太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片及製作方法

2023-09-21 13:48:00 1

專利名稱：太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片及製作方法
技術領域：
本發明涉及一種單晶片型光晶片(monolithic photo-chip)及其製作 方法，特別是涉及一種包含太陽能元件(solar device)與發光元件 (light-emitting device)構成的單晶片型光晶片及其製作方法以及應用。
背景技術：
隨著科技進步，包含發光二極體(Light Emitting Diode, LED)與激 光二極體(Laser Diode， LD)等固態光源的製作成本越來越低廉，LED與 LD具有體積小、省電、壽命長、無玻璃及無毒性氣體等優點。諸如紅 光LED、藍光LED、綠光LED及白光LED各種LED可根據不同的需 求應用於各式各樣的領域，例如裝飾、指示、顯示及照明等用途；而 且，LD也廣泛地作為雷射指示器(laser pointer)、雷射瞄準器(laser sight)、雷射瞄準裝置(laser aiming device)、雷射水平儀(laser level)及激 光測量工具(laser measuring tool)等裝置的光源。另一方面，因為石油日益短缺與價格髙漲，而太陽能是免費且取 之不盡的能源，所以太陽能電池(solar cdl)作為乾淨能源的應用也曰漸 增加。聚光型(light-focus type)太陽能晶片(solar cell)通常是以化合物作 為基底，例如砷化鎵-基底(GaAs-based)、砷化銦鎵-基底(InGaAs-based)、 碲化鎘-基底(CdTe-based)、砷化鋁鎵-基底(AlGaAs-based)或二硒化銅銦 (鎵)-基底(CuIn(Ga)Serbased)，因其具有高光電轉換效率(photo-voltaic efficiency),所以應用越來越普遍。近年來，太陽能照明器(solar-powered i〗luminator)釆用LED作為夜 間的發光元件已普遍使用於許多應用領域，例如街燈、警示燈及指示 燈等道路應用，而且它也普遍使用於裝飾燈、庭院燈、花園燈及廣告
燈等戶外應用；己知的太陽能照明器通常包括一LED晶片、 一太陽能晶片、一可充電電池(rechargeablebattery)與一控制器(controller)，太陽能晶片在日間接收陽光並把太陽能轉化為電能儲存於可充電電池，在 夜間，控制器控制可充電電池，使其放電以驅動LED晶片發光；因此 己知的太陽能照明器的優點是不需要導線連接一外界電力供應系統或 經由外界電源來進行可充電電池的充電，導線連接是一件困難、不便 及昂貴的工作，而進行可充電電池的充電是一件耗時、繁複、麻煩及 昂貴的程序。然而，己知的太陽能照明器的LED晶片與太陽能晶片是分開封 裝，所以其體積大、組裝程序複雜且昂貴。發明內容為解決上述己知技術中LED晶片與太陽能晶片分開封裝，以使 太陽能照明器體積大、組裝程序複雜且昂貴的問題，本發明目的之一 是提供一種具有太陽能元件與發光元件構成的一單晶片型光晶片及其 製作方法，該元件具有構造簡單、小尺寸及低成本等優點。本發明的另一目的是提供一種應用的太陽能照明器，其包括具 有一太陽能元件與一發光元件構成的一單晶片型光晶片；及一可充電 電池。本發明的太陽能照明器不需要導線連接一外界電力供應系統或 經由外界電源來充電可充電電池，所以該太陽能照明器具有體積小、 精巧、組裝簡單、容易設置及低成本等優點。為達上述目的，本發明元件結構的實施例如下一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片包括 一基板(substrate);—太陽能元件，其設於基板上；及一發光元件，其設於基 板上，並與太陽能元件相隔一距離。為達上述目的，本發明應用的實施例如下
一種太陽能照明器，包括太陽能元件與發光元件構成的一單芯 片型光晶片；及一可充電電池，其電性連接於太陽能元件與發光元件， 其中，該可充電電池由太陽能元件充電，且該可充電電池供給發光元 件電能。為達上述目的，本發明製造方法的實施例如下-一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片的製作方法， 其步驟包括 一初始步驟，提供一基板； 一第一覆蓋步驟，覆蓋一第 一絕緣層於基板上並形成一第一暴露區域； 一第一元件製作步驟，以 磊晶(epitaxy)方法與顯影蝕刻(l他ography)方法於第 一 暴露區域製作一 第一元件； 一第一蝕刻(etch)步驟，回蝕(etchback)第一絕緣層； 一第二 覆蓋步驟，覆蓋一第二絕緣層於基板上與第一元件的表面並於基板上 形成一第二暴露區域； 一第二元件製作步驟，以磊晶方法與顯影蝕刻 方法於第二暴露區域製作一第二元件；及一第二蝕刻步驟，回蝕第二 絕緣層，其中，第一元件為一太陽能元件或一發光元件，且第二元件 為對應的一發光元件或一太陽能元件。通過上述技術特徵，本發明的單晶片型光晶片包括一太陽能元件 與一發光元件，而具有此一單晶片型光晶片的太陽能照明器非常適合 各式各樣的應用，例如雷射指示器、雷射瞄準器、雷射瞄準裝置、激 光水平儀及雷射測量裝置等雷射二極體應用領域，或裝飾燈、庭院燈、 花園燈、廣告燈、街燈、道路警示燈及道路指示燈等發光二極體應用 領域。以下將通過具體實施例並配合所示附圖詳加說明，當更容易了解 本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。


圖1是本發明一實施例的具有一太陽能元件與一發光元件構成的 一單晶片型光晶片的剖面示意圖；及
圖2A至圖2G是本發明一實施例的單晶片型光晶片製作方法的剖面示意圖，用以圖示製作步驟。圖中符號說明10、 40 基板 20 太陽能元件 30 發光元件 42 第一絕緣層 44 第一暴露區域 50 第一元件 52 第二絕緣層 54 第二暴露區域 60 第二元件Sl、 S2、 S3、 S4 步驟S5、 S6、 S7 步驟具體實施方式
詳細說明如下，所述較佳實施例僅做一說明而非用以限定本發明。圖1是本發明一實施例的具有一太陽能元件與一發光元件構成的 一單晶片型光晶片的剖面示意圖，具有一太陽能元件20與一發光元件 30的一單晶片型光晶片，包括 一基板10;太陽能元件20，其設於基 板10上；及發光元件30，其設於基板10上，並與太陽能元件20相隔 一距離。在一實施例中，基板10的材質可為砷化鎵(GaAs)或氮化鎵 (GaN);太陽能元件20可為一單接面(single-junction)太陽能電池或一多 接面(multi-junction)太陽能電池；發光元件30可為一 LD,例如一側面 發光(side-illuminated) LD或一垂直面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，或者，發光元件30可為一 LED,例如紅光 LED、藍光LED、綠光LED或白光LED，而且，發光元件30的結構 可為單異質結構(single heterostructure)、 雙異質結構(double heterostructure)或量子井(quantum well)結構。因上述不同種類或結構的 太陽能元件與發光元件對熟悉此技藝者為通常知識，所以在此不再進 一步贅述。其次，圖2A至圖2G是本發明一實施例的單晶片型光晶片製作方 法的剖面示意圖，用以圖示製作步驟，包括 一初始步驟S1，提供一 基板40; —第一覆蓋步驟S2，覆蓋一第一絕緣層42於基板40上並形 成一第一暴露區域44; 一第一元件50製作步驟S3，以磊晶方法與顯 影蝕刻方法於第一暴露區域44製作一第一元件50; —第一蝕刻步驟 S4，回蝕第一絕緣層42; —第二覆蓋步驟S5,覆蓋一第二絕緣層52 於基板40上與第一元件50的表面，並於基板40上形成一第二暴露區 域54; —第二元件60製作步驟S6，以磊晶方法與顯影蝕刻方法於第 二暴露區域54製作一第二元件60;及一第二蝕刻步驟S7，回蝕第二 絕緣層52，其中，第一元件50為一太陽能元件或一發光元件，且第二 元件60為對應的一發光元件或一太陽能元件。在一實施例中，第一絕緣層42與第二絕緣層52的材質可為氧化 矽(siliconoxide)或氮化矽(silicon nitride);如前所述，基板40的材質可 為砷化鎵或氮化鎵；而且，因第一元件50與第二元件60類似於太陽 能元件20與發光元件30，所以在此不再進一步贅述。因此，如前所述，本發明的特徵之一是具有一太陽能元件與一發 光元件構成的一單晶片型光晶片可利用區域選擇成長(Selective Area Growth, SAG)方法製作。綜上所述，本發明提供一種包括太陽能元件與發光元件構成的單 晶片型光晶片，具有構造簡單、小尺寸及低成本等優點。甚且，本發 明的單晶片型光晶片非常便於與一可充電電池整合併組裝成一太陽能 照明器，例如根據本發明一實施例的一太陽能照明器包括具有一太陽能元件與一發光元件構成的一單晶片型光晶片；及一可充電電池，
其電性連接於太陽能元件與發光元件，其中，可充電電池由太陽能元 件充電，且可充電電池供給發光元件電能。因此，以上所述的實施例僅為說明本發明的技術思想及特點，其 目的在使熟習此項技藝的人士能夠了解本發明的內容並據以實施，當 不能以的限定本發明的專利範圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作 的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的專利範圍內。
權利要求
1. 一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片，包含一基板；一太陽能元件，其設於該基板上；及一發光元件，其設於該基板上，並與該太陽能元件相隔一距離。
1. 一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片，包含 一基板；一太陽能元件，其設於該基板上；及一發光元件，其設於該基板上，並與該太陽能元件相隔一距離。
2. 如權利要求1所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該基板的材質為砷化鎵或氮化鎵。
3. 如權利要求1所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該太陽能元件為一單接面太陽能電池或一多接面太陽能電 池。
4. 如權利要求1所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該發光元件為一雷射二極體。
5. 如權利要求4所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該雷射二極體為一側面發光雷射二極體或一垂直面射型激 光二極體。
6. 如權利要求1所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該發光元件為一發光二極體。
7. 如權利要求6所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該發光二極體為一紅光發光二極體或一藍光發光二極體或一綠光發光二極體或一白光發光二極體。
8. 如權利要求1所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光 晶片，其中該發光元件構成的結構為單異質結構、雙異質結構或量子井結構。
9. 一種太陽能照明器，應用如權利要求l所述的具有太陽能元件 與發光元件構成的單晶片型光晶片，包含具有該太陽能元件與該發光元件構成的該單晶片型光晶片；及 一可充電電池，其電性連接於該太陽能元件與該發光元件，其中，該可充電電池由該太陽能元件充電，且該可充電電池供給該發光元件電能。
10. —種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片的製作方法，其步驟包含一初始步驟，提供一基板；一第一覆蓋步驟，覆蓋一第一絕緣層於該基板上並形成一第一暴露區域；一第一元件製作步驟，以一磊晶方法與一顯影蝕刻方法於該第一 暴露區域製作一第一元件；一第一蝕刻步驟，回蝕該第一絕緣層；一第二覆蓋步驟，覆蓋一第二絕緣層於該基板上與該第一元件的 表面，並於該基板上形成一第二暴露區域；一第二元件製作步驟，以該磊晶方法與該顯影蝕刻方法於該第二 暴露區域製作一第二元件；及一第二蝕刻步驟，回蝕該第二絕緣層，其中，該第一元件為該太 陽能元件或該發光元件，且該第二元件為對應的該發光元件或該太陽 能元件。
11. 如權利要求IO所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該基板的材質為砷化鎵或氮化鎵。
12. 如權利要求IO所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該第一絕緣層的材質為氧化矽或氮化矽。
13. 如權利要求IO所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該第二絕緣層的材質為氧化矽或氮化矽。
14. 一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片的製作方 法，其步驟包含提供一基板；覆蓋一第一絕緣層於該基板上並形成一第一暴露區域； 以一磊晶方法與一顯影蝕刻方法於該第一暴露區域製作一發光元件；回蝕該第一絕緣層；覆蓋一第二絕緣層於該基板上與該發光元件構成的表面，並於該基板上形成一第二暴露區域；以該磊晶方法與該顯影蝕刻方法於該第二暴露區域製作一太陽能元件；及回蝕該第二絕緣層。
15. 如權利要求14所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該基板的材質為砷化鎵或氮化鎵。
16. 如權利要求14所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該第一絕緣層的材質為氧化矽或氮化矽。
17. 如權利要求14所述的太陽能元件與發光元件構成的單晶片型 光晶片的製作方法，其中該第二絕緣層的材質為氧化矽或氮化矽。
全文摘要
本發明是一種太陽能元件與發光元件構成的單晶片型光晶片及製作方法，該光晶片包括基板、太陽能元件及發光元件，發光元件設於基板上，並與太陽能元件相隔一距離。該製作方法包括初始步驟；第一覆蓋步驟；第一元件製作步驟；第一蝕刻步驟；第二覆蓋步驟；第二元件製作步驟；及第二蝕刻步驟。該方法利用區域選擇成長方法製作單晶片型光晶片，具有構造簡單、小尺寸及低成本等優點，該單晶片型光晶片構成的太陽能照明器適合各式各樣的應用。
文檔編號H01L31/12GK101211992SQ20071008859
公開日2008年7月2日 申請日期2007年3月16日 優先權日2006年12月28日
發明者謝文昇, 賴利弘, 賴利溫, 黃堃芳 申請人:海德威電子工業股份有限公司;禧通科技股份有限公司