微加热器阵列、具有其的PN结器件及制造方法

摘要

本发明提供一种微加热器阵列和包括微加热器阵列的PN结器件及其制造方法。本发明包括：包括在衬底上彼此垂直或平行设置的第一微加热器和第二微加热器的微加热器阵列；以及利用当将电压施加到微加热器阵列时分别从第一加热部分和第二加热部分产生的热在第一加热部分与第二加热部分之间制造PN结的方法。因此，当使用微加热器形成PN结时，可以在玻璃衬底上的大面积内制造高质量的PN结。

说明书

技术领域

本发明涉及微加热器阵列(micro-heater array)、使用微加热器阵列制造PN结的方法以及具有微加热器阵列的PN结器件。本发明还涉及包括在衬底上彼此垂直或平行的至少一个第一和第二微加热器的微加热器阵列以及利用通过向包括彼此垂直或平行的至少一个第一和第二微加热器的微加热器阵列施加电压而产生的相对高温制造PN结的方法。

背景技术

PN结广泛用于进行整流操作的二极管以及光电器件，例如太阳能电池、发光二极管(LED)以及图像传感器。为了制造包括PN结的太阳能电池，主要使用硅(Si)作为主材料(host material)，并且可以添加磷(P)和硼(B)分别作为n型和p型掺杂材料。为了制造LED，主要使用氮化镓(GaN)作为主材料，并且可以添加镁(Mg)和Si分别作为n型和p型掺杂材料。

为了以良好的薄膜特性例如高结晶度制造高质量的PN结，通常需要相对高温。使用非晶硅作为主要材料的PN结可以在大约300℃的生长温度下制造。然而，可用于LED的单晶GaN的PN结可以在大约1000℃的生长温度下制造。由于相对高温，玻璃衬底可能软化，从而在大面积上制造PN结变得困难。此外，由于相对高温，其上可以形成单晶GaN的PN结的衬底可能受限于高价衬底，例如硅晶片、Al₂O₃、SiC等等。

发明内容

示例性实施例涉及微加热器阵列及制造PN结的方法，其可以在例如玻璃衬底等便宜且易于获得的衬底上的大面积内形成高质量的PN结。

示例性实施例包括一种微加热器阵列，其包括：衬底；至少一个第一微加热器，其位于所述衬底上，平行于第一方向；以及至少一个第二微加热器，其平行于第二方向。至少一个第一微加热器的每个可以包括与衬底隔开且沿着第一方向延伸的第一加热部分和设置在所述衬底上彼此隔开且支撑第一加热部分的第一支撑物。至少一个第二微加热器的每个可以包括沿着第二方向延伸的第二加热部分和设置在所述衬底上彼此隔开且支撑第二加热部分的第二支撑物。在示例性实施例中，第一方向可以垂直于第二方向或者与第二方向相同。如果第一方向垂直于第二方向，则该至少一个第一微加热器与该至少一个第二微加热器交叉。示例性实施例也设置：第一加热部分与衬底之间的间隔可以小于第二加热部分与衬底之间的间隔使得在第一加热部分和第二加热部分的交叉区域第一加热部分和第二加热部分彼此隔开。

示例性实施例也设置：第二加热部分可以在第一加热部分和第二加热部分的交叉区域包括开口。此外，第二加热部分可以包括透明电极。示例性实施例也包括至少一个第一微加热器和至少一个第二微加热器独立地驱动。

示例性实施例设置：第一支撑物可以部分地设置在衬底与第一加热部分之间，第二支撑物可以部分地设置在衬底与第二加热部分之间，除了第一和第二加热部分的交叉区域。示例性实施例也设置第一和第二加热部分的每个包括对应于接触区域(CA)的第一区域和位于第一区域之间的第二区域。第一区域可以包括分别与第一支撑物和第二支撑物接触的第一加热部分和第二加热部分。

示例性实施例设置：至少一个第一微加热器可以包括第一连接部分，其分别从至少一个第一微加热器的第一加热部分的两侧延伸并且沿着第一加热部分的纵向布置而且彼此隔开，但除了第一和第二加热部分的交叉区域之外。示例性实施例也设置：至少一个第二微加热器可以包括第二连接部分，其分别从第二加热部分的两侧延伸并且沿着第二加热部分的纵向布置而且彼此隔开，但除了第一和第二加热部分的交叉区域之外。第一支撑物可以设置于衬底与第一连接部分之间以支撑第一加热部分和第一连接部分，第二支撑物可以设置于衬底与第二连接部分之间以支撑第二加热部分和第二连接部分。示例性实施例也设置：只有至少一个第一微加热器具有第一连接部分和/或至少一个第二微加热器具有第二连接部分。

示例性实施例包括利用微加热器阵列制造PN结的方法，其包括：利用当将电压施加到根据微加热器阵列示例性实施例的微加热器阵列时从第一加热部分和/或第二加热部分产生的热在第一和第二加热部分之间形成PN结。示例性实施例也提供方法，其包括：将微加热器阵列设置在腔室中以及将电压施加到至少一个第一和第二微加热器的任一个。通过将源气体和p型掺杂气体注入腔室中在第一和/或第二加热部分上可以生长p型材料层以及通过将源气体和n型掺杂气体注入腔室中在p型材料层上可以生长n型材料层。

示例性实施例也包括：第一方向垂直于第二方向，至少一个第一微加热器与至少一个第二微加热器交叉。示例性实施例也包括：第一方向与第二方向相同，至少第一和第二微加热器可以平行布置和/或交替布置。如果方法包括第一方向与第二方向相同，则PN结可以包括在第一和第二加热部分上分别形成p型材料层和n型材料层。

p型材料层和n型材料层的每个可以是薄膜和/或纳米线。在第一和第二加热部分的任一个上还可以形成催化剂层和/或缓冲层。示例性实施例也提供方法，用于在p型和n型材料层之间形成In_xGa_1-xN层，并且将电压施加到第一和第二加热部分的一个或多个以加热p型和/或n型材料层。此外，衬底也可以是玻璃衬底。

示例性实施例提供PN结器件，其包括微加热器阵列和根据示例性实施例形成的PN结。

附图说明

根据以下结合附图的详细描述，将更为清楚地理解示例性实施例。图1至图13表示如这里所述的非限定的示例性实施例。

图1A为根据示例性实施例的微加热器阵列的透视图，图1B为根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图，图1C为图1B的沿线I-I’的截面图；

图2A和图2B分别为根据示例性实施例的微加热器阵列的透视图和平面图；

图3A为根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图；

图3B为示出图3A中所示微加热器阵列的发热状态的CCD图像；

图4A至图4E为说明根据示例性实施例图1A至图1C中所示的微加热器阵列的制造方法的截面图；

图5为说明根据示例性实施例利用微加热器阵列在第一和第二加热部分之间形成的PN结的透视图；

图6为说明根据示例性实施例利用微加热器阵列形成PN结部分的工艺的视图，其中为了便于说明简要示出图1A中所示的微加热器阵列；

图7A至图7C为图6的沿线III-III’的截面图，说明根据示例性实施例在第一和第二加热部分之间形成PN结；

图8A至图8C为图6的沿线III-III’的截面图，说明根据示例性实施例在第一和第二加热部分之间形成PN结；

图9为图6的沿线III-III’的截面图，说明根据示例性实施例在第一和第二加热部分之间形成PN结；

图10为说明根据示例性实施例利用微加热器阵列通过卤化物气相外延(HVPE)工艺形成GaN PN结的方法的视图；

图11A至图11C为示出根据示例性实施例利用微加热器阵列通过HVPE工艺形成多晶(poly)GaN的照片；

图12为沿图5的线II-II’的截面图；

图13A为根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图，以及图13B为沿图13A的线IV-IV’的截面图；以及

图13C为说明使用图13A和图13B所示的微加热器阵列在第一和第二加热部分之间形成的PN结的平面图，图13D为沿图13C的线V-V’的截面图。

具体实施方式

下面参照附图更充分地描述多种示例性实施例，在附图中示出了一些示例性实施例。在附图中，为了清楚起见层和区域的厚度可能夸大。

因此，尽管示例性实施例能有多种修改和替换形式，但是其实施例以举例的方式示出并且这里将详细地描述。然而，应该理解这里无意于将示例性实施例限于公开的特定形式，相反，示例性实施例将覆盖落入本发明范围内的所有修改、等效以及替换。附图说明通篇用同样的附图标记表示同样的元件。

应该理解尽管这里可以使用术语第一、第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受限于这些术语。例如，在不脱离示例性实施例的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，类似地，第二元件可称为第一元件。如这里使用的，术语“和/或”包括相关罗列项目中一个或更多的任意和所有组合。

应该理解当提到一个元件“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相比之下，当提到一个元件“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似方式解释(例如“位于...之间”相对于“直接位于...之间”，“相邻”相对于“直接相邻”，等等)。

这里所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非有意限制示例性实施例。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一”和“该”均同时旨在包括复数形式。应该进一步理解，当在这里使用术语“包括”时，其指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。

为了便于说明，这里可以使用诸如“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等空间相关术语来描述如附图所示的一个元件或者一个特征与另一个元件或特征之间的关系。应当理解，空间相关术语意在涵盖除了附图所示取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为其它元件或特征“下面”或“下方”的元件将会取向为在其它元件或特征的“上方”。因此，例如，术语“下面”能够包括“上方”和“下面”两种取向。器件可以按照其它方式取向(旋转90度或者在其它取向观看或参照)，并且这里使用的空间相关描述应该相应地解释。

也应该注意在一些备选实施方式中所标注的功能/动作可能与附图中所标注的顺序不相称。例如，连续示出的两幅图可能实际上基本同时执行，或者有时可能按照相反顺序执行，这取决于相关的功能/作用。

除非另行定义，此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有示例性实施例所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。进一步应当理解，诸如通用词典中所定义的术语，除非此处加以明确定义，否则应当解释为具有与它们在相关领域的上下文中的含义一致的含义，而不应解释为理想化的或过度形式化的意义。

图1A为根据示例性实施例的微加热器阵列的透视图，图1B为根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图，以及图1C为图1B的沿线I-I’剖取的截面图。参照图1A至图1C，微加热器阵列101可以包括：衬底10；多个第一微加热器20，其在衬底10上沿着第一方向D1平行布置；以及多个第二微加热器30，其沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2平行布置，而且与多个第一微加热器20交叉。然而，微加热器阵列也可以包括单个第一加热器和单个第二加热器。多个第一微加热器20中的每个可以包括第一加热部分21和第一支撑物(support)22。第一加热部分21可以与衬底10隔开并沿着第一方向D1延伸。第一支撑物22可以部分地设置于衬底10与第一加热部分21之间以支撑第一加热部分21。

多个第二微加热器30中的每个可以包括第二加热部分31和第二支撑物32。第二加热部分31可以沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2延伸以在第一加热部分21上与第一加热部分21交叉。第二支撑物32可以部分地设置于衬底10与第二加热部分31之间以支撑第二加热部分31。

第一支撑物22和第二支撑物32可以分别沿着第一加热部分21和第二加热部分31的长度方向布置，除了第一加热部分21和第二加热部分31彼此交叉的区域。第一微加热器20和第二微加热器30可以具有相同和/或不同的结构和形状。

如图1C所示，第二加热部分31可以设置在第一加热部分21上并与第一加热部分21隔开预定或给定间隔。第一加热部分21与衬底10之间的间隔S1可以小于第二加热部分31与衬底10之间的间隔S2。例如，第一加热部分21和第二加热部分31可以在第一加热部分21与第二加热部分31的交叉区域彼此隔开，并且第一支撑物22的高度可以小于第二支撑物32的高度。

如图1B所示，第一加热部分21和第二加热部分31每个可以分成第一区域A1和第二区域A2。第一区域A1可以对应于第一加热部分21和第二加热部分31分别与第一支撑物22和第二支撑物32接触的接触区域(CA)，每个第二区域A2可以位于第一区域A1之间。接触区域CA的面积可以尽可能减小而且第一支撑物22和第二支撑物32保持分别支撑第一加热部分21和第二加热部分31。随着接触区域CA的面积的减小，第一加热部分与第一支撑物22之间的热传导以及第二加热部分31与第二支撑物32之间的热传导减小。因此，用于驱动微加热器阵列101的功耗可以降低。尽管在图1A至图1C中示出第一区域A1和接触区域CA具有圆形形状，但是基于采用的蚀刻方法第一区域A1和接触区域CA可以具有矩形形状和/或任意其它形状。为了便于蚀刻第一支撑物22和第二支撑物32以及接触区域CA，每个第一区域A1的宽度可以大于每个第二区域A2的宽度。此外，当每个第二区域A2的宽度小于每个第一区域A1的宽度时，第二区域A2的发光和生热可以多于第一区域A1，从而能够控制发光和生热的位置。

如上所述，第一加热部分21和第二加热部分31每个可以分成第一区域A1和第二区域A2。第二区域A2处的发光和生热可以增加而且由第一支撑物22和第二支撑物32支撑的第一区域A1处的发光和生热可以减小。此外，第一区域A1的导热面积也可以减小。因此，功耗可以降低，并且施加的电压可以有效地用于第二区域A2的相对高温加热。

由于在第二区域A2处第一加热部分21和第二加热部分31彼此交叉，因此利用交叉区域的相对高温加热在第一加热部分21和第二加热部分31之间可以制造PN结。第一加热部分21和第二加热部分31可以由Mo、W、SiC等形成。第一加热部分21和第二加热部分31可以由相同材料或不同材料形成。此外，通过向微加热器20和/或30通电可以产生发光和生热。

在第一加热部分21和第二加热部分31的交叉区域，示例性实施例可以包括在第二加热部分31中形成的开口33，或者第二加热部分31可以由透明电极材料形成。在第一加热部分21与第二加热部分31之间形成的PN结可以通过开口33或者通过透明的第二加热部分31发射或者吸收光。

为了防止第一加热部分21和第二加热部分31产生的热的损耗，第一支撑物22和第二支撑物32可以由具有低导热率的材料形成。例如，第一支撑物22和第二支撑物32可以由例如SiO_x、Si₃N₄等绝缘材料形成。

衬底10可以由玻璃或塑性材料形成。当衬底10由玻璃材料形成时，辐射的热(可见光或IR)可以通过衬底10传输，这允许相对高温加热以在大面积上形成PN结。在微加热器阵列的示例性实施例中，在第一和第二加热部分中可以在600℃至2000℃的温度下进行加热而玻璃衬底的温度可以保持在例如50℃以下。因此，微加热器阵列可以用于利用相对高温加热来制造PN结。

图2A和图2B分别为根据示例性实施例的微加热器阵列的透视图和平面图。第一微加热器20’和第二微加热器30’中的第一加热部分25和第二加热部分35分别对应于图1A至图1C中所示的第一加热部分和第二加热部分，并且第一支撑物26和第二支撑物36分别对应于图1A至图1C所示的第一支撑物和第二支撑物。然而，第一微加热器20’和第二微加热器30’还可以包括第一连接部分27和第二连接部分37。第一微加热器20’和第二微加热器30’也可以包括第一支撑物26和第二支撑物36，其没有如图1A至图1C中所示设置在第一加热部分25和第二加热部分35下方，而是可以分别设置在第一连接部分27和第二连接部分37下方。微加热器阵列102可以包括与图1A至图1C所示的衬底10、第一加热部分21和第二加热部分31以及第一支撑物22和第二支撑物32相同的材料分别用于衬底10、第一加热部分25和第二加热部分35以及第一支撑物26和第二支撑物36。

参照图2A和图2B，微加热器阵列102包括：衬底10；多个第一微加热器20’，其在衬底10上沿着第一方向D1平行布置；以及多个第二微加热器30’，其沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2平行布置而且与多个第一微加热器20’交叉。多个第一微加热器20’中的每个可以包括第一加热部分25、第一支撑物26和第一连接部分27。第一加热部分25可以与衬底10隔开并沿着第一方向D1延伸。第一连接部分27可以从第一加热部分25的两侧延伸，并且沿着第一加热部分25的纵向彼此隔开。第一支撑物26可以设置于衬底10与第一连接部分27之间以支撑第一加热部分25和第一连接部分27。

多个第二微加热器30’中的每个可以包括第二加热部分35、第二支撑物36和第二连接部分37。第二加热部分35可以与衬底10隔开并沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2延伸以在第一加热部分25上与第一加热部分25交叉。第二连接部分37可以从第二加热部分35的两侧延伸，并且沿着第二加热部分35的纵向彼此隔开。第二支撑物36可以设置于衬底10与第二连接部分37之间以支撑第二加热部分35和第二连接部分37。

第一支撑物26的高度可以小于第二支撑物36的高度使得在第一加热部分25和第二加热部分35的交叉区域，第一加热部分25和第二加热部分35可以彼此隔开预定或给定距离。第一加热部分25和第二加热部分35每个可以通过向其两端施加电压而发光和产生热。第一加热部分25和第二加热部分35可以独立地驱动。如上文讨论的，第二加热部分35可以由透明电极材料形成。

多个第二微加热器30’的构造和形状对应于多个第一微加热器20’，除了多个第二微加热器30’可以在衬底10上沿着垂直于多个第一微加热器20’的方向布置。下面，将详细地描述多个第一微加热器20’的结构。

如图2A和图2B所示，第一连接部分27可以设置在第一加热部分25的两侧，不包括第一加热部分25和第二加热部分35的交叉区域。第一连接部分27可以沿着垂直于第一加热部分25的纵向D1的第二方向D2延伸，并且可以对称地设置在第一加热部分25的两侧。然而，第一连接部分27也可以不对称地设置在第一加热部分25的两侧。第一连接部分27可以由与第一加热部分25相同的材料形成，并且可以通过相同的工艺与第一加热部分25一体地形成。

第一支撑物26可以部分地设置在各个第一连接部分27下方以与第一连接部分27部分地接触。每个第一连接部分27可以分成第三区域A3和第四区域A4。第三区域A3可以分别对应于第一连接部分27与第一支撑物26接触的接触区域CA。第四区域A4可以位于第一加热部分25与第三区域A3之间。支撑物26可以设置在各个第一连接部分27的端部下方，其可以是离开第一加热部分25的相对距离。每个第一连接部分27的第三区域A3可以对应于每个第一连接部分27的端部。

如图2A和图2B所示，第一连接部分27可以由第一支撑物26支撑使得第一加热部分25可以与第一连接部分27一体地形成，并且第一加热部分25可以由第一支撑物26支撑而不与第一支撑物26接触。当第一加热部分25和第一支撑物26通过第一连接部分27彼此隔开时，第一加热部分25的温度分布可以不受每个第一支撑物26的形状影响。因此，第一加热部分25的温度分布可以均匀地保持。

在第一微加热器20’中，第一加热部分25与第一连接部分27之间以及第一加热部分25与第一支撑物26之间发生热传导的面积可以减小，同时保持支撑第一加热部分25，由此节省用于驱动第一微加热器20’的功耗。例如，随着每个第一连接部分27的第四区域A4的长度L增加和每个第一连接部分27的宽度W1和W2减小，从第一加热部分25的两端到第一连接部分的导热率可以降低。此外，随着接触区域CA的宽度减小，从第一连接部分27到第一支撑物26的导热率可以降低。

此外，如果每个第一连接部分27的第四区域A4的长度L增加，或者每个第一连接部分27的宽度W1和W2以及接触区域CA减小(同时保持支撑第一加热部分25)，从第一加热部分25产生的热的损耗可以减小。因此，用于驱动微加热器20’的功耗可以降低，并且应用的能量可以用于第一加热部分25的相对高温加热。

如图2B所示，例如，每个第一连接部分27的第四区域A4的宽度W2可以形成为小于第一加热部分25的宽度W3，因此从第一加热部分25传输到第一连接部分27的第四区域A4的热量可以减少。为了减少从第一连接部分27传输到第一支撑物26的热的损耗，接触区域CA的宽度可以小于第三区域A3的宽度W1。

当每个第一连接部分27的接触区域CA和第三区域A3的面积非常小时，通过第一支撑物26支撑第一加热部分25可能变得困难，并且结构稳定性可能得不到保证。因此，接触区域CA和第三区域A3的面积应该具有最小面积或更大，在这种情况下第一支撑物26能够保持支撑第一加热部分25和第一连接部分27。例如，如图2B所示，第三区域A3的宽度W1和接触区域CA的宽度可以形成为大于第四区域A4的宽度W2。

如上所述，在第二微加热器30’中，第二加热部分35与第二连接部分37之间以及第二加热部分35与第二支撑物36之间发生热传导的区域的面积也可以被控制，由此减小用于驱动第二微加热器30’的功耗。在图2A和图2B中，基于采用的蚀刻方法，第一连接部分27和第二连接部分37的接触区域CA和第三区域A3可以具有圆形形状、矩形形状等。

在微加热器阵列102中，多个第一微加热器20’和第二微加热器30’可以彼此交叉而形成矩阵，并且温度分布在第一加热部分25和第二加热部分35处处都可以是均匀的。微加热器阵列102可以用于需要在大面积上和/或穿过大面积生热和发光的电子器件。

图3A是根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图。在图3所示的部件中，与图1A至图2B所示相同的部件由相同的附图标记表示，并且省去对其的详细描述。微加热器阵列103可以包括：衬底10；多个第一微加热器20，其在衬底10上沿着第一方向D1平行布置；以及多个第二微加热器30’，其沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2平行布置，并且与多个第一微加热器20交叉。

多个第一微加热器20中的每个可以包括第一加热部分21和第一支撑物22。第一加热部分21可以与衬底10隔开并沿着第一方向D1延伸。第一支撑物22可以部分地设置在衬底10与第一加热部分21之间以支撑第一加热部分21。

多个第二微加热器30’中的每个可以包括第二加热部分35、第二支撑物36和第二连接部分37。第二加热部分35可以与衬底10隔开并且沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2延伸，以在第一加热部分21上与第一加热部分21交叉。第二连接部分37可以从第二加热部分35的两侧延伸并且可以布置为沿着第二加热部分35的纵向彼此隔开。第二支撑物36可以设置在衬底10与第二连接部分37之间以支撑第二加热部分35和第二连接部分37。

第一支撑物22的高度可以小于第二支撑物36的高度使得在第一加热部分21与第二加热部分35的交叉区域第一加热部分21和第二加热部分35可以彼此隔开预定或给定距离。第一加热部分21和第二加热部分35每个可以通过向其两端施加电压而发光和生热。第一加热部分21和第二加热部分35可以独立地驱动。

在根据示例性实施例的微加热器阵列中，图3A所示的第二微加热器30’的第二加热部分35可以设置在图3A所示的第一微加热器20的第一加热部分21下方。图3B为示出图3A所示的微加热器阵列的发热状态的CCD图像。CCD图像示出当电压施加到图3A所示的多个第二微加热器30’时第二加热部分35的发热状态。如图3B所示，在多个第二微加热器30’中发热状态可以是相对均匀的。

图4A至图4E为说明根据示例性实施例在图1A至图1C中所示的微加热器阵列的制造方法的截面图。然而，示例性实施例不限于图1A至图1C所示的，例如，制造微加热器阵列的工艺可以用于制造微加热器阵列102或103。参照图4A，第一牺牲层22a可以沉积在衬底10上。层22a可以被蚀刻而形成第一支撑物22和第二支撑物32的下部。将要被图案化为第一加热部分21的第一加热层21a可以沉积在第一牺牲层22a上。

参照图1B和图4B，第一加热层21a可以沿着第一方向D1延伸，并且可以图案化为被分为第一区域A1和第二区域A2的第一加热部分21。该图案化可以使用本领域中已知的方法进行，包括干法蚀刻、湿法蚀刻等等。

参照图4C，第二牺牲层32a可以沉积在第一加热部分21和第一牺牲层22a上。第二牺牲层32a可以被蚀刻而形成第二支撑物32的上部。第二加热层31a可以沉积在第二牺牲层32a上以图案化为第二加热部分31。

如图1B和图4D所示，第二加热层31a可以沿着垂直于第一方向D1的第二方向D2延伸以图案化为与第一加热部分21交叉的第二加热部分31。在第一加热部分21与第二加热部分31的交叉区域，第二加热部分31可以被图案化为具有开口33。

如图1A至图1C以及图4E所示，第一支撑物22和第二支撑物32可以通过湿法(各向同性)蚀刻第一牺牲层22a和第二牺牲层32a而形成。可以进行蚀刻使得通过调整蚀刻时间来减小第一支撑物22和第二支撑物32与第一加热部分21和第二加热部分31的各个接触区域CA的面积。

如果将玻璃衬底用作衬底10，第一牺牲层22a的沉积可以省去，并且第二支撑物32的下部和第一支撑物22可以通过蚀刻衬底10的上部形成。此外，第二加热部分31可以包括沉积的透明电极材料。

使用例如图1A至图1C所示的微加热器阵列101形成PN结的示例性实施例将被描述。然而，当使用根据其它的示例性实施例的微加热器阵列形成PN结时可同样地应用示例性实施例。

图5为说明根据示例性实施例利用微加热器阵列在第一和第二加热部分之间形成的PN结的透视图。在图5所示的部件中，与图1A至图1C所示相同的部件由相同的附图标记表示，并且省去对其的详细描述。

p型材料层41和n型材料层42可以形成在第一加热部分21和第二加热部分31的交叉区域，例如在第一加热部分21与第二加热部分31之间，由此形成PN结40。当将电压施加到微加热器阵列101时，p型材料层41和n型材料层42可以利用从第一加热部分21和第二加热部分31的一个或多个产生的热而形成。然而，p型材料层41和n型材料层42也可以颠倒以形成NP结。

如图1A至图1C所示，多个第一微加热器20和第二微加热器30可以独立地驱动。PN结40可以通过驱动多个第一微加热器20和/或驱动多个第二微加热器30而形成在第一和第二加热部分之间。而且，可以通过按顺序驱动多个第一微加热器20和第二微加热器30，p型材料层41形成在第一加热部分21的第二区域A2，n型材料层42可以形成在第二加热部分31的第二区域A2中，由此在第一加热部分21与第二加热部分31之间形成PN结40。在图5中，PN结可以利用在将电压施加到多个第一微加热器20时从第一加热部分21产生的热而形成。由于包含在多个第一微加热器20的各个中的第一加热部分21可以各自独立地产生热，因此PN结40可以形成在第一加热部分21和第二加热部分31的交叉区域的一部分处。

由于在第一加热部分21的第二区域A2可以局部地进行相对高温加热，因此p型材料层41和n型材料层42可以形成在第一加热部分的第二区域A2以形成PN结40。由于第一加热部分21和第二加热部分31在第一加热部分21和第二加热部分31的第二区域A2处彼此交叉，因此PN结40可以形成在第一加热部分21和第二加热部分31的交叉区域。

图6为说明根据示例性实施例利用微加热器阵列形成PN结部分的工艺的视图，其中示出图1A中所示的微加热器阵列作为说明的实例。图7A至图7C为图6的沿线III-III’的截面图，说明在第一加热部分21与第二加热部分31之间形成PN结的示例性实施例。

参照图6和图7A至图7C，描述根据示例性实施例制造PN结的方法。微加热器阵列101可以设置在腔室210中。通过外部电源220可将电压施加到第一微加热器20和第二微加热器30的任一个，并且通过将电压施加到第一微加热器20可以将第一加热部分21加热到相对高温。第一加热部分21可以在相对高温下产生热并且以可见光和/或红外光的形式发射辐射热。

通过连接到腔室210的第一供气管230可以从腔室210的外部注入源气体和p型掺杂气体到腔室210中以在第一加热部分21上生长p型材料层41，如图7A所示。注入到腔室210中的源气体和p型掺杂气体相互反应以在相对高温的第一加热部分21上生长p型材料层41。取决于工艺条件，p型材料层41的生长可以根据第一加热部分21的发热温度、气体类型和加热时间加以控制。例如，p型材料层41可以仅在第一加热部分21的顶表面上生长和/或在第一加热部分21的顶表面和底表面上都生长。由于在不与第一支撑物22接触的第一加热部分21的第二区域产生相对高温的热，因此p型材料层41可以主要生长在第二区域上。

随后，通过连接到腔室210的第二供气管240可以从腔室210的外部注入源气体和n型掺杂气体到腔室210中，同时保持加热部分21的加热状态，以在p型材料层41与第二加热部分31之间生长n型材料层42，如图7B所示。注入到腔室210中的源气体和n型掺杂气体在相对高温的第一加热部分21上相互反应，并且可以在p型材料层41上生长n型材料层42，从而在第一加热部分21与第二加热部分31之间形成PN结40。此外，为了形成n型材料层42，电压可以不施加在第一微加热器20上，而是施加在第二微加热器30上以利用从第二加热部分31产生的热生长n型材料层42。

如图7C所示，在形成PN结40之后可以增加退火p型材料层41和n型材料层42的工艺。当p型材料层41和n型材料层42是具有不完全结晶的非晶薄膜时，p型材料层41和n型材料层42可以通过退火经由热处理而结晶。此外，PN结40与第一加热部分21和第二加热部分31之间的接触电阻可以减小。通过同时或独立地驱动第一微加热器20和第二微加热器30，利用从第一加热部分21和第二加热部分31的一个或多个产生的相对高温的热进行退火工艺。净气器(scrubber)250可以设置在腔室210的下部以在形成p型材料层41和/或n型材料层42之后将腔室210中剩余的气体吸收和中和。

例如，利用微加热器阵列101，为了制造Si PN结，硅烷(SiH₄)可以用作用于形成Si的源气体。为了生长p型材料层，乙硼烷(B₂H₆)可以用作p型掺杂气体，并且当生长n型材料层时，磷化氢(PH₃)可以用作n型掺杂气体。备选地，为了制造GaN PN结作为金属有机源，三甲基镓(TMGa，trimethylgallium)和氨(NH₃)可以用作用于形成GaN的源气体。当生长p型材料层时，Cp₂Mg(环戊二烯合镁(cyclopentadienylmagnesium))可以用作p型掺杂气体，并且当生长n型材料层时，SiH₄可以用作n型掺杂气体。

示例性实施例包括利用例如微加热器阵列101通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺制造PN结。当根据示例性实施例利用微加热器阵列时，只有用以制造PN结的第一和第二加热部分可以局部地加热至相对高温，同时保持腔室的温度尤其是衬底的温度在较低温度，这不同于典型的CVD工艺。因此，在玻璃衬底上可以制造需要相对高温加热的高质量的PN结。高质量PN结可以是具有高结晶度的PN结，例如具有微晶或多晶结构的PN结。由于根据示例性实施例不需要等离子体或复杂的加热工艺来制造PN结，因此工艺腔室可以得到简化，并且制造PN结器件的成本可以降低。

例如，为了生长用于例如发光二极管(LED)的单晶GaN，可能需要大约1000℃的生长温度。由于玻璃衬底可能在550℃或以上的温度下软化，因此在低于550℃的温度下可能难以生长高质量的单晶GaN。由于需要这样相对高温的加热条件，可用的衬底可能限于高价衬底，例如硅晶片、Al₂O₃衬底和SiC衬底，而非玻璃衬底。因此，由于在大面积上制造PN结可能是困难的，因此使用LED作为表面光源或显示器的光源存在限制。

然而，由于根据示例性实施例在使用微加热器阵列制造PN结时玻璃衬底的温度可以保持在相对低温，因此可以制造质量提高的单晶GaN PN结。因此，可以在大面积上制造GaN PN结，因此LED表面光源可以由这样的GaN PN结实现。此外，LED表面光源可以用作具有提高的效率和更长的寿命的大尺寸显示器的光源。另外，由于利用从第一加热部分21和第二加热部分31产生的相对高温的热，PN结可以直接生长在第一加热部分21和第二加热部分31上，因此可以容易地制造PN结器件。

图8A至图8C为图6的沿线III-III’的截面图，说明在第一加热部分21和第二加热部分31之间形成PN结的示例性实施例。在图8A至图8C所示的部件中，与图7A至图7C所示相同的部件由相同的附图标记表示，并且省去对其的详细描述

示例性实施例可以包括在制造PN结之前，在第一加热部分21和第二加热部分31中的任一个上形成催化剂层51而制造的纳米线型PN结。制造PN结的工艺可以与图7A至图7C所示制造PN结的工艺相同，除了在制造PN结之前在分离的腔室中形成催化剂层的工艺。

在分离的腔室中，在将要形成PN结的部分处，催化剂层51可以形成在第一加热部分21和第二加热部分31的任一个上。在形成催化剂层51之后，在第一加热部分21和第二加热部分31的特定区域中可以制造纳米线型PN结。如图8A所示，在第一加热部分21与第二加热部分31彼此交叉的区域中，催化剂层51可以形成在第一加热部分21的顶表面上。催化剂层51可以通过分离的工艺形成，例如沉积、溅射或者电子束沉积。

具有催化剂层51的微加热器阵列101可以设置在腔室210中。如图6和图8B所示，通过将源气体和p型掺杂气体注入到腔室210中，同时通过将电压施加到第一微加热器20将第一加热部分21加热至相对高温，纳米线型p型材料层41可以生长在第一加热部分21的催化剂层51上。如图8C所示，通过将源气体和n型掺杂气体注入腔室210中，同时保持第一加热部分21的加热状态，纳米线型n型材料层42可以生长在p型材料层41与第二加热部分31之间。纳米线型PN结40可以在第一加热部分21与第二加热部分31之间制成。被施加电压的第一加热部分21可以在相对高温下产生热，并且发射辐射热作为可见光和/或红外光。具有纳米结构的PN结可以在大约500℃或以上的温度下形成。使用催化剂层的纳米线型PN结的实例包括使用碳纳米管(CNT)的PN结器件、GaN纳米线PN结器件等等。

当使用PN结制造CNT时，催化剂层51可以使用催化剂例如Ni、Fe、镍铁合金(64FeNi)等形成。微加热器阵列可以设置在腔室中，并且乙炔(C₂H₂)和氩(Ar)可以注入腔室中来生长CNT。然后，p型和n型掺杂材料可以按顺序注入腔室中。

示例性实施例还包括作为分离的工艺在第一加热部分和第二加热部分的任一个上形成缓冲层的工艺。例如，当在玻璃衬底上制造GaN PN结时，由于GaN与玻璃衬底之间的晶格失配导致GaN的完全外延生长可能很困难。因此，缓冲层可以形成在第一加热部分21和第二加热部分31的任一个上。然后，GaN的PN结可以生长在缓冲层上，从而例如可以避免玻璃衬底与GaN之间的晶格失配。因此，可以获得高质量的多晶GaN。缓冲层可以通过在玻璃衬底上形成适于与GaN晶格匹配的材料作为薄膜，然后使该材料沿着特定方向取向来形成。GaN也可以根据缓冲层的布置方向进行外延生长。例如，如果通过沉积工艺例如溅射在具有优选晶向[0001]的第一加热部分21上形成氧化锌(ZnO)薄膜，则GaN也可以生长为具有优选晶向[0001]。因此，相比于单晶衬底例如SiN或GaN，使用成本更低且更易于获得的玻璃衬底作为微加热器阵列的衬底10可以形成高质量的GaN。此外，高质量的GaN可以用于LED。

图9为图6的沿线III-III’的截面图，说明在第一和第二加热部分之间包括In_xGa_1-xN层的示例性实施例。进一步描述在p型材料层41与n型材料层42之间形成In_xGa_1-xN层的示例性实施例。

参照图6和图9，p型材料层41可以形成在第一加热部分21上，并且然后In_xGa_1-xN层45可以形成在p型材料层41上。分离的供气管设置在腔室210的外部，通过供气管可以将三甲基铱(TMIn，trimethyliridium)、TEGa和NH₃分别注入腔室210中。TMIn、TEGa和NH₃可分别用作用于形成In_xGa_1-xN层的In、Ga和N源。通过分别控制注入腔室210中的TMIn、TEGa和NH₃的供应量可以形成具有各种组分比的In_xGa_1-xN层45。

然后，n型材料层42可以形成在In_xGa_1-xN层45与第二加热部分31之间，由此形成包括In_xGa_1-xN层45的PN结。在In_xGa_1-xN层中，In、Ga和N的组分可以随着“x”的值而改变，并且取决于In_xGa_1-xN层的组分可以发射不同波长的光。因此，通过控制从PN结发射的光的波长，在p型材料层41与n型材料层42之间形成的In_xGa_1-xN层45可以具有不同颜色，包括红、绿和蓝。在将包括In_xGa_1-xN层45的PN结应用于显示器时，可以实现各种色彩而不需分离的器件用于色彩实现，因此制造轻且薄的显示器是可能的。

图10说明根据示例性实施例利用微加热器阵列通过卤化物气相外延(HVPE，halide vapor phase eoitaxy)工艺形成GaN PN结的方法，其中为了便于说明简要示出了图1A中所示的微加热器阵列。参照图10，其中安放Ga的反应器320和根据示例性实施例的微加热器阵列101可以设置在腔室310中。石英管可以用作腔室310和供应管，通过供应管可以将盐酸(HCl)、NH₃、SiH₄和环戊二烯合镁(Cp₂Mg)分别供应到腔室310中并且供应管可以连接到腔室310的外部。

HCl可以被供应到反应器320中，然后在大约600℃至900℃，例如在800℃的温度下与金属Ga反应以获得可以作为Ga的源的氯化镓(GaCl₂)。通过将电压从设置在腔室310外部的电源330施加到第一微加热器20可以加热第一加热部分21。通过将NH₃作为N的源以及将Cp₂Mg作为p型掺杂气体注入腔室310中在第一加热部分21上可以形成p型GaN层。

通过将NH₃作为N的源以及将SiH₄作为n型掺杂气体注入腔室310中，同时保持第一加热部分21的加热状态，在p型GaN层与第二加热部分31之间可以形成n型GaN层。GaN的PN结可以形成在第一加热部分21与第二加热部分31之间。第一加热部分21可以在相对高温下被加热，同时将衬底10的温度保持在大约80℃，从而允许GaN的PN结形成在玻璃衬底上。

图11A至图11C为示出根据示例性实施例利用微加热器阵列通过HVPE工艺形成多晶GaN的照片。例如，当利用HVPE方法形成GaN时，GaN可以形成在第一加热部分21的顶表面上，或者GaN可以形成在第一加热部分21的顶表面和底表面上，这取决于工艺条件。作为实例，当在第一加热部分21上在550℃的生热温度下生长非晶GaN达5分钟时，非晶GaN可以形成在第一加热部分21的顶表面上。第一加热部分21中被加热到相对高温的第二区域上形成的非晶GaN的厚度可以大于在被加热到相对低温的第一区域上形成的非晶GaN的厚度。

此外，当使用HVPE方法在第一加热部分21上在1000℃的温度下生长多晶GaN达8分钟时，可以看到多晶GaN生长在第一加热部分21的顶表面和底表面上，如图11A所示。图11B为示出图11A中所示多晶GaN的每个晶体的照片，图11C为示出多晶GaN的晶体的每个的选区衍射(SAD)图案的照片。如图11C所示，多晶GaN的每个晶体是单晶。

图12为沿图5的线II-II’的截面图。如图12所示，PN结可以由形成在第一加热部分21与第二加热部分31之间的p型材料层41和n型材料层42制成。当正向偏压施加到与p型材料层41接触的第一加热部分21和与n型材料层42接触的第二加热部分31时，从PN结40可以发光。因此，根据示例性实施例利用微加热器阵列和PN结40可以实现例如LED和光电二极管等电子器件。为了发射从PN结40产生的光，在第二加热部分31中可以形成开口33，如图12所示，或者第二加热部分31可以由透明电极材料形成。

此外，根据示例性实施例利用微加热器阵列和PN结的LED可以作为LED表面光源应用于例如显示器等电子器件。另外，p型材料层41和n型材料层42可以直接生长在第一加热部分21和第二加热部分31上，在形成PN结40之后使用第一加热部分21和第二加热部分31作为电极用以将电压施加到PN结40。因此，可以不需要提供分离的电极层以制造薄轻的显示器。根据示例性实施例的微加热器阵列和PN结也可以用于太阳能电池。在太阳能电池中，通过第二加热部分31的开口33可以将光提供给PN结40。因此，根据示例性实施例的微加热器和使用微加热器阵列制造的PN结可以用于包括PN结的各种电子器件中。

图13A至图13D为说明根据示例性实施例制造PN结的另一种方法的视图。图13A为根据示例性实施例的微加热器阵列的平面图，以及图13B为沿图13A的线IV-IV’的截面图。参照图13A和图13B，微加热器阵列111可以包括衬底110以及彼此交替平行布置的第一微加热器120和第二微加热器130。

第一微加热器120可以包括第一加热部分121和第一支撑物122。第一加热部分121可以与衬底110隔开并且沿着第一方向延伸。第一支撑物122可以部分地设置在衬底110与第一加热部分121之间以支撑第一加热部分121。

类似于第一微加热器120，第二微加热器130可以包括第二加热部分131和第二支撑物132。第二加热部分131可以与衬底110隔开并且平行于第一加热部分121设置。第二支撑物132可以部分地设置于衬底110与第二加热部分131之间以支撑第二加热部分131。

第一加热部分121和第二加热部分131的每个可以分成第一区域A1和第二区域A2。第一区域A1可以对应于第一加热部分121和第二加热部分131分别与第一支撑物122和第二支撑物132接触的接触区域CA，并且每个第二区域A2可以位于第一区域A1之间。在第一加热部分121和第二加热部分131的第二区域A2而不是第一区域可以产生相对高温加热。

如图13A和图13B所示，第一微加热器120和第二微加热器130可以彼此平行设置，使得第一加热部分121的第一区域A1和第二区域A2分别与第二加热部分131的第一区域A1和第二区域A2相邻。第一加热部分121和第二加热部分131可以具有与图1A和图1B中所示的第一加热部分21相同的形状和结构。因此，省去第一加热部分121和第二加热部分131的详细说明。

图13C为说明使用图13A和图13B所示的微加热器阵列在第一和第二加热部分之间形成的PN结的平面图，图13D为沿图13C的线V-V’的截面图。如图13C和图13D所示，利用在将电压施加到微加热器阵列111时从第一加热部分121和第二加热部分131产生的热在第一加热部分121和第二加热部分131上分别形成p型材料层41和n型材料层42，可以在第一加热部分121与第二加热部分131之间形成PN结40。

如图6所示，可以利用MOCVD方法制造PN结。代替图6所示的微加热器阵列101，微加热器阵列111可以设置在腔室(未示出)中。通过将电压施加到第一微加热器120可以将第一加热部分121加热至相对高温。通过将源气体和p型掺杂气体注入腔室中可以在第一加热部分121上生长p型材料层41。施加至第一微加热器120的电压可以停止，并且通过将电压施加到第二微加热器130可以将第二加热部分131加热至相对高温。通过将源气体和n型掺杂气体注入腔室中可以在第二加热部分131上生长与p型材料层41接触的n型材料层42。

由于在第一加热部分121和第二加热部分131各个的第二区域A2产生相对高温的热，因此p型材料层41可以形成在第一加热部分121的每个的第二区域A2中，并且n型材料层42可以形成在第二加热部分131的每个的第二区域A2中。在p型材料层41和n型材料层42各自的形成过程中，通过控制加热温度、生长时间等可以在相邻的第一加热部分121与第二加热部分131之间生长p型材料层41和n型材料层42，从而在第一加热部分121与第二加热部分131之间制造PN结。在形成PN结40之后，通过将电压施加到第一加热部分121和第二加热部分131中的一个或多个可以对p型材料层41和n型材料层42进行后期热处理。

由于p型材料层41和n型材料层42可以直接生长在第一加热部分121和第二加热部分131上，通过在制成PN结40之后将正向偏压施加到第一加热部分121和第二加热部分131，从PN结40可以发光。因此，使用根据示例性实施例的微加热器阵列111和使用微加热器阵列111形成的PN结40可以实现例如LED的电子器件。

根据示例性实施例的微加热器阵列对于在大面积上需要PN结的大尺寸应用而言是有利的。此外，示例性实施例包括在制造PN结时使衬底温度保持相对接近低温和/或正常温度，从而允许在玻璃衬底、塑料衬底等上制造PN结。例如，根据示例性实施例，使用GaN PN结的LED可以在玻璃上实现，玻璃可以作为基础，例如，用于玻璃上系统(SOG)和塑料上系统(SOP)。

上述内容是对示例性实施例的说明，并且不应解释为局限于此。尽管已经描述了几个示例性实施例，但是本领域的技术人员易于理解在实质上不脱离新颖的教导和优点的前提下在示例性实施例中可以有许多修改。因此，所有这些修改旨在包含在如权利要求书所限定的本发明的范围中。在权利要求书中，装置+功能的条款旨在覆盖这里描述的实施所述功能的结构，并且不仅覆盖结构等效物，而且覆盖等效结构。因此，应该理解上述内容是各种示例性实施例的说明，并且不应解释为局限于公开的具体实施例，并且对公开实施例的修改以及其它实施例应包含在所附权利要求书的范围内。

本申请要求于2008年3月25日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请No.10-2008-0027233的优先权，并通过参考将其全部内容合并于此。