具有侧壁电接触的纳米结构光电装置制造方法及图纸

公开了纳米结构阵列光电装置。光电装置可具有物理且电性连接至纳米结构（如纳米柱）的阵列的侧壁的顶部电接触。顶部电接触可设置为使得光可进入或离开纳米结构而不穿过顶部电接触。因此，顶部电接触对于具有由纳米结构中的活性区吸收或产生的波长的光可以是不透明的。因为不需要在光学透明性和导电性之间进行权衡，所以顶部电接触可由高导电性的材料制成。装置可以是太阳能电池、LED、光电检测器等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有侧壁电接触的纳米结构光电装置
本公开涉及光电装置。
技术介绍
已知很多种基于半导体装置的光电装置。例如，太阳能电池、发光二极管（LED）、成像装置以及光电检测器可基于半导体装置。可通过正向偏置、反向偏置或者无偏置来操作这些光电装置。例如，可通过让二极管结正向偏置而导致发光来操作LED。可通过让二极管结反向偏置来操作某些光电检测器或成像装置（注意，对于检测器操作，或许不需要让二极管结反向偏置）。太阳能电池（也叫作光伏电池）可在不加任何偏压的情况下进行操作。相反地，由装置的光活性区吸收的光子产生电压或/和电流。前述内容表明这些光电装置需要两个电接触。对于许多光电装置，电接触被设置在装置的相对侧，它们可分别称为顶部和底部电接触。而且，光电装置的至少一侧需要能够接收或发射至少为有关的波长范围的光。有关的波长范围是指被光活性区吸收或发射的波长范围。对于许多光电装置，经由顶部电接触发射或接收光。对于这样的光电装置，在顶部电接触的导电性和光学透明性之间进行权衡。例如，顶部电接触可由至少在装置的有关波长范围中具有良好光学透明性的材料制成。作为一个例子，顶部电接触可由铟锡氧化物（ITO）形成。然而，光学透明材料的导电性可能不是所期望的。于是，装置的运行也许会变差。例如，当作为太阳能电池工作时，顶部电接触的较大阻抗造成顶部电接触两端的较大压降。另一方面，导电材料的光学透明性可能不是所期望的。注意，可用于顶部电接触的一些材料对于较窄的波长范围是光学透明的。因此，它们可适用于打算工作在窄波长范围的光电装置。然而，使装置工作在较宽的波长范围可能是值得期望的。例如，为了捕获存在于跨越太阳光谱的宽范围的能量，可能期望使太阳能电池工作在宽的波长范围。也可能期望使某些LED装置工作在宽的波长范围。例如，可能期望具有能够产生不同颜色光的LED装置。另外，成像装置应该能够检测不同的颜色。因此，期望在光电装置的电接触方面做出改进。半导体基太阳能电池使来自太阳能电池的前侧的太阳能辐射穿过一个或多个光活性区后到达太阳能电池的后侧。由于光活性区中光子的吸收而产生电荷载流子。每个光活性区都可与一个pn结关联。对于某些装置，取决于用来形成pn结的材料，给定的光活性区吸收仅仅在限定的波长范围上的光。为了提高太阳能电池的效率，可由不同的材料形成pn结，使得可吸收在较大的波长范围上的光。这典型地称为“多结”设计。然而，由各光活性区产生的电荷载流子需要流动的路径。在某些装置中，“隧道结”使电荷载流子能够流过太阳能电池。例如，分隔隧道结可把具有不同的光活性区的太阳能电池的各部分接合起来。遗憾的是，隧道结可能难以制造。LED可用于诸如计算设备的显示屏、电话机、电视机的设备，也可用于许多其它的电子设备。成像装置可用于诸如照相机、医疗器械等的许多设备。虽然这些设备是已知的，但是期望在光电装置方面做出进一步的改进。例如，期望对所产生（或所检测）的颜色的更好控制。本部分中描述的方法是能够被执行的方法，但不一定是先前已想出的或已执行的方法。因此，除非另外说明，不应当认为在本部分中描述的任何方法仅仅因为它们被包括在本部分中就被算作现有技术。附图说明在附图的各图中以举例的方式而不是以限制的方式示出了本公开，且附图中类似的附图标记指代类似的元件，以及在附图中：图1A示出了具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图1B示出了具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图2A是具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧剖面立体图。图2B示出了光活性区（photo-activeregion）的一部分在顶部侧壁电接触上方延伸的实施例。图2C是具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧剖面立体图。图3A示出了具有中间侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图3B示出了具有中间侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧立体横剖面图。图3C示出了具有三个侧壁电接触和露出的边缘的光电装置的一个实施例。图4A示出了具有双层侧壁电互连的光电装置的一个实施例。图4B示出了具有双层侧壁电互连的光电装置的侧剖面图。图4C示出了图4B的装置的一种可能的操作的示例电路示意。图5A是示出了具有一个或多个侧壁电接触的光电装置的制造工艺的一个实施例的流程图。图5B是示出了侧壁电接触的制造工艺的一个实施例的流程图。图5C是示出了采用掠角沉积（angledeposited）的金属的侧壁电接触的制造工艺的一个实施例的流程图。图5D是示出了具有至少一个双层侧壁电互连的光电装置的制造工艺的一个实施例的流程图。图6A和图6B示出了在图5A的工艺的一个实施例中的各步骤之后的结果。图6C、图6D、图6E、图6F、图6G以及图6H示出了在图5B的工艺的一个实施例中的各步骤之后的结果。图7A、图7B以及图7C示出了图3A和3B的装置的侧剖面立体图。图8A是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图8B是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图8C是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图9示出了具有可被独立控制的、纳米结构阵列中的活性区的光电装置的制造工艺的一个实施例。图10A示出了像素化纳米结构光电装置的一个实施例。图10B示出了图10A的装置的一部分的侧横剖面立体图。图10C示出了像素化装置的偏置方案的一个实施例。图10D示出了用于诸如图10A和10B中示出的示例装置的像素化装置的针对光电检测器操作的一种示例偏置方案。图11示出了光电装置的操作过程的实施例的流程图。图12A、图12B和图12C示出了不同颜色的子像素同时工作的针对LED操作的偏置方案的一个实施例。图12D示出了用于光电检测器操作的、在同一纳米结构中选择两种不同颜色的子像素的一种可能的偏置方案。图13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G以及13H示出了用于LED操作的、三种不同颜色的子像素同时工作的偏置方案的一个实施例。图13I示出了用于光电检测器操作的、三种不同颜色的子像素同时工作的偏置方案的一个实施例。图14示出了像素化光电装置的制造工艺的一个实施例。图15A是像素化纳米结构光电装置的一个实施例的图。图15B是图15A的装置的立体侧视图。图16是用于本文中公开的技术的实施例的计算系统的一个实施例的框图。具体实施方式下面的描述中，出于解释的目的，为了提供对本专利技术的透彻的理解，举出了许多具体的细节。然而，将明白的是，可在没有这些具体细节的情况下使实施例得以实施。有些情况下，为了避免不必要的使公开模糊化，公知的结构和装置以框图的形式示出。本文中公开了具有光活性区（“活性区”）的光电装置。在一些实施例中，光电装置包括纳米结构。纳米结构可以是纳米柱、纳米线、纳米棒、纳米管等。在一些实施例中，纳米结构聚集成阵列。例如，可在基板上垂直生长纳米结构。然而，通过构图平面层的叠层和后续的蚀刻，也可从上到下形成纳米结构。纳米结构可由多种材料形成。在一些实施例中，纳米结构由一种或多种半导体形成。本文中描述的光电装置可用于太阳能光电转换装置（也称为太阳能电池）、光电检测器（也称为光检测器）、成像装置、单色LED、多个组成色LED、光谱仪以及没有具体提到的其它装置。在一些实施例中，光电装置具有物理且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.08 US 12/796,600;2010.06.08 US 12/796,589;1.一种光电装置，包括：多个纳米结构(96)，所述纳米结构包括与pn结关联的光活性区，所述多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁；与所述多个纳米结构的所述底部电性接触的底部电接触(102，104b)；以及与所述多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触(104a，1012)，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的所述顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触；其中所述光电装置配置来：i)利用所述底部电接触和所述顶部电接触正向偏置所述pn结，以使得光子通过所述多个纳米结构的所述顶部从所述光电装置发射出去；ii)利用所述底部电接触和所述顶部电接触反向偏置所述pn结，以检测通过所述多个纳米结构的所述顶部进入所述光电装置的光子；或者iii)作为光子通过所述多个纳米结构的顶部进入所述光电装置的结果，允许由所述光活性区产生的电子通过所述底部电接触或所述顶部电接触离开所述多个纳米结构，而不在所述顶部电接触和底部电接触之间施加电压。2.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触包括金属。3.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触对于具有由所述光活性区吸收或产生的波长的光是不透明的。4.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触由不同于所述多个纳米结构的材料形成。5.权利要求1的光电装置，其中所述纳米结构的所述侧壁的一部分在所述顶部电接触上方。6.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触完全填充靠近所述纳米结构的所述顶部的位置处的所述多个纳米结构之间的空间。7.权利要求1的光电装置，其中所述装置包括多个所述顶部电接触。8.权利要求1的光电装置，其中所述多个纳米结构的每一个还包括p型半导体区和n型半导体区，其中所述顶部电接触提供与所述p型半导体区或所述n型半导体区的电接触，所述底部电接触提供与所述p型半导体区和所述n型半导体区中的另一个的电接触。9.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触与所述多个纳米结构形成欧姆接触。10.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触与所述多个纳米结构形成肖特基接触。11.权利要求1的光电装置，其中所述多个纳米结构具有在所述顶部电接触上方的光活性区。12.权利要求1的光电装置，还包括与所述多个纳米结构的所述侧壁电性且物理接触的另外的一个或多个电接触。13.权利要求1的光电装置，其中所述底部电接触与所述多个纳米结构的侧壁物理接触。14.权利要求13的光电装置，其中所述多个纳米结构的每一个都包括至少两个pn结。15.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是太阳能电池。16.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是发光二极管。17.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是光电检测器。18.一种光电装置的形成方法，包括：形成多个纳米结构，所述纳米结构包括与pn结关联的光活性区，所述多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁(502)；形成与所述多个纳米结构的所述底部电性接触的底部电接触(504)；以及形成与所述多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的所述顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触(506，520，550)；其中所述光电装置配置来：i)利用所述底部电接触和所述顶部电接触正向偏置所述pn结，以使得光子通过所述多个纳米结构的所述顶部从所述光电装置发射出去；ii)利用所述底部电接触和所述顶部电接触反向偏置所述pn结，以检测通过所述多个纳米结构的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC金，S易，DE马尔斯，
申请(专利权)人：桑迪奥德股份有限公司，
类型：
国别省市：