专利名称：形成光电元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成光电元件的方法，特别是一种使用低温制程与固相再成长的方式形成光电元件的方法。
背景技术：
近年来，光电元件(opto-electronic device)的使用已经越来越普遍，例如发光二极管(Light-Emitting Diode；LED)、太阳能电池(solar cells)与光传感器(light sensor)…等。以发光二极管为例，其电极是在化合物半导体材料(compound semiconductor)，例如砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)或磷化铟(InP)等材料上形成。因此，为了能够在金属与化合物半导体接口获得良好的欧姆接触(ohmic contact)，在制造的过程中，发光二极管需在某些步骤里面临高于400℃的高温处理，例如使用快速退火制程(Rapid Thermal Annealing Process；RTP)。然而，化合物半导体的材质或是形成发光的主动层的材质，皆易受到高温的影响而产生变化，因而可能造成产品品质及发光效率的降低。
再者，化合物半导体材料中非透明的底材，例如砷化镓，其本身会吸光，亦造成发光效率的降低。故以透明底材取代非透明底材，便可改善发光二极管的发光效率。然而，若欧姆接触的制程无法避免高温(约≥400℃)，则不论是在结合透明底材或是非透明底材在与发光结构时，其方式或材料都将被限制为需兼容于高温环境下的方式与材料。
因此，如何克服制程中高温处理的步骤，以增加非透明底材与透明底材在与发光结构结合时的选择性，同时提高光电元件的良率，是发展各种光电元件的重要课题。
发明内容
本发明的一目的为提供一种以低温制程形成光电元件的方法，其是利用低温制程与固相再成长的方式形成光电元件，以增加光电元件中各种元件材料选择的多样化。
本发明的另一目的为提供一种以低温制程形成光电元件的方法，其是利用低温制程与固相再成长的方式形成具有透明底材的光电元件，进而提升光电元件的使用效率。
本发明的再一目的为提供一种在低温环境中形成具有透明底材的光电元件的方法。上述的方法可以避免在制程中，使透明底材与光电层间的接合层或主动层免于不慎受到高温影响，而产生不同的物质差异缺陷、进而影响发光品质的缺点，以提高光电元件的品质。
根据以上所述的目的，本发明提供了一种在低温中形成光电元件的方法。在一底材上形成光电层，并以低温制程与固相再成长的方式，于光电层上形成导电元件，以完成光电元件的制程。
图1A至图1E为制造一光电元件的剖面示意图。
图中符号说明210暂时底材220第一半导体层230主动层240第二半导体层250接合层260透明底材270电极
280电极具体实施方式
本发明的实施例详细描述如下。然而，除了详细描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例施行，且本发明的范围不受所列出的实施例限定，应以权利要求书的范围为准。
再者，在本说明书中各元件的不同部分为方便辨识，故未依其实际尺寸大小绘图。某些尺度与其它相关尺度为提供最清楚的描述和本发明的理解，而有适度的修改。
本发明提供一种在低温中形成光电元件的方法。在形成光电元件时，利用低温制程与固相再成长的方式形成光电元件中的导电元件；因为无需于高温中制造导电元件，故可增加各种元件选择的适用性。举例来说，在底材方面的选择，不论是透明底材或是非透明底材，皆不需仅限于选择可呈受高温的材质；或是如导电元件，不论是透明的导电元件或是非透明的导电元件，亦可因本发明的低温制程而增加其材料的选择性，并使其在形成时不致因高温而破坏元件本身结构或其它元件的结构，进而提高光电元件的品质、应用性与使用效率。
图1A至图1E为本发明制造一光电元件的剖面示意图。本发明的底材并不限于非透明底材，如砷化镓(GaAs)，或透明底材，于此实施例中，以透明底材进行说明。参照图1A，在暂时底材210上形成一光电层，此较佳实施例中的光电层由第一半导体层220、主动层230及第二半导体层240所组成。其次，如图1B所示，于第二半导体层240上依序形成接合层250与底材260，其中接合层250用以黏着第二半导体层240与底材260，而底材260为一透明底材。
接着，首先以适当的方式，例如磨薄制程(lapping)或蚀刻制程(etching)，或先进行磨薄制程后再进行蚀刻制程，其间亦可形成蚀刻停止层(etch stop layer)，将暂时底材210移除，翻转如图1C所示。
之后，先以一光阻层覆盖其光电层(未显示)以定义其发光结构。接着，利用蚀刻制程，例如一干蚀刻制程(dry etching process)，或是其它种蚀刻制程，如湿式蚀刻制程(wet etching process)，移除部分的第一半导体层220、部分的主动层230以及部分的第二半导体层240，使其结构形成如图1D所示。
之后，参照图1E，以电子蒸镀制程、溅镀制程、热蒸镀制程或者其它方式，分别在第一半导体层220与第二半导体层240上形成导电元件，如电极270与电极280。尔后，通过低温制程，分别以固相再成长制程(Solid Phase Regrowth，SPR)方式使电极270与第一半导体层220之间，以及电极280与第二半导体层240之间形成欧姆接触。
而在形成导电元件时，可以使用多种顺序以形成电极270与电极280，使电极270与电极280分别跟第一半导体层220与第二半导层240产生欧姆接触。第一种顺序如图1C至图1E所示，在电极270与电极280分别形成于第一半导体层220上与第二半导体层240上之后，才一同进行SPR制程，使电极270与第一半导体层220之间，及电极280与第二半导体层240之间形成欧姆接触。或以未图标出的第二种顺序，在光电元件形成如图1C的结构后，即于第一半导体层220上形成电，极270，而待第一半导体层220、主动层230与第二半导体层240形成如图1D所示的结构后，再于第二半导体层240之上形成电极280后，以成为如图1E所示的结构；之后，再以SPR方式的低温制程形成电极270与第一半导体层220间与电极280与第二半导体层240间的欧姆接触。甚至，若有需要，亦可如第二种顺序般，先在光电元件成为如图1C制程中的结构时，就先在第一半导体层220上形成电极270，而后即以低温的SPR制程形成电极270与第一半导体层220间的欧姆接触；继而，才使第一半导体层220、主动层230与第二半导体层240形成如图1D的结构，待电极280形成于第二半导体层240之上而如图1E所示之后，再进行一次低温SPR制程，以完成电极280与第二半导体层240间的欧姆接触。或是为了其它元件上设计的需要，亦可产生其它种不同的形成顺序。
电极270与电极280的制程温度可控制于250℃以下，或200℃以下，高于150℃，甚至界定高于100℃，低于175℃；使本实施例中所举例的发光二极管，以及其它应用本发明的方法而形成的光电元件，均可在与现有技术相较后较低的温度下完成其制程。由于，当温度低于250℃，或更低的温度时，该温度并不会对光电层中的主动层230造成影响，亦可确保主动层230可维持良好的品质。
在以发光二极管为例的本实施例的光电层组成结构中，主动层230可由一量子井(quantum well)或其它结构形成。接近暂时底材210的第一半导体层220，可为n-type半导体层，而第二半导层240则为p-type半导体层；或是依设计使之相反，而使第一半导体层220为p-type半导体层，第二半导层240则为n-type半导体层。当然，光电层的结构亦可因应应用元件设计的需要，而作出改变。
导电元件-电极270与电极280的材质，可以由各种不同成份的物质组成，这些成份可为Ni、Pd、Ge、Si、Se、Zn、Be、Mg、Cd、Au、Ag、Pt，以及Au、Ag与Pt三种成份中的任意组合，如AuAg、AgPt、AuPt与AuAgPt，且其组合的顺序亦无限制，亦即其组成顺序可为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与AuAgPt，则电极270与电极280的成份可分别为ABD与ACD(A、B与D，以及A、C与D的组成顺序亦可互换)，或是其它类似的合金。当第一半导体层220为n型半导体层时，可以固定选用电极270的材质为ABD的物质；第二半导体层240为p型半导体层时，可固定选用电极280的材质为ACD的物质；但亦可为需要而改变选用的材质。当然，若为特定的光电元件设计，电极270与电极280的材质当不受限于上述的材质。而电极270与电极280的形成方法，可选用热蒸镀法(thermalevaporation process)、电子束蒸镀法(electron beam evaporation process)或其它方法，使之分别形成于第一半导体层220与第二半导体层240上。
此实施例中为透明的底材260的材质可以为玻璃、石英、压克力树脂(PMMA)、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadienestyrene copolymer)树脂(ABS resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、蓝宝石(sapphire)。另一种选择是热塑性聚合物，如聚风物(polysulfones)、聚醚风物(polyethersulfones)、聚醚醯亚胺(polyetherimides)、聚醯亚胺(polyimides)、聚醯胺醯亚胺(polyamide-imide)、聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或碳硅热固型化合物(silicon-carbon thermosets)。在此较佳实施例中，底材260的材质为一玻璃。
本实施例中的接合层250为一透明的黏合物，其材质可以是环氧树脂(Epoxy)、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadienestyrene copolymer)树脂(ABS resin)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)。另一种选择是热塑性聚合物，例如聚风物(polysulfones)、聚醚风物(polyethersulfones)、聚醚醯亚胺(polyetherimides)、聚醯亚胺(polyimides)、聚醯胺醯亚胺(polyamide-imide)、聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或如碳硅热固型化合物(silicon-carbonthermosets)等材质皆可。在此较佳实施例中，接合层250为环氧树脂(Epoxy)。
再者，由于如上所列举的接合层250的部份材料于冷却后，亦可成为透明状的固化物，所以若有需要，甚至可以省略黏附或形成底材260的步骤，直接以接合层250形成于第二半导体层240上，待其成为固化物后取代底材260，而续行如上图1C图至图1E的制程。又因本发明利用低温制程制成光电元件，故可选用熔点较低的透明底材，或是以熔点较低的一般黏着剂作为接合层，以接合光电层与透明底材，而增加底材与接合层材料选择上的多样化，同时也使接合的方式更为简单。
即使以上所述的实施例内容，是以发光二极管为主，但本发明的光电元件除了可以为发光二极管之外，亦可为太阳能电池(solar cells)、光传感器(light sensor)或是其它种具有导电元件的应用。
亦即，本发明形成光电元件的方法，是先在一底材上形成光电层，之后以低温制程与固相再成长的方式，于光电层上形成导电元件，继而可以熔点较低的元件(如以压克力作为底材)完成光电元件的制程。而通过本发明所揭露的技术内容，可增加制成光电元件或其它需导电元件的装置时材料选择的多样性，并进一步简化如接合透明底材与半导体层时的步骤。而且若使用透明材料作为底材时，又可因透明底材的应用，而进一步强化光电元件的运作功效与发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种形成光电元件的方法，其特征在于，包含提供一光电层与一底材，该光电层形成于该底材之上；形成一导电元件于该光电层上；以及形成一欧姆接触，其中该欧姆接触是通过于温度低于250℃的环境下处理该导电元件所形成。
2.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的形成该欧姆接触的步骤是于低于200℃的温度下进行。
3.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的形成该欧姆接触的步骤是形成于100℃至175℃的环境中。
4.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的欧姆接触是以固相再成长的方式处理该导电元件与该光电层所形成。
5.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的形成该导电元件的步骤选自下列各种材料之一或其组合以形成该导电元件Ni、Pd、Ge、Si、Se、Au、Ag、Pt、AuAg、AgPt、AuPt与AuAgPt。
6.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的形成该导电元件的步骤选自下列各种材料之一或其组合以形成该导电元件Ni、Pd、Zn、Be、Mg、Cd、Au、Ag、Pt、AuAg、AgPt、AuPt与AuAgPt。
7.如权利要求1所述形成光电元件的方法，其中，上述的提供该光电层与该底材步骤包含于一透明底材上形成该光电层。
8.如权利要求7所述形成光电元件的方法，其中，上述的提供该透明底材的步骤包含选自下列材料之一或其组成以形成该透明底材玻璃、石英、环氧树脂、压克力树脂、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物树脂、聚甲基丙烯酸甲酯或蓝宝石。
9.如权利要求7所述形成光电元件的方法，其中，上述的提供该透明底材的步骤包含选自下列材料之一或其组成以形成该透明底材聚风物、聚醚风物、聚醚醯亚胺、聚醯亚胺、聚醯胺醯亚胺、聚甲苯硫化物或碳硅热固型化合物。
10.如权利要求8所述形成光电元件的方法，其中，上述的提供该底材的步骤包含以一接合层黏着该透明底材与该光电层，并选自下列材料之一或其组成以形成该接合层环氧树脂、丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物树脂或聚甲基丙烯酸甲酯。
全文摘要
本发明涉及一种以一低温制程形成光电元件的方法，通过一低温制程，在低温的环境下于光电层上形成导电元件，以便使用一般黏合剂黏合底材与光电层，以维持甚至提升发光效率。
文档编号H01L31/18GK1612363SQ20031010262
公开日2005年5月4日 申请日期2003年10月27日 优先权日2003年10月27日
发明者吴伯仁 申请人:洲磊科技股份有限公司