[发明专利]具有嵌入纳米线LED的LED器件

说明书

技术领域

本发明涉及纳米线器件。更具体地讲，本发明的实施例涉及纳米线LED器件。

背景技术

发光二极管(LED)正越来越多地被视为现有光源的替代技术。例如，LED存在于标牌、交通信号灯、汽车尾灯、移动电子器件显示器和电视中。LED与传统光源相比的各种益处可包括提高效率、较长寿命、可变发射光谱以及与各种形状因数集成的能力。

常规的平面型基于半导体的LED大体上由跨越晶圆表面生长的层来图案化。更具体地讲，平面型基于半导体的LED包括一个或多个基于半导体的有源层，其夹在较厚的基于半导体的包覆层之间。最近，已经使用自下而上方法来形成纳米线LED结构，这些纳米线LED结构可向平面型LED提供若干优点，包括较低位错密度、较大光提取效率和相对于衬底表面积的较大有源区表面积。

在图1所示的一个具体实施中，块状LED衬底100包括在生长衬底102上生长的缓冲层110。接着在缓冲层110的表面上形成图案化掩模层112(例如，氮化物层，诸如氮化硅掩模层)以限定底部界面区域用于使用合适的生长技术诸如化学束外延或气相外延生长纳米线芯114。因此，每个纳米线芯114的自下而上的形成可使用基础缓冲层110的晶体取向来实现而不需要使用颗粒或催化剂，并且纳米线芯116的宽度和节距可由掩模层112的光刻图案化来限定。

可针对垂直生长方向控制纳米线芯的外延生长条件。一旦实现所确定的高度，便改变外延生长条件以形成芯-壳结构，其中有源层116和掺杂壳118围绕纳米线芯114。或者，纳米线可使用类似技术使用用于有源层和两个包覆层的垂直生长条件形成，从而产生与平面型LED相似的夹层构型而非芯-壳结构。

实施纳米线阵列的器件通常以两种方式进行封装。一种方式包括将纳米线阵列留在原始生长衬底上，诸如美国专利7,396,696和美国专利公布2011/0240959中所描述。在此类具体实施中，缓冲层充当电流输送层，底部电极形成到该电流输送层上，并且在纳米线阵列上方形成共用顶部电极。另一个具体实施包括使用焊料凸块将纳米线阵列覆晶封装到接收衬底上，接着移除生长衬底，如美国专利公布2011/0309382和2011/0254034中所描述。

发明内容

本发明描述了纳米线器件和形成准备好拾取并转移到接收衬底的纳米线器件的方法。在实施例中，纳米线器件包括基底层、多根纳米线，所述多根纳米线位于基底层的第一表面上并远离基底层的第一表面突出，其中每根纳米线包括芯、壳以及位于芯与壳之间的有源层。图案化掩模层可形成于基底层上，其中多根纳米线的芯延伸穿过图案化掩模层中的对应开口。封装材料侧向围绕所述多根纳米线，使得所述多根纳米线嵌入在封装材料中。顶部电极层形成于基底层的与第一表面相对的第二表面上并与每根纳米线的芯电接触，并且底部电极层与每根纳米线的壳电接触。

底部电极层和顶部电极层可由多种不同材料形成，这取决于应用。例如，顶部电极层可对于可见波长光谱为透明或半透明的，而底部电极层包括镜层。底部电极层可另外包括由贵金属形成的键合层，例如用于控制与稳定层的粘合或与接收衬底的键合。一个或多个底部导电触点可形成于所述多根纳米线的壳上并围绕这些壳，其中底部电极层与该一个或多个底部导电触点电接触。在实施例中，底部电极层沿着封装材料的底表面延伸。在实施例中，封装材料由热固性材料形成。封装材料可另外对可见波长为透明的。

在实施例中，纳米线器件的阵列由稳定层支撑在承载衬底上。另外，牺牲剥离层可在稳定层与纳米线器件的阵列之间延伸。在实施例中，稳定层由热固性材料形成。在实施例中，稳定层包括分段腔的阵列，并且纳米线器件的阵列位于分段腔的阵列内。在实施例中，稳定层包括稳定柱的阵列，并且纳米线器件的阵列由稳定柱的阵列支撑。纳米线器件的阵列可由稳定柱的阵列支撑在分段腔的阵列内。在每个纳米线器件包括底部电极层的情况下，底部电极层可键合到对应的稳定柱。