光發射的波長有一定範圍。因此，現已開發出包含超過一個pn接面的光伏打電池，其中每一pn接面包括具有不同帶隙能的半導體材料，以捕捉不同波長的光線，並增加光伏打電池的效率。此等光伏打電池被稱為「多重接面(multi-junction)」光伏打電池或「MJ」光伏打電池。
因此，多重接面光伏打電池之效率，可透過選定pn接面處之半導體材料，使其具有之帶隙能與對應於該光伏打電池欲吸收之最大強度光線之波長之光波長一致，以及透過降低pn接面處半導體材料晶格缺陷之濃度而提升。一種降低半導體材料晶格缺陷濃度的方式為，採用晶格常數及熱膨脹係數彼此高度匹配之半導體材料。
在轉換波長範圍從大約1,550奈米至大約1,800奈米之電磁輻射方面，先前已知之多重接面光伏打電池相對缺乏效率。舉例而言，已知一多重接面光伏打電池中之一鍺(Ge)電池係採用一pn接面。如同，舉例而言，M.Yamaguchi等人在《Solar Energy》第79期之文章〈Multi-junction III-V solar cells：current status and future potential〉(pp.78-85(2005))，以及D.Aiken等人在文章〈Temperature Dependent Spectral Response Measurements for III-V Multi-Junction Solar Cells〉(Emcore Photovoltaics,10420 Research Rd.SE,Albuquerque,NM 87123)所揭露者。在不束縛於任何特定理論下， 目前咸信，外部量子效率(external quantum efficiency)之降低，至少有部分是因為，此等輻射波長之光子與前述鍺電池之鍺晶格中電子兩者間之光耦合(optical coupling)，涉及了導帶與價帶間的間接電子躍遷(indirect electronic transition)。除光子及電子外，該光耦合過程還需要聲子(phonon)以保存動量(momentum)。由於需要聲子保存動量，對於波長超過大約1,650奈米之光子而言，間接電子躍遷會導致低光吸收係數(optical absorption coefficient)，且此等光子很可能只有在穿過物理厚度足夠的鍺之後，才會被吸收。
再者，先前已知之鍺太陽電池，經常包含在重摻雜p型底材上所形成之鍺。因此，該鍺層內之少數載子(電子)擴散長度(minority carrier diffusion length)小於該鍺層(即pn接面形成於其中之層)之實際物理厚度。因此，波長超過大約1,650奈米之大部分光子，無法在電子與電洞發生不欲見之重新結合前，產生出能夠擴散充足距離至一電極之電子，因而無法對光伏打電池之光電流(photocurrent)有所貢獻。
本概要之提供旨在以簡要形式介紹所選定之概念。這些概念將在下文於本發明示範性實施例之詳細說明中進一步闡述。本概要之用意並不在於指出請求標的之主要特點或基本特點，亦不在於限制請求標的之範圍。
在一些實施例中，本發明包括感光元件，其包含一第一電極、一第二電極，以及設置在該第一電極與該第二電極間之一主動區。該 主動區被組構成吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在該第一電極與該第二電極間產生一電壓。該主動區包括至少一主動層，該至少一主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙。該至少一主動層設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面。該至少一主動層之背表面所具有之表面粗度，大於該正表面之表面粗度。
在額外實施例中，本發明包含製作感光元件之方法。依照此等方法，一主動區可被形成及組構成吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在一第一電極與一第二電極間產生一電壓。該感光元件之主動區可被形成為包括至少一主動層，該至少一主動層含有一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙。該至少一主動層可被形成為設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面。該背表面可被形成為具有大於該正表面之表面粗度之表面粗度。該些方法更包括形成該第一電極與該第二電極，在兩電極間，一電壓因對撞擊在該主動區上之輻射之吸收有反應而產生。
100‧‧‧感光元件
102‧‧‧電磁輻射
103‧‧‧主動區域
104‧‧‧第一主動層
105A‧‧‧正表面
105B‧‧‧背表面
106‧‧‧第二主動層
108‧‧‧第三主動層
110‧‧‧第四主動層
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧第二電極
114‧‧‧開孔
115‧‧‧抗反射塗層
116‧‧‧窗口層
118‧‧‧背面電場層
120‧‧‧穿隧層
122‧‧‧結構特徵
140‧‧‧第一底材表面
142‧‧‧第一底材
144‧‧‧子層
146‧‧‧子層
148‧‧‧pn接面
150‧‧‧材料層
152‧‧‧施體結構
154‧‧‧離子植入平面
156‧‧‧曝露主要表面
160‧‧‧第二底材
162‧‧‧曝露主要表面
164‧‧‧導電金屬
166‧‧‧導電底材
168‧‧‧接觸金屬
170‧‧‧第一多層結構
172‧‧‧第二多層結構
圖1為描繪一四重接面光伏打電池之部分截面之示意簡圖，該光伏打電池在一電池中包含一主動層，該主動層具有依照本發明實施例之一粗化背表面。
圖2為圖1之四重接面光伏打電池之一部分之放大圖，其描繪具有該粗化背表面之該主動層。
圖3為圖2之一部分之放大圖，其描繪該主動層之粗化背表面。
圖4描繪一主動層之另一種粗化背表面，該主動層可為本發明之額外實施例所採用。
圖5至16為結構之側面剖視簡圖，其簡要描繪本發明之方法之實施例，該些方法可用於製作本說明書所述感光元件。
圖5描繪將離子植入包含一種半導體材料之一施體結構。
圖6描繪圖5之結構被直接鍵合至一第一底材之一表面。
圖7描繪經由使圖6所示之施體結構沿一離子植入平面斷裂，將一層半導體材料從該施體結構移轉至該第一底材所形成之一結構。
圖8描繪製作包含鍺(Ge)之一主動層，該主動層當中有一pn接面在該第一底材上方。
圖9描繪經由在圖8所示之含鍺主動層上方製作額外主動層所形成之一多重接面感光元件。
圖10描繪一第二底材被接合至圖9之多重接面感光元件之相反於該第一底材之一側。
圖11描繪經由將該第一底材從圖10之結構移除以曝露出一主動層之背表面所形成之一結構(並描繪該結構相對於圖11之角度而言係被反轉)。
圖12描繪經由粗化圖11之主動層之曝露背表面，之後在該粗 化背表面上方沉積一導電材料層所形成之一結構。
圖13描繪經由在圖12所示之粗化背表面上方增厚該導電材料層所形成之一結構。
圖14描繪可從圖13之結構形成之一多重接面感光元件，其方式為完成在該增厚導電層上方形成一第一電極、移除該第二底材，並在該多重接面感光元件之主動區之相反於該第一電極之一側提供一第二電極。
圖15描繪經由在圖8之結構上生長一主動區之額外層所形成之一第一多層結構。
圖16描繪經由在一第二底材上生長一主動區之多個層所形成之一第二多層結構。
圖17描繪圖15之多層結構被直接鍵合至圖16之多層結構，以形成像圖10所示之一結構。
本說明書提出之說明，其用意並非針對任何特定感光元件或其組件之實際意見，而僅是用以說明本發明實施例之理想化陳述。
在本說明書中，「III-V族半導體材料」一詞係指並包含至少主要包括元素週期表中一種或多種IIIA族元素(硼、鋁、鎵、銦、鈦)與一種或多種VA族元素(氮、磷、砷、銻、鉍)之任何半導體材料。舉例而言，III-V族半導體材料包括，但不限於，氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP)、砷化鎵(GaAs)、氮化銦(InN)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)、氮化鋁(AlN)、磷化鋁(AlP)、砷化鋁(AlAs)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化銦鎵(InGaN)、 磷化銦鎵(InGaP)、氮磷化銦鎵(InGaNP)、砷氮化鎵銦(GaInNAs)等等。
依照本發明之實施例，感光元件包含設置在電極間之一主動區，其中該主動區包含一主動層，該主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出一帶隙，其介於大約0.60eV與大約2.10eV之間，而且，在一些實施例中，該帶隙介於大約0.60eV與大約1.20eV之間，或甚至介於大約0.60eV與大約1.20eV之間。具有此種帶隙之該主動層亦可設有一背表面，該背表面具有之表面粗度大於該主動層正表面之表面粗度。此等感光元件之非限制性示例茲參考圖1至圖4說明如下，可用於製作此等感光元件之方法之實施例則參考圖5至圖16說明如下。
圖1描繪可應用本發明之方法之實施例而形成之一感光元件100。圖1之感光元件100包括一光伏打電池(例如太陽能電池)，其被組構成對撞擊在該感光元件100上之電磁輻射(例如太陽光)之吸收有反應而產生一電壓。換言之，該感光元件100被組構成將撞擊在該感光元件100上之電磁輻射102(例如光)轉換成電。圖1之感光元件100為一多重接面感光元件100，且包含一主動區103，該主動區103包含一第一主動層104、一第二主動層106、一第三主動層108，以及一第四主動層110。該些主動層104、106、108、110當中每一個，皆定義出該多重接面感光元件100之一子電池(subcell)並包含多個子層(sublayers)。該些主動層104、106、108、110(及其中之子層)當中每一個，皆包含半導體材料(例如鍺、矽、一種III-V族半導體材料等等)。
該些主動層104、106、108、110當中每一個，皆包含一pn接面，其被定義成介於該層中至少兩個子層之間。換言之，該些主動層104、 106、108、110當中每一個，皆包括含有一種p型半導體材料之一子層，以及含有一種n型半導體材料之一鄰接子層，以將一pn接面定義在鄰接之該p型與n型半導體材料間之界面上。如本發明所屬技術領域所已知，該pn接面會發展出一電荷空乏區(在本發明所屬技術領域中亦稱為一空間電荷層)及一內建電場。當該電磁輻射102之光子進入該感光元件100，這些光子可在該些主動層104、106、108、110之半導體材料內被吸收。當一光子具有之能量，相應於將該光子吸收掉之個別半導體材料之帶隙能時，一電子-電洞對便可在該半導體材料內產生。當光子在pn接面之電荷空乏區內被吸收而造成電子-電洞對在其中形成時，該pn接面之內建電場會將電子驅往n型區，並將電洞驅往相反方向，也就是p型區的方向。隨著電子在n型區累積，電洞在p型區累積，便產生橫跨該pn接面之一電壓。該些主動層104、106、108、110之電壓係橫跨整個感光元件100而累積(例如以串聯方式)，以在一第一電極111(其在該感光元件100一側)與一第二電極112(其在該感光元件100之相對側)之間提供一開路電壓(open circuit voltage)VOC。該第一電極111及該第二電極112可包括導電金屬或金屬合金。該第二電極112可為不連續，以提供穿過該第二電極112之至少一開孔114，該電磁輻射102可通過該至少一開孔114並進入該些主動層104、106、108、110。一抗反射(AR)塗層115可提供在該感光元件100之開孔114中，如圖1所示。
經由在pn接面採用具有不同組成及帶隙能之半導體材料，該些主動層104、106、108、110當中每一個可被組構成吸收不同波長之電磁輻射102。
該第一主動層104可包括一種半導體材料，該半導體材料表 現出一帶隙，其介於大約0.60eV與大約2.10eV之間，介於大約0.60eV與大約1.20eV之間，或甚至介於大約0.60eV與大約0.80eV之間。再者，該主動層104可設有一正表面105A，在該感光元件100操作期間，輻射102可穿透該正表面105A而進入該主動層104，以及該主動層104可設有一背表面105B，其位於就該主動層104而言相反於該正表面105A之一側。該背表面105B具有之表面粗度可大於該正表面105A之表面粗度。
作為非限制性示例，該第一主動層104可包括鍺(Ge)，且可具有大約0.66eV之帶隙能。舉例而言，該第一主動層104可至少實質上由單晶之磊晶鍺(monocrystalline epitaxial germanium)組成。在其他實施例中，該第一主動層104可包括一種稀釋氮化物III-V族半導體材料，如同，舉例而言，2011年12月23日提出，名稱為「Methods of Forming Dilute Nitride Materials for Use in Photoactive Devices and Related Structures」之美國專利申請案第61/580,085號所述者，該申請案之全部揭露茲以此參考方式納入本說明書。作為非限制性之一示例，該第一主動層104可包括Ga1-yInyNxAs1-x，其中y大於0.0且小於1.0(例如介於大約0.08與大約1之間)，且x介於大約0.1與大約0.5之間。該Ga1-yInyNxAs1-x之帶隙能為其組成(亦即x及y之值)之函數。因此，取決於x及y之值，該Ga1-yInyNxAs1-x可表現出介於大約0.90eV與大約1.20eV間之一帶隙能。該Ga1-yInyNxAs1-x可表現出介於大約1.00eV與大約1.10eV間之一帶隙能。其他稀釋氮化物材料，諸如GaInNAsSb，可為本發明額外實施例之第一主動層104所採用。
作為非限制性示例，該第二主動層106、該第三主動層108及該第四主動層110當中每一個，可包含一種III-V族半導體材料。作為非限 制性示例，該第二主動層106可包括一pn接面，該pn接面係形成於InGaAsN此一III-V族半導體材料(一種稀釋氮化物材料，可如前文關於該第一主動層104之說明所述)中，該半導體材料具有大約1.00eV之帶隙能，該第三主動層108可包括形成於GaAs此一III-V族半導體材料中之一pn接面，該半導體材料具有介於大約1.4eV與大約1.5eV間(例如大約1.43eV)之帶隙能，且該第四主動層110可包括形成於InGaP中之一pn接面，該半導體材料具有介於大約1.85eV與大約2.10eV間(例如大約1.88eV)之帶隙能。
繼續參考圖1，該些主動層104、106、108、110當中每一個，可包含額外之材料層，該些額外材料層可包括，舉例而言，窗口層116及背面電場(back surface field，BSF)層118。該些窗口層116及背面電場層118係用於在整個該感光元件100中轉換材料組成，以增加(例如最大化)在主動層中產生之少數載子之收集。
如圖1所示，在該些主動層104、106、108、110之間可設置穿隧層120。該些穿隧層120係用於在鄰接該些穿隧層120相對兩側之子電池之相對n型及p型區間，提供具低電阻之互連。該些穿隧層120對該電磁輻射102可至少實質上為透明，以允許該電磁輻射102穿透該些穿隧層120至下層之子電池。每一穿隧層120可包括高度摻雜之一n型層及高度摻雜之一p型層(圖中未顯示)。該些高度摻雜之n型層及p型層之材料可具有寬帶隙。在此組構中，空乏區相對狹窄，有利於電子從n型區之導帶穿隧至p型區之價帶。因此，雖然圖1將其簡要描繪成單一層，但該些穿隧層120可包括複數個半導體材料層(例如III-V族半導體材料)。
具有更少或更多主動層(例如一層、兩層、三層、五層等等) 之感光元件，亦可依照本發明之實施例加以製作。
些主動層104、106、108、110(包含其中之子層)及該些穿隧層120可應用磊晶生長技術逐層製作，如下文參考圖5至圖16之詳細說明。
除欲使該感光元件100中各不同材料層表現出之光學性質及電氣性質外，該感光元件100中不同半導體材料亦為晶質(且經常實質上由該材料之單晶所組成)，且可能受到物理限制及考量。存在於各種半導體材料之結晶構造中之缺陷，為電子及電洞提供了集中及重新結合的地方，從而降低該感光元件100之效率。因此，所欲者為形成該些不同半導體材料，使其具有相對低之缺陷濃度。為降低該些不同半導體材料間界面處之缺陷濃度，不同材料層之組成可加以選定，以使鄰接之材料層具有大致匹配之晶格常數。這些額外之設計參數，對於可被該感光元件100內不同半導體材料成功採用之材料，提供了進一步限制。假晶層(具有相異之晶格常數，但其層厚度夠薄足以避免應變鬆弛之層)可加以使用。
如前所述，該第一主動層104之背表面105B具有之表面粗度，可大於該第一主動層104之正表面105A之表面粗度。該背表面105B可具有一形貌(topography)，該形貌被組構成將該第一主動層104內部撞擊在該背表面105B上之電磁輻射102加以反射。該第一主動層104之背表面105B之較大表面粗度，可用於增加該電磁輻射102之光子在該第一主動層104內部之光程(optical path)，卻不需增加該第一主動層104之實際物理厚度，從而提高該些光子被吸收及造成電子-電洞對產生之機率。
圖2為圖1所示該感光元件100之第一主動層104之放大圖。如圖2所示，該第一主動層104可具有一實際平均層厚度T。該第一主動層104 可具有選定之一組成，以使對該電磁輻射102之光子之吸收有反應，而在該第一主動層104內產生之電子所表現出之平均擴散長度，大於該第一主動層104之實際平均層厚度T。在一些實施例中，該第一主動層104之實際平均層厚度T可為大約100微米(100μm)或更薄，或甚至大約10微米(10μm)或更薄。圖2所示之n型鍺層可具有大約1微米(1μm)或更薄之平均層厚度，且圖1所示之p型鍺層可具有大約10微米(10μm)或更薄之平均層厚度。然而，由於光子可被該背表面105B反射而留在該第一主動層104內部達相對較長之一段時間，因此，相對於有相等組成及厚度T但無粗化背表面105B之先前已知主動層，該些光子在本發明之第一主動層104內被吸收之機率可因而增加。
該第一主動層104之背表面105B之形貌可包含複數個結構特徵122(texture features)。該些結構特徵122可擇一或同時包括從該背表面105B伸出之凸處及伸進該背表面105B之凹處。該些結構特徵122可被隨機安置及分散在整個背表面105B，或被安置在該背表面105B上之選定位置。在一些實施例中，該些結構特徵122可被排列成一有序陣列(ordered array)，亦即在該第一主動層104之背表面105B範圍內，每一結構特徵122係安置在預先決定且選定之位置。
圖3為圖1及2中第一主動層104之背表面105B之放大圖。如圖3所示，該些結構特徵122可包括從該第一主動層104之背表面105B伸進該第一主動層104之凹處。該些凹處可包括在橫向上彼此隔離且伸進該背表面105B之分立盲孔。該些凹處可具有任何截面形狀，例如圓形、橢圓形、方形、矩形等等。在其他實施例中，該些凹處在該背表面105B中可包括細長 之通道或溝槽，以及，該些凹處可在該背表面105B之平面內之各方向上呈細長狀。
額外實施例中，該些結構特徵122可包括從該背表面105B伸出該第一主動層104之凸處，如圖4所示。該些凸處可包括在橫向上彼此隔離之分立丘狀物或柱狀物。該些凸處可具有任何截面形狀，例如圓形、橢圓形、方形、矩形等等。在其他實施例中，該些凸處可包括從該背表面105B突出之細長脊，以及該些凸處可在該背表面105B之平面內之各方向上呈細長狀。
如圖3及圖4所示，在一些實施例中，該些結構特徵122在垂直於該主動層104之一平面中可具有一平均截面尺寸D，該平均截面尺寸D介於大約10奈米(10nm)與大約10微米(10μm)之間，更詳細而言，介於大約10奈米(10nm)與大約5微米(5μm)之間，或甚至介於大約10奈米(10nm)與大約1微米(1μm)之間。舉例而言，參考圖3，該些凹處可從該背表面105B伸入該主動層104之平均距離D，係介於大約10奈米(10nm)與大約10微米(10μm)之間。如圖4所示，該些凸處可從該背表面105B伸出該主動層104之平均距離D，係介於大約10奈米(10nm)與大約10微米(10μm)之間。
如圖3及圖4所示，在一些實施例中，該些結構特徵122在平行於該主動層104之一平面中可具有一平均截面尺寸W，該平均截面尺寸W介於大約100奈米(100nm)與大約50微米(50μm)之間，介於大約100奈米(100nm)與大約20微米(20μm)之間，或甚至介於大約100奈米(100nm)與大約10微米(10μm)之間。舉例而言，參考圖3，該些凹處可具有一平均 截面尺寸W，其介於大約100奈米(100nm)與大約50微米(50μm)之間。如圖4所示，該些凸處可具有一平均截面尺寸W，其介於大約100奈米(100nm)與大約50微米(50μm)之間。
該些結構特徵122之平均截面尺寸D及W可加以選定，以在該感光元件100之操作期間，使波長範圍在大約1,550奈米至大約1,800奈米之輻射102(圖1)從該背表面105B被反射回該主動層104內之機率最大化，以提高該輻射102之光子在該主動層104內被吸收及造成電子-電洞對產生之機率。
如前所述，該主動層104可包含p型摻雜子層及n型摻雜子層，兩者間定義出一pn接面。因此，該主動層104之一區包含至少一種p型摻雜物，且該主動層104之另一區包含至少一種n型摻雜物。在一些實施例中，該主動層104之p型區內一種或多種p型摻雜物之濃度，可表現出橫跨該主動層104之p型區之一濃度梯度。舉例而言，該主動層104之p型區內一種或多種p型摻雜物之濃度可朝一方向降低，該方向係從該主動層104之背表面105B往該主動層104之正表面105A延伸。經由在該主動層104之p型區內提供此種濃度梯度，可在其中提供一電場，以協助驅使電子往該主動層104之n側移動(亦即朝著圖1至4所示實施例中該主動層104之正表面105A移動)。在一些實施例中，該主動層104之p型區內一種或多種p型摻雜物之濃度，可指數式(exponentially)從該主動層104之背表面105B往該主動層104之正表面105A降低，這樣，該主動層104之p型區內便提供有至少實質上恆定之一電場。
本發明之額外實施例包含製作如本說明書所述感光元件之 方法。一般而言，該些方法包括形成一主動區103，該主動區103被組構成吸收撞擊在其上之輻射102，並對該輻射102之吸收有反應而在一第一電極111與一第二電極112間產生一電壓。該主動區103可被形成為包含諸如該主動層104之至少一主動層，其包括一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙。該主動層104可被形成為包含一正表面105A，在該感光元件100操作期間，輻射102可透過該正表面105A而進入該主動層104，以及一背表面105B，其位於就該主動層104而言相反於該正表面105A之一側。該背表面105B可被形成為具有大於該正表面105A表面粗度之表面粗度。該些方法更包括形成該第一電極111與該第二電極112，在兩電極間，一電壓因對撞擊在該主動區103上之輻射102之吸收有反應而產生。此等方法之實施例之非限制性示例，茲參考圖5至圖16揭露如下。
參考圖8，一主動層104可形成在一第一底材142之一表面140上，以使該主動層104之背表面105B被設置成鄰接該第一底材142之表面140。
該第一底材142之組成可考慮若干因素而加以選定，該些因素取決於欲形成或以其他方式提供於該第一底材142上方之層之組成。舉例而言，該底材之組成可被選定成包括一種結晶材料，該結晶材料具有之晶體結構大致類似於，欲形成或以其他方式提供於該第一底材142上方之材料之晶體結構。該底材之組成亦可被選定成包括一材料熱膨脹係數，該熱膨脹係數大致類似於欲形成或以其他方式提供於該第一底材142上方之材料所表現出之熱膨脹係數。經由選定該第一底材142，使其具有之晶體結構及熱膨脹係數，大致類似於欲形成或以其他方式提供於該第一底材142上方之 材料之晶體結構及熱膨脹係數，可減少後續處理期間該些材料內之機械應變，並從而減少欲形成或以其他方式提供於該第一底材142上方之材料中不欲有之晶格缺陷。作為非限制性示例，在實施例中若欲將鍺(Ge)直接形成或以其他方式直接提供於該第一底材142上方，則該第一底材142可包括，舉例而言，一種氧化物，例如氧化鋁(Al2O3)(譬如一藍寶石底材)或氧化矽(SiO2)。
如前文參考圖1所討論者，該主動層104可定義出欲形成之一多重接面感光元件100(圖1)之一子電池，且該主動層104可包括多個子層。該主動層104可被形成為在其兩個子層間包含一pn接面。換言之，該主動層104可包括含有一種p型半導體材料之一子層144，以及含有一種n型半導體材料之一鄰接子層146，以將一pn接面148定義在相鄰之該p型與n型半導體材料間之界面處。如前所述，該主動層104可包括表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙之一種半導體材料。作為非限制性示例，該主動層104可包括鍺(Ge)(例如單晶之磊晶鍺)，且可具有介於大約0.66eV之帶隙。在其他實施例中，該主動層104可包括一種稀釋氮化物III-V族半導體材料，如本說明書前文所討論者。該主動層可包含額外之材料子層，其可包括，舉例而言，一窗口層116及一背面電場(BSF)層118，如前文參考圖1所說明。
在一些實施例中，為使該第一層104形成於該第一底材142之表面140上方，可先將一第一材料層150(圖7)，其包含該第一層104之半導體材料，移轉至該第一底材142之表面140，然後將移轉過去之第一材料層150增厚，以形成該主動層104，如下文參考圖5至圖8所說明。
作為非限制性示例，可應用本發明所屬技術領域中已知之SMART-CUT®製程，將一第一材料層150(圖7)從一施體結構152(圖5)移轉至該第一底材142上面。該SMART-CUT®製程係說明於，舉例而言，美國專利第RE39,484號(2007年2月6日核發予Bruel)、美國專利第6,303,468號(2001年10月16日核發予Aspar等人)、美國專利第6,335,258號(2002年1月1日核發予Aspar等人)、美國專利第6,756,286號(2004年6月29日核發予Moriceau等人)、美國專利第6,809,044號(2004年10月26日核發予Aspar等人)，以及美國專利第6,946,365號(2005年9月20日核發予Aspar等人)，該些專利之全部揭露茲以此參考方式納入本說明書。
茲參考圖5至圖7，將該SMART-CUT®製程簡述如下。參考圖5，複數個離子(例如氫離子、氦離子或惰性氣體離子當中一者或多者)可沿著一離子植入平面154被植入一施體結構152。該施體結構152可包含一種主體晶質III-V族半導體材料，例如單晶鍺。沿著該離子植入平面154所植入之離子，在該施體結構152內定義出弱化之一離子植入平面，該施體結構152後續可沿著該弱化平面劈開或以其他方式斷裂。如在本發明所屬技術領域中已知，該些離子植入該施體結構152之深度，至少有部分為該些離子植入該施體結構152時所具能量之一函數。一般而言，以較低能量植入之離子，其植入深度相對較淺，以較高能量植入之離子，其植入深度相對較深。
參考圖6，使該施體結構152與該第一底材142之表面140有直接物理接觸，並應用所謂的「直接鍵合(direct bonding)」製程，使該施體結構152直接鍵合至該第一底材142。在將該施體結構152與該第一底材142之表面緊靠在一起之前，可先使該些表面變得平滑及適於鍵合，其方式為， 舉例而言，使該些表面接受一研磨製程、一蝕刻製程，以及一拋光製程(例如一化學機械研磨(CMP)製程)當中一者或多者，以降低該些鍵合表面之表面粗度。該施體結構152與該第一底材142之表面，在為了鍵合而緊靠在一起前，亦可以化學方式加以活化，以提升最終在兩者間所建立鍵合之強度。
將該施體結構152及該第一底材142之表面緊靠在一起後，便可在該施體結構152與該第一底材142間建立直接原子鍵合(direct atomic bonds)，以形成圖6所示之鍵合結構。建立此種直接原子鍵合之方法，係說明於，舉例而言，美國專利申請公開案第2011/0045611 A1號，其於2011年2月24日以Castex等人之名公開，其全部揭露茲以此參考方式納入本說明書。
視需要地，在進行直接鍵合製程前，可先將一層介電材料提供在該施體結構152之一鍵合表面上及/或在該第一底材142之表面140上。
形成圖6之鍵合結構後，可將該施體結構152沿著該離子植入平面154劈開或以其他方式斷裂，以完成將該材料層150移轉至該第一底材142之表面140，並形成圖7之結構。舉例而言，可將該施體結構152(其已與該第一底材142鍵合)加熱，以造成該施體結構152沿著該離子植入平面154斷裂。視需要地，可向該施體結構152施加機械力，以協助該施體結構152沿著該離子植入平面154劈開。在該施體結構152沿著該離子植入平面154劈開或以其他方式斷裂後，該施體結構152之一部分會保持鍵合至該第一底材142，且該部分定義出被移轉之材料層150(圖4)。該施體結構152之其餘部分可在後續之SMART-CUT®製程中重複使用，以將該施體結構152之更多部分移轉至其他底材。
繼續參考圖7，在前述之斷裂製程後，該移轉材料層150之一曝露主要表面156可包括該施體結構152(圖6)之一斷裂表面，且可包含該材料層150之離子雜質及晶格瑕疵。該材料層150可加以處理，以期降低該材料層150之雜質含量並改進其晶格品質(亦即減少該曝露主要表面156附近之晶格缺陷數目)。此等處理可包含研磨、拋光、蝕刻及熱回火當中一者或多者。
在其他實施例中，可經由將主體半導體材料(bulk semiconductor material)鍵合至該第一底材142之表面140，然後應用一研磨製程、一蝕刻製程，以及一拋光製程(例如一化學機械研磨製程)當中一者或多者，將該主體半導體材料薄化以形成該材料層150，而將該材料層150提供在該第一底材142之表面140上。
在本發明另外之實施例中，該材料層150可包括一種獨立(freestanding)材料，其中該材料層係自撐式(self supporting)，不需諸如來自該第一底材142之支撐。在此等實施例中，該材料層150可經由將高能量離子植入一主體施體結構152而形成。高劑量離子植入之應用，可提供獨立之一材料層150，其具有範圍為大約10微米至大約50微米之平均層厚度(例如，等於大約20微米(20μm)之平均層厚度)。
在一些實施例中，該移轉材料層150可具有大約1.50μm或更薄之平均層厚度。
參考圖8，在該第一底材142之表面140上形成相對薄之材料層150後，該材料薄層150可經由，舉例而言，在該相對薄之材料層150上面磊晶生長額外之一材料層，而增厚之，以形成該主動層104。舉例而言，如 圖8所示，額外之半導體材料，其組成可與該材料層150之組成相同或類似，可以磊晶方式生長在該層150上面，以完成該主動層104之形成。作為非限制性之一特定示例，該磊晶生長可包括形成一重摻雜p型鍺BSF層118、一摻雜p型鍺子層144、一摻雜n型鍺子層146以定義出一pn接面148，以及一重摻雜n型鍺窗口層116。其他實施例可不包含BSF層118及/或窗口層116。可用於生長此等摻雜鍺層之各種磊晶生長技術已為本發明所屬技術領域所知，且此等生長技術可為本發明之實施例所採用。此等生長技術包括，但不限於，化學氣相沉積(CVD)技術、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術、氣相磊晶(VPE)技術、物理氣相沉積(PVD)技術，以及分子束磊晶(MBE)技術。此外，作為多重接面感光元件之子電池，此等鍺基主動層104之各種組構已為本發明所屬技術領域所知，且此等組構可為本發明之實施例所採用。
如前所述，該主動層104可被形成為包含p型摻雜子層及n型摻雜子層，且兩者之間定義出一pn接面。因此，在該主動層104之p型區之製作期間，可將p型摻雜物引入該主動層104中欲摻雜成p型之區，並可在該主動層104之n型區之製作期間，將n型摻雜物引入該主動層104中欲摻雜成n型之區。此外，在該p型區之製作期間，該一種或多種p型摻雜物之濃度可有所變化，以在該主動層104形成後，提供一濃度梯度橫跨該主動層104之p型區之厚度。舉例而言，在該主動層104之p型區內，可造成該一種或多種p型摻雜物之濃度，從該主動層104之背表面105B往該主動層104之正表面105A之方向降低，如前文之討論。經由在該主動層104之p型區中提供此種濃度梯度，便可在其中提供一電場，以協助驅使電子往該主動層104之n側 移動(亦即朝著圖8所示實施例中該主動層104之正表面105A移動)。
在一些實施例中，如此形成之該主動層104之背表面105B可具有一表面粗度，其至少實質上類似於該主動層104之正表面105A之表面粗度。
參考圖9，在形成該主動層104後，可視需要地在該主動層104上方製作該感光元件100(圖1)之額外層。舉例而言，可完成該感光元件100之一主動區103之形成，且此種主動區103可包含一個或多個額外主動層，以定義出該感光元件100之額外子電池。作為非限制性之一示例，可將前文參考圖1所述之一第二主動層106、一第三主動層108及一第四主動層110，製作在該第一主動層104上方。並可在鄰接之該些主動層104、106、108、110間形成穿隧層120。
該些不同之額外層可經由依序逐層磊晶生長之方式製作。每一層或每一子層所採用之特定生長技術，可取決於各該層或子層之組成。磊晶生長此等層之常用生長技術包括化學氣相沉積(CVD)技術、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術、氣相磊晶(VPE)技術、金屬有機氣相磊晶(MOVPE)技術、物理氣相沉積(PVD)技術，以及分子束磊晶(MBE)技術。
參考圖10，一第二底材160可在就該主動層104而言相反於該第一底材140之一側接合在該主動層104上方(及先前製作在該主動層104上方之任何額外層之上方)，而同時該第一底材140係保持接合至該第一主動層104。
該第二底材160可包括若干種含氧化物材料(例如氧化鋁、 氧化鋯、氧化矽等等)及半導體材料(例如矽、鍺、碳化矽、一種III-V族半導體材料(例如GaAs、GaN等等)、氮化鋁、鑽石等等)當中任一者。該第二底材160可包括一種結晶材料(例如多晶或單晶材料)。此外，該第二底材160可至少實質上由一種單一、大致均質(homogenous)之材料組成，或者，該第二底材160可包括諸如絕緣體上半導體(SeOI)類型之一種多層結構，例如藍寶石上砷化鎵(gallium arsenide-on-sapphire，GaAsOS)底材，或藍寶石上鍺(germanium-on-sapphire，GeOS)底材。
將該第二底材160接合在該主動層104上方可應用，舉例而言，本說明書前文所述之直接鍵合製程。在一些實施例中，該第二底材160可在一直接鍵合製程中被直接接合至該主動區103之一曝露主要表面162(在圖10之實施例中，該曝露主要表面162包括該第四主動層110之一窗口層116之一曝露表面)。
將該第二底材160接合在該主動層104上方後，便可將該第一底材142自該主動層104移除，以曝露出該主動層104之背表面105B，如圖11所示。該結構係以相對於圖10方位而言旋轉180度(亦即反轉)之方位描繪於圖11中。將該第一底材142自該主動層104移除可應用，舉例而言，一研磨製程、一拋光製程及一化學(濕式或乾式)蝕刻製程(例如一化學機械研磨(CMP)製程)當中一者或多者。作為非限制性之一示例，該第一底材142之大部分可應用一機械研磨製程加以移除，然後，相對薄之該第一底材142之餘留層，可經由一化學蝕刻製程加以移除，其中，相對於該主動層104之材料而言，該化學蝕刻製程使用之蝕刻劑對該第一底材142之材料有選擇性。在移除該第一底材142所採用之蝕刻製程中，該主動層104可充當 蝕刻阻擋層。
參考圖12，將該第一底材142移除後，可對所曝露出之該主動層104之背表面105B進行處理，以造成該背表面105B具有之表面粗度，大於該主動層104之正表面105A之表面粗度。換言之，將該第一底材142移除後，可將該主動層104之曝露背表面105B粗化，以增加該背表面105B之表面粗度。該背表面105B之粗化可形成該些結構特徵122(例如凹處及/或凸處)，並提供該背表面105B之最終形貌，如前文參考圖1至圖4之說明。
有各種不同技術可用於粗化該背表面105B及形成該些結構特徵122。作為非限制性示例，該背表面105B可以一化學蝕刻製程及一機械粗化製程當中至少一者處理，以增加該背表面105B之表面粗度。在一些實施例中，一研磨製程可用於粗化該背表面105B，以及在該背表面105B中形成包含凹處及/或凸處之該些結構特徵122。在一些實施例中，一化學機械研磨(CMP)製程可用於粗化該背表面105B，以及在該背表面105B中形成包含凹處及/或凸處之該些結構特徵122。在其他實施例中，一化學蝕刻製程可用於粗化該背表面105B，以及在該背表面105B中形成包含凹處及/或凸處之該些結構特徵122。此種化學蝕刻製程可擇一或同時採用一種溼式化學蝕刻劑及一種乾式電漿蝕刻劑。
在一些實施例中，可使用一微影光罩及蝕刻製程粗化該背表面105B。在此等實施例中，一光罩層可沉積在該主動層104之曝露背表面105B上方，且該光罩可選擇性地被賦予圖案，以在欲蝕刻至該背表面105B之位置形成穿透該光罩之開口，從而形成開口及/或凸處。形成該圖案光罩層後，穿過該圖案光罩層而曝露出來之該主動層104之區，可應用一濕式蝕 刻製程或一乾式反應性離子蝕刻製程加以蝕刻，以將該主動層104之該些區移除，從而在該背表面105B定義出選定之凹處及/或凸處。被定義在該主動層104之背表面105B之該些凹處及/或凸處之形狀，可至少有部分為該圖案光罩之開口形狀與蝕刻該主動層104所用蝕刻製程類型(例如等向性或非等向性蝕刻製程)之函數。在前述之蝕刻製程後，便可將該圖案光罩層移除。此種光罩及蝕刻製程可用於在該主動層104之背表面105B上預先決定且選定之位置形成凹處及/或凸處。
簡短地參考圖1，本發明之方法可更包括形成該第一電極111及該第二電極112，在兩者間，一電壓因對撞擊在該主動區103上之輻射102之吸收有反應而產生。參考圖13，為形成該第一電極111，可在該主動層104之粗化背表面105B上提供一種或多種導電材料。舉例而言，一導電金屬164可以沉積或其他方式提供於該粗化背表面105B上，以在該導電金屬164與該主動層104間提供一歐姆接觸。該導電金屬164可包括，舉例而言，鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、銀(Ag)、鉬(Mo)，或包含此等元素當中一者或多者之合金或混合物。在一些實施例中，該導電金屬164可包括具有不同組成之金屬之一多層堆疊。該導電金屬164可應用一化學氣相沉積(CVD)製程、一物理氣相沉積(PVD)製程、一濺鍍製程、一無電電鍍沉積製程，以及一電解電鍍沉積製程當中一者或多者，而沉積在該背表面105B上。
該第一電極111及該第二電極112之製作可如圖14所示加以完成。倘若，舉例而言，該導電金屬164之厚度不足以允許該結構接受處理，則可視需要將一導電底材166(例如一操作底材)鍵合至該導電金屬164。該導電底材166可包括，舉例而言，一種金屬，諸如鎢(W)、銅(Cu)、鉭(Ta)、 鈦(Ti)、銀(Ag)、鉬(Mo)，或包含此等元素當中一者或多者之合金或混合物。將該導電底材166鍵合至該導電金屬164可應用，舉例而言，本說明書前文所述之一直接鍵合製程。視需要地，可將額外之一接觸金屬層168沉積在該導電底材166之一表面上方，該表面就該導電底材166而言係位於相反於該導電金屬164之一側。該導電金屬164、該導電底材166，以及該接觸金屬168可一起定義出該第一電極111。
繼續參考圖14，這時可將該第二底材160(圖13)移除，並可在就該主動層104而言相反於該第一電極111之一側，將該第二電極112製作在該主動層104上方(及該主動區103之任何視需要之額外層上方)。如前文參考圖1所述，該第二電極112可被形成為不連續，以定義出至少一開孔114，該電磁輻射102可通過該至少一開孔114並進入該主動區103。一抗反射(AR)塗層115可視需要而形成，該塗層115在至少該第二電極112中任何開孔114內延伸於該主動區103上方。
在前文參考圖5至圖14所說明之該些方法中，該感光元件100之主動區103係完全製作在該第一底材142上面，然後再將該第二底材160接合至該主動區103之相反於該第一底材142之一側。在本發明之額外實施例中，該主動區103(包含該主動層104)之一第一部分可製作在該第一底材142上面，以形成一第一多層結構，且該主動區103之一第二部分可單獨製作在該第二底材160上面，以形成單獨之一第二多層結構，然後，該第一及第二多層結構可互相直接鍵合在一起。
舉例而言，圖8所示之多層結構，可如前文參考圖5至圖8之說明加以製作。參考圖15，該主動區103(圖1)之額外層可生長在圖8之結 構上方，以形成一第一多層結構170。作為非限制性之一示例，一穿隧層120可生長在該第一主動層104上方，且該第二主動層106可生長在該穿隧層120上方，以形成該第一多層結構170。
參考圖16，一第二多層結構172之單獨製作，可經由形成該第四主動層110、該第三主動層108，以及該第二底材160一表面上方之該些穿隧層120而實現。該第二底材160可如前文參考圖10所說明者。在該第二底材160上方所形成之該主動區103之各個層，亦可應用前文參考圖8及圖9所說明之方法而形成。
如圖17所示，在分別形成該些多層結構170及172後，便可將該第一多層結構170直接鍵合至該第二多層結構172。前文所說明之一直接鍵合製程可加以採用，以將該第一多層結構170直接鍵合至該第二多層結構172。待該第一多層結構170直接鍵合至該第二多層結構172後，便可形成如圖10所示之一結構，且該結構接著可以前文參考圖10至圖14所述方式加以處理，從而完成圖1至圖4所描繪之一感光元件100之製作。
雖然圖15之第一多層結構170被描述成包含該第一及第二主動層104、106，且圖16之第二多層結構172被描述成包含該第三及第四主動層108、110，但該第一多層結構170可包含該感光元件100(圖1)中該主動區103之任何一層或多層，且該第二多層結構172可包含該感光元件100中該主動區103之其餘層。
上文參考圖15至圖17所說明之方法，在下列情況尤其有用：欲應用一生長技術，例如化學氣相沉積(CVD)技術(諸如金屬有機氣相磊晶(MOVPE)技術)，製作該主動區103中某些層(例如主動層104、106、 108、110及穿隧層120)當中一者或多者時，以及，欲應用另一不同之生長技術，例如分子束磊晶(MBE)技術，製作該主動區103中其他某些層當中一者或多者時。此等方法之示例詳揭於，舉例而言，法國專利申請案第1159154號，其於2011年10月11日以Krause之名提出，其名稱為「Multi junctions in a semiconductor device formed by different deposition techniques」，該申請案之全部揭露茲以此參考方式納入本說明書。
茲將本發明其他非限制性質實施例敘述如下：
實施例1：一感光元件，其包括：一第一電極；一第二電極；以及一主動區，其係設置在該第一電極與該第二電極之間，該主動區被組構成吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在該第一電極與該第二電極間產生一電壓，該主動區包括至少一主動層，該至少一主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙，該至少一主動層設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面，該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度。
實施例2：如實施例1之感光元件，其中該背表面具有一形貌，該形貌被組構成將該至少一主動層內部撞擊在該背表面上之輻射加以反射。
實施例3：如實施例2之感光元件，其中該背表面之形貌包含複數個結構特徵(texture features)，該些結構特徵在平行於該至少一主動層之一平面中具有一平均截面尺寸(cross-sectional dimension)，該平均截面尺 寸介於大約100奈米(100nm)與大約50微米(50μm)之間。
實施例4：如實施例3之感光元件，其中該複數個結構特徵包括伸入該至少一主動層之複數個凹處，該複數個凹處在垂直於該至少一主動層之一平面中具有介於大約10奈米(10nm)與大約10微米(10μm)間之平均截面尺寸。
實施例5：如實施例3或實施例4之感光元件，其中該複數個結構特徵包括從該背表面之一主要平面突出該至少一主動層之複數個凸處，該複數個凸處在垂直於該至少一主動層之一平面中具有介於大約10奈米(10nm)與大約10微米(10μm)間之平均截面尺寸。
實施例6：如實施例1至5中任一例之感光元件，其中該至少一主動層具有大約100微米(100μm)或更小之實際平均層厚度。
實施例7：如實施例6之感光元件，其中該至少一主動層具有一組成，以使得因對輻射吸收有反應而在該至少一主動層內所產生之電子表現出之平均擴散長度，大於該至少一主動層之實際平均層厚度。
實施例8：如實施例6或實施例7之感光元件，其中該實際平均層厚度為大約10微米(10μm)或更小。
實施例9：如實施例1至8中任一例之感光元件，其中該至少一主動層包含至少一種p型摻雜物。
實施例10：如實施例9之感光元件，其中在該至少一主動層內，該至少一種p型摻雜物之濃度表現出橫跨該至少一主動層之一濃度梯度，在該至少一主動層內，該至少一種p型摻雜物之濃度朝著從該背表面延伸至該正表面之方向降低。
實施例11：如實施例1至10中任一例之感光元件，其中該至少一主動層之半導體材料包括鍺。
實施例12：如實施例11之感光元件，其中該至少一主動層之半導體材料至少實質上由單晶之磊晶鍺組成。
實施例13：如實施例1至12中任一例之感光元件，其中該第一電極及該第二電極當中一者包括與該至少一主動層之背表面有直接物理接觸之一金屬。
實施例14：如實施例1至13中任一例之感光元件，其中該感光元件包括一太陽能電池。
實施例15：如實施例14之感光元件，其中該太陽能電池包括一多重接面太陽能電池，且其中該主動區更包括至少一額外主動層，該至少一額外主動層包含不同之一種半導體材料，該半導體材料表現出超過大約1.20eV之帶隙。
實施例16：一種製作感光元件之方法，該方法包括：形成一主動區並組構該主動區，以吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在一第一電極與一第二電極間產生一電壓，該主動區包括至少一主動層，該至少一主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙，該至少一主動層設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面，該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度；以及形成該第一電極及該第二電極，在兩電極間，一電壓因對撞擊在該主動區上之輻射之吸收有反應而產生。
實施例17：如實施例16之方法，其中形成該主動區更包括：在一第一底材之一表面上形成該至少一主動層，以使該至少一主動層之背表面被設置成與該第一底材鄰接；將該第一底材從該至少一主動層移除，並使該至少一主動層之背表面曝露出來；以及在將該第一底材從該至少一主動層移除後，處理該至少一主動層之背表面，以造成該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度。
實施例18：如實施例17之方法，其更包括在將該第一底材從該至少一主動層移除前，將一第二底材接合至該至少一主動層之相反於該第一底材之一側上方。
實施例19：如實施例18之方法，其更包括在將該第二底材接合至該至少一主動層之相反於該第一底材之該側上方前，於該第二底材上形成該主動區之至少一額外主動層。
實施例20：如實施例17至20中任一例之方法，其中在將該第一底材從該至少一主動層移除後處理該至少一主動層之背表面包括化學蝕刻該背表面及機械粗化該背表面當中至少一者。
實施例21：如實施例20之方法，其中將該第一底材從該至少一主動層移除後處理該至少一主動層之背表面包括，以一種溼式化學蝕刻劑及一種乾式電漿蝕刻劑當中至少一者對該背表面進行化學蝕刻。
實施例22：如實施例20或實施例21之方法，其中將該第一底材從該至少一主動層移除後處理該至少一主動層之背表面包括使該背表面接受化學機械研磨(CMP)處理。
實施例23：如實施例17至22中任一例之方法，其中在該第 一底材之表面上形成該至少一主動層包括：將一第一層，其包含該至少一主動層之半導體材料，移轉至該第一底材；以及在該第一層上面磊晶生長包含該半導體材料之一額外層，以增加該至少一主動層之厚度。
實施例24：如實施例16至23中任一例之方法，其更包括以至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層。
實施例25：如實施例24之方法，其中以至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層包括以該至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層，以使該至少一主動層內該至少一種p型摻雜物之濃度表現出橫跨該至少一主動層之一濃度梯度，且該至少一主動層內之該至少一種p型摻雜物之濃度係朝著從該背表面延伸至該正表面之方向降低。
上揭該些示範性實施例並不會限制本發明之範圍，因該些實施例僅為本發明實施例之示例，本發明乃是由後附之申請專利範圍及其法律均等範圍所定義。任何均等之實施例均落入本發明之範圍。事實上，對於本發明所屬技術領域具有通常知識者而言，除本說明書所示及所述者外，對於本發明之各種修改，例如所述元件有用組合之替換，亦會因本說明書之敘述而變得顯而易見。此等修改及實施例亦落入後附之申請專利範圍內。
100‧‧‧感光元件
102‧‧‧電磁輻射
103‧‧‧主動區域
104‧‧‧第一主動層
105A‧‧‧正表面
105B‧‧‧背表面
106‧‧‧第二主動層
108‧‧‧第三主動層
110‧‧‧第四主動層
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧第二電極
114‧‧‧開孔
115‧‧‧抗反射塗層
116‧‧‧窗口層
118‧‧‧背面電場層
120‧‧‧穿隧層

Claims (15)

  1. 一感光元件(photoactive device)，其包括：一第一電極；一第二電極；以及一主動區，其係設置在該第一電極與該第二電極之間，該主動區被組構成吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在該第一電極與該第二電極間產生一電壓，該主動區包括至少一主動層，該至少一主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙，該至少一主動層設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面，該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度，其中該背表面具有一形貌，該形貌被組構成將該至少一主動層內部撞擊在該背表面上之輻射加以反射。
  2. 如申請專利範圍第1項之感光元件，其中該背表面之形貌包含複數個結構特徵，該些結構特徵在平行於該至少一主動層之一平面中具有一平均截面尺寸，該平均截面尺寸介於大約100奈米(100nm)與大約50微米(50μm)之間。
  3. 如申請專利範圍第1項之感光元件，其中該至少一主動層具有大約100微米(100μm)或更小之實際平均層厚度。
  4. 如申請專利範圍第3項之感光元件，其中該至少一主動層具有一組成，以使得因對輻射吸收有反應，而在該至少一主動層內所產生之電子表現出之平均擴散長度，大於該至少一主動層之實際平均層厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項之感光元件，其中該至少一主動層包含至少一種p型摻雜物。
  6. 如申請專利範圍第5項之感光元件，其中在該至少一主動層內，該至少一種p型摻雜物之濃度表現出橫跨該至少一主動層之一濃度梯度，在該至少一主動層內，該至少一種p型摻雜物之濃度朝著從該背表面延伸至該正表面之方向降低。
  7. 如申請專利範圍第1項之感光元件，其中該至少一主動層之半導體材料包括鍺。
  8. 如申請專利範圍第7項之感光元件，其中該至少一主動層之半導體材料至少實質上由單晶之磊晶鍺組成。
  9. 一種製作感光元件之方法，該方法包括：形成一主動區並組構該主動區，以吸收撞擊在該主動區上之輻射，並對輻射之吸收有反應而在一第一電極與一第二電極間產生一電壓，該主動區包括至少一主動層，該至少一主動層包含一種半導體材料，該半導體材料表現出介於大約0.60eV與大約2.10eV間之帶隙，該至少一主動層設有一正表面，在該感光元件操作期間，輻射係穿過該正表面進入該至少一主動層，該至少一主動層並在相反於該正表面之一側設有一背表面，該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度；形成該主動區包括：在一第一底材之一表面上形成該至少一主動層，以使該至少一主動層之背表面被設置成與該第一底材鄰接；將該第一底材從該至少一主動層移除，並使該至少一主動層之背表面曝 露出來；以及將該第一底材從該至少一主動層移除後處理該至少一主動層之背表面，以造成該背表面具有之表面粗度大於該正表面之表面粗度；以及形成該第一電極及該第二電極，在兩電極間，一電壓因對撞擊在該主動區上之輻射之吸收有反應而產生。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其更包括在將該第一底材從該至少一主動層移除前，將一第二底材接合至該至少一主動層之相反於該第一底材之一側上方。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其更包括在將該第二底材接合至該至少一主動層之相反於該第一底材之該側上方前，於該第二底材上形成該主動區之至少一額外主動層。
  12. 如申請專利範圍第9項之方法，其中將該第一底材從該至少一主動層移除後處理該至少一主動層之背表面包括化學蝕刻該背表面及機械粗化該背表面當中至少一者。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其中在該第一底材之表面上形成該至少一主動層包括：將一第一層，其包含該至少一主動層之半導體材料，移轉至該第一底材；以及在該第一層上面磊晶生長包含該半導體材料之一額外層，以增加該至少一主動層之厚度。
  14. 如申請專利範圍第9項之方法，其更包括以至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中以至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層包括以該至少一種p型摻雜物摻雜該至少一主動層，以使該至少一主動層內該至少一種p型摻雜物之濃度表現出橫跨該至少一主動層之一濃度梯度，且該至少一主動層內之該至少一種p型摻雜物之濃度係朝著從該背表面延伸至該正表面之方向降低。
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