纳米线发光二极管结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种纳米线发光二极管LED结构，其包括并排布置于支撑层上的多个装置。每一装置包括第一导电型半导体纳米线核心及进行包封的第二导电型半导体外壳以用于形成pn或pin结，所述pn或pin结在操作中提供用于光产生的作用区。第一电极层在所述多个装置上方延伸且与所述装置的至少一个顶部部分电接触以连接到所述外壳。所述第一电极层至少部分地空气桥接于所述装置之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及纳米线发光二极管结构，尤其涉及纳米线发光装置阵列，且尤其涉及其接触。
技术介绍
发光二极管(LED)越来越多地用于照明，但为了获得真正突破，仍存在一些技术挑战有待克服，尤其就大规模处理来说。近年来，对纳米线技术的兴趣已不断增加。与用常规平面技术生产的LED相比，纳米线LED提供唯一性质(归因于纳米线的一维特性)、改进的材料组合的灵活性(归因于较少的晶格匹配限制)及在较大衬底上进行处理的机会。用于生长半导体纳米线的合适方法为此项技术中已知的，且一项基本工艺是通过粒子辅助式生长或所谓的VLS (气体-液体-固体)机制在半导体衬底上形成纳米线，所述工艺揭示于(例如)US 7，335，908中。可通过使用化学束外延(CBE)法、金属有机化学气相沉积(MOCVD)法、金属有机气相外延(MOVPE)法、分子束外延(MBE)法、激光烧蚀法及热蒸镀法来实现粒子辅助式生长。然而，纳米线生长不限于VLS工艺，例如，WO 2007/102781展示了半导体纳米线可生长于半导体衬底上而不将粒子用作催化剂。此领域中的一个重要突破为用于在Si衬底上生长II1-V族半导体纳米线等的方法已被验证，此突破很重要，因为其提供与现存Si处理的兼容性且可由较廉价的Si衬底替换高价的II1-V衬底。底部发射纳米线LED的一个实例经展示于WO 2010/14032中。此纳米线LED包含生长于衬底的缓冲层(例如，Si衬底上的GaN缓冲层)上的半导体纳米线阵列。每一纳米线包含包封于P型外壳中的η型纳米线核心以及ρ电极，其中作用层形成于η型区与ρ型区之间，所述η型区与ρ型区形成pn或pin结。缓冲层具有作为用于纳米线生长的模板以及用作连接到η型纳米线核心的电流传输层的功能。此外，缓冲层为透明的，因为产生于作用区域中的光被发射穿过所述缓冲层。尽管具有有利性质及性能，但关于纳米线LED的接触的处理与平面技术相比需要新的途径。因为纳米线LED包含大的纳米线阵列，进而形成具有高纵横比结构的三维表面，所以使用视线工艺沉积接触材料是具挑战性的操作。
技术实现思路
鉴于前述内容，本专利技术的实施例的一个目标为提供改进的纳米线LED及用于其接触的新途径。由根据独立权利要求项的一种半导体装置及一种用于形成半导体装置的方法来实现此目标。根据本专利技术的实施例的一种纳米线发光二极管(LED)结构包含并排布置的纳米线。每一纳米线包含第一导电型(例如，η型)纳米线核心及进行包封的第二导电型(例如，P型)外壳以用于形成pn或pin结，所述结在操作中提供用于光产生的作用区。尽管所述第一导电型的核心在本文中经描述为η型半导体核心且所述第二导电型的外壳在本文中经描述为P型半导体外壳，但应理解其导电型可颠倒。P电极层在多个纳米线上方延伸且与所述纳米元件的至少一个顶部部分电接触以连接到所述P型外壳。所述P电极层至少部分地空中桥接于所述纳米线之间。传统上，平面LED包含呈夹层结构的功能层。在其最简单的形式中，平面LED包含至少三个功能层Φ掺杂层、作用区及η掺杂层。功能层还可包括阱、势垒、本征及渐变层(例如，作为所述作用区的部分)。本专利技术的实施例中所描述的LED阵列由于所述功能层中的至少一者与阵列中的周围LED电分离而与众不同。另一显著特征为利用功能层的一个以上琢面及非平面性作为发射层。尽管本文所描述的制造方法优选地利用纳米线核心以在所述核心上生长半导体外壳层从而形成核心-外壳纳米线，如在例如塞弗特(Seifert)等人的第7，829，443号美国专利中所描述，所述专利以引用的方式并入本文中以用于纳米线制造方法的教示，但应注意本专利技术不限于此。举例来说，如下文将描述，在替代性实施例中，仅核心可构成纳米结构(例如，纳米线)，而外壳可任选地具有大于典型纳米线外壳的尺寸。此外，所述装置可经成形以包括许多琢面，且可控制不同类型的琢面之间的面积比。这在图中由“金字塔”琢面及垂直侧壁琢面示范。LED可经制造以使得发射层形成于具有主要金字塔琢面或侧壁琢面的模板上。独立于所述发射层的形状，接触层同样如此。顺序(例如，外壳)层的使用使得最终个别装置(例如，pn或pin装置)可具有大概在金字塔形(即，顶部或尖端较窄且基部较宽)与柱形(例如，尖端及基部宽度大约相同)之间的具有垂直于所述装置的长轴的圆形或六边形或其它多边形横截面的形状。因此，具有完成的外壳的所述个别装置可具有各种大小。举例来说，所述大小可改变，其中基部宽度的范围为从IOOnm到数(例如，5) μ m(例如，IOOnm到I微米以下)，且高度的范围为从几百nm到数(例如，10) μ m。根据本专利技术的实施例的一种制造纳米线LED结构的方法包含以下步骤:-提供包含第二导电型(例如，P型)区及第一导电型(例如，η型)区的半导体纳米线阵列，所述η型区延伸到所述纳米线的基部；-沉积牺牲层，所述牺牲层完全地覆盖非作用区域中的纳米线且部分地覆盖LED区域中的纳米线，从而使所述LED区域中的所述纳米线的顶部部分暴露；-在所述暴露的顶部部分上沉积ρ电极；及-移除所述牺牲层以获得空中桥接ρ电极。在现有技术的方法中，通过使用溅镀或蒸镀技术沉积基本上覆盖所述纳米线的整个表面及所述纳米线之间的中间表面的接触层来接触纳米线LED阵列。归因于高纵横比及常常较小的纳米线间隔，这些视线工艺导致非等形覆盖。明确地说，存在接触层变得不连续的风险及所述中间表面(例如，暴露于垂直纳米线之间的水平表面)上的接触层变得过薄的风险。在操作中，这将分别导致失去一些纳米线的效果及所述装置中的不良电流散布。通过使用根据本专利技术的实施例的空中桥接P电极，不连续性的风险得以降低或消除，且归因于所述P电极及沉积于所述P电极上的任选额外层的均一厚度，横向电流散布得以改进。用于顶部发射纳米线LED的空中桥P触点或电极的一个优点为厚接触层可直接接触所述纳米线LED的顶部部分。对于顶部发射纳米线LED来说，使用透明ρ接触层。在无空中桥的情况下，必须使纳米线顶部部分处的P电极层厚得多，此情况增加吸收。用于底部发射纳米线LED的空中桥P触点或电极的一个优点为反射性P接触层仅布置于纳米线的顶部部分而非布置于整个圆周纳米线区域。在整个圆周区域上向下延伸的反射层将由于全内反射而引起极大损耗。因此，本专利技术的实施例使得可能获得就内部导电性、光产生及从纳米线LED射出的光的耦合来说有效率的纳米线LED。本专利技术的实施例经定义于附属权利要求项中。当结合附图及权利要求书考虑时，本专利技术的其它目标、优点及新颖特征将从本专利技术的以下详细描述变得显而易见。附图说明现将参考附图描述本专利技术的优选实施例，其中:图1示意性地说明根据本专利技术的实施例的纳米线LED的基底的侧视横截面图，图2示意性地说明根据本专利技术的实施例的缓冲层上的纳米线LED结构的侧视横截面图，图3a到3b示意性地说明根据本专利技术的实施例的空中桥接P电极的侧视横截面图，图4a到4h示意性地说明根据本专利技术的一个实施例的方法的第一实施方案的侧视横截面图，图4i到4s示意性地说明根据本专利技术的另一实施例的方法的第二实施方案的侧视横截面图，图5展示根据本专利技术的实施例的空中桥接P电极的两个扫描电子显微镜图像，图6a到6i示意性地说明根据本专利技术的另一实施例的方法的第三实施方案的侧视横截面图，图7展示根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.18 US 61/356,1671.一种发光二极管LED结构，其包含: 多个装置，所述多个装置并排布置于支撑层上，其中每一装置包含第一导电型半导体纳米线核心及进行包封的第二导电型半导体外壳以用于形成pn或pin结,所述pn或pin结在操作中提供用于光产生的作用区，及 第一电极层，其在所述多个装置上方延伸且与所述装置的至少一个顶部部分电接触以连接到所述外壳，其中所述第一电极层至少部分地空中桥接于所述装置之间。2.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述第一导电型包含η型，所述第二导电型包含P型，且所述第一电极层包含P电极层。3.根据权利要求2所述的发光二极管LED结构，其进一步包含第二η电极层，所述第二η电极层电连接到所述η型纳米线核心。4.根据权利要求3所述的发光二极管LED结构，其中所述支撑层包含在衬底上的η型半导体缓冲层，所述缓冲层用作η触点，且所述η电极层接触所述缓冲层。5.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述支撑层为反射性的。6.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述支撑层为透明的。7.根据权利要求2所述的发光二极管LED阵列，其中所述空中桥接ρ电极层的厚度为150nm 到 900nm。8.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述ρ电极为至少部分反射性的。9.根据权利要求1 所述的发光二极管LED结构，其中所述ρ电极为透明的。10.根据权利要求9所述的发光二极管LED结构，其中至少一个其它透明层布置于所述P电极上。11.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述LED以倒装芯片的形式结合到载体上的接触电极上。12.根据权利要求4所述的发光二极管LED结构，其进一步包含提供于所述纳米线核心下方的镜。13.根据权利要求12所述的发光二极管LED结构，其中所述镜提供于形成于所述衬底中的凹部中，所述凹部延伸到所述缓冲层。14.根据权利要求13所述的发光二极管LED结构，其进一步包含位于多个凹部中的多个镜。15.根据权利要求13所述的发光二极管LED结构，其中所述镜包含部分地填充所述凹部的反射性材料，且其中所述凹部的剩余部分是用提供结构刚性及高热导率的填充剂材料来填充。16.根据权利要求12所述的发光二极管LED结构，其中所述镜经胶合到所述缓冲层及所述衬底中的一者，且物理上结合到所述缓冲层及所述衬底中的另一者。17.根据权利要求5所述的发光二极管LED结构，其中所述支撑层包含镜，且其中所述镜经提供以代替经移除的η型半导体缓冲层及经完全移除的衬底。18.根据权利要求2所述的发光二极管LED结构，其中每一装置包含含有所述核心、所述外壳及在所述核心与所述外壳之间的作用层的纳米结构。19.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述纳米结构包含核心-外壳纳米线。20.根据权利要求1所述的发光二极管LED结构，其中所述支撑层包含半导体衬底。21.根据权利要求3所述的发光二极管LED结构，其中: 所述η电极层包含在所述缓冲层的第一部分上的η衬垫区域； 所述P电极层包含在LED作用区域中的所述纳米线上或在邻近于所述LED作用区域中的所述纳米线的在所述缓冲层上的电介质掩蔽层上的P衬垫区域；且 所述η衬垫区域及所述ρ衬垫区域是由包含不接触所述P电极的虚设纳米线的非作用区域分离。22.一种制造纳米线发光二极管LED结构的方法，其包含: 提供支撑层； 提供多个装置，所述多个装置并排布置于所述支撑层上，其中每一装置包含第一导电型半导体纳米线核心及进行包封的第二导电型半导体外壳以用于形成Pn或pin结，所述pn或Pin结在操作中提供用于光产生的作用区； 沉积牺牲层，所述牺牲层完全地覆盖在非作用区域中的所述装置且部分地覆盖在LED区域中的所述装置，从而使所述LED区域中的所述装置的顶部部分暴露；及在所述装置的所述暴露顶部部分上及所述装置之间的所述支撑层上方沉积第一电极层。23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一导电型包含η型，所述第二导电型包含P型，且所述第一电极层包含P电极层。24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包含沉积第二η电极层，所述第二 η电极层电连接到所述η型纳米线核心。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述支撑层包含在衬底上的η型半导体缓冲层，所述缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚尔斯·罗葛兰，
申请(专利权)人：GLO公司，
类型：
国别省市：