[发明专利]具有间隙空位的聚结纳米线结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于纳米线的结构，特定来说，涉及纳米线发光装置的阵列。

背景技术

发光二极管(LED)越来越多地用于照明，但尤其对大规模处理来说仍有一些技术挑战有待克服，以便达到真正突破。

近年来，对纳米线技术的兴趣已有所增加。与利用常规平面技术所生产的LED相比，纳米线LED由于纳米线的一维性质而具有独特的性质，由于晶格匹配限制较少而在材料组合方面具有提高的灵活性，且为在较大衬底上进行处理提供了机会。用于半导体纳米线生长的合适方法在所属领域中是已知的，且一种基本方法是通过粒子辅助生长或所谓VLS(气-液-固)机制在半导体衬底上形成纳米线，所述方法揭示于(例如)US7,335,908中。粒子辅助生长可通过使用化学束外延法(CBE)、有机金属化学气相沉积法(MOCVD)、有机金属气相外延法(MOVPE)、分子束外延法(MBE)、激光剥蚀及热蒸镀方法而实现。然而，纳米线生长并不限于VLS法，例如WO2007/102781显示，半导体纳米线可在不使用粒子作为催化剂的情况下生长于半导体衬底上。此领域中一项重要突破在于，在Si-衬底上生长III-V族半导体纳米线及其它的方法已得到证实，其重要性在于其与现存Si处理兼容，并可使用较廉价的Si衬底取代昂贵的III-V族衬底。

WO2010/14032中展示底部发射纳米线LED的一个实例。此纳米线LED包含生长于衬底缓冲层(例如Si衬底上的GaN缓冲层)上的半导体纳米线的阵列。每根纳米线包含包覆在p-型外壳中的n-型纳米线核心及p-电极，其中在形成pn或pin结的n-型与p-型区域之间形成有源层。缓冲层的功能是作为纳米线生长的模板，以及充当与n-型纳米线核心相连的电流传输层。另外，缓冲层是透明的，因为有源区域所产生的光经由缓冲层发射。

虽然纳米线LED具有有利性质及性能，但与平面技术相比，关于纳米线LED接触的处理需要新型途径。由于纳米线LED包含大量纳米线阵列，从而形成具高宽高比结构的三维表面，所以利用视线法沉积接点材料是具有挑战性的操作。

发明内容

本发明的一个实施例为半导体装置，例如LED，包括多个位于支撑物上的第一导电型半导体纳米线核心、在所述核心之上及周围延伸的连续第二导电型半导体层、多个位于所述第二导电型半导体层中并在所述核心之间延伸的间隙空位、及与所述第二导电型半导体层接触并延伸到所述间隙空位中的第一电极层。

本发明另一实施例为半导体装置，例如LED，包括多个位于支撑物上的第一导电型半导体纳米线核心、第二导电型半导体的在所述核心之上及周围延伸的第一连续层、所述第二导电型半导体的在所述第一层上并包含多个位于第二导电型半导体的此第二层中的间隙空位的第二层、及与所述第二导电型半导体的所述第二层接触且优选不延伸到所述间隙空位中的第一电极层。

一种制造半导体装置的方法包含：从支撑物的经由所述支撑物上的绝缘掩模层中的开口暴露的半导体表面部分外延生长多个第一导电型半导体纳米线核心，在所述核心上形成半导体有源区外壳，生长在所述核心及所述外壳之上及周围延伸的连续第二导电型半导体层，以便在生长步骤期间在所述第二导电型半导体层中形成多个在所述核心之间延伸的间隙空位，及形成与所述第二导电型半导体层接触并延伸到所述间隙空位中的第一电极层。

附图说明

现将参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1A及1B分别示意性地说明现有技术纳米线LED的基本结构的俯视图及侧截面视图。

图1C示意性地说明现有技术纳米线LED结构的侧截面视图。

图2示意性地说明另一现有技术纳米线LED结构的侧截面视图。

图3A到3B示意性地说明图2的现有技术LED分别沿着图3C的线A及B的侧截面视图。图3C说明图2的现有技术LED的俯视图。

图4A及4D示意性地说明现有技术LED在进行顶部电极沉积之前的俯视图。

图4B、4C、4E及4F示意性地说明LED在按照本发明替代性实施例进行顶部电极沉积之前的俯视图。

图5A及5B示意性地说明图4B的LED在分别沿着图5C的线A及B进行顶部电极沉积之后的侧截面视图。图5C说明图4B的LED在进行顶部电极沉积之后的俯视图。

图6A及6B示意性地说明图4B的LED在分别沿着图6C的线A及B进行顶部电极沉积之后的侧截面视图。图6C说明图4B的LED在按照本发明另一实施例进行顶部电极沉积之后的俯视图。