[发明专利]纳米线发光二极管结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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III-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III-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n型纳米线核心以及p电极，其中作用层形成于n型区与p型区之间，所述n型区与p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n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。

发明内容

鉴于前述内容，本发明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。

根据本发明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，n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n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：p掺杂层、作用区及n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)。本发明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，但应注意本发明不限于此。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。