專利名稱：太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單芯片型光芯片(monolithic photo-chip)及其制作 方法，特別是涉及一種包含太陽能元件(solar device)與發(fā)光元件 (light-emitting device)構(gòu)成的單芯片型光芯片及其制作方法以及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著科技進(jìn)步，包含發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)與激 光二極管(Laser Diode， LD)等固態(tài)光源的制作成本越來越低廉，LED與 LD具有體積小、省電、壽命長、無玻璃及無毒性氣體等優(yōu)點。諸如紅 光LED、藍(lán)光LED、綠光LED及白光LED各種LED可根據(jù)不同的需 求應(yīng)用于各式各樣的領(lǐng)域，例如裝飾、指示、顯示及照明等用途；而 且，LD也廣泛地作為激光指示器(laser pointer)、激光瞄準(zhǔn)器(laser sight)、激光瞄準(zhǔn)裝置(laser aiming device)、激光水平儀(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)作為干凈能源的應(yīng)用也曰漸 增加。聚光型(light-focus type)太陽能芯片(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(zhuǎn)換效率(photo-voltaic efficiency),所以應(yīng)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(fā)光元件已普遍使用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，例如街燈、警示燈及指示 燈等道路應(yīng)用，而且它也普遍使用于裝飾燈、庭院燈、花園燈及廣告
燈等戶外應(yīng)用；己知的太陽能照明器通常包括一LED芯片、 一太陽能芯片、一可充電電池(rechargeablebattery)與一控制器(controller)，太陽能芯片在日間接收陽光并把太陽能轉(zhuǎn)化為電能儲存于可充電電池，在 夜間，控制器控制可充電電池，使其放電以驅(qū)動LED芯片發(fā)光；因此 己知的太陽能照明器的優(yōu)點是不需要導(dǎo)線連接一外界電力供應(yīng)系統(tǒng)或 經(jīng)由外界電源來進(jìn)行可充電電池的充電，導(dǎo)線連接是一件困難、不便 及昂貴的工作，而進(jìn)行可充電電池的充電是一件耗時、繁復(fù)、麻煩及 昂貴的程序。然而，己知的太陽能照明器的LED芯片與太陽能芯片是分開封 裝，所以其體積大、組裝程序復(fù)雜且昂貴。發(fā)明內(nèi)容為解決上述己知技術(shù)中LED芯片與太陽能芯片分開封裝，以使 太陽能照明器體積大、組裝程序復(fù)雜且昂貴的問題，本發(fā)明目的之一 是提供一種具有太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的一單芯片型光芯片及其 制作方法，該元件具有構(gòu)造簡單、小尺寸及低成本等優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用的太陽能照明器，其包括具 有一太陽能元件與一發(fā)光元件構(gòu)成的一單芯片型光芯片；及一可充電 電池。本發(fā)明的太陽能照明器不需要導(dǎo)線連接一外界電力供應(yīng)系統(tǒng)或 經(jīng)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(shè)置及低成本等優(yōu)點。為達(dá)上述目的，本發(fā)明元件結(jié)構(gòu)的實施例如下一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片包括 一基板(substrate);—太陽能元件，其設(shè)于基板上；及一發(fā)光元件，其設(shè)于基 板上，并與太陽能元件相隔一距離。為達(dá)上述目的，本發(fā)明應(yīng)用的實施例如下
一種太陽能照明器，包括太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的一單芯 片型光芯片；及一可充電電池，其電性連接于太陽能元件與發(fā)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(fā)光元 件電能。為達(dá)上述目的，本發(fā)明制造方法的實施例如下-一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片的制作方法， 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 一絕緣層于基板上并形成一第一暴露區(qū)域； 一第一元件制作步驟，以 磊晶(epitaxy)方法與顯影蝕刻(l他ography)方法于第 一 暴露區(qū)域制作一 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，覆蓋一第二絕緣層于基板上與第一元件的表面并于基板上 形成一第二暴露區(qū)域； 一第二元件制作步驟，以磊晶方法與顯影蝕刻 方法于第二暴露區(qū)域制作一第二元件；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(fā)光元件，且第二元件 為對應(yīng)的一發(fā)光元件或一太陽能元件。通過上述技術(shù)特征，本發(fā)明的單芯片型光芯片包括一太陽能元件 與一發(fā)光元件，而具有此一單芯片型光芯片的太陽能照明器非常適合 各式各樣的應(yīng)用，例如激光指示器、激光瞄準(zhǔn)器、激光瞄準(zhǔn)裝置、激 光水平儀及激光測量裝置等激光二極管應(yīng)用領(lǐng)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(fā)光二極管應(yīng)用 領(lǐng)域。以下將通過具體實施例并配合所示附圖詳加說明，當(dāng)更容易了解 本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達(dá)成的功效。


圖1是本發(fā)明一實施例的具有一太陽能元件與一發(fā)光元件構(gòu)成的 一單芯片型光芯片的剖面示意圖；及
圖2A至圖2G是本發(fā)明一實施例的單芯片型光芯片制作方法的剖面示意圖，用以圖示制作步驟。圖中符號說明10、 40 基板 20 太陽能元件 30 發(fā)光元件 42 第一絕緣層 44 第一暴露區(qū)域 50 第一元件 52 第二絕緣層 54 第二暴露區(qū)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(xì)說明如下，所述較佳實施例僅做一說明而非用以限定本發(fā)明。圖1是本發(fā)明一實施例的具有一太陽能元件與一發(fā)光元件構(gòu)成的 一單芯片型光芯片的剖面示意圖，具有一太陽能元件20與一發(fā)光元件 30的一單芯片型光芯片，包括 一基板10;太陽能元件20，其設(shè)于基 板10上；及發(fā)光元件30，其設(shè)于基板10上，并與太陽能元件20相隔 一距離。在一實施例中，基板10的材質(zhì)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(fā)光元件30可為一 LD,例如一側(cè)面 發(fā)光(side-illuminated) LD或一垂直面射型激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL)，或者，發(fā)光元件30可為一 LED,例如紅光 LED、藍(lán)光LED、綠光LED或白光LED，而且，發(fā)光元件30的結(jié)構(gòu) 可為單異質(zhì)結(jié)構(gòu)(single heterostructure)、 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)(double heterostructure)或量子井(quantum well)結(jié)構(gòu)。因上述不同種類或結(jié)構(gòu)的 太陽能元件與發(fā)光元件對熟悉此技藝者為通常知識，所以在此不再進(jìn) 一步贅述。其次，圖2A至圖2G是本發(fā)明一實施例的單芯片型光芯片制作方 法的剖面示意圖，用以圖示制作步驟，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于基板40上并形 成一第一暴露區(qū)域44; 一第一元件50制作步驟S3，以磊晶方法與顯 影蝕刻方法于第一暴露區(qū)域44制作一第一元件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 于基板40上與第一元件50的表面，并于基板40上形成一第二暴露區(qū) 域54; —第二元件60制作步驟S6，以磊晶方法與顯影蝕刻方法于第 二暴露區(qū)域54制作一第二元件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(fā)光元件，且第二 元件60為對應(yīng)的一發(fā)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(zhì)可為氧化 硅(siliconoxide)或氮化硅(silicon nitride);如前所述，基板40的材質(zhì)可 為砷化鎵或氮化鎵；而且，因第一元件50與第二元件60類似于太陽 能元件20與發(fā)光元件30，所以在此不再進(jìn)一步贅述。因此，如前所述，本發(fā)明的特征之一是具有一太陽能元件與一發(fā) 光元件構(gòu)成的一單芯片型光芯片可利用區(qū)域選擇成長(Selective Area Growth, SAG)方法制作。綜上所述，本發(fā)明提供一種包括太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單 芯片型光芯片，具有構(gòu)造簡單、小尺寸及低成本等優(yōu)點。甚且，本發(fā) 明的單芯片型光芯片非常便于與一可充電電池整合并組裝成一太陽能 照明器，例如根據(jù)本發(fā)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(fā)光元件構(gòu)成的一單芯片型光芯片；及一可充電電池，
其電性連接于太陽能元件與發(fā)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(fā)光元件電能。因此，以上所述的實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其 目的在使熟習(xí)此項技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，當(dāng) 不能以的限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作 的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片，包含一基板；一太陽能元件，其設(shè)于該基板上；及一發(fā)光元件，其設(shè)于該基板上，并與該太陽能元件相隔一距離。
1. 一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片，包含 一基板；一太陽能元件，其設(shè)于該基板上；及一發(fā)光元件，其設(shè)于該基板上，并與該太陽能元件相隔一距離。
2. 如權(quán)利要求1所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該基板的材質(zhì)為砷化鎵或氮化鎵。
3. 如權(quán)利要求1所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，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(quán)利要求1所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該發(fā)光元件為一激光二極管。
5. 如權(quán)利要求4所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該激光二極管為一側(cè)面發(fā)光激光二極管或一垂直面射型激 光二極管。
6. 如權(quán)利要求1所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該發(fā)光元件為一發(fā)光二極管。
7. 如權(quán)利要求6所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該發(fā)光二極管為一紅光發(fā)光二極管或一藍(lán)光發(fā)光二極管或一綠光發(fā)光二極管或一白光發(fā)光二極管。
8. 如權(quán)利要求1所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光 芯片，其中該發(fā)光元件構(gòu)成的結(jié)構(gòu)為單異質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或量子井結(jié)構(gòu)。
9. 一種太陽能照明器，應(yīng)用如權(quán)利要求l所述的具有太陽能元件 與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片，包含具有該太陽能元件與該發(fā)光元件構(gòu)成的該單芯片型光芯片；及 一可充電電池，其電性連接于該太陽能元件與該發(fā)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(fā)光元件電能。
10. —種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片的制作方法，其步驟包含一初始步驟，提供一基板；一第一覆蓋步驟，覆蓋一第一絕緣層于該基板上并形成一第一暴露區(qū)域；一第一元件制作步驟，以一磊晶方法與一顯影蝕刻方法于該第一 暴露區(qū)域制作一第一元件；一第一蝕刻步驟，回蝕該第一絕緣層；一第二覆蓋步驟，覆蓋一第二絕緣層于該基板上與該第一元件的 表面，并于該基板上形成一第二暴露區(qū)域；一第二元件制作步驟，以該磊晶方法與該顯影蝕刻方法于該第二 暴露區(qū)域制作一第二元件；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(fā)光元件，且該第二元件為對應(yīng)的該發(fā)光元件或該太陽 能元件。
11. 如權(quán)利要求IO所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該基板的材質(zhì)為砷化鎵或氮化鎵。
12. 如權(quán)利要求IO所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該第一絕緣層的材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
13. 如權(quán)利要求IO所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該第二絕緣層的材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
14. 一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片的制作方 法，其步驟包含提供一基板；覆蓋一第一絕緣層于該基板上并形成一第一暴露區(qū)域； 以一磊晶方法與一顯影蝕刻方法于該第一暴露區(qū)域制作一發(fā)光元件；回蝕該第一絕緣層；覆蓋一第二絕緣層于該基板上與該發(fā)光元件構(gòu)成的表面，并于該基板上形成一第二暴露區(qū)域；以該磊晶方法與該顯影蝕刻方法于該第二暴露區(qū)域制作一太陽能元件；及回蝕該第二絕緣層。
15. 如權(quán)利要求14所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該基板的材質(zhì)為砷化鎵或氮化鎵。
16. 如權(quán)利要求14所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該第一絕緣層的材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
17. 如權(quán)利要求14所述的太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型 光芯片的制作方法，其中該第二絕緣層的材質(zhì)為氧化硅或氮化硅。
全文摘要
本發(fā)明是一種太陽能元件與發(fā)光元件構(gòu)成的單芯片型光芯片及制作方法，該光芯片包括基板、太陽能元件及發(fā)光元件，發(fā)光元件設(shè)于基板上，并與太陽能元件相隔一距離。該制作方法包括初始步驟；第一覆蓋步驟；第一元件制作步驟；第一蝕刻步驟；第二覆蓋步驟；第二元件制作步驟；及第二蝕刻步驟。該方法利用區(qū)域選擇成長方法制作單芯片型光芯片，具有構(gòu)造簡單、小尺寸及低成本等優(yōu)點，該單芯片型光芯片構(gòu)成的太陽能照明器適合各式各樣的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者謝文昇, 賴?yán)? 賴?yán)麥? 黃堃芳 申請人:海德威電子工業(yè)股份有限公司;禧通科技股份有限公司