专利名称：太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单芯片型光芯片(monolithic photo-chip)及其制作 方法，特别是涉及一种包含太阳能元件(solar device)与发光元件 (light-emitting device)构成的单芯片型光芯片及其制作方法以及应用。
背景技术：
随着科技进步，包含发光二极管(Light Emitting Diode, LED)与激 光二极管(Laser Diode， LD)等固态光源的制作成本越来越低廉，LED与 LD具有体积小、省电、寿命长、无玻璃及无毒性气体等优点。诸如红 光LED、蓝光LED、绿光LED及白光LED各种LED可根据不同的需 求应用于各式各样的领域，例如装饰、指示、显示及照明等用途；而 且，LD也广泛地作为激光指示器(laser pointer)、激光瞄准器(laser sight)、激光瞄准装置(laser aiming device)、激光水平仪(laser level)及激 光测量工具(laser measuring tool)等装置的光源。另一方面，因为石油日益短缺与价格髙涨，而太阳能是免费且取 之不尽的能源，所以太阳能电池(solar cdl)作为干净能源的应用也曰渐 增加。聚光型(light-focus type)太阳能芯片(solar cell)通常是以化合物作 为基底，例如砷化镓-基底(GaAs-based)、砷化铟镓-基底(InGaAs-based)、 碲化镉-基底(CdTe-based)、砷化铝镓-基底(AlGaAs-based)或二硒化铜铟 (镓)-基底(CuIn(Ga)Serbased)，因其具有高光电转换效率(photo-voltaic efficiency),所以应用越来越普遍。近年来，太阳能照明器(solar-powered i〗luminator)釆用LED作为夜 间的发光元件已普遍使用于许多应用领域，例如街灯、警示灯及指示 灯等道路应用，而且它也普遍使用于装饰灯、庭院灯、花园灯及广告
灯等户外应用；己知的太阳能照明器通常包括一LED芯片、 一太阳能芯片、一可充电电池(rechargeablebattery)与一控制器(controller)，太阳能芯片在日间接收阳光并把太阳能转化为电能储存于可充电电池，在 夜间，控制器控制可充电电池，使其放电以驱动LED芯片发光；因此 己知的太阳能照明器的优点是不需要导线连接一外界电力供应系统或 经由外界电源来进行可充电电池的充电，导线连接是一件困难、不便 及昂贵的工作，而进行可充电电池的充电是一件耗时、繁复、麻烦及 昂贵的程序。然而，己知的太阳能照明器的LED芯片与太阳能芯片是分开封 装，所以其体积大、组装程序复杂且昂贵。发明内容为解决上述己知技术中LED芯片与太阳能芯片分开封装，以使 太阳能照明器体积大、组装程序复杂且昂贵的问题，本发明目的之一 是提供一种具有太阳能元件与发光元件构成的一单芯片型光芯片及其 制作方法，该元件具有构造简单、小尺寸及低成本等优点。本发明的另一目的是提供一种应用的太阳能照明器，其包括具 有一太阳能元件与一发光元件构成的一单芯片型光芯片；及一可充电 电池。本发明的太阳能照明器不需要导线连接一外界电力供应系统或 经由外界电源来充电可充电电池，所以该太阳能照明器具有体积小、 精巧、组装简单、容易设置及低成本等优点。为达上述目的，本发明元件结构的实施例如下一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片包括 一基板(substrate);—太阳能元件，其设于基板上；及一发光元件，其设于基 板上，并与太阳能元件相隔一距离。为达上述目的，本发明应用的实施例如下
一种太阳能照明器，包括太阳能元件与发光元件构成的一单芯 片型光芯片；及一可充电电池，其电性连接于太阳能元件与发光元件， 其中，该可充电电池由太阳能元件充电，且该可充电电池供给发光元 件电能。为达上述目的，本发明制造方法的实施例如下-一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片的制作方法， 其步骤包括 一初始步骤，提供一基板； 一第一覆盖步骤，覆盖一第 一绝缘层于基板上并形成一第一暴露区域； 一第一元件制作步骤，以 磊晶(epitaxy)方法与显影蚀刻(l他ography)方法于第 一 暴露区域制作一 第一元件； 一第一蚀刻(etch)步骤，回蚀(etchback)第一绝缘层； 一第二 覆盖步骤，覆盖一第二绝缘层于基板上与第一元件的表面并于基板上 形成一第二暴露区域； 一第二元件制作步骤，以磊晶方法与显影蚀刻 方法于第二暴露区域制作一第二元件；及一第二蚀刻步骤，回蚀第二 绝缘层，其中，第一元件为一太阳能元件或一发光元件，且第二元件 为对应的一发光元件或一太阳能元件。通过上述技术特征，本发明的单芯片型光芯片包括一太阳能元件 与一发光元件，而具有此一单芯片型光芯片的太阳能照明器非常适合 各式各样的应用，例如激光指示器、激光瞄准器、激光瞄准装置、激 光水平仪及激光测量装置等激光二极管应用领域，或装饰灯、庭院灯、 花园灯、广告灯、街灯、道路警示灯及道路指示灯等发光二极管应用 领域。以下将通过具体实施例并配合所示附图详加说明，当更容易了解 本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
图1是本发明一实施例的具有一太阳能元件与一发光元件构成的 一单芯片型光芯片的剖面示意图；及
图2A至图2G是本发明一实施例的单芯片型光芯片制作方法的剖面示意图，用以图示制作步骤。图中符号说明10、 40 基板 20 太阳能元件 30 发光元件 42 第一绝缘层 44 第一暴露区域 50 第一元件 52 第二绝缘层 54 第二暴露区域 60 第二元件Sl、 S2、 S3、 S4 步骤S5、 S6、 S7 步骤具体实施方式
详细说明如下，所述较佳实施例仅做一说明而非用以限定本发明。图1是本发明一实施例的具有一太阳能元件与一发光元件构成的 一单芯片型光芯片的剖面示意图，具有一太阳能元件20与一发光元件 30的一单芯片型光芯片，包括 一基板10;太阳能元件20，其设于基 板10上；及发光元件30，其设于基板10上，并与太阳能元件20相隔 一距离。在一实施例中，基板10的材质可为砷化镓(GaAs)或氮化镓 (GaN);太阳能元件20可为一单接面(single-junction)太阳能电池或一多 接面(multi-junction)太阳能电池；发光元件30可为一 LD,例如一侧面 发光(side-illuminated) LD或一垂直面射型激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，或者，发光元件30可为一 LED,例如红光 LED、蓝光LED、绿光LED或白光LED，而且，发光元件30的结构 可为单异质结构(single heterostructure)、 双异质结构(double heterostructure)或量子井(quantum well)结构。因上述不同种类或结构的 太阳能元件与发光元件对熟悉此技艺者为通常知识，所以在此不再进 一步赘述。其次，图2A至图2G是本发明一实施例的单芯片型光芯片制作方 法的剖面示意图，用以图示制作步骤，包括 一初始步骤S1，提供一 基板40; —第一覆盖步骤S2，覆盖一第一绝缘层42于基板40上并形 成一第一暴露区域44; 一第一元件50制作步骤S3，以磊晶方法与显 影蚀刻方法于第一暴露区域44制作一第一元件50; —第一蚀刻步骤 S4，回蚀第一绝缘层42; —第二覆盖步骤S5,覆盖一第二绝缘层52 于基板40上与第一元件50的表面，并于基板40上形成一第二暴露区 域54; —第二元件60制作步骤S6，以磊晶方法与显影蚀刻方法于第 二暴露区域54制作一第二元件60;及一第二蚀刻步骤S7，回蚀第二 绝缘层52，其中，第一元件50为一太阳能元件或一发光元件，且第二 元件60为对应的一发光元件或一太阳能元件。在一实施例中，第一绝缘层42与第二绝缘层52的材质可为氧化 硅(siliconoxide)或氮化硅(silicon nitride);如前所述，基板40的材质可 为砷化镓或氮化镓；而且，因第一元件50与第二元件60类似于太阳 能元件20与发光元件30，所以在此不再进一步赘述。因此，如前所述，本发明的特征之一是具有一太阳能元件与一发 光元件构成的一单芯片型光芯片可利用区域选择成长(Selective Area Growth, SAG)方法制作。综上所述，本发明提供一种包括太阳能元件与发光元件构成的单 芯片型光芯片，具有构造简单、小尺寸及低成本等优点。甚且，本发 明的单芯片型光芯片非常便于与一可充电电池整合并组装成一太阳能 照明器，例如根据本发明一实施例的一太阳能照明器包括具有一太阳能元件与一发光元件构成的一单芯片型光芯片；及一可充电电池，
其电性连接于太阳能元件与发光元件，其中，可充电电池由太阳能元 件充电，且可充电电池供给发光元件电能。因此，以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其 目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当 不能以的限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作 的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
权利要求
1. 一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片，包含一基板；一太阳能元件，其设于该基板上；及一发光元件，其设于该基板上，并与该太阳能元件相隔一距离。
1. 一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片，包含 一基板；一太阳能元件，其设于该基板上；及一发光元件，其设于该基板上，并与该太阳能元件相隔一距离。
2. 如权利要求1所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该基板的材质为砷化镓或氮化镓。
3. 如权利要求1所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该太阳能元件为一单接面太阳能电池或一多接面太阳能电 池。
4. 如权利要求1所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该发光元件为一激光二极管。
5. 如权利要求4所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该激光二极管为一侧面发光激光二极管或一垂直面射型激 光二极管。
6. 如权利要求1所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该发光元件为一发光二极管。
7. 如权利要求6所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该发光二极管为一红光发光二极管或一蓝光发光二极管或一绿光发光二极管或一白光发光二极管。
8. 如权利要求1所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光 芯片，其中该发光元件构成的结构为单异质结构、双异质结构或量子井结构。
9. 一种太阳能照明器，应用如权利要求l所述的具有太阳能元件 与发光元件构成的单芯片型光芯片，包含具有该太阳能元件与该发光元件构成的该单芯片型光芯片；及 一可充电电池，其电性连接于该太阳能元件与该发光元件，其中，该可充电电池由该太阳能元件充电，且该可充电电池供给该发光元件电能。
10. —种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片的制作方法，其步骤包含一初始步骤，提供一基板；一第一覆盖步骤，覆盖一第一绝缘层于该基板上并形成一第一暴露区域；一第一元件制作步骤，以一磊晶方法与一显影蚀刻方法于该第一 暴露区域制作一第一元件；一第一蚀刻步骤，回蚀该第一绝缘层；一第二覆盖步骤，覆盖一第二绝缘层于该基板上与该第一元件的 表面，并于该基板上形成一第二暴露区域；一第二元件制作步骤，以该磊晶方法与该显影蚀刻方法于该第二 暴露区域制作一第二元件；及一第二蚀刻步骤，回蚀该第二绝缘层，其中，该第一元件为该太 阳能元件或该发光元件，且该第二元件为对应的该发光元件或该太阳 能元件。
11. 如权利要求IO所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该基板的材质为砷化镓或氮化镓。
12. 如权利要求IO所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该第一绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
13. 如权利要求IO所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该第二绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
14. 一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片的制作方 法，其步骤包含提供一基板；覆盖一第一绝缘层于该基板上并形成一第一暴露区域； 以一磊晶方法与一显影蚀刻方法于该第一暴露区域制作一发光元件；回蚀该第一绝缘层；覆盖一第二绝缘层于该基板上与该发光元件构成的表面，并于该基板上形成一第二暴露区域；以该磊晶方法与该显影蚀刻方法于该第二暴露区域制作一太阳能元件；及回蚀该第二绝缘层。
15. 如权利要求14所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该基板的材质为砷化镓或氮化镓。
16. 如权利要求14所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该第一绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
17. 如权利要求14所述的太阳能元件与发光元件构成的单芯片型 光芯片的制作方法，其中该第二绝缘层的材质为氧化硅或氮化硅。
全文摘要
本发明是一种太阳能元件与发光元件构成的单芯片型光芯片及制作方法，该光芯片包括基板、太阳能元件及发光元件，发光元件设于基板上，并与太阳能元件相隔一距离。该制作方法包括初始步骤；第一覆盖步骤；第一元件制作步骤；第一蚀刻步骤；第二覆盖步骤；第二元件制作步骤；及第二蚀刻步骤。该方法利用区域选择成长方法制作单芯片型光芯片，具有构造简单、小尺寸及低成本等优点，该单芯片型光芯片构成的太阳能照明器适合各式各样的应用。
文档编号H01L31/12GK101211992SQ20071008859
公开日2008年7月2日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年12月28日
发明者谢文昇, 赖利弘, 赖利温, 黄堃芳 申请人:海德威电子工业股份有限公司;禧通科技股份有限公司