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光電元件及其制造方法

文檔序號(hào):6895627閱讀:203來源:國(guó)知局
專利名稱:光電元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種光電元件(optoelectronic device)及其制造方法,且特別涉 及一種通過原子層沉積(atomic layer deposition)工藝形成鈍化層的光電元件
及其制造方法。
背景技術(shù)
隨著光電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,各種光電元件,如發(fā)光二極管(light-emitting diode)、激光二極管(laser diode)、光檢測(cè)器(photo-detector)以及太陽(yáng)能電池 (solar cdl)等等,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,使用者 對(duì)于光電元件的發(fā)光效率或光電轉(zhuǎn)換效率等性能的要求也越來越高。
一般而言,在光電元件的表面形成鈍化層,可以相當(dāng)程度地提升光電元 件的各項(xiàng)性能,如發(fā)光效率或光電轉(zhuǎn)換效率。以硅發(fā)光二極管為例,具有高 效率的硅發(fā)光二極管傳統(tǒng)上會(huì)以熱氧化層(thermal oxide)作為表面鈍化層。其 制造方法將硅晶圓在高溫下通入氧氣,使硅晶圓的表面發(fā)生氧化作用,以產(chǎn) 生二氧化硅的鈍化層。形成于硅發(fā)光二極管上的表面鈍化層可以提供硅發(fā)光 二極管表面鈍化效果,進(jìn)而提升硅發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
然而,以傳統(tǒng)方法形成的鈍化層常常會(huì)有厚度控制不佳、表面覆蓋能力 不足或缺陷密度過高等缺點(diǎn)。此類品質(zhì)不佳的鈍化層對(duì)于光電元件各項(xiàng)性能 的提升,并不會(huì)有很大的幫助。
此外, 一般在光電元件表面形成氧化層的工藝溫度往往高達(dá)攝氏數(shù)百度 甚至100(TC以上。過高的工藝溫度可能破壞光電元件表面已經(jīng)制作好的結(jié) 構(gòu),并且可能造成設(shè)備故障及/或損壞,進(jìn)而降低工藝可靠度以及設(shè)備妥善率。
因此,本發(fā)明的范疇在于提供一種光電元件及其制造方法,以解決上述 問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的范疇在于提供一種光電元件及其制造方法,其通過原子層沉積 工藝形成鈍化層,該鈍化層覆蓋光電元件的多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)較佳具體實(shí)施例的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法,首先,
制備襯底(substrate)。接著,于襯底上形成多層結(jié)構(gòu)(multi-layer structure)。然 后,通過原子層沉積(Atomic Layer Deposition, ALD)工藝及/或等離子體增強(qiáng) 原子層沉積(plasma-enhanced ALD)工藝(或等離子體輔助原子層沉積 (plasma-assisted ALD)工藝),形成鈍《七層(passivation layer),并且鈍《七層覆蓋 多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層于范圍從室溫至60(TC中的工藝溫度 下形成。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范圍從IO(TC 至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該光電元件選自由有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽(yáng) 能電池、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池、光檢測(cè)器以及激光二極管所組 成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、納米管、 納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、SiC襯底、 GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrCu202襯底、LiGa02 襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該襯底為圖案化襯底。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 Hf02、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、固、LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrS10CSex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS!-xSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnS!ocSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiYOz所組成的群組中的至少其中一個(gè)。
本發(fā)明還提供了一種制造光電元件的方法,該方法包含下列步驟制備 襯底;于該襯底上形成多層結(jié)構(gòu);以及通過一原子層沉積工藝及/或等離子體 輔助原子層沉積工藝,形成鈍化層,該鈍化層覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層于范圍從室溫至60(TC中的工藝溫度 下形成。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范圍從IO(TC 至1200'C中的溫度下進(jìn)行退火處理。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該光電元件選自由有機(jī)發(fā)光二極管、有機(jī)太陽(yáng) 能電池、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池、光檢測(cè)器以及激光二極管所組 成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、納米管、 納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、SiC襯底、 GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、Sr0i202襯底、LiGa02 襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該襯底為圖案化襯底。
根據(jù)本發(fā)明的方法,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 HfQ2、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrSLXSex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS!.xSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnS^Sex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiYOz所組成的群組中的至少其中一個(gè)。
本發(fā)明還提供了一種光電元件,包含襯底;多層結(jié)構(gòu);以及鈍化層,該鈍化層通過原子層沉積工藝及/或等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝形成并覆 蓋該多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層于范圍從室溫至60(TC中的工藝 溫度下形成。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范圍從 IO(TC至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、納米
管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、SiC 襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMgCXt襯底、YSZ襯底、SrCii202襯底、 LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該襯底為圖案化襯底。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、
A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、
BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、
Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 Hf02、 Hf3N4、 HgTe、
InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、
La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、
PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、
SrS10(Sex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、
TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS"xSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、
ZnSi-xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiyOz所組成的群組中的至少其中一 個(gè)。
本發(fā)明還提供了一種光電元件,包含襯底;多層結(jié)構(gòu);以及鈍化層, 該鈍化層通過原子層沉積工藝及/或等離子體輔助原子層沉積工藝形成并覆 蓋該多層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層于范圍從室溫至600'C中的工藝 溫度下形成。根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范圍從
IO(TC至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、納米 管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、SiC 襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrCii202襯底、 LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中
一個(gè)o
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該襯底為圖案化襯底。
根據(jù)本發(fā)明的光電元件,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTiO" CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 HfQ2、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrS10cSex、 SrF2、 Ta2Os、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS!-xSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnSi.xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiYOz所組成的群組中的至少其中一 個(gè)。
因此,根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光元件的方法,其通過原子層沉積工 藝形成鈍化層,該鈍化層覆蓋光電元件的多層結(jié)構(gòu)。藉此,可以提供良好的 表面鈍化效果,進(jìn)而制造出較佳的光電元件。此外,由于工藝溫度低,可以 避免破壞光電元件已經(jīng)制造好的結(jié)構(gòu),并且可以減少高溫造成的設(shè)備故障及 /或損壞,進(jìn)而提高工藝可靠度以及設(shè)備妥善率。
關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及附圖得到進(jìn)一步 的了解。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)較佳具體實(shí)施例的制造方法的示意圖。
圖2A至圖2D示出圖1中鈍化層的組成及其原料的對(duì)照表。
圖3示出二種光電元件的發(fā)光功率-注入電流曲線圖。
圖4示出在室溫下三種光電元件的光激發(fā)光頻譜圖。
圖5示出三種光電元件的發(fā)光效率比較圖。
圖6示出二種光電元件的發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)強(qiáng)度的關(guān)系圖。
其中,附圖標(biāo)記說明如下
1:光電元件10:襯底 12-多層結(jié)構(gòu) 14:鈍化層 20:反應(yīng)腔體 22:載送氣體
24: 1120分子26: TMA分子
28:泵
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1,圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)較佳具體實(shí)施例的制造方法的示 意圖。根據(jù)本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例的制造方法用以制造光電元件1。于實(shí)
際應(yīng)用時(shí),光電元件l可為有機(jī)發(fā)光二極管(organic light-emitting diode)、有 機(jī)太陽(yáng)能電池(organic solar cell)、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管(inorganic light-emitting diode)、無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池(inorganic solar cell)、光檢測(cè)器、激光二極管或其他 類似光電元件。
如圖1所示,首先,制備襯底10。接著,于襯底IO上形成多層結(jié)構(gòu)12。 于此實(shí)施例中,襯底IO可為藍(lán)寶石襯底、硅襯底、SiC襯底、GaN襯底、 ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ(Yttria-Stabilized Zirconia)襯底、SrCu2Ojt 底、LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底、玻璃襯底或其他類似襯底。多 層結(jié)構(gòu)12可包含金屬絕緣層半導(dǎo)體(Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)結(jié) 構(gòu)、PN結(jié)(PN國(guó)junction)、異質(zhì)結(jié)(hetero-junction)、量子阱(quantum well)、 量子線(quantum wire)、量子點(diǎn)(quantum dot)、超晶格(superlattice)、納米柱 (nanorod)、纟內(nèi)米管(nanotube)、納米線(nanowire)或納米顆粒(nanoparticle),但 不以此為限。于實(shí)際應(yīng)用時(shí),襯底10亦可為圖案化襯底(patterned substrate), 但不以此為限。然后,將襯底IO連同多層結(jié)構(gòu)12置入設(shè)計(jì)作為執(zhí)行原子層沉積工藝的 反應(yīng)腔體(reaction chamber)20內(nèi)。
接著,通過原子層沉積工藝,形成鈍化層14,鈍化層14覆蓋多層結(jié)構(gòu) 12。于實(shí)際應(yīng)用時(shí),亦可同時(shí)配合等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝或等離子體 輔助原子層沉積工藝,形成鈍化層14,通過將部分原料離子化的方式,以降 低工藝溫度,提高工藝的品質(zhì)。須注意的是,原子層沉積工藝又名原子層外 延(Atomic Layer Epitaxy, ALE)工藝或原子層化學(xué)氣相沉積(Atomic Layer Chemical Vapor Deposition, ALCVD),上述工藝實(shí)際上為同一種工藝。
于此實(shí)施例中,該鈍化層可于完成沉積后進(jìn)一步于范圍從IO(TC至1200 °C中的溫度下進(jìn)行退火處理(annealing)。
請(qǐng)參閱圖2A至圖2D,圖2A至圖2D示出圖1中鈍化層14的組成及其 原料的對(duì)照表。于此實(shí)施例中,鈍化層14的組成可為A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 Hf02、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrS10(Sex、 SrF2、 Ta2Os、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnSpxSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnS!.xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4、 ZrxSiYOz或其他類似化合物,或?yàn)樯鲜龌衔锏幕旌?物(mixture),但不以此為限。鈍化層14的組成及其原料的對(duì)照表如圖2A至 圖2D所示。
如圖 2A 至圖 2D 所示的對(duì)照表中,thd 指 2,2,6,6,-tetramethyl-3,5-heptanediode。堿土族以及yttrium thd復(fù)合物可能包含 中性加成物(adduct)或可能經(jīng)過小程度的寡聚合處理(oligomerized)。如圖2A 至圖2D所示的對(duì)照表中,acac指acetyl acetonate, 指CH(CH3)2, Me指 CH3 , tBu指C(CH3)3 , apo指2國(guó)amino國(guó)pent-2-en-4誦onato , dmg指 dimethylglyoximato , (B1/O)3SiOH 指 tris(feW國(guó)butoxy)silanol (((CH3)3CO)3SiOH) , 匕a(iprAMD)3 指tris(N,N,-diisopropylacetamidinato)lanthanum。
如圖1所示,以通過原子層沉積工藝生成氧化鋁原子層為例,說明原子
層沉積工藝。在一個(gè)原子層沉積的周期內(nèi)的反應(yīng)步驟可分成四個(gè)部分
利用載送氣體22將H20分子24導(dǎo)入反應(yīng)腔體20中,H20分子24在進(jìn) 入反應(yīng)腔體20后會(huì)吸附于多層結(jié)構(gòu)12表面,在多層結(jié)構(gòu)12表面吸附單一 層O-H鍵結(jié)。
通入載送氣體22且利用泵(pump)28將多余未吸附于襯底10的H20分 子24抽走。
利用載送氣體22將TMA(Trimethylaluminum)分子26導(dǎo)入反應(yīng)腔體20 中,與原本吸附在多層結(jié)構(gòu)12表面的單一層0-H鍵結(jié),在多層結(jié)構(gòu)12上反 應(yīng)形成單一層的Al-O鍵結(jié),副產(chǎn)物為有機(jī)分子。
通入載送氣體22且利用泵28,帶走多余的TMA分子26以及反應(yīng)產(chǎn)生 的有機(jī)分子副產(chǎn)物。
其中載送氣體22可以采用高純度的氬氣或氮?dú)?。以上四個(gè)步驟稱為一 個(gè)原子層沉積的周期(ALDcycle), 一個(gè)原子層沉積的周期可以在多層結(jié)構(gòu)12 的全部表面上成長(zhǎng)單一原子層厚度的薄膜,此特性稱為"自限成膜" (self-limiting),此特性使得原子層沉積在控制薄膜厚度上,精準(zhǔn)度可達(dá)一個(gè) 原子層(one monolayer)。利用控制原子層沉積的周期次數(shù)即可精準(zhǔn)地控制薄 膜的厚度。
于此實(shí)施例中,工藝溫度設(shè)定范圍可從室溫至600°C。值得注意的是, 由于工藝溫度較低,可以避免破壞光電元件已經(jīng)制造好的結(jié)構(gòu),并且可以減 少高溫造成的設(shè)備故障及/或損壞,進(jìn)而提高工藝可靠度以及設(shè)備妥善率。
通過原子層沉積工藝形成的鈍化層具有下列優(yōu)點(diǎn)
極高的表面覆蓋能力。
精密的厚度控制,精密度可達(dá)一個(gè)原子層。
材料缺陷密度低,無(wú)孔洞結(jié)構(gòu)。
材料成長(zhǎng)溫度較低。
精準(zhǔn)的材料成分的控制。
原料均勻度要求低。
工藝穩(wěn)定度與重復(fù)度極高。請(qǐng)參閱圖3,圖3示出二種光電元件的發(fā)光功率-注入電流(Light-current, L-I)曲線圖。光電元件A(未顯示)以及光電元件B(未顯示)皆為金屬絕緣層半 導(dǎo)體(Metal-Insulator-Semiconductor, MIS)硅發(fā)光二極管。光電元件A具有通 過原子層沉積工藝形成的lOnm厚度的氧化鋁鈍化層。光電元件B具有于 IOO(TC的工藝溫度下形成的10nm厚度的二氧化硅鈍化層。如圖3所示,具 有氧化鋁鈍化層的光電元件A在發(fā)光效率上,比光電元件B提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。
請(qǐng)參閱圖4,圖4示出在室溫下三種光電元件的光激發(fā)光 (Photoluminescence,PL)頻譜圖。如圖4所示,在室溫下,具有氧化鋁鈍化層 的光電元件A的光激發(fā)光強(qiáng)度明顯高于具有二氧化硅鈍化層的光電元件B 以及無(wú)表面鈍化層的元件的光激發(fā)光強(qiáng)度。
請(qǐng)參閱圖5,圖5示出三種光電元件的發(fā)光效率比較圖。光電元件C(未 顯示)、光電元件D(未顯示)以及光電元件E(未顯示)皆為PN結(jié)(PN-junction) 硅發(fā)光二極管。光電元件C具有通過原子層沉積工藝形成的10nm厚度的氧 化鋁鈍化層。光電元件D具有于1000。C的工藝溫度下形成的10nm厚度的二 氧化硅鈍化層。光電元件E則不具有表面鈍化層。如圖5所示,具有氧化鋁 鈍化層的光電元件C的發(fā)光效率高于光電元件D以及光電元件E的發(fā)光效 率。
請(qǐng)參閱圖6,圖6示出二種光電元件的發(fā)光強(qiáng)度與激發(fā)強(qiáng)度的關(guān)系圖。 光電元件F(未顯示)以及光電元件G(未顯示)皆為ZnO光電薄膜。光龜元件F 具有通過原子層沉積工藝形成的氧化鋁鈍化層。光電元件G則不具有表面鈍 化層。如圖6所示,具有氧化鋁鈍化層的光電元件F,其發(fā)生受激放射 (stimulated emission)的門檻值(threshold)為33.3 kAV/cm2;不具有鈍化層的光 電元件G,其發(fā)生受激放射的門檻值為49.2 kW/cm2。由此可見,通過原子 層沉積工藝形成氧化鋁鈍化層,對(duì)ZnO光電薄膜的發(fā)光效率提升,具有相當(dāng) 程度的幫助。
相較于先前技術(shù),根據(jù)本發(fā)明的制造光電元件的方法,其通過原子層沉 積工藝形成鈍化層,該鈍化層覆蓋光電元件的多層結(jié)構(gòu)。由于由原子層沉積 工藝形成的鈍化層具有極高的表面覆蓋能力、精密的厚度控制、低材料缺陷 密度、精準(zhǔn)的材料成分控制、原料均勻度要求低以及工藝穩(wěn)定度與重復(fù)度極 高等優(yōu)點(diǎn),故可以提供良好的表面鈍化效果,進(jìn)而制造出較佳的光電元件。此外,由于工藝溫度低,可以避免破壞光電元件已經(jīng)制造好的結(jié)構(gòu),并且可 以減少高溫造成的設(shè)備故障及/或損壞,進(jìn)而提高工藝可靠度以及設(shè)備妥善 率。
通過以上較佳具體實(shí)施例的詳述,希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與 精神,而并非以上述所公開的較佳具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的范疇加以限制。 相反地,其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請(qǐng) 的專利范圍的范疇內(nèi)。因此,本發(fā)明所申請(qǐng)的專利范圍的范疇?wèi)?yīng)該根據(jù)上述 的說明作最寬廣的解釋,以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安 排。
權(quán)利要求
1、一種制造光電元件的方法,該方法包含下列步驟制備襯底;于該襯底上形成多層結(jié)構(gòu);以及通過原子層沉積工藝及/或等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝,形成鈍化層,該鈍化層覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法,其中該鈍化層于范圍從室溫至60(TC中的 工藝溫度下形成。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范 圍從IOO'C至1200。C中的溫度下進(jìn)行退火處理。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法,其中該光電元件選自由有機(jī)發(fā)光二極管、 有機(jī)太陽(yáng)能電池、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池、光檢測(cè)器以及激光二 極管所組成的群組中的其中一個(gè)。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、 納米管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、 SiC襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrCii202襯底、 LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中一個(gè)。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法,其中該襯底為圖案化襯底。
8、 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 Hf02、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2M03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrS10cSex、 SrF2、 Ta2Os、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnSuSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、ZnS!.xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiYOz所組成的群組中的至少其中一 個(gè)。
9、 一種制造光電元件的方法,該方法包含下列步驟 制備襯底;于該襯底上形成多層結(jié)構(gòu);以及通過原子層沉積工藝及/或等離子體輔助原子層沉積工藝,形成鈍化層, 該鈍化層覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該鈍化層于范圍從室溫至60(TC中 的工藝溫度下形成。
11、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一步于范 圍從100 °〇至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
12、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該光電元件選自由有機(jī)發(fā)光二極管、 有機(jī)太陽(yáng)能電池、無(wú)機(jī)發(fā)光二極管、無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池、光檢測(cè)器以及激光二 極管所組成的群組中的其中一個(gè)。
13、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬絕緣層 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、納米柱、 納米管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
14、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、硅襯底、 SiC襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrOi202襯底、 LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中的其中一個(gè)。
15、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該襯底為圖案化襯底。
16、 如權(quán)利要求9所述的方法,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 HfG2、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrSlocSex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnSuSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnS,.xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiYOz所組成的群組中的至少其中一 個(gè)。
17、 一種光電元件,包含 襯底;多層結(jié)構(gòu);以及鈍化層,該鈍化層通過原子層沉積工藝及/或等離子體增強(qiáng)原子層沉積工 藝形成并覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。
18、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該鈍化層于范圍從室溫至600 'C中的工藝溫度下形成。
19、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一 步于范圍從IO(TC至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
20、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬 絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、 納米柱、納米管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
21、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、 硅襯底、SiC襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrCu202 襯底、LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中 的其中一個(gè)。
22、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該襯底為圖案化襯底。
23、 如權(quán)利要求17所述的光電元件,其中該鈍化層的組成包含選自由 A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、 BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、 Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 Hf02、 Hf3N4、 HgTe、 InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、 La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb205、 PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb2Os、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、 SrS10(Sex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、 TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS10{Sex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、 ZnS^xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiyOz所組成的群組中的至少其中一個(gè)。
24、 一種光電元件,包含 襯底;多層結(jié)構(gòu);以及鈍化層,該鈍化層通過原子層沉積工藝及/或等離子體輔助原子層沉積工 藝形成并覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。
25、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該鈍化層于范圍從室溫至600 'C中的工藝溫度下形成。
26、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該鈍化層于完成沉積后進(jìn)一 步于范圍從IOO'C至120(TC中的溫度下進(jìn)行退火處理。
27、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該多層結(jié)構(gòu)包含選自由金屬 絕緣層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、量子阱、量子線、量子點(diǎn)、超晶格、 納米柱、納米管、納米線以及納米顆粒所組成的群組中的其中一個(gè)。
28、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該襯底選自由藍(lán)寶石襯底、 硅襯底、SiC襯底、GaN襯底、ZnO襯底、ScAlMg04襯底、YSZ襯底、SrCu202 襯底、LiGa02襯底、LiA102襯底、GaAs襯底以及玻璃襯底所組成的群組中 的其中一個(gè)。
29、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該襯底為圖案化襯底。
30、 如權(quán)利要求24所述的光電元件,其中該鈍化層的組成包含選自由A1203、 A1N、 A1P、 AlAs、 AlxTiYOz、 AlxCrYOz、 AlxZrYOz、 AlxHfYOz、 BixTiYOz、BaS、 BaTi03、 CdS、 CdSe、 CdTe、 CaS、 CaF2、 CuGaS2、 CoO、 Co304、 Ce02、Cu20、 CuO、 FeO、 GaN、 GaAs、 GaP、 Ga203、 Ge02、 HfQ2、 Hf3N4、 HgTe、InP、 InAs、 ln203、 In2S3、 InN、 LaA103、 La2S3、 La202S、 La203、 La2Co03、La2Ni03、 La2Mn03、 MoN、 Mo2N、 Mo02、 MgO、 MnOx、 NiO、 NbN、 Nb2Os、PbS、 Pt02、 Si3N4、 Si02、 SiC、 Sn02、 Sb205、 SrO、 SrC03、 SrTi03、 SrS、SrS!.xSex、 SrF2、 Ta205、 TaOxNY、 Ta3N5、 TaN、 TixZrYOz、 Ti02、 TiN、 TixSiYNz、TiHfYOz、 W03、 W2N、 Y203、 Y202S、 ZnS!.xSex、 ZnO、 ZnS、 ZnSe、 ZnTe、ZnSi.xSex、 ZnF2、 Zr02、 Zr3N4以及ZrxSiyOz所組成的群組中的至少其中一 水
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電元件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的制造方法,首先,制備襯底。接著,于該襯底上形成多層結(jié)構(gòu)。然后,通過原子層沉積工藝及/或等離子體增強(qiáng)原子層沉積工藝(或等離子體輔助原子層沉積工藝),形成鈍化層,該鈍化層覆蓋該多層結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以提供良好的表面鈍化效果,進(jìn)而制造出較佳的光電元件。此外,由于工藝溫度低,可以避免破壞光電元件已經(jīng)制造好的結(jié)構(gòu),并且可以減少高溫造成的設(shè)備故障及/或損壞,進(jìn)而提高工藝可靠度。
文檔編號(hào)H01L31/00GK101556901SQ20081009115
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月7日
發(fā)明者施穎蒼, 陳敏璋 申請(qǐng)人:陳敏璋
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