具有改进的光萃取的包括发光二极管的光电子器件制造技术

本发明专利技术涉及一种光电气器件(5)，包括：含有面(12)的半导体衬底(10)；发光二极管(DEL)，其被布置在所述面上且包括线形、圆锥形或尖椎形的半导体元件(20)；以及覆盖所述发光二极管的至少部分透明的介电层(34)，所述介电层的折射率处于1.6和1.8之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及基于半导体材料的光电子器件且涉及用于制造该光电子器件的方法。本专利技术更具体地涉及包括由尤其是半导体微米线或纳米线的三维元件形成的发光二极管的光电子器件。
技术介绍
术语“具有发光二极管的光电子器件”指代能够将电信号转换成电磁辐射的器件，并且尤其是专用于发出电磁辐射(尤其是光)的器件。能够形成发光二极管的三维元件的示例是包括基于化合物的半导体材料的微米线或纳米线，化合物主要包括至少一个组III元素和一个组V元素(例如氮化镓GaN)(在下文中被称为III-V化合物)。光电子器件的萃取效率大体由从光电子器件逸出的光子的数量与由发光二极管发出的光子的数量的比率定义。期望光电子器件的萃取效率尽可能高。现有光电子器件的缺点在于在每个发光二极管内发出的光子的一小部分未从发光二极管逸出。现有光电子器件的另一缺点在于由每个发光二极管内发出的光的一部分被相邻的发光二极管俘获或吸收。
技术实现思路
因此，实施例的目的在于克服先前描述的具有发光二极管的尤其具有微米线或纳米线的光电子器件以及它们的制造方法的缺点的至少部分。实施例的另一目的在于增大光电子器件的萃取效率。实施例的另一目的在于减小未从每个发光二极管逸出的光的比例。实施例的另一目的在于减小被相邻的发光二极管吸收/俘获的、由发光二极管内发出的光的比例。实施例的另一目的在于是使具有发光二极管的光电子器件能够以工业规模并且以低成本来制造。因此，实施例提供一种光电子器件，其包括：包括表面的半导体衬底；由该表面支撑的发光二极管，其包括线形、圆锥形或尖椎形的半导体元件；以及覆盖发光二极管的至少部分透明的介电层，该介电层的折射率处于从1.6到1.8的范围中。根据实施例，该介电层的折射率处于从1.7到1.75的范围中。根据实施例，每个半导体元件主要由III-V化合物制成。根据实施例，每个半导体元件主要包括氮化镓。根据实施例，每个半导体元件的平均直径处于从200nm到1μm的范围中。根据实施例，包封层包括由至少部分透明的第一材料制成的具有第二材料的颗粒散布在其中的基体，第二材料的折射率大于第一材料的折射率。根据实施例，第一材料为聚硅氧烷。根据实施例，第二材料是选自氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)以及硫化锌(ZnS)之中的介电材料。根据实施例，包封层由选自包括环氧聚合物、具有SiOx(其中x是大于0且小于或等于2的实数)型的氧化硅、具有SiOyNz(其中y是大于0且小于或等于2的实数，并且z大于0且小于或等于0.57)型的氧化硅以及氧化铝(Al2O3)的组的材料制成。根据实施例，发光二极管被分布在该表面的部分上，并且发光二极管在该部分上的表面密度远离该部分的边缘减小。根据实施例，发光二极管被分布在该表面的部分上，并且针对单位表面积，该部分的周长与该部分的表面积的比率大于或等于4。根据实施例，该部分对应于具有孔的表面。附图说明前述特征和优点及其他特征和优点将在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中详细进行讨论，在附图之中：图1是具有微米线或纳米线的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；图2到图6示出由采用微米线或纳米线的光线遵循的路径的不同配置；图7示出由具有微米线或纳米线的发光二极管递送的光的传播模式的分布根据围绕发光二极管的材料的折射率的变化；图8示出发光二极管的微米线或纳米线中的所俘获的导引模式的比例根据围绕发光二极管的材料的折射率的变化的曲线；图9是包括具有微米线或纳米线的发光二极管的光电子器件的部分简化俯视图；图10示出萃取效率根据图9的光电子器件的正面上的考虑位置的变化；并且图11-图20是包括具有微米线或纳米线的发光二极管的光电子器件的实施例的部分简化俯视图。具体实施方式为清楚起见，在各个附图中利用相同的附图标记来指代相同的元件，并且另外，如在电子电路的表示中常见的，各个附图不一定是按比例绘制的。另外，仅仅示出并描述对理解本公开内容有用的那些元件。具体地，用于使光电子器件的发光二极管偏置的手段是众所周知的并且将不再进行描述。在下面的描述中，除非另行明确指示，术语“基本上”、“大约”和“约”意味着“在10％内”。另外，“主要由材料形成的化合物”或“基于材料的化合物”意味着化合物包括大于或等于95％的所述材料的比例，该比例优选大于99％。本说明书涉及具有三维元件的光电子器件，三维元件例如线形元件、圆锥形元件或尖椎形元件，尤其是微米线或纳米线。术语“微米线”或“纳米线”指代具有沿着优选方向的细长形状的三维结构，其具有被称为小尺寸的在从5nm到2.5μm的范围中的优选在从50nm到2.5μm的范围中的至少两个尺寸，以及被称为大尺寸的至少等于小尺寸的1倍、优选至少5倍并且更优选最大的甚至至少10倍的第三尺寸。在某些实施例中，小尺寸可以小于或等于大约1μm，优选在100nm到1μm的范围中，更优选在从100nm到800nm的范围中。在某些实施例中，每个微米线或纳米线的高度可以大于或等于500nm，优选在从1μm到50μm的范围中。在下面的描述中，术语“线”用于意指“微米线或纳米线”。优选地，延伸通过在垂直于线的优选方向的平面中的横截面的重心的线的平均线路基本上形成直线并且在下文中被称为线的“轴”。图1是具有发光二极管的光电子器件5的实施例的部分简化横截面视图。图1示出一种结构，其从底部到顶部包括：第一电极8；半导体衬底10，其包括下表面11和上表面12，下表面11被覆盖有第一电极8，并且上表面12优选至少在发光二极管的水平处是平面的；种子垫(seedpad)16，其由促进线的增长的导电材料制成并被布置在表面12上；具有高度H1的线20(六个线被示出)，每个线20与种子垫16中的一个相接触，每个线20包括具有高度H2的与种子垫16相接触的下部分22和具有高度H3的延续下部分22的上部分24；绝缘层26，其延伸在衬底10的表面12上并且延伸在每个线20的下部分22的侧面上；外壳28，其包括覆盖每个上部分24的半导体层的堆叠；层30，其形成覆盖每个外壳28的第二电极并且还延伸在绝缘层26上；导电镜像层32，其覆盖在线20之间的电极层30而不在线20上延伸；包封层34，其覆盖整个结构并且尤其是电极30并且包括正面36。光电子器件5还可以包括荧光粉的层(未示出)，其被设置在包封层34上或与其混杂。由每个线20形成的组件、相关联的种子垫16和外壳28形成发光二极管DEL。二极管DEL的基极对应于种子垫16。外壳28具体地包括有源层，其是由发光二极管DEL递送的大多数电磁辐射从其发射的层。发光二极管DEL可以并联连接并且形成发光二极管的组件。该组件可以包括从几个发光二极管DEL到一千个发光二极管。发光二极管DEL可以不被形成在整个表面12上。表面12的具有发光二极管形成在其上的部分被称为有源区。衬底10可以对应于固体结构或对应于覆盖由另一材料制成的支撑物的层。衬底10优选为半导体衬底，其例如是由硅、锗、碳化硅、III-V化合物(例如GaN或GaAs)制成的衬底，或者ZnO衬底。优选地，衬底10是单晶硅衬底。优选地，半导体衬底实现与微电子器件中的制造方法兼容。衬底10可以对应于具有绝缘体上硅类型SOI的多层结构。衬底可以重掺杂、轻掺杂或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子器件(5)，包括：具有表面(12)的半导体衬底(10)；由所述表面支撑的发光二极管(DEL)，其包括线形、圆锥形或尖椎形的半导体元件(20)；以及覆盖所述发光二极管的至少部分透明的介电层(34)，所述介电层的折射率处于从1.6到1.8的范围中，所述介电层(34)的最大厚度处于从250nm到50μm的范围中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.19 FR 13630051.一种光电子器件(5)，包括：具有表面(12)的半导体衬底(10)；由所述表面支撑的发光二极管(DEL)，其包括线形、圆锥形或尖椎形的半导体元件(20)；以及覆盖所述发光二极管的至少部分透明的介电层(34)，所述介电层的折射率处于从1.6到1.8的范围中，所述介电层(34)的最大厚度处于从250nm到50μm的范围中。2.根据权利要求1所述的光电子器件，其中，所述介电层(34)的折射率处于从1.7到1.75的范围中。3.根据权利要求1或2所述的光电子器件，其中，每个半导体元件(20)主要由III-V化合物制成。4.根据权利要求3所述的光电子器件，其中，每个半导体元件(20)主要包括氮化镓。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光电子器件，其中，每个半导体元件(20)的平均直径处于从200nm到1μm的范围中。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的光电子器件，其中，其中，包封层(34)包括由至少部分透明的第一材料制成的具有第二材料的颗粒散布在其中的基体，所述第二材料的折射率大于所述第一材料的折射率。7.根据权利要求6...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂费纳·杜邦，约翰·德西雷斯，
申请(专利权)人：艾利迪公司，原子能与替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国;FR