专利名称：具有热电结构的光电元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电元件，更详言之，是涉及一种具有热电结构的光电元件。
背景技术：
光电元件包含许多种类，例如发光二极管(Light-emitting Diode ;LED)、太阳能电池(Solar Cell)和光电二极管(Photo diode)等。以LED为例，LED是一种固态半导体元件，其至少包含一 p-n接面(p-n junction)，此p-η接面形成于ρ型与η型半导体层之间。当在P-n接面上施加一定程度的偏压时，P型半导体层中的空穴与η型半导体层中的电子会结合而释放出光，此光产生的区域一般又称为发光区(light-emitting region)。目前发光二极管普遍有电流扩散不佳的问题，就ρ型半导体层在上的发光二极管而言，发光层上形成有一 P型半导体层，而P型半导体层上可设有一电极垫以导入电流。目前增进电流扩散的方式多为在P型半导体层上形成一例如以金属氧化物或磷化镓为材料的电流扩散层，再在电流扩散层上设置电极垫，而进一步地可再由电极垫延伸出一或多个的延伸电极以更增进电流的分布。然而即使在发光二极管上进行了上述可增进电流分部的结构改良，仍有电流过度集中于电极垫或其延伸电极下方的问题。此外，发光二极管另有散热方面的问题。当发光层温度过高时，电子与空穴的结合率会降低进而影响发光效率。上述发光二极管更可以进一步地与其他元件组合连接以形成一发光装置(light-emitting apparatus) 0所述发光装置包含一具有至少一电路的次载体(sub-mount)；至少一焊料(solder)位于上述次载体上，通过此焊料将上述发光二极管粘结固定于次载体上并使发光二极管的基板与次载体上的电路形成电连接；以及，一电连接结构，以电连接发光二极管的电极垫与次载体上的电路；其中，上述的次载体可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便发光装置的电路规划并提高其散热效果。
发明内容
本发明提出一种具热电结构的光电元件，具有较佳的电流分布及散热效果，其包含一基板；一光电转换叠层，形成于基板上，包含一形成于基板上的第一半导体层、形成于第一半导体层上的一光电转换层、及形成于光电转换层上的一第二半导体层；一导电结构，形成于基板及第一半导体层间，或第二半导体层上；以及一热电结构，形成于导电结构中。依据本发明的一实施例，导电结构包含一形成于第二半导体层上的透明导电层， 热电结构形成于透明导电层中，或透明导电层及第二半导体层间，以进行热电转换。依据本发明的又一实施例，导电结构包含一形成于第二半导体层上的透明导电层、及形成于透明导电层上的金属垫，热电结构形成于透明导电层及金属垫间、或透明导电层中对应金属垫的位置，以进行热电转换。依据本发明的又一实施例，导电结构包含形成于基板及第一半导体层间的一金属层，其中基板是一导电基板，热电结构形成于金属层及基板间，以进行电热转换。
图1是本发明热电式光电元件的第-
图2A是本发明热电式光电元件的第
图2B是本发明热电式光电元件的第
图2C是本发明热电式光电元件的第
主要元件符号说明
100,200光电元件
101,201热电结构
201a吸热端
201b放热端
102,202基板
106导电结构
206反射层
107,207第一半导体层
108,208光电转换层
110,210第二半导体层
112,212透明导电层
114金属垫
114a延伸部
203上电极
205下电极
2011P型热电材料
2012η型热电材料
具体实施例方式如图1所示，本发明的第一实施例显示一光电元件100，包含一基板102 ；—形成于基板102上的光电转换叠层104 ；—形成于光电转换叠层104上的导电结构106 ；以及形成于导电结构106中的一热电结构101。光电转换叠层104包含形成于基板102上的一第一半导体层107、形成于第一半导体层107上的一光电转换层108、及形成于光电转换层108 上的一第二半导体层110，其中第一半导体层107可为一 η型半导体层，第二半导体层110 可为一 P型半导体层，而光电转换层108可供产生光线，此时本实施例的光电元件100为一发光元件；或光电转换层108可供吸收光线而令光电元件100为一太阳能电池。导电结构106形成于第二半导体层110上，可至少包含形成于第二半导体110上的一透明导电层 112，且在透明导电层112上复可形成有一供导入外部电流的金属垫114，而金属垫114更可延伸出一或多个的延伸部114a。热电结构101可由一纳米级热电材料所形成，其特性为可将热能转成电能，或通电后而吸收周围环境热能的材料，例如为Bi2Ti^CeAl2 J2O3、或SiGe。热电结构101可通过蒸镀形成于透明导电层112与第二半导体层110间；及/或透明导电层112中；及/或透明导电层112与金属垫114或其延伸部11 间，其中当热电结构101形成于透明导电层中时，可位于金属垫114及/或其延伸部11 的正下方。当电流由金属垫114进入光电元件 100时，热电结构101可将电流扩散不良处所蓄积的热能进行热转电的效应，以增加电流的分布。在一实施例中，热电结构101可为掺杂为P型或η型的半导体材料，当热电结构101 受热时，无论其为η型或ρ型均会产生热转电的效应，差别在于当热电结构101掺杂为η型时，产生由热电结构101往光电转换层108流动的电流；而当热电结构101掺杂为ρ型时， 会产生由热电结构101往光电元件100顶部流动的电流。本实施例所采用的热电结构101 较佳地为η型，以在进行电流扩散的同时也提供往光电转换层108流动的电流。上述透明导电层112可包含金属氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ΑΤΟ)、氧化锌铝(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化锌 (ZnO)；或半导体化合物诸如砷镓化铝(AWaAs)、磷化镓(GaP)或其他类似的半导体化合物；或导电性良好的薄金属层或薄金属合金层，其结构可为单层或叠层结构。基板102可为导电基板或绝缘基板。如图1所示，本实施例的光电元件100为一水平式的发光元件，具有一绝缘基板。光电转换叠层104可在基板102上以例如为MOCVD 方式外延成长完成，或先于其他成长基板(图未示)上成长完成后再结合于基板102。请参阅图2Α，本发明的第二实施例显示一光电元件200，包含一基板202 ；—形成于基板202上的光电转换叠层204 ；—形成于光电转换叠层204及基板202间的反射层206 ； 以及形成于反射层206及基板202间的一热电结构201。本实施例相似于第一实施例，基板 202则为导电基板，而与反射层206形成一导电结构。光电转换叠层204包含形成于反射层206上的一第一半导体层207、形成于第一半导体层207上的一光电转换层208、及形成于光电转换层208上的一第二半导体层210，其中第一半导体层207可为一 ρ型半导体层， 第二半导体层210可为一 η型半导体层。可在反射层206及第一半导体207间形成一透明导电层212以增加电流扩散的效果。热电结构201可为纳米级热电材料，以膜状形成于基板202与反射层206间或导电结构中的其他叠层间。热电结构201的材料可包含Bi2Te3、 CeAl2 J2O3、或SiGe。此外，基板202底部具有一下电极205，而光电转换叠层204上则具有一上电极203。反射层206的相对两侧分别与光电转换叠层204及基板202结合，在本实施例中， 光电转换叠层204先于另一成长基板(图未示)成长完成后将成长基板移除，再与反射层 206结合，而反射层206预先与基板202结合。反射层206可为具有高反射率的材料，例如铜(Cu)、铝(Al)、铟 an)、锡(Sn)、金(Au)、钼(Pt)、锌(Zn),Ig (Ag)、钛(Ti)、铅(Pb)、 钯(Pd)、锗(Ge)、镍(Ni)、铬(Cr)、镉(Cd)、钴(Co)、猛(Mn)、锑(Sb)、铋(Bi)、镓(( )、铊 (Tl)、砷(As)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)、铱(Ir)、铼(Re)、铑(Rh)、锇(Os)、钨(W)、锂(Li)、 钠(Na)、钾(K)、铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铜-锡 (Cu-Sn)、铜-锌(Cu-Zn)、铜-镉(Cu-Cd)、锡-铅-锑(Sn-Pb-Sb)、锡-铅-锌(Sn-Pb-Zn)、 镍-锡(Ni-Sn)、镍-钴(Ni-Co)或金合金(Au alloy)等，以反射来自于光电转换层208的光线。热电结构201可为ρ型或η型，如图2Β所示，当热电结构201为η型且通过电流时，η型热电结构201中电子往电流的反向移动，而热电结构201形成了一吸热端20Ia及一放热端201b，因而驱使光电转换层208中的热能往热电结构201方向传递而加速热能的散逸。本实施例的热电材料201为η型，以配合电流方向，然而光电转换叠层204的第一半导体层207也可为η型半导体层，而第二半导体层210可为ρ型半导体层，此时所采用的热电结构201应为ρ型以配合电流方向。另外，热电材料201也可为同时具有ρ型与η型的态样，如图2C所示，基板202与反射层206间间隔设有多个ρ型热电材料2011及η型热电材料2012。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更皆不脱离本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种光电元件，包含 光电转换层；半导体层，形成于该光电转换层上； 导电结构，形成于该半导体层上；以及热电结构，形成于该导电结构中。
2.如权利要求1的光电元件，其中该导电结构包含一形成在该半导体层上的透明导电层、及形成于该透明导电层上的金属垫，该热电结构形成于该透明导电层中，及/或该透明导电层及该半导体层间，及/或透明导电层及该金属垫间，及/或该透明导电层中对应该金属垫的位置。
3.如权利要求2的光电元件，其中该半导体层的极性为ρ型，而该热电结构的极性为η型。
4.如权利要求1的光电元件，其中该导电结构包含一导电基板、及形成于该导电基板及该半导体层间的反射层，该热电结构形成于该反射层及该导电基板间。
5.如权利要求4的光电元件，其中该半导体层的极性为ρ型，而该热电结构为η型，或该半导体层的极性为η型，而该热电结构为ρ型，或该热电结构包括间隔形成于该基板及该反射层间的多个P型热电材料及多个η型热电材料。
6.如权利要求1的光电元件，其中该热电结构为纳米级热电材料，包含Bi2Te3、CeAl2, Y203 或 SiGe。
7.一种光电元件，包含 基板；光电转换叠层，形成于该基板上，包含一形成于该基板上的第一半导体层、形成于该第一半导体层上的光电转换层、及形成于该光电转换层上的第二半导体层；导电结构，形成于该第一半导体层及该基板间或形成于该第二半导体层上；以及热电结构，形成于该导电结构中。
8.如权利要求7的光电元件，其中该导电结构包含形成于该第二半导体层上的透明导电层、及形成于该透明导电层上的金属垫，该热电结构形成于该透明导电层中，及/或该透明导电层及该第二半导体层间，及/或该透明导电层及该金属垫间，及/或该透明导电层中对应该金属垫的位置。
9.如权利要求8的光电元件，其中该第二半导体层的极性为ρ型，而该热电结构为η型。
10.如权利要求8的光电元件，其中该导电结构包含形成于该基板及该第一半导体层间的反射层，且该基板是一导电基板，该热电结构形成于该反射层及该基板间；其中该第一半导体层的极性为P型，而该热电结构为η型，或该第一半导体层的极性为η型，而该热电结构为P型，或该热电结构包括间隔形成于该基板及该反射层间的多个P型热电材料、及多个η型热电材料。
全文摘要
本发明公开一种具有热电结构的光电元件，其包含一光电转换层、形成于光电转换层两相对侧的两半导体层、至少形成于其中的一半导体层上的导电结构、及形成于导电结构中的热电结构，其中热电结构可在导电结构中进行热电转换而增进电流扩散效果，或进行电热转换以散逸光电转换层所产生的热。
文档编号H01L33/64GK102315379SQ201010220928
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者许明祺 申请人:晶元光电股份有限公司