專利名稱：具有熱電結構的光電元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電元件，更詳言之，是涉及一種具有熱電結構的光電元件。
背景技術：
光電元件包含許多種類，例如發光二極管(Light-emitting Diode ;LED)、太陽能電池(Solar Cell)和光電二極管(Photo diode)等。以LED為例，LED是一種固態半導體元件，其至少包含一 p-n接面(p-n junction)，此p-η接面形成于ρ型與η型半導體層之間。當在P-n接面上施加一定程度的偏壓時，P型半導體層中的空穴與η型半導體層中的電子會結合而釋放出光，此光產生的區域一般又稱為發光區(light-emitting region)。目前發光二極管普遍有電流擴散不佳的問題，就ρ型半導體層在上的發光二極管而言，發光層上形成有一 P型半導體層，而P型半導體層上可設有一電極墊以導入電流。目前增進電流擴散的方式多為在P型半導體層上形成一例如以金屬氧化物或磷化鎵為材料的電流擴散層，再在電流擴散層上設置電極墊，而進一步地可再由電極墊延伸出一或多個的延伸電極以更增進電流的分布。然而即使在發光二極管上進行了上述可增進電流分部的結構改良，仍有電流過度集中于電極墊或其延伸電極下方的問題。此外，發光二極管另有散熱方面的問題。當發光層溫度過高時，電子與空穴的結合率會降低進而影響發光效率。上述發光二極管更可以進一步地與其他元件組合連接以形成一發光裝置(light-emitting apparatus) 0所述發光裝置包含一具有至少一電路的次載體(sub-mount)；至少一焊料(solder)位于上述次載體上，通過此焊料將上述發光二極管粘結固定于次載體上并使發光二極管的基板與次載體上的電路形成電連接；以及，一電連接結構，以電連接發光二極管的電極墊與次載體上的電路；其中，上述的次載體可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便發光裝置的電路規劃并提高其散熱效果。

發明內容
本發明提出一種具熱電結構的光電元件，具有較佳的電流分布及散熱效果，其包含一基板；一光電轉換疊層，形成于基板上，包含一形成于基板上的第一半導體層、形成于第一半導體層上的一光電轉換層、及形成于光電轉換層上的一第二半導體層；一導電結構，形成于基板及第一半導體層間，或第二半導體層上；以及一熱電結構，形成于導電結構中。依據本發明的一實施例，導電結構包含一形成于第二半導體層上的透明導電層， 熱電結構形成于透明導電層中，或透明導電層及第二半導體層間，以進行熱電轉換。依據本發明的又一實施例，導電結構包含一形成于第二半導體層上的透明導電層、及形成于透明導電層上的金屬墊，熱電結構形成于透明導電層及金屬墊間、或透明導電層中對應金屬墊的位置，以進行熱電轉換。依據本發明的又一實施例，導電結構包含形成于基板及第一半導體層間的一金屬層，其中基板是一導電基板，熱電結構形成于金屬層及基板間，以進行電熱轉換。


圖1是本發明熱電式光電元件的第-
圖2A是本發明熱電式光電元件的第
圖2B是本發明熱電式光電元件的第
圖2C是本發明熱電式光電元件的第
主要元件符號說明
100,200光電元件
101,201熱電結構
201a吸熱端
201b放熱端
102,202基板
106導電結構
206反射層
107,207第一半導體層
108,208光電轉換層
110,210第二半導體層
112,212透明導電層
114金屬墊
114a延伸部
203上電極
205下電極
2011P型熱電材料
2012η型熱電材料
具體實施例方式如圖1所示，本發明的第一實施例顯示一光電元件100，包含一基板102 ；—形成于基板102上的光電轉換疊層104 ；—形成于光電轉換疊層104上的導電結構106 ；以及形成于導電結構106中的一熱電結構101。光電轉換疊層104包含形成于基板102上的一第一半導體層107、形成于第一半導體層107上的一光電轉換層108、及形成于光電轉換層108 上的一第二半導體層110，其中第一半導體層107可為一 η型半導體層，第二半導體層110 可為一 P型半導體層，而光電轉換層108可供產生光線，此時本實施例的光電元件100為一發光元件；或光電轉換層108可供吸收光線而令光電元件100為一太陽能電池。導電結構106形成于第二半導體層110上，可至少包含形成于第二半導體110上的一透明導電層 112，且在透明導電層112上復可形成有一供導入外部電流的金屬墊114，而金屬墊114更可延伸出一或多個的延伸部114a。熱電結構101可由一納米級熱電材料所形成，其特性為可將熱能轉成電能，或通電后而吸收周圍環境熱能的材料，例如為Bi2Ti^CeAl2 J2O3、或SiGe。熱電結構101可通過蒸鍍形成于透明導電層112與第二半導體層110間；及/或透明導電層112中；及/或透明導電層112與金屬墊114或其延伸部11 間，其中當熱電結構101形成于透明導電層中時，可位于金屬墊114及/或其延伸部11 的正下方。當電流由金屬墊114進入光電元件 100時，熱電結構101可將電流擴散不良處所蓄積的熱能進行熱轉電的效應，以增加電流的分布。在一實施例中，熱電結構101可為摻雜為P型或η型的半導體材料，當熱電結構101 受熱時，無論其為η型或ρ型均會產生熱轉電的效應，差別在于當熱電結構101摻雜為η型時，產生由熱電結構101往光電轉換層108流動的電流；而當熱電結構101摻雜為ρ型時， 會產生由熱電結構101往光電元件100頂部流動的電流。本實施例所采用的熱電結構101 較佳地為η型，以在進行電流擴散的同時也提供往光電轉換層108流動的電流。上述透明導電層112可包含金屬氧化物諸如氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ΑΤΟ)、氧化鋅鋁(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鋅 (ZnO)；或半導體化合物諸如砷鎵化鋁(AWaAs)、磷化鎵(GaP)或其他類似的半導體化合物；或導電性良好的薄金屬層或薄金屬合金層，其結構可為單層或疊層結構。基板102可為導電基板或絕緣基板。如圖1所示，本實施例的光電元件100為一水平式的發光元件，具有一絕緣基板。光電轉換疊層104可在基板102上以例如為MOCVD 方式外延成長完成，或先于其他成長基板(圖未示)上成長完成后再結合于基板102。請參閱圖2Α，本發明的第二實施例顯示一光電元件200，包含一基板202 ；—形成于基板202上的光電轉換疊層204 ；—形成于光電轉換疊層204及基板202間的反射層206 ； 以及形成于反射層206及基板202間的一熱電結構201。本實施例相似于第一實施例，基板 202則為導電基板，而與反射層206形成一導電結構。光電轉換疊層204包含形成于反射層206上的一第一半導體層207、形成于第一半導體層207上的一光電轉換層208、及形成于光電轉換層208上的一第二半導體層210，其中第一半導體層207可為一 ρ型半導體層， 第二半導體層210可為一 η型半導體層。可在反射層206及第一半導體207間形成一透明導電層212以增加電流擴散的效果。熱電結構201可為納米級熱電材料，以膜狀形成于基板202與反射層206間或導電結構中的其他疊層間。熱電結構201的材料可包含Bi2Te3、 CeAl2 J2O3、或SiGe。此外，基板202底部具有一下電極205，而光電轉換疊層204上則具有一上電極203。反射層206的相對兩側分別與光電轉換疊層204及基板202結合，在本實施例中， 光電轉換疊層204先于另一成長基板(圖未示)成長完成后將成長基板移除，再與反射層 206結合，而反射層206預先與基板202結合。反射層206可為具有高反射率的材料，例如銅(Cu)、鋁(Al)、銦 an)、錫(Sn)、金(Au)、鉬(Pt)、鋅(Zn),Ig (Ag)、鈦(Ti)、鉛(Pb)、 鈀(Pd)、鍺(Ge)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、鈷(Co)、猛(Mn)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鎵(( )、鉈 (Tl)、砷(As)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)、銥(Ir)、錸(Re)、銠(Rh)、鋨(Os)、鎢(W)、鋰(Li)、 鈉(Na)、鉀(K)、鈹(Be)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鍶(Sr)、鋇(Ba)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鑭(La)、銅-錫 (Cu-Sn)、銅-鋅(Cu-Zn)、銅-鎘(Cu-Cd)、錫-鉛-銻(Sn-Pb-Sb)、錫-鉛-鋅(Sn-Pb-Zn)、 鎳-錫(Ni-Sn)、鎳-鈷(Ni-Co)或金合金(Au alloy)等，以反射來自于光電轉換層208的光線。熱電結構201可為ρ型或η型，如圖2Β所示，當熱電結構201為η型且通過電流時，η型熱電結構201中電子往電流的反向移動，而熱電結構201形成了一吸熱端20Ia及一放熱端201b，因而驅使光電轉換層208中的熱能往熱電結構201方向傳遞而加速熱能的散逸。本實施例的熱電材料201為η型，以配合電流方向，然而光電轉換疊層204的第一半導體層207也可為η型半導體層，而第二半導體層210可為ρ型半導體層，此時所采用的熱電結構201應為ρ型以配合電流方向。另外，熱電材料201也可為同時具有ρ型與η型的態樣，如圖2C所示，基板202與反射層206間間隔設有多個ρ型熱電材料2011及η型熱電材料2012。本發明所列舉的各實施例僅用以說明本發明，并非用以限制本發明的范圍。任何人對本發明所作的任何顯而易知的修飾或變更皆不脫離本發明的精神與范圍。
權利要求
1.一種光電元件，包含 光電轉換層；半導體層，形成于該光電轉換層上； 導電結構，形成于該半導體層上；以及熱電結構，形成于該導電結構中。
2.如權利要求1的光電元件，其中該導電結構包含一形成在該半導體層上的透明導電層、及形成于該透明導電層上的金屬墊，該熱電結構形成于該透明導電層中，及/或該透明導電層及該半導體層間，及/或透明導電層及該金屬墊間，及/或該透明導電層中對應該金屬墊的位置。
3.如權利要求2的光電元件，其中該半導體層的極性為ρ型，而該熱電結構的極性為η型。
4.如權利要求1的光電元件，其中該導電結構包含一導電基板、及形成于該導電基板及該半導體層間的反射層，該熱電結構形成于該反射層及該導電基板間。
5.如權利要求4的光電元件，其中該半導體層的極性為ρ型，而該熱電結構為η型，或該半導體層的極性為η型，而該熱電結構為ρ型，或該熱電結構包括間隔形成于該基板及該反射層間的多個P型熱電材料及多個η型熱電材料。
6.如權利要求1的光電元件，其中該熱電結構為納米級熱電材料，包含Bi2Te3、CeAl2, Y203 或 SiGe。
7.一種光電元件，包含 基板；光電轉換疊層，形成于該基板上，包含一形成于該基板上的第一半導體層、形成于該第一半導體層上的光電轉換層、及形成于該光電轉換層上的第二半導體層；導電結構，形成于該第一半導體層及該基板間或形成于該第二半導體層上；以及熱電結構，形成于該導電結構中。
8.如權利要求7的光電元件，其中該導電結構包含形成于該第二半導體層上的透明導電層、及形成于該透明導電層上的金屬墊，該熱電結構形成于該透明導電層中，及/或該透明導電層及該第二半導體層間，及/或該透明導電層及該金屬墊間，及/或該透明導電層中對應該金屬墊的位置。
9.如權利要求8的光電元件，其中該第二半導體層的極性為ρ型，而該熱電結構為η型。
10.如權利要求8的光電元件，其中該導電結構包含形成于該基板及該第一半導體層間的反射層，且該基板是一導電基板，該熱電結構形成于該反射層及該基板間；其中該第一半導體層的極性為P型，而該熱電結構為η型，或該第一半導體層的極性為η型，而該熱電結構為P型，或該熱電結構包括間隔形成于該基板及該反射層間的多個P型熱電材料、及多個η型熱電材料。
全文摘要
本發明公開一種具有熱電結構的光電元件，其包含一光電轉換層、形成于光電轉換層兩相對側的兩半導體層、至少形成于其中的一半導體層上的導電結構、及形成于導電結構中的熱電結構，其中熱電結構可在導電結構中進行熱電轉換而增進電流擴散效果，或進行電熱轉換以散逸光電轉換層所產生的熱。
文檔編號H01L33/64GK102315379SQ201010220928
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月1日 優先權日2010年7月1日
發明者許明祺 申請人:晶元光電股份有限公司