发光纳米线的串联电连接制造技术

一种光电装置，至少包括：形成在支撑体（58）上的第一和第二发光纳米线(60,62)，均包括空穴注入区(68,70)和电子注入区(72,74)；串联电连接包括：形成在支撑体（58）上的连接纳米线(82)，包括：与第一纳米线（60）的空穴注入区（68）一起形成电路径的第一域（84）；与第二纳米线（62）的电子注入区（74）一起形成电路径的第二域（90）；与第一和第二域（84，90）接触且能够使电流在第一和第二域之间流过的第三域（92）；连接第一纳米线（60）的空穴注入区（68）和连接纳米线(82)的第一域（84）的第一导电区（86），其与第二纳米线(62)电绝缘；连接连接纳米线(82)的第二域（90）和第二纳米线（62）的电子注入区（74）的第二导电区（88），其与第一纳米线(60)电绝缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光纳米线的串联电连接
本专利技术涉及基于发光纳米线(nanowires)的光电装置,尤其涉及LEDs (发光二极管)。
技术介绍
按照图示，LED包括电子注入半导体区，空穴注入半导体区，以及所谓的“有源(active)”半导体区，注入的电子和注入的空穴在有源半导体区福射复合(radiativelyrecombine)。用于制备LEDs的第一代技术称为“平面技术(planar technology)”。因为平面技术引起了一系列问题，尤其是量子效率方面和/或所用的不同材料之间网格匹配(meshmatching)方面和/或对发射波长的限制方面的问题，已经开发出了基于纳米线的具有多量子讲限制结构(multiple quantum well confinement structures)的 LEDs。该纳米线，尤其是该纳米线的制备方法具有许多优点，尤其是:当纳米线在基片(substrate)上生长时，有可能不同纳米线是用网格参数相互不匹配的不同材料制备的。由于硅是一种低成本基片，能够被制成大尺寸，具有传导性，因此硅被设想用于II1-N材料制备的纳米线的生长，这在平面技术中是不可能实现的。这种改进既有产品方面的优势，也有简化生产工艺方面的优势，尤其是电注入水平方面(electrical injection level)的优势；由于自由表面(free surfaces)压力的放松，从而具有良好的晶体质量。因此，相对于平面结构，可以观察到非辐射复合中心数目下降了，尤其是观察不到位错(dislocations),位错对LEDs的量子效率有不利的影响；以及更好的光提取，而没有使制备工艺变得复杂。可以区分现有技术中用于形成LEDs的两种类型纳米线:—种纳米线的有源区包括具有轴向外延(axial-epitaxy)多量子讲的限制结构(confinement structures),也就是沿着纳米线生长轴生长的限制结构；—种纳米线的有源区包括具有径向外延(radial-epitaxy)多量子讲的限制结构，也就是在纳米线生长轴周围的区域(volume)内的限制结构。图1是形成具有径向多量子阱的纳米LED10的纳米线实施例横截面示意图。纳米LED10是由娃η型掺杂的GaN层14 (GaN layerl4n_doped with silicon)制备的，形成在η+型掺杂的硅基片12上，具有由轴向多量子阱构成的有源区16，轴向多量子阱16由非故意掺杂GaN区18和位于非故意掺杂GaN区18上面的InGaN区20两者相互交替形成。镁P型掺杂的GaN区22进一步被放置在P型掺杂的AlGaN电子阻挡区24上面，电子阻挡区通常称为EBL (Electron Blocking Layer),电子阻挡区24本身被放置在有源区16的上面。根据这种轴向几何结构，借助于基片12，通过区14和区22，电子和空穴被分别注入到有源区16，在有源区16的InGaN量子阱20内至少部分辐射复合。图2是形成具有多量子阱、围绕芯层(core)34径向外延生长的纳米LED30的纳米线实施例横截面示意图，芯层34位于η+型掺杂的基片32上。纳米LED30包括由硅η型掺杂的GaN形成的芯层(core) 34和包层(shell)，包层包括具有径向多量子阱的有源区36，所述径向多量子阱由非故意掺杂的GaN区38和InGaN区40两者相互交替形成，EBL区域(volumm) 44包围有源区36，EBL区域本身被镁P型掺杂的GaN区域42包围。区36、44、42进一步形成在电子绝缘层(insulation layer)46上，芯层34直接与基片32接触。根据这种径向几何结构，借助于基片32，经过芯层34和区42，电子和空穴分别注入有源区36，在有源区36的InGaN量子阱40内至少部分辐射复合。如果一种纳米线结构中空穴和电子注入区中的一个形成至少部分包围包含了有源复合区的芯层的包层，这种纳米线结构通常被称为“芯层/包层(core/shell)”。无论纳米线是轴向还是径向构造，纳米线阵列的电力供应(electric powersupply)通常是并联的。图3和图4描述了一种并联连接实施例，图3是包含纳米线10、30的阵列50的LED简化俯视图，在这种实施例中，阵列是3纳米线X 3纳米线，图4是图3中的A-A平面的简化剖面图。如图所示，纳米线10、30被嵌入到由电绝缘材料组成的平面化层(planarizinglayer) 52，且在上电极54和下电极56之间并联连接，上电极54位于平面化层52的上面，下电极56位于基片12、32的下面，纳米级10、30在基片12、32上面形成。已经设计了许多种并联连接方案，其实施例如 US2005/0253138, US2007/0057248, US2008/0157057, W02008/048704, W02008/140611 和 TO2010/071594 中所记载。为了使电流在纳米线中流动，所述纳米线不得不服从于(submitted)最低的电源供应电压，称为“阈值电压(thr e sho I d to I tage ) ”，其值依赖于形态特征(高度、直径等)、纳米线的结构特征(所涉及的半导体材料的掺杂水平、晶体质量、讲和势鱼(b ar r i e r s )的组分)以及具有纳米线的接触体(contact)的“局部”(local)质量。现在，由于形态和结构特征的分散(dispersion)，纳米线具有不同的阈值电压，从而不可能生产出完全一样的纳米线。无论如何,纳米线的并联连接强加给所有的纳米线一个相同的势差(potentialdifference).因此，在纳米线的阈值电压有显著波动的情况下，很难甚至不可能同时使所有的纳米线转换到导电状态。而且，并联连接可能会引起纳米线短路。事实上，有缺陷的纳米线导致主要导电路径的产生，因此导致强泄漏电流的产生。由于纳米线尺寸很小，其直径通常为几纳米到几微米，高度通常为几百纳米到几十微米，因此这些缺陷更加关键，使得它们的性能对这些缺陷更加敏感。而且，LED的光强度主要是它引导的电流强度的函数(function)，不是用于产生电极(electrode)的电源电压值的函数。如果一个几乎相等的势差被强加到所有的纳米线上，由于这些纳米线的性能差异，穿过这些纳米线的电流也可能不同，因此不同纳米线间有可能产生显著不同的发光能力。同时，发光装置的串联连接是已知的，其实施例如US7535028和W02011/020959中所记载。但是，这些串联连接涉及到大横向尺寸的装置。因此，US7535028涉及到平面LEDs的串联连接，而W02011/020959涉及到插入到两个电极之间的聚集纳米线的LED装置的连接。由于纳米线的直径小，最先进的串联连接技术无法应用。尤其考虑到所涉及的尺寸和所用的生长方法，目前存在不可逾越的技术障碍。例如，很容易理解通过W02011/020959文献中的金线进行的串联连接不可能用于串联连接两根相邻的纳米线。类似地，很容易理解US7535028文献中记载的串联连接要求斜面(inclined sides)提供位于沟槽(trench)上面的金属接触位点,其不可能用于串联连接两根基本垂直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电装置，至少包括：形成在支撑体（58）上的第一和第二发光纳米线(60,62)，所述第一和第二发光纳米线(60,62)中的每个均包括用于空穴注入的第一型半导体区（68,70)和用于电子注入的第二型半导体区(72,74)；所述第一和第二发光纳米线(60,62)的串联电连接包括：形成在支撑体（58）上的连接纳米线(82)，所述连接纳米线(82)包括：（a）第一域（84），所述第一域（84）能够与所述第一纳米线（60）的空穴注入区（68）一起形成电路径，所述电路径能够使电流流过；（b）第二域（90），所述第二域（90）能够与所述第二纳米线（62）的电子注入区（74）一起形成电路径，所述电路径能够使电流流过；以及（c）与所述第一域（84）和第二域（90）接触的第三域（92），第三域（92）能够使电流从所述第一域和所述第二域中间流过；连接所述第一纳米线（60）的空穴注入区（68）和所述连接纳米线(82)的第一域（84）的第一导电区（86），所述第一导电区（86）与所述第二纳米线(62)电绝缘；以及连接所述连接纳米线(82)的第二域（90）和所述第二纳米线（62）的电子注入区（74）的第二导电区（88），所述第二导电区（88）与所述第一纳米线(60)电绝缘。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.18 FR 11543131.一种光电装置，至少包括: 形成在支撑体(58)上的第一和第二发光纳米线(60，62)，所述第一和第二发光纳米线(60, 62)中的每个均包括用于空穴注入的第一型半导体区(68，70)和用于电子注入的第二型半导体区(72，74)； 所述第一和第二发光纳米线(60，62)的串联电连接包括: 形成在支撑体(58)上的连接纳米线(82)，所述连接纳米线(82)包括: (a)第一域(84)，所述第一域(84)能够与所述第一纳米线(60)的空穴注入区(68)—起形成电路径，所述电路径能够使电流流过； (b)第二域(90)，所述第二域(90)能够与所述第二纳米线(62)的电子注入区(74)—起形成电路径，所述电路径能够使电流流过；以及 (c)与所述第一域(84)和第二域(90)接触的第三域(92)，第三域(92)能够使电流从所述第一域和所述第二域中间流过； 连接所述第一纳米线(60)的空穴注入区(68)和所述连接纳米线(82)的第一域(84)的第一导电区(86)，所述第一导电区(86)与所述第二纳米线(62)电绝缘；以及 连接所述连接纳米线(82)的第二域(90)和所述第二纳米线(62)的电子注入区(74)的第二导电区(88)，所述第二导电区(88)与所述第一纳米线(60)电绝缘。2.如权利要求1所述的光电装置，其中，所述第一和第二发光纳米线(60，62)均包括半导体芯层(64，66)，所述半导体芯层(64，66)的末端(72，74)形成在支撑体(58)上，形成空穴注入区或电子注入区；所述第一和第二发光纳米线(60，62)还包括半导体包层出8，70)，所述半导体包层(68，70)至少包围住所述半导体芯层(64,66)的上端部分，且所述半导体包层(68，70)形成空穴注入区和`电子注入区中间的另一区。3.如权利要求2所述的光电装置，其中: 所述第一和第二发光纳米线(60，62)的芯层(116)是由第一导电型半导体材料制备的； 所述第一和第二发光纳米线(60，62)的包层(118)由与第一导电型相反的第二导电型半导体材料制备的；以及 所述连接纳米线(82)包括由第一导电型材料制备的至少一个芯层。4.如权利要求2或3任一所述的光电装置，其中，所述连接纳米线(82)包括第一型半导体芯层，所述第一型半导体芯层至少在第一部分和第二部分上没有包层，所述第一部分和第二部分分...

【专利技术属性】
技术研发人员：安妮劳伦·巴维恩科吾，菲利普·吉勒特，皮埃尔·莫勒，
申请(专利权)人：原子能与可替代能源委员会，
类型：
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