[發(fā)明專利]用于制造電致發(fā)光納米線的優(yōu)化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380070429.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-10
• 公開（公告）號(hào): CN104937730A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C·卡利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 阿萊迪亞公司
• 主分類號(hào): H01L33/08
• 分類號(hào): H01L33/08;H01L33/18;H01L33/00;H01L33/24
• 代理公司: 北京戈程知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的領(lǐng)域?yàn)榛诎l(fā)光納米線的元件以及能夠例如用于產(chǎn)生光的元件，特別是發(fā)光二極管(LED)。

背景技術(shù)

在近幾年中，已經(jīng)制造出了例如基于包含p-n結(jié)并且平行地集合連接的豎直InGaN/GaN納米線的可見光發(fā)光二極管(LED)。

通常，術(shù)語“納米線”指示基部的大小可能小到數(shù)百納米的線。

憑借其潛在的本質(zhì)特性(良好的結(jié)晶質(zhì)量、在豎直自由表面的應(yīng)力弛豫、通過波導(dǎo)的良好的光提取效率等)，納米線被認(rèn)為是用于緩解利用平面(2D)結(jié)構(gòu)制造的傳統(tǒng)GaN?LED當(dāng)前所遇到的困難的非常有前景的候選者。

在Grenoble?CEA已經(jīng)開發(fā)了基于不同的生長(zhǎng)技術(shù)的用于制造納米線LED的兩種方案。

第一技術(shù)方案在于通過分子束外延(MBE)以軸向配置外延地生長(zhǎng)包含InGaN量子阱的GaN納米線。由這些納米線制造的器件已經(jīng)在綠色光譜域中產(chǎn)生了非常激動(dòng)人心的結(jié)果。對(duì)于100mA的DC工作電流，1mm²的加工后的芯片能夠在550nm發(fā)射約10μW。

圖1示出了這種配置，其顯示了在與下部接觸部10相接觸的襯底11(典型地由硅組成)的表面上的納米線NT_i，通過透明層12來確保的上部p型接觸部；通過厚的再分布接觸部13而實(shí)現(xiàn)接觸再分布。軸向結(jié)構(gòu)的納米線NT_i包含n型摻雜區(qū)、有源區(qū)ZA和p型摻雜區(qū)，該n型摻雜區(qū)可能并且典型地由n型摻雜GaN組成，該有源區(qū)ZA由InGaN組成或者擁有量子阱或多量子阱結(jié)構(gòu)，而該p型摻雜區(qū)可能由p型摻雜GaN組成。

盡管由于隨機(jī)成核機(jī)制，利用分子束外延(MBE)技術(shù)會(huì)出現(xiàn)某些不均勻，但是對(duì)于在550nm發(fā)射的單根線，典型地已經(jīng)獲得了50nW的光功率，即對(duì)于100納米線發(fā)射器/mm²來說為5W/mm²。

新近，金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)生長(zhǎng)技術(shù)已經(jīng)使包含徑向LED結(jié)構(gòu)(核/殼配置)的InGaN/GaN納米線能夠制造。

圖2示出了這種類型的配置，其中，納米線NT_n制造在由成核層21覆蓋的襯底20的表面上，所述成核層使得在例如硅襯底和GaN納米線之間能夠晶格匹配。

納米線的結(jié)構(gòu)包括光導(dǎo)部分，由以下各項(xiàng)組成：核22，其由n型摻雜GaN組成，典型地以10¹⁹cm^-3的摻雜物濃度摻雜；量子阱結(jié)構(gòu)，其由分別可能為InGaN和未摻雜GaN的交替的層24和層23組成；以及最后，p型摻雜GaN層25，其典型地以10¹⁹cm^-3的摻雜物濃度摻雜。設(shè)置絕緣介電層26以便使核22和上部接觸部相絕緣。其可以典型地為SiO₂或SiN沉積的問題。上部接觸部通過導(dǎo)電上層27而形成，所述導(dǎo)電上層對(duì)光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的發(fā)射波長(zhǎng)是透明的。

在這個(gè)技術(shù)方案中，由于LED結(jié)構(gòu)具有核/殼配置，所以有源區(qū)的面積大于在2D納米線LED方案中的有源區(qū)面積。

這個(gè)特性具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：其增加了發(fā)射面積并且減小了在有源區(qū)的電流密度。已經(jīng)在硅襯底上制造了完整的MOCVD納米線LED結(jié)構(gòu)，并且對(duì)于經(jīng)過技術(shù)處理后的整合納米線陣列已經(jīng)獲得了在藍(lán)色光譜域(450nm)的光發(fā)射。

由于用于生長(zhǎng)納米線的技術(shù)，在可能的并且典型地為1mm²的面積上，可以在芯片的表面上制造數(shù)十萬根線。

這種利用納米技術(shù)的出現(xiàn)的新型結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)，增加了發(fā)射面積并且因此增加了發(fā)射的光通量。

然而，由于這種類型的LED由非常大數(shù)量的平行地連接的納米線組成，將會(huì)注意到，即使很少數(shù)量的有缺陷的納米線也可能會(huì)導(dǎo)致低的制造工藝再生產(chǎn)性并引起LED發(fā)生故障。

具體而言，如果幾平方毫米的基本LED包括少于0.1％的有缺陷的納米線，那么這對(duì)應(yīng)于在制造過程中產(chǎn)生了約一百根不可用的納米線(尤其是由于導(dǎo)致有源區(qū)不能正常運(yùn)作的短路或結(jié)構(gòu)缺陷)。

一般而言，納米線還能夠在短于其發(fā)射波長(zhǎng)的第一波長(zhǎng)吸收輻射，因此能夠?qū){米線進(jìn)行光控制，從而使納米線在所需的發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)射。

發(fā)明內(nèi)容

在這樣的背景下，本發(fā)明提供了一種用于制造器件、并且尤其是LED的優(yōu)化工藝，所述工藝能夠?qū)⒂腥毕莸募{米線隔離。