[發(fā)明專利]帶有直立式納米線結(jié)構(gòu)的LED及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780051734.0
• 申請日: 2007-12-22
• 公開（公告）號: CN101669219A
• 公開（公告）日: 2010-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: L·薩穆爾森;B·佩德森;J·奧爾森
• 申請（專利權(quán)）人: 昆南諾股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;B82B1/00;B82B3/00;H01L29/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 張雪梅;王忠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管LED。具體而言，本發(fā)明涉及包括納米線的LED。

背景技術(shù)

當(dāng)今發(fā)光二極管(LED)的主要類型是建立在平面技術(shù)上的。在基片上把PN結(jié)構(gòu)造成多層從而給器件提供了基本水平的定向。發(fā)光復(fù)合發(fā)生在這些層的子集中。因為半導(dǎo)體層的折射率顯著高于空氣的折射率，所以生成光的很大部分會在這些層中反射并且不會對器件的有效發(fā)光有貢獻(xiàn)。實際上這些層將作為LED的水平平面內(nèi)的波導(dǎo)。已提出了若干措施來減輕LED光受陷于器件中的效應(yīng)以及從半導(dǎo)體層中高效地提取光。這樣的措施包括修改表面以便提供具有與水平面成不同角度的若干部分。EP1369935中提出了一種類似的方案，其中在LED器件中提供納米大小的顆粒以對光進(jìn)行散射或可選地吸收光以及生成不同波長的光。另外，平面技術(shù)在小型化和適當(dāng)材料的選擇方面存在約束，這將在下面進(jìn)行描述。

納米級技術(shù)的發(fā)展以及尤其是制作納米線的能力開辟了以在平面技術(shù)中不可能的方式設(shè)計結(jié)構(gòu)和組合材料的可能性。這一發(fā)展的一個基礎(chǔ)在于納米線的一維(1D)屬性使得能夠克服在用平面技術(shù)制造的器件中對不同材料之間的晶格匹配的要求。已經(jīng)表明并加以利用，例如InP的納米線能夠無缺陷地生長在InAs或Si上。在Samuelson等人的US20040075464中公開了基于納米線結(jié)構(gòu)的多種器件，例如納米線LED。這些LED具有給出量子限制效應(yīng)的內(nèi)部異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

US20030168964教導(dǎo)一種多條納米線的組件，所述多條納米線作為成組地安裝在納米線的下端處的導(dǎo)電透明基片和頂端處的透明覆蓋基片之間的LED，每個單獨的納米線具有P型、N型和發(fā)光層的結(jié)構(gòu)。這些納米線據(jù)稱被布置成發(fā)射光透過導(dǎo)電透明基片。

先前已報導(dǎo)了其它的納米線LED。Hiruma等人制造了垂直的GaAs納米線pn?LED。這些納米線被嵌入在SOG中并且用Au/Ge/Ni頂接觸進(jìn)行覆蓋，這是在Appl.Phys.Lett.60(6)1992中的Haraguchi等人的“GaAs?p-n?junction?formed?in?quantum?crystals”中描述的。這些器件表現(xiàn)室溫電致發(fā)光。如在Nanoletters中的Quian等人的“Core/MultishellNanowire?Heterostructure?as?Multicolor，High-EfficiencyLight-Emitting?Diodes”中所描述的，還制造了基于GaN的納米線LED。

發(fā)明內(nèi)容

本領(lǐng)域已表明可以利用納米線來構(gòu)造LED。為了提供適合于工業(yè)生產(chǎn)方法的高效器件，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

本發(fā)明的目標(biāo)是要提供一種納米結(jié)構(gòu)化LED以及其制作方法從而克服現(xiàn)有技術(shù)器件和方法的缺陷。這是由權(quán)利要求1所限定的器件和權(quán)利要求29所限定的方法來實現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)化LED包括基片和從該基片突出的直立式納米線。提供有源區(qū)以產(chǎn)生光的pn結(jié)在使用期間存在于該結(jié)構(gòu)內(nèi)。納米線、部分納米線或與納米線結(jié)合的結(jié)構(gòu)形成波導(dǎo)，以將在有源區(qū)中產(chǎn)生的光的至少一部分定向到由納米線給定的方向。

納米結(jié)構(gòu)化LED還可以包括外延地連接到納米線的體積元件(volume?element)。體積元件提供高摻雜度以一般在納米線內(nèi)或靠近納米線形成有源區(qū)而無需對納米線本身進(jìn)行摻雜。

能夠以不同的方式來改進(jìn)波導(dǎo)的導(dǎo)波特性。波導(dǎo)具有第一有效折射率n_w，而圍繞至少一部分波導(dǎo)的材料具有第二有效折射率n_c，并且通過保證該第一有效折射率大于該第二有效折射率n_w＞n_c，給波導(dǎo)提供良好的導(dǎo)波特性。可以通過將光學(xué)活性(optically?active)包層引到波導(dǎo)上來進(jìn)一步改進(jìn)導(dǎo)波特生。

由于本發(fā)明，可以利用所產(chǎn)生的光的很大一部分并且由此能夠提供高效的LED。這至少部分是通過將納米線用作波導(dǎo)、將所產(chǎn)生的光導(dǎo)出表面而實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)化LED非常適合于批量生產(chǎn)，并且所描述的方法可升級到工業(yè)使用。

納米線作為波導(dǎo)的使用為將光定向明確限定的方向提供了可能性。通過使用來自光纖光學(xué)領(lǐng)域的概念，光束能夠根據(jù)預(yù)計使用而被聚焦或分散。

納米線技術(shù)在選擇在常規(guī)體層技術(shù)中不可能的材料和材料組合方面提供了可能性。這在根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)化LED中被使用，來提供產(chǎn)生在常規(guī)技術(shù)不能獲得的波長區(qū)內(nèi)(例如紫色和UV)的光的LED。

根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計允許在納米線內(nèi)包括異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及不同摻雜的區(qū)，以便于優(yōu)化電學(xué)和/光學(xué)特性。