專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，尤指一種兼具電轉(zhuǎn)成光與光轉(zhuǎn) 成電的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前各項綠色能源的發(fā)展中，太陽能相關(guān)應(yīng)用是較為成熟的領(lǐng) 域之一 ，轉(zhuǎn)換光能大多是利用所謂的太陽能電池來將光能直接轉(zhuǎn)換 為電能。例如，電子計算器上的太陽能電池4反、住家屋頂上的太陽 能板等，皆是利用太陽能電池將光能直接轉(zhuǎn)換為電能儲存應(yīng)用。自
60年代開始，美國發(fā)射的人造衛(wèi)星就已經(jīng)利用太陽能電池做為能量 的來源。到了 70年代能源危機時，人們開始把太陽能電池的應(yīng)用 轉(zhuǎn)移到一般的民生用途上。
目前太陽能電池的^殳計主要依據(jù)三種效應(yīng) (1)光電效應(yīng) (photoelectric effect )，光子射至金屬表面，金屬內(nèi)的電子吸收足夠 的光子能量，離開金屬，成為真空中的自由電子，并且可外加電壓 形成光電流(photocurrent); ( 2 ) Dember效應(yīng)(或稱為photodiffusion 效應(yīng))，為利用光照射到半導(dǎo)體表面，光子被吸收產(chǎn)生電子-電洞對， 進而產(chǎn)生光電;危；以及(3)光i"犬特歲丈應(yīng)(photovoltaic effect),光 子射到半導(dǎo)體p-n 二極管后，p-n 二才及管兩端的電極產(chǎn)生可輸出功 率的電壓伏特值。目前的太陽能電池多是依據(jù)光伏特效應(yīng)來進^S殳 計。應(yīng)該注意的是，目前的太陽能電池技術(shù)的發(fā)展主要仍在于提高 太陽能電池本身的效率，4吏的在照明或顯示的應(yīng)用上，太陽能電池 與發(fā)光元件分開設(shè)置，如設(shè)置于戶外且利用太陽能作為電力來源的 交通號志、廣告看板、警示燈號等，其必須設(shè)置一吸收光轉(zhuǎn)為電能 的太陽能電池、 一儲存電能的二次電池、 一發(fā)出光線的照明設(shè)備與 供上述元件安裝的印刷電路板，因而其成本高昂且形成空間浪費與 制造上的浪費，多元件的后果就是加重環(huán)境負擔(dān)，不符合綠色能源 的應(yīng)用目標。
發(fā)明內(nèi)容
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換元件，從而光電轉(zhuǎn) 換元件能將光能轉(zhuǎn)換為電能，也能通過電能使元件產(chǎn)生光能，因此 可以通過單一元件將光能轉(zhuǎn)換為電能儲存，也能通過電能轉(zhuǎn)換光能 而發(fā)光，其可降低成本并減少資源的消費而增加環(huán)保價值。
經(jīng)由以上可知，為達上述目的，本發(fā)明為一種光電轉(zhuǎn)換元件， 其包括一太陽能磊晶層、 一結(jié)合層與一發(fā)光二極管磊晶層，其中該
太陽能磊晶層包含上下堆疊在一起的一N型半導(dǎo)體層與一P型半導(dǎo) 體層，而該結(jié)合層堆疊在該太陽能磊晶層上，且該結(jié)合層設(shè)有貫穿 該結(jié)合層而可讓光線通過該結(jié)合層的多個孔洞，而且該發(fā)光二極管 蟲晶層堆疊在該結(jié)合層上，該發(fā)光二極管磊晶層包括一電子供應(yīng) 層、 一電洞供應(yīng)層以及一活4匕層。
據(jù)此可通過該太陽能蟲晶層《^妄收由該多個孔洞進入的光線而 產(chǎn)生電能，并可通過該發(fā)光二極管磊晶層將電能轉(zhuǎn)換為光能，其通 過單一元件而可作為發(fā)光二極管與太陽能電池使用，因而本發(fā)明的 優(yōu)點在于可減少元件的4吏用而節(jié)省成本，并節(jié)省空間，減輕環(huán)境負 擔(dān)，符合綠色能源的應(yīng)用目標。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明結(jié)合層詳細結(jié)構(gòu)圖。 圖3為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的詳細內(nèi)容及技術(shù)說明，現(xiàn)以實施例來作進一 步說 明，但應(yīng)了解的是，這些實施例僅為例示說明之用，而不應(yīng)被解釋 為本發(fā)明實施的限制。
請參閱圖1所示，本發(fā)明包括一太陽能磊晶層10、 一結(jié)合層 20與一發(fā)光二極管磊晶層30,其中該太陽能磊晶層10包含上下堆 疊在一起的一N型半導(dǎo)體層11與一P型半導(dǎo)體層12,而該結(jié)合層 20堆疊在該太陽能磊晶層10上，且該結(jié)合層2(H史有貫穿該結(jié)合層 20而可讓光線通過該結(jié)合層20的多個孔洞201,而且該發(fā)光二才及 管磊晶層30堆疊在該結(jié)合層20上，該發(fā)光二^l管磊晶層30包括「 一電子供應(yīng)層31、 一電洞供應(yīng)層33以及一活化層32。
該發(fā)光二才及管磊晶層30至少包凌舌一電子供應(yīng)層31 (electron supply layer )、 一電洞供應(yīng)層33 (hole supply layer)以及一活化層 32 (active layer )。發(fā)光二才及管磊晶層30是通過有才幾金屬氣相沉積 蟲晶方法(MOVCD)、、液相蟲晶方法(LPE)或分子束蟲晶方法 (MBE)等其中之一方法而制成。其中該活4b層32可以是由包含 一氮化鋁銦4家(AlInGaN)的周期結(jié)構(gòu)形成的多層量子井(Multiple quantum well, MQW )結(jié)構(gòu)估文為發(fā)光區(qū)，而該電子供應(yīng)層31 ( electron supply layer )由N型氮化4家(n-type GaN )材并+制成，該電洞供應(yīng) 層33由P型氮化鎵(p-type GaN )材料制成。
6該太陽能磊晶層10的PN結(jié)構(gòu)，其可以先準備一 N型半導(dǎo)體 基板，再通過摻雜于N型半導(dǎo)體基板的表面上形成P型半導(dǎo)體，以 形成該N型半導(dǎo)體層11與該P型半導(dǎo)體層12,或者其也可以先準 備一P型半導(dǎo)體基板，再通過摻雜形成N型半導(dǎo)體，而其材料可以 為半導(dǎo)體常用的基材，如硅(Si)、鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)等。
請再參閱圖2所示，其中該結(jié)合層20依序堆疊一氧化銦錫層 21、 一^艮層22、 一4太層23、 一4白層24、 一金層25、 一4因?qū)?6、 一 金層27與一4太層28,其中該氧化銦錫層21與該發(fā)光二才及管磊晶層 30^妄觸，該4太層28與該太陽能磊晶層10 4妄觸。該結(jié)合層20主要 于該太陽能磊晶層10上依序形成銀層22、鈥層23、鉑層24、金層 25、銦層26,以及于該發(fā)光二極管蟲晶層30上形成鈦層28與金層 27，再通過銦層26與金層27來黏結(jié)該太陽能蟲晶層10與該發(fā)光 二極管磊晶層30,其提供良好結(jié)合與傳導(dǎo)電性。而且貫穿該結(jié)合層 20的多個孔洞201供光線通過，因而其可以是空的(empty)或者 由透明材質(zhì)所制成。
請再參閱圖3所示，本發(fā)明可以于該發(fā)光二才及管磊晶層30的 上方，形成一歐姆接觸層40,并于該氧化銦錫層21與該發(fā)光二極 管磊晶層30之間形成一金鈹合金墊202，其可以增加電傳導(dǎo)率。此 外該發(fā)光二極管磊晶層30的上方于該歐姆4妄觸層40之外可以形成 一保護層50,以便保護該發(fā)光二極管磊晶層30,并該發(fā)光二極管 蟲晶層30于4妻觸該^呆護層50的區(qū)域可以為并且化表面，以減少反射 而i曾力口出光步丈率。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)各層其可以用金屬有4幾化學(xué)氣相沉積MOCVD 作成，本發(fā)明的優(yōu)選實施例，如下所列，保護層50為二氧化石圭， 發(fā)光二才及管蟲晶層30為AlGalnP ( n type; 2jmi)畫AlInP ( n type; 0.5(im )畫MQW ( 20 25 pairs ) -AlInP ( p type; 0.8pm ) -GaP ( p type; 8 10jam)的多層結(jié)構(gòu)，該結(jié)合層20為氧化銦錫、4艮、鈦、柏、金、銦、金與鈦的多層結(jié)構(gòu)，其結(jié)合溫度為22(TC,該太陽能磊晶層IO 為硅制成的P型半導(dǎo)體基板并摻雜于表面形成N型半導(dǎo)體。據(jù)此其 可通過該發(fā)光二4及管磊晶層30發(fā)光同時通過該太陽能磊晶層10發(fā) 電，且其發(fā)電歲丈率ri達到4%。
如上所述，本發(fā)明可將電轉(zhuǎn)換為光，且可將光轉(zhuǎn)換為電，其可 作為發(fā)光二極管與太陽能電池使用，可應(yīng)用在設(shè)置于戶外且利用太 陽能作為電力來源的交通號志、廣告看板、警示燈號等，因而本發(fā) 明的優(yōu)點在于不需i殳置傳統(tǒng)的發(fā)光二極管與太陽能電池而可減少 元件的使用并節(jié)省成本，其不但節(jié)省空間，減輕環(huán)境負擔(dān)，更可符 合綠色能源的應(yīng)用目標。
惟上述4又為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用來限定本發(fā)明實 施的范圍。即凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆為本 發(fā)明專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，包括一太陽能磊晶層(10)，所述太陽能磊晶層(10)包含上下堆疊在一起的一N型半導(dǎo)體層(11)與一P型半導(dǎo)體層(12)；一結(jié)合層(20)，所述結(jié)合層(20)堆疊在所述太陽能磊晶層(10)上，且所述結(jié)合層(20)設(shè)有貫穿所述結(jié)合層(20)而可讓光線通過所述結(jié)合層(20)的多個孔洞(201)；以及一發(fā)光二極管磊晶層(30)，所述發(fā)光二極管磊晶層(30)堆疊在所述結(jié)合層(20)上，所述發(fā)光二極管磊晶層(30)包括一電子供應(yīng)層(31)、一電洞供應(yīng)層(33)以及一活化層(32)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述結(jié)合 層(20 )依序堆疊一氧化銦錫層(21 )、 一4艮層(22 )、 一鈦層(23 )、 一鉑層(24 )、 一金層(25 )、 一銦層(26 )、 一金層(27 ) 與一鈦層(28),其中所述氧化銦錫層(21)與所述發(fā)光二極 管蟲晶層(30)接觸，所述鈦層(28)與所述太陽能磊晶層(10) 接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述活化 層(32)包含一氮化鋁銦鎵的周期結(jié)構(gòu)形成的多層量子井，而 所述電子供應(yīng)層(31)由N型氮^^家材^l"制成，所述電洞供 應(yīng)層(33)由P型氮化^家材料制成。
4. 4艮據(jù)4又利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述太陽 能蟲晶層(10)通過摻雜于N型半導(dǎo)體基板的表面上形成P 型半導(dǎo)體，以形成所述N型半導(dǎo)體層(11)與所述P型半導(dǎo) 體層(12)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述多個 孑U同(201)由透明材質(zhì)制成。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述發(fā)光 二才及管磊晶層(30)的上方形成一歐姆4妄觸層(40),而所述 氧化銦錫層(21 )與所述發(fā)光二極管磊晶層(30)之間形成一 金鈹合金墊(202 )。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述發(fā)光 二極管磊晶層(30 )的上方于所述歐姆接觸層(40 )之外形成 一保護層(50)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，所述發(fā)光 二極管磊晶層(30)于接觸所述保護層(50)的區(qū)域為粗化表面。
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含依序堆疊的一太陽能磊晶層、一結(jié)合層與一發(fā)光二極管磊晶層，其中該結(jié)合層設(shè)有可讓光線通過的多個孔洞，據(jù)而讓該太陽能磊晶層可吸收環(huán)境光線而產(chǎn)生電能，并可通過一外部二次電池加以儲存，以在沒有環(huán)境光線的時候，通過該外部二次電池供給電能驅(qū)動該發(fā)光二極管磊晶層產(chǎn)生光線，據(jù)此其設(shè)置于戶外時，不需考慮電源供應(yīng)的問題，而可作為廣告牌、交通號志、警示燈等使用。
文檔編號H01L31/042GK101645467SQ20081014585
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日
發(fā)明者張智松, 許進恭, 顏良吉 申請人:聯(lián)勝光電股份有限公司