TWI528570B - 紋理化光電子裝置及其相關製造方法 - Google Patents
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Description
本揭示內容係關於紋理化光電子裝置及製造紋理化光電子裝置之相關方法。
光電子裝置供給、偵測及/或控制輻射，包含伽馬射線、X射線、紫外及紅外輻射以及可見光。光電子裝置之實例包含電至光或光至電換能器，諸如發光二極體(「LED」)、有機發光二極體(「OLED」)、聚合物發光二極體(「PLED」)及太陽能(光伏打)電池。光電子裝置通常包含由輻射可行進穿過之透明導電氧化物製成之一電極。然而，導電氧化物電極可將該輻射之一部分反射回至該裝置中。此「損耗」輻射可減小光提取效率，浪費能量且減少輸出。據此，可期望光電子裝置之光發射/吸收效率之若干改良。
下文描述光電子裝置以及使用及製造光電子裝置之相關方法之各種實施例。如後文所使用，術語「光電子裝置」通常指代具有半導體LED、PLED、OLED、雷射二極體、太陽能電池/光伏打電池或以一所要頻譜在電能與電磁輻射之間轉換之其他類型的固態裝置之裝置。術語「發光晶粒」或「固態發射器」(「SSE」)包含LED、PLED、OLED及其他相似裝置。此外，術語基板指代用於個別光電子裝置及其上形成或安裝複數個光電子裝置之較大晶圓或工件
之支撐件。熟習此項技術者亦將瞭解本發明技術可具有額外實施例且可在無下文參考圖1至圖5B所述之實施例之若干細節之情況下實踐本發明技術。
圖1係根據本發明技術之一實施例之一光電子裝置100之一示意橫截面圖。光電子裝置100包含一光電子換能器102、光電子換能器102上之一導電透明紋理化材料104及透明紋理化材料104上之一透明導電材料106。在一些實施例中，透明紋理化材料104為鈦且透明導電材料106為銦錫氧化物(ITO)。透明導電材料106包含具有突出遠離光電子換能器102之複數個突起物112之一紋理化表面110。突起物112可包括以一隨機或未定義圖案跨光電子換能器102之複數個不規則柱、尖狀物及/或凸塊等。
在操作中，自光電子換能器102發射之輻射行進穿過透明紋理化材料104及導電材料106。預期具有紋理化表面110之光電子裝置100之若干實施例以增大光提取及通過換能器102之電流之均勻度。例如，紋理化表面110可減少內反射之輻射損耗，藉此增大光提取。在一模擬中，具有一未經紋理化(大致為平面)導電材料之一光電子裝置之光提取效率為大約50%。相比而言，對於在導電材料106上具有紋理化/突起物112之一裝置100，光提取效率為大約96%。提供此等優點而不損失光電子裝置102之功能區。
本發明技術進一步包含製造具有一導電部分之光電子裝置之方法。例如，一種在一基板上形成一導電部分之方法包含：在該基板上形成鈦材料；在該鈦上形成一導電材
料；及加熱該導電材料。最初，該導電材料在其被加熱前具有一第一表面粗糙度且在加熱後具有明顯大於該第一表面粗糙度之一第二表面粗糙度。下文參考圖2A至圖2C進一步詳細描述此方法之一實施例。此外，下文參考圖3A至圖5B描述此等方法及所得裝置之變動。
圖2A至圖2C係根據本發明技術之一實施例之經歷形成具有紋理化表面110之透明導電材料106之一程序之一光電子裝置100之示意橫截面圖。圖2A展示在已將半透明紋理化材料104形成或沈積在一光電子換能器102上且已將透明導電材料106形成或生長在紋理化材料104上之後之光電子裝置100。如上文參考圖1所討論，在一些實施例中，紋理化材料104為鈦且導電材料106為ITO。在一特定實施例中，導電材料106為大約43.6%鈦、2.9%錫及53.5%氧化物。在其他實施例中，紋理化材料104及導電材料106為輻射可行進穿過之其他材料。在一實施例中，紋理化材料104具有在自約20埃至約400埃之範圍中之一厚度，且在一特定實施例中，紋理化材料104具有在自約30埃至約60埃之範圍中之一厚度。在一些實施例中，導電材料106具有在自約20埃至約4000埃之範圍中之一厚度。
圖2B圖解說明在已將紋理化表面110形成在導電材料106上或以其他方式引進至導電材料106之後之光電子裝置100。紋理化表面110可藉由將裝置100、裝置100之一部分或該裝置所定位之一環境加熱至自約100℃至約600℃之一溫度而形成。在一特定實施例中，裝置100被加熱至自約
350℃至約450℃之一溫度。本發明者已發現將導電材料106加熱至此等溫度或在此等溫度之一環境中加熱紋理化材料104引起紋理化表面110形成(例如，生長)。在一些實施例中，紋理化表面110表現為突出遠離光電子換能器102之不規則、柱狀突起物112之形式。紋理化之密度及大小(例如，突起物112之大小、形狀、配置及/或數目)可對加熱溫度敏感。在加熱後，導電材料106之紋理化表面110可具有明顯大於下伏紋理化材料104之粗糙度之一紋理或粗糙度。儘管在圖2A及圖2B中僅展示一單個光電子裝置100，但是可對跨一工件之多個裝置同時或幾乎同時執行本文所述之方法。
圖2C圖解說明在已將一透鏡252之一部分形成在光電子換能器102上方之後之裝置100。透鏡252可包含由聚矽氧、聚甲基丙烯酸甲酯、樹脂或具有用於使由光電子換能器102發射之輻射透射之合適性質之其他材料製成之一透射材料。透鏡252可定位在光電子換能器102上方使得由光電子換能器102發射之光行進穿過透鏡252。透鏡252可包含各種擴散特徵(諸如一彎曲形狀)，以使由光電子換能器102發射之光在其離開透鏡252時繞射或以其他方式改變方向。
在選定實施例中，沿著透鏡252及/或在透鏡252中之一轉換器材料產生來自光電子換能器之光之一所要色彩。該轉換器材料可包含在光致發光下發射自綠色至黃色至紅色之一色彩範圍之一特定濃度之摻雜含磷光體之鈰(III)之釔
鋁石榴石(YAG)。在其他實施例中，該轉換器材料可包含摻雜釹之YAG、釹鉻雙摻雜之YAG、摻雜鉺之YAG、摻雜鐿之YAG之YAG、釹鈰雙摻雜之YAG、鈥鉻銩三摻雜之YAG、摻雜銩之YAG、摻雜鉻(IV)之YAG、摻雜鏑之YAG、摻雜釤之YAG、摻雜鋱之YAG及/或其他合適波長轉換材料。在其他實施例中，該轉換器材料可為與透鏡252分開之一遠端磷光體、直接接觸光電子換能器之一直接磷光體或缺少整個磷光體。
圖3A及圖3B係根據本發明技術之額外實施例之具有固態發射器(SSE)314之光電子裝置300a、300b之示意橫截面圖。圖3A展示使用與上文參考圖2A至圖2C所述之方法大致相似的方法形成之一光電子裝置300a。例如，一紋理化材料104係形成在一光電子換能器302上，且一導電材料106係形成在紋理化材料104上。如上文所述，紋理化材料104及導電材料106可為透明材料。導電材料106可經加熱而形成具有如上文參考圖2B所述之柱或其他類型的突起物112之一紋理化表面310a。
SSE 314可包含一第一半導體材料322、一第二半導體材料326及介於第一半導體材料322與第二半導體材料326之間的一作用區域324。在一實施例中，第一半導體材料322為P型氮化鎵(GaN)材料，作用區域324為氮化銦鎵(InGaN)材料，且第二半導體材料326為N型GaN材料。第一半導體材料322、作用區域324及第二半導體材料326可使用化學氣相沈積(「CVD」)、物理氣相沈積(「PVD」)、原子層
沈積(「ALD」)、電鍍或半導體製造技術中已知之其他技術來沈積或以其他方式生長或形成。SSE 314可進一步包含形成在基板350與SSE 314之間的一反射材料320。
在操作中，由於電流自第一半導體材料322流動至第二半導體材料326，故電荷載子自第二半導體材料326朝向第一半導體材料322流動且引起作用區域324發射輻射。該輻射直接傳播穿過導電材料106或自反射材料320反射且往回行進穿過第一半導體材料322、作用區域324及第二半導體材料326。該輻射行進穿過透明紋理化材料104且透射穿過突起物112並藉由突起物112折射。在其他實施例中，SSE 314可表現為此項技術中已知之其他形式或配置。
圖3B係以與圖3A中所示之裝置300a大致相似之方式形成(但與裝置300a不同之處在於紋理化材料104具有一非平面形外表面318)之一光電子裝置300b之一示意橫截面圖。在圖解說明之實施例中，外表面318包含脊334及谷336。在其他實施例中，此外或替代性地，第一半導體材料322、作用區域324、第二半導體材料326、反射材料320及/或光電子換能器302可不平坦或經圖案化。一導電材料106係形成在紋理化材料104之外表面318上且可具有對應於外表面318上之圖案之一巨大輪廓。紋理化材料104及導電材料106之外形可影響導電材料106之一紋理化表面310b上之突起物112之生長型樣。在圖解說明之實施例中，例如，定位在脊334上之突起物112通常自光電子裝置302延伸得遠於定位在谷336上之突起物112。在圖2B中所示之脊334
及谷336之圖案僅代表紋理化材料104之一特定圖案。多種多樣不同圖案或配置可應用於紋理化材料104。在一些實施例中，例如，外表面318可具有一隨機紋理，而在其他實施例中，外表面318可具有對應於所得突起物112之一所要圖案之脊334及谷336之一預先計劃圖案。
圖4A及圖4B係根據本發明技術之一實施例之經歷使用一遮罩440(個別識別為遮罩元件440a至440c)形成一紋理化表面410之一程序之一光電子裝置400之示意橫截面圖。圖4A展示已形成在一光電子換能器102上之一透明紋理化材料104。遮罩440經沈積及圖案化而形成在紋理化材料104上方界定障壁之遮罩元件440a至440c。在一些實施例中，遮罩440係由氮化鈦製成，但是在其他實施例中亦可使用其他材料。
圖4B展示在已將一導電材料106形成在紋理化材料104之暴露部分及遮罩440上方之後之光電子裝置400。導電材料106可經加熱而生長具有如上文參考圖2B所述之柱或突起物112之一紋理化表面410。突起物112生長在紋理化材料104之暴露部分442上方，而非遮罩440上方。導電材料106上覆於遮罩440上之平面部分444保持大致上未經紋理化。因此，可在紋理化材料104上圖案化遮罩440以選擇性暴露其中需要突起物112之紋理化材料104之部分442。
儘管圖解說明之實施例展示三個遮罩元件440a至440c，但是在其他實施例中，遮罩440在紋理化材料104之表面上亦可具有一不同配置之遮罩元件及/或任何數目個遮罩元
件。可取決於平面部分444之預期目的而組態遮罩440。例如，在一些實施例中，遮罩440可經組態使得平面部分444保持大致上平坦以將結合墊(未展示)附接至裝置400。在另一實施例中，平面部分444可用作為用於保全裝置400對準在一基板或電子裝置(未展示)上之一接觸點。在此實例中，遮罩440可近似相同大小且具有與保全裝置接觸件相同的配置。在又另一實施例中，該遮罩可用於判定一太陽能面板或電池中之光吸收之選擇性。
圖5A及圖5B係根據本發明技術之一實施例之經歷一圖案轉移程序之一光電子裝置500之示意橫截面圖。一起參考圖5A及圖5B，已使用與上文參考圖2A至圖2C所述之方法大致相似的方法形成光電子裝置500。例如，在一光電子換能器102上形成一紋理化材料104，且在紋理化材料104上形成一導電材料106。如上文所述，紋理化材料104及導電材料106可為透明材料。導電材料106經加熱而生長具有上文參考圖2B所述之柱或突起物112之一紋理化表面510。
突起物112可用作為一遮罩以藉由在箭頭E之方向上蝕刻而將紋理化圖案510轉移至裝置500之一下伏層(例如，光電子換能器102)。具體言之，可使用各種蝕刻技術(諸如乾式蝕刻)以移除導電材料106、紋理化材料104及/或光電子換能器102之全部或一部分。藉由蝕除光電子裝置500之一部分，可將紋理化圖案之不規則及/或隨機紋理轉移至光電子換能器102而不用依靠於需要大量時間及化學物之替
代技術，諸如微影術或濕式蝕刻。
自前文，將明白本文為了圖解目的已描述本發明技術之特定實施例，但是可在不偏離本揭示內容之情況下作出各種修改。例如，上文所述之一些實施例將光電子裝置展示為SSE。然而，其他實施例可包含上文所述之替代裝置，諸如太陽能電池。此外，上文所述之一些實施例討論將鈦及銦錫氧化物分別用於導電材料及紋理化材料。然而，在其他實施例中，可使用具有相似特性、性質或功能之其他材料或化合物。除了一實施例之元件外或代替一實施例之元件，其他實施例之許多元件可與該實施例組合。據此，本揭示內容僅受限於隨附申請專利範圍。
100‧‧‧光電子裝置
102‧‧‧光電子換能器
104‧‧‧導電透明紋理化材料
106‧‧‧透明導電材料
110‧‧‧紋理化表面
112‧‧‧柱/突起物
252‧‧‧透鏡
300a‧‧‧光電子裝置
300b‧‧‧光電子裝置
302‧‧‧光電子換能器
310a‧‧‧紋理化表面
310b‧‧‧紋理化表面
314‧‧‧固態發射器(SSE)
318‧‧‧外表面
320‧‧‧反射材料
322‧‧‧第一半導體材料
324‧‧‧作用區域
326‧‧‧第二半導體材料
334‧‧‧脊
336‧‧‧谷
350‧‧‧基板
400‧‧‧光電子裝置
410‧‧‧紋理化表面
440‧‧‧遮罩
440a‧‧‧遮罩元件
440b‧‧‧遮罩元件
440c‧‧‧遮罩元件
442‧‧‧紋理化材料之暴露部分
444‧‧‧導電材料之平面部分
500‧‧‧光電子裝置
510‧‧‧紋理化表面/紋理化圖案
圖1係根據本發明技術之一實施例之一光電子裝置之一示意橫截面圖。
圖2A至圖2C係根據本發明技術之一實施例之經歷形成一紋理化表面之一程序之一光電子裝置之示意橫截面圖。
圖3A及圖3B係根據本發明技術之實施例之具有固態發射器(SSE)之光電子裝置之示意橫截面圖。
圖4A及圖4B係根據本發明技術之一實施例之經歷使用一遮罩來形成一紋理化表面之一程序之一光電子裝置之示意橫截面圖。
圖5A及圖5B係根據本發明技術之一實施例之經歷一圖案轉移程序之一光電子裝置之示意橫截面圖。
100‧‧‧光電子裝置
102‧‧‧光電子換能器
104‧‧‧導電透明紋理化材料
106‧‧‧透明導電材料
110‧‧‧紋理化表面
112‧‧‧突起物
Claims (27)
- 一種用於形成一固態光電子裝置之方法，其包括：形成一光電子換能器，該光電子換能器具有至少一第一半導體材料、一第二半導體材料及介於該第一半導體材料與該第二半導體材料之間的一作用區域；在該光電子換能器上形成一紋理化材料，其中輻射可行進穿過該紋理化材料；及在該紋理化材料上形成一透明導電材料，其中該透明導電材料具有一第一表面粗糙度；及加熱該透明導電材料以產生具有複數個突起物之一紋理化表面，其中該紋理化表面具有明顯大於該第一表面粗糙度之一第二表面粗糙度。
- 如請求項1之方法，其中形成該紋理化材料包括：在該光電子換能器上方沈積鈦。
- 如請求項2的方法，其中沈積該鈦包括：形成具有自約30埃至約60埃之一厚度之一鈦材料。
- 如請求項1之方法，其中形成一透明導電材料包括：在該紋理化材料上形成銦錫氧化物。
- 如請求項1之方法，其中該光電子換能器包括一光伏打電池。
- 如請求項1之方法，其中該光電子換能器包括一固態發射器。
- 如請求項1之方法，其中：形成該紋理化材料包括：在該光電子換能器上沈積一 鈦材料；及形成該透明導電材料包括：在該鈦材料上生長銦錫氧化物。
- 如請求項7之方法，其中該銦錫氧化物係在自約100℃至約600℃之一溫度下生長。
- 如請求項7之方法，其中該銦錫氧化物係在自約350℃至約450℃之一溫度下生長。
- 如請求項9之方法，其中該鈦材料具有自約30埃至60埃之一厚度，且該銦錫氧化物係在約400℃之一溫度下生長。
- 如請求項1之方法，其中該等突起物為突出遠離該光電子換能器之不規則柱。
- 如請求項1之方法，其中該紋理化材料具有一大致平面表面，且該方法進一步包括：在該紋理化材料上形成一遮罩；圖案化該遮罩以暴露其中需要該透明導電材料之突起物之該紋理化材料之選定部分；及在該遮罩及該紋理化材料之該等暴露部分上生長該透明導電材料，其中該透明導電材料在該遮罩上方係大致平面且該透明導電材料在該紋理化材料之該等暴露部分上方具有突起物。
- 如請求項1之方法，其中該紋理化表面包含一圖案，且其中該方法進一步包括蝕刻該透明導電材料、該紋理化材料及該光電子換能器之一部分，藉此將該圖案實質上 轉移至該光電子換能器。
- 如請求項13之方法，其中蝕刻該透明導電材料、該紋理化材料及該光電子換能器之一部分包括乾式蝕刻。
- 一種用於在一基板上形成一導電部分之方法，其包括：在該基板上形成一鈦材料；在該鈦材料上形成一導電材料，其中該導電材料具有一第一表面粗糙度；及加熱該導電材料，其中加熱該導電材料引起該導電材料具有明顯大於該第一表面粗糙度之一第二表面粗糙度。
- 如請求項15之方法，其中：形成該鈦材料包括在該基板上形成一圖案化鈦層；及形成該導電材料包括形成具有對應於該鈦層之該圖案之一圖案之一導電材料。
- 如請求項15之方法，其中該基板包括一固態光發射器。
- 如請求項15之方法，其中該基板包括一太陽能電池。
- 如請求項15之方法，其中形成該鈦材料包括形成具有自約30埃至約60埃之一厚度之該鈦材料，且其中形成該導電材料包括形成銦錫氧化物。
- 如請求項15之方法，其進一步包括蝕刻該導電材料。
- 如請求項15之方法，其中加熱該導電材料包括將該導電材料加熱至自約350℃至約450℃之一溫度。
- 一種光電子裝置，其包括：一光電子換能器，其具有至少一第一半導體材料、一 第二半導體材料及介於該第一半導體材料與該第二半導體材料之間的一作用區域；一鈦材料，其沈積在該光電子換能器上；及一透明導電材料，其在該鈦材料上，其中該透明導電材料具有突出遠離該鈦材料之複數個突起物，且其中該複數個突起物係藉由該透明導電材料之加熱而形成。
- 如請求項22之裝置，其中該透明導電材料包括銦錫氧化物。
- 如請求項22之裝置，其中該鈦材料具有自約30埃至約60埃之一厚度。
- 如請求項22之裝置，其進一步包括沈積在該鈦材料之至少一部分上方之一遮罩。
- 如請求項22之裝置，其中該透明導電材料之該等突起物包括以一隨機圖案跨該光電子換能器之複數個不規則柱。
- 如請求項22之裝置，其中該固態光電子換能器包含一N型氮化鎵(GaN)材料、該N型材料上方之氮化銦鎵(InGaN)材料及該InGaN材料上方之一P型GaN材料。
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