專利名稱：用于光發(fā)射的基于納米線的光電器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生光的基于納米線的光電器件，特別是LED (發(fā)光二極管)。背景
“平面”技術(shù)是當(dāng)前被實(shí)現(xiàn)以基于III-V且特別是III-N材料并基于II-VI材料例如GaN、ZnO或GaAlA來形成發(fā)光器件例如LED的技術(shù)，所述發(fā)光器件例如在藍(lán)光譜域中發(fā)射或用于轉(zhuǎn)換成白光。在平面技術(shù)中的LED通常通過連續(xù)的外延、特別是通過來自III-N族的半導(dǎo)體材料的層的MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)形成。因此，參考圖I (其為目前技術(shù)水平的平面LED 10的簡(jiǎn)化視圖)，η型硅摻雜GaN層12沉積在藍(lán)寶石基底14上。由交替的非故意地?fù)诫sGaN子層18和InGaN子層20產(chǎn)生的多量子阱所形成的活性層16沉積在η摻雜GaN層12上。通常稱為“EBL”的ρ型摻雜AlGaN電子阻斷層22進(jìn)一步沉積摻雜在活性層16和ρ型鎂摻雜GaN層24之間。最后，下部電接觸層26和上部電接觸層28分別在層12上和ρ型摻雜層24上形成，用于LED 10的電連接。因此，借助于η型層12注入活性層16中的電子和借助于P型層24注入活性層16中的空穴至少部分地分別在活性層16中輻射地復(fù)合，多量子阱具有限制功能，如本質(zhì)上已知的。光因此由活性層16發(fā)射。例如前面描述的基于III-N半導(dǎo)體和基于量子阱的平面LED遭受性能限制。首先提出載流子的電注入和電限制的問題。事實(shí)上，一方面，與電子移動(dòng)性比較，空穴移動(dòng)性非常小，而另一方面，由于激活P型摻雜GaN層24中的在此作為受主的鎂原子很困難，并由于層24相對(duì)于層12的更高的電阻率，空穴以比電子低的濃度被注入。EBL層22因此對(duì)定位InGaN/GaN量子阱中的電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合是必需的。然而，EBL層22需要盡可能小心地被設(shè)計(jì)，特別是當(dāng)涉及其能帶、層16上的其異質(zhì)外延生長(zhǎng)、以及其三元材料含量時(shí)。事實(shí)上，拙劣設(shè)計(jì)的AlGaN層導(dǎo)致阻斷通過ρ型摻雜層24注入的空穴，并因此導(dǎo)致使LEDlO變得低效。接著提出平面LED 10的內(nèi)部量子效率的問題。由于被稱為“下降效應(yīng)(Droop Efficiency)”的現(xiàn)象,對(duì)于大于ΙΟΑ/cm2的電流密度，可觀察到LED效率的明顯下降，這因此從需要大于200 A/cm2的高電流密度的很多應(yīng)用例如顯示或照明中排除LED。更具體地，下降效應(yīng)現(xiàn)象與由電子-空穴對(duì)的非輻射復(fù)合引起的損失的源相關(guān)，其中下列現(xiàn)象可被提到■在InGaN/GaN量子阱中的富含銦的區(qū)域外部的電荷載流子的移位；■歸因于局部位錯(cuò)和缺陷的損失；■由熱效應(yīng)引起的損失；■在InGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的明顯的壓電極化，其產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的空間分離和界面狀態(tài)的出現(xiàn)；■通過直接或聲子輔助機(jī)制的俄歇(Auger)復(fù)合；以及■由于從多量子阱逃逸的電子和這些阱中的低空穴濃度引起的低效的載流子注入。當(dāng)載流子密度高時(shí)，這些損失都較大。為了降低下降效應(yīng)并因此增加可應(yīng)用于LED的電流密度而沒有其效率的明顯降低，在電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合區(qū)域中的電荷載流子的密度應(yīng)降低?！榇四康?，N.F.Gardner等人的文章“ Blue-emittingInGaN-GaNdoubIe-heterostructure light-emitting diodes reaching maximumquantumefficiency above 200 A/cm2”(Applied Physics Letters 91，243506(2007))提出了通過如圖2所示的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)代替本性上即使對(duì)于低電流密度值也引起下降效應(yīng)的
多量子講。如在平面LED 30的這個(gè)簡(jiǎn)化橫截面視圖中所示的，InGaN/GaN多量子阱在這里被單個(gè)非故意摻雜InGaN層32代替，InGaN層32與層12和22 —起形成雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)34。與具有圖I的多量子阱的LEDlO比較，雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LED 30對(duì)大約200A/cm2的高電流密度具有增加的效率。事實(shí)上，InGaN材料的體積(其中電子-空穴對(duì)復(fù)合出現(xiàn))的增加導(dǎo)致電荷載流子密度的降低，這是下降效應(yīng)的主要原因。這種改進(jìn)因此在大約440納米發(fā)射的器件上被演示，雙GaN/InGaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有IOnm厚度并包含大約14%的銦。然而，具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)30的平面LED也遭受基本限制。首先，遇到平面LED所特有的電子注入和有限的內(nèi)部量子效率的一般問題，也就是說，EBL層22是必要的，并因此提出與前面描述的相同的問題，且活性區(qū)域32的體積與LED 30的總體積比較減小了。此外，雖然雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)34有效地解決了以多量子阱的形式的結(jié)構(gòu)內(nèi)在的問題，但它有自己特定的問題。事實(shí)上，由于在InGaN層32和GaN層12之間的大的網(wǎng)格參數(shù)差異，S卩，大約10%的差異，很難使具有高銦濃度和/或大厚度的InGaN材料外延地生長(zhǎng)。事實(shí)上，在稱為“臨界厚度”的厚度之外，晶體缺陷出現(xiàn)在InGaN材料內(nèi)，所述缺陷由于它們產(chǎn)生的非輻射復(fù)合而引起內(nèi)部量子效率的相當(dāng)大的損失。因此，為了通過增加InGaN體積來獲得LED 30中的高電流密度，層32應(yīng)具有低的銦含量，這限制了能夠以藍(lán)光光譜被發(fā)射的波長(zhǎng)。在沒有效率損失的情況下，平面雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)因此引入LED發(fā)射波長(zhǎng)和可能的電流密度之間的強(qiáng)對(duì)抗。與平面LED技術(shù)并行地，通過外延生長(zhǎng)尤其是通過MBE (分子束外延)外延或通過MOCVD外延特別制造的基于InGaN/GaN納米線的LED是已知的?？稍谀壳凹夹g(shù)水平中區(qū)分開兩種類別的基于納米線的LED -納米線的活性區(qū)域包括具有使用軸向外延生長(zhǎng)(B卩，沿著納米線生長(zhǎng)軸)的多量子阱的限制結(jié)構(gòu)的LED，-以及納米線的活性區(qū)域包括具有使用徑向外延生長(zhǎng)(B卩，在納米線生長(zhǎng)軸周圍形成的容積中)的多量子阱的限制結(jié)構(gòu)的LED。圖3以橫截面視圖示意性示出具有軸向外延多量子阱的納米線40的例子。納米線40由η摻雜硅GaN區(qū)域44形成，GaN區(qū)域44在η+摻雜硅基底42上形成，在GaN區(qū)域44上形成由多量子阱形成的活性區(qū)域46，多量子阱由交替的非故意摻雜GaN區(qū)域48和InGaN區(qū)域50形成。ρ型摻雜鎂GaN區(qū)域52進(jìn)一步沉積在EBL區(qū)域54上，EBL區(qū)域54本身沉積在活性區(qū)域46上。根據(jù)該軸向幾何結(jié)構(gòu)，電子和空穴分別借助于基底42和區(qū)域52注入到活性區(qū)域46中，并至少部分輻射地在活性區(qū)域46中復(fù)合。圖4以橫截面視圖不意性不出具有在η+摻雜娃基底62上通過徑向外延生長(zhǎng)的多量子阱的納米線60的例子。納米線60包括η摻雜硅GaN芯64，其由徑向多量子阱所形成的活性區(qū)域66圍繞，多量子阱由交替的非故意摻雜GaN區(qū)域68和InGaN區(qū)域70形成。EBL體積74圍繞活性區(qū)域66，EBL體積74本身由ρ型摻雜鎂GaN體積72圍繞。區(qū)域66、74和72進(jìn)一步在電絕緣層76上形成。根據(jù)該徑向幾何結(jié)構(gòu)，電子和空穴分別借助于基底62和區(qū)域72注入到活性區(qū)域 66中，并至少部分輻射地在活性區(qū)域66中復(fù)合。納米線及更具體地其制造方法具有很多優(yōu)點(diǎn)，其中■基底上的納米線的生長(zhǎng)，每根納米線由具有與其它納米線不匹配的網(wǎng)格參數(shù)的材料形成。因此，可為由III-N材料制成的納米線的生長(zhǎng)設(shè)想硅，硅作為導(dǎo)電低成本基底能夠被制造成大尺寸，這在平面技術(shù)中是不可能的。這個(gè)變形在生產(chǎn)成本和制造方法的簡(jiǎn)化方面特別是在電注入方面有優(yōu)點(diǎn)；■歸因于自由表面處的應(yīng)力松弛的良好的晶體質(zhì)量。因此，與平面結(jié)構(gòu)比較，可觀察到非輻射復(fù)合中心的數(shù)量的減少以及特別是直通位錯(cuò)的缺乏；以及■更好的光提取，而沒有制造方法的復(fù)雜化。另一方面，基于納米線的LED在被發(fā)射的波長(zhǎng)方面比平面LED較少受限制，因?yàn)樾纬苫钚詫拥暮辖鸷糠秶蓴U(kuò)展。然而，剛剛描述的基于納米線的LED也遭受基本限制。首先，不管對(duì)目前技術(shù)水平的基于納米線的LED采用的幾何結(jié)構(gòu)如何，EBL區(qū)域都是限制載流子所必需的。因此，以與對(duì)平面LED相同的方式，在EBL區(qū)域的二元和三元III-N半導(dǎo)體的形態(tài)學(xué)、含量、厚度和摻雜方面理想地受控制的生長(zhǎng)是必不可少的。此外，活性區(qū)域在這里再次具有相對(duì)于納米線的總體積減小的體積，這意味著有限的內(nèi)部量子效率。最后，目前技術(shù)水平的基于納米線的LED的活性區(qū)域以多量子阱的形式出現(xiàn)。因此，即使這樣的LED與目前技術(shù)水平的具有多量子阱的平面二極管相比較的更好的下降效應(yīng)行為被觀察到，多量子阱的存在仍然意味著在其效率實(shí)質(zhì)上降低之前有限的電流密度可應(yīng)用于LED。文件W02009/106636也公開了基于納米線的LED。由η型ZnO制成的納米線在ZnO緩沖層上外延地生長(zhǎng)，ZnO緩沖層沉積在硅基底上。η摻雜ZnO納米線進(jìn)一步嵌在ρ摻雜半導(dǎo)體聚合物層特別是PED0T/PSS中，且兩個(gè)金屬電極分別與用于電子注入的ZnO緩沖層和用于空穴注入的聚合物層接觸。因此由于納米線結(jié)構(gòu)，在η型ZnO納米線和ρ型聚合物層之間獲得大的ρ-η表面結(jié)。然而，這種類型的LED的活性材料的體積，即，電子和空穴輻射地復(fù)合的材料的體積非常小，因?yàn)樵擉w積被限制到由η型納米線和ρ型聚合物層形成的ρ-η結(jié)的界面。因此，到目前為止，不存在能夠同時(shí)具有高電流密度、高內(nèi)部量子效率和關(guān)于發(fā)射波長(zhǎng)的大的選擇自由度的LED。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是通過提供具有所有這些優(yōu)點(diǎn)的光電器件來解決上面提到的問題。為此目的，本發(fā)明目的在于光電器件，其包括 ■用于電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合的活性半導(dǎo)體區(qū)域，該活性半導(dǎo)體區(qū)域以至少一根納米線的形式制成，所述納米線由非故意摻雜半導(dǎo)體材料制成；■用于空穴到所述或每根納米線的徑向注入的半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域由具有第一導(dǎo)電類型和比形成納米線的材料的帶隙小的帶隙的摻雜半導(dǎo)體材料制成；以及■用于電子到所述或每根納米線的軸向注入的半導(dǎo)體區(qū)域，該半導(dǎo)體區(qū)域由具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜半導(dǎo)體材料制成?！拜S向注入”在這里意指電子到活性區(qū)域的注入主要沿著納米線生長(zhǎng)方向來執(zhí)行。例如，穿過納米線的基部來執(zhí)行電子注入?！皬较蜃⑷搿痹谶@里意指空穴到活性區(qū)域的注入主要穿過納米線的橫向表面來執(zhí)行。例如，空穴注入?yún)^(qū)域在其高度的一部分上至少部分地覆蓋活性區(qū)域?！胺枪室鈸诫s”在這里意指沒有受到非本征摻雜并至多包括殘余摻雜的半導(dǎo)體材料。這種類型的材料通常由字母“I”標(biāo)識(shí)，與非本征“P”和“η”摻雜材料相反。在下文中，措辭“ρ摻雜”和“η摻雜”指半導(dǎo)體材料的非本征摻雜。換句話說，提供電子的軸向注入的事實(shí)能夠?yàn)榛钚詤^(qū)域釋放納米線芯(coeur)，活性區(qū)域于是形成大部分納米線體積。事實(shí)上，由于其非常高的移動(dòng)性，電子占據(jù)活性區(qū)域的整個(gè)體積，而不考慮減小的注入表面積。異質(zhì)結(jié)進(jìn)一步用于在納米線中在空間上限制載流子，這能夠提高器件的量子效率。如本質(zhì)上已知的，異質(zhì)結(jié)包括并排聚集具有不同的帶隙寬度的兩種材料。勢(shì)壘于是由空穴注入材料的寬帶隙材料形成，而由納米線形成的活性區(qū)域以較小的帶隙為特征。因此，由于潛在的勢(shì)壘的存在，注入到納米線中的載流子在納米線中被限制?；钚詤^(qū)域中的高載流子密度因此增加了其輻射復(fù)合率。此外，由于納米線芯的未摻雜性質(zhì)，p-i-n型結(jié)構(gòu)被得到。納米線因此形成其中電子和空穴輻射地復(fù)合的活性體積。接著，因?yàn)槠骷诩{米線，因此，有可能通過適當(dāng)選擇納米線的高度來得到電荷載流子的良好限制，同時(shí)限制其濃度(這是下降效應(yīng)的源)，如將在下文更詳細(xì)地解釋的。然后，因?yàn)榧{米線對(duì)網(wǎng)格參數(shù)不敏感，納米線高度的選擇一特別是為了得到適當(dāng)?shù)碾娏髅芏榷鴽]有下降效應(yīng)——與形成活性區(qū)域的半導(dǎo)體的含量例如在基于GaN的器件的情況下的銦含量的選擇無關(guān)。發(fā)射波長(zhǎng)的選擇因此較寬。因此可能制造在可見光光譜——特別是在基于GaN的LED的情況下從紅光到藍(lán)光——中發(fā)射的基于納米線的LED，或甚至在納米線芯的外延上通過改變銦含量來形成發(fā)射白光的LED。此外，因?yàn)榛钚詤^(qū)域形成大部分納米線體積，根據(jù)本發(fā)明的器件甚至對(duì)于高注入電流密度也具有提高的內(nèi)部量子效率。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，活性區(qū)域由單獨(dú)一種半導(dǎo)體材料形成。更具體地，活性區(qū)域由III-V型或II-VI型且特別是III-N型的半導(dǎo)體材料形成。換句話說，納米線具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)，其能夠?qū)嵸|(zhì)上提高內(nèi)部量子效率。事實(shí)上，首先，活性材料的體積相對(duì)于多量子阱結(jié)構(gòu)極大地增加了。然后，如前面討論的，活性區(qū)域具有良好的晶體質(zhì)量，盡管例如存在活性區(qū)域的大的高度和/或高的In含量。此外，GaN/InGaN異質(zhì)界面的數(shù)量相對(duì)于多量子阱結(jié)構(gòu)的降低以及在不同的網(wǎng)格參數(shù)的材料(即，InGaN/GaN)之間的應(yīng)力的松弛將壓電 場(chǎng)限制在異質(zhì)界面水平處的結(jié)構(gòu)內(nèi)。因此，遠(yuǎn)離界面的能帶被極小地影響。根據(jù)本發(fā)明的變形■活性區(qū)域由非故意摻雜InGaN形成；■ ρ摻雜區(qū)域由具有比活性區(qū)域低的In濃度的ρ摻雜GaN或ρ摻雜InGaN形成；以及■ η摻雜區(qū)域由η摻雜Si或η摻雜GaN形成。在基于GaN的LED中，活性區(qū)域由InGaN形成,而勢(shì)魚由GaN形成。事實(shí)上，In的合并能夠僅根據(jù)下面的公式減小活性區(qū)域的間隙Kginfia、+ (X) = KghsX + Hguax (I..... X)..... 1.44!.......Y)%A,T&tl trv W = 0.69x + 3.5(1 - a*) -1 Ax(l - x)例如，對(duì)于包含10%的In的InGaN合金，材料的帶隙大約為3. IeV,而GaN的帶隙等于3. 5eV0根據(jù)本發(fā)明的變形，活性區(qū)域的高度具有根據(jù)下面的關(guān)系式選擇的最小值
Γ f4.Nc f fEF-EcYFJoverflow = I I (一一 .e.B.WDH其中F是納米線填充因子，Joverfl0W(J )是在沒有電子飽和的情況下由納米線承受的最大電流密度，N。是材料的導(dǎo)帶的有效狀態(tài)密度，e是基本電荷，B是材料的雙分子復(fù)合系數(shù)，而Wdh是活性區(qū)域的高度的最小值。換句話說，通過選擇活性區(qū)域的足夠高度，也就是說，大于在上面的關(guān)系式中給出的值，確保器件可承受具有至多值JOTCTfl(W的電流密度，而沒有損失。根據(jù)本發(fā)明的變形，活性區(qū)域由InGaN制成，以及■納米線具有范圍在每平方厘米IO8和101°之間的密度；■納米線具有范圍在50納米和500納米之間的直徑；以及■納米線的活性區(qū)域的高度范圍在40納米和5微米之間。更具體地，為了承受200A/cm2的微觀電流密度，如果納米線具有4. 109cm_2的密度、100納米的直徑，則活性區(qū)域的最小厚度是40納米以避免由溢流引起的損失。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，在活性區(qū)域和ρ摻雜區(qū)域之間沒有電子阻斷區(qū)域，因而便于器件設(shè)計(jì)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，納米線在由η摻雜半導(dǎo)體材料制成的基底上形成，且納米線的活性區(qū)域擱置在基底上，基底形成電子注入?yún)^(qū)域。納米線制造因此歸結(jié)為活性區(qū)域在基底上的生長(zhǎng)，后面是P摻雜層在納米線的自由端上的沉積。根據(jù)另一實(shí)施方式，納米線包括由用于電子的注入的η摻雜半導(dǎo)體材料制成的基部。作為一種變形，納米線在基底上形成，基底包括與形成活性區(qū)域的材料相同的族的η摻雜半導(dǎo)體材料的連續(xù)層，且在連續(xù)層上放置納米線，所述連續(xù)層形成電子注入?yún)^(qū)域。換句話說，納米線的η摻雜半導(dǎo)體基部和η摻雜連續(xù)層允許用于基底的材料的較寬泛選擇。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，納米線在基底上形成，且ρ型摻雜區(qū)域部分地覆蓋納米線的與基底相對(duì)的部分，特別是納米線的上部部分。更具體地，P摻雜區(qū)域覆蓋小于四分之三納米線外緣。保持活性區(qū)域的外緣表面的一部分自由因此能夠減小納米線的光發(fā)射層的平均光學(xué)指數(shù)，這改進(jìn)了器件的光提取效率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，空穴注入?yún)^(qū)域形成平坦化的材料層，這便于歐姆接觸的隨后沉積。 附圖的簡(jiǎn)要說明當(dāng)閱讀僅作為例子提供的下面描述時(shí)，結(jié)合附圖，將更好地理解本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字表示相同的元件，且其中■圖I是例如在前文中描述的目前技術(shù)水平的平面多量子阱LED的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖2是例如在前文中描述的目前技術(shù)水平的平面雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LED的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖3是例如在前文中描述的目前技術(shù)水平的軸向多量子阱LED納米線的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖4是例如在前文中描述的目前技術(shù)水平的徑向多量子阱LED納米線的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的LED納米線的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖6是在圖5的LED中沒有溢流的情況下的最大電流密度的曲線；■圖7到9是示出用于制造圖5的LED的方法的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■

圖10到12是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的用于制造LED的方法的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖13到15是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的用于制造LED的方法的簡(jiǎn)化橫截面視圖；■圖16到17是示出根據(jù)本發(fā)明的制造LED的可選方法的簡(jiǎn)化橫截面視圖；以及■圖18是根據(jù)本發(fā)明的變形的LED納米線的簡(jiǎn)化橫截面視圖。本發(fā)明的詳細(xì)描述參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的LED 80包括η型硅基底82，在其上形成由來自III-V或II-VI族、優(yōu)先來自III-N族的非故意摻雜半導(dǎo)體材料制成的納米線84。納米線84在其上部部分86中被平坦化層88覆蓋，平坦化層88是與納米線84的材料同族的P摻雜材料，但具有較大的能隙，以能夠?qū)⒖昭◤膶?8注入納米線84中。層88進(jìn)一步與基底82絕緣以避免任何短路。例如，層88在基底82之上停止。最后，上部歐姆接觸層92和下部歐姆接觸層90分別在層88上和基底82之下形成。LED 80以常規(guī)方式操作電子經(jīng)由基底82注入納米線84中，且空穴經(jīng)由層88注入納米線84中。因此，所注入的電子-空穴對(duì)在形成活性區(qū)域的納米線84中至少部分地輻射地復(fù)合。因此應(yīng)注意，LED 80具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閷?duì)于每根納米線84存在由納米線84和基底82形成的第一異質(zhì)結(jié)構(gòu)以及由納米線84和層88形成的第二異質(zhì)結(jié)構(gòu)。如前面描述的，由于電子的高移動(dòng)性，在本例中電子注入將穿過納米線的基部被軸向地執(zhí)行的事實(shí)從電子注入的方面來說不是限制性的。此外，被稱為活性區(qū)域的納米線84的所有點(diǎn)在短于或等于納米線的半徑的距離處。空穴注入表面因此非常大和非常接近于活性區(qū)域的每個(gè)點(diǎn)。基底82被選擇為具有低電阻率一特別是大約為O. 001ohm/cm——以便于電子注入納米線84中，且例如由具有400納米厚度的η+摻雜Si形成。該基底可另一方面支持GaN納米線的外延。
此外，能夠被能量調(diào)節(jié)且以納米線的形式外延地生長(zhǎng)的任何類型的半導(dǎo)體材料可以是納米線84和ρ摻雜層88的部分。有利地，LED 80基于GaN :納米線84由非故意摻雜InGaN形成，包括低于IO16電子/cm3的殘余η摻雜，具有根據(jù)由LED 80發(fā)射的波長(zhǎng)來選擇的銦含量。平坦化層88由ρ摻雜鎂GaN或具有比納米線84的銦含量低的銦含量的ρ摻雜鎂InGaN制成，層88的材料具有大約IO18空穴/cm3的ρ載流子濃度。作為變形，LED 80基于ZnO:納米線84由非故意摻雜ZnO制成，而ρ摻雜層88由ZnMgO制成,或納米線由非故意摻雜ZnCdO制成,而層88由ZnO制成。仍然作為變形，LED80基于GaALAs,納米線84由非故意摻雜GaAs制成,而ρ摻雜層88由GaAlAs制成,或納米線由非故意摻雜GaAlAs制成,而層88由GaAs制成。仍然作為變形,LED 80基于AlInGaP,納米線84由非故意摻雜AlGaInP制成，而層88由具有較高的鋁含量的相同材料制成。在空間上限定LED 80的微觀尺寸例如I平方毫米的上部接觸層92可由不同的堆疊物形成，例如由Ni和Au合金或銦錫氧化物(或ΙΤ0)制成的薄透明接觸物，其覆蓋有例如Ni和Au合金的厚梳狀物以降低其串聯(lián)電阻。下部接觸層90沉積在基底的整個(gè)下表面上，并例如由覆蓋有Au的NiSi合金制成。由于其納米線結(jié)構(gòu)(該納米線結(jié)構(gòu)可被形成，而不考慮歸因于網(wǎng)格參數(shù)的小的影響的半導(dǎo)體材料的選定類型)，在LED 80所發(fā)射的波長(zhǎng)方面存在廣泛的選擇。假設(shè)圓柱形納米線84，等于納米線的基部的總面積與基底82的面積之比的填充因子F可根據(jù)下面的關(guān)系式來計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種光電器件，包括 ■活性半導(dǎo)體區(qū)域(84)，其用于電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合，所述活性半導(dǎo)體區(qū)域(84)以至少一根納米線的形式制成，所述至少一根納米線由非故意摻雜半導(dǎo)體材料制成； ■用于空穴到所述或每根納米線中的徑向注入的半導(dǎo)體區(qū)域(88)，該用于空穴注入的半導(dǎo)體區(qū)域(88)由具有第一導(dǎo)電類型和比形成所述納米線的材料的帶隙小的帶隙的摻雜半導(dǎo)體材料制成；以及 ■用于電子到所述或每根納米線中的軸向注入的半導(dǎo)體區(qū)域(82)，該用于電子注入的半導(dǎo)體區(qū)域(82)由具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜半導(dǎo)體材料制成。
2.如權(quán)利要求I所述的光電器件，其中所述活性區(qū)域(84)由單獨(dú)一種半導(dǎo)體材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的光電器件，其中所述活性區(qū)域(84)由III-V類型或II-VI類型且特別是III-N類型的半導(dǎo)體材料制成。
4.如權(quán)利要求3所述的光電器件，其中 ■所述活性區(qū)域(84)由非故意摻雜InGaN形成； ■用于空穴的注入的摻雜區(qū)域(88)由具有比所述活性區(qū)域低的In濃度的P摻雜GaN或P摻雜InGaN形成；以及 ■用于電子的注入的摻雜區(qū)域(82)由η摻雜Si或η摻雜GaN形成。
5.如權(quán)利要求3或4所述的光電器件，其中所述活性區(qū)域(84)的高度具有根據(jù)下面的關(guān)系式選擇的最小值
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的光電器件，其中所述活性區(qū)域由InGaN制成，以及 ■所述納米線(84)具有范圍在每平方厘米IO8和IOltl之間的密度； ■所述納米線(84)具有范圍在50納米和500納米之間的直徑；以及 ■所述納米線的活性區(qū)域(84)的高度范圍在40納米和5微米之間。
7.如權(quán)利要求6所述的光電器件，其中所述納米線(84)具有4.IO9CnT2的密度、100納米的直徑和40納米的活性區(qū)域高度。
8.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中在所述活性區(qū)域和所述P摻雜區(qū)域之間沒有電子阻斷區(qū)域。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中所述納米線在由η摻雜半導(dǎo)體材料制成的基底(82)上形成，所述基底形成電子注入?yún)^(qū)域。
10.如權(quán)利要求I到8中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中所述納米線(84)包括用于電子的注入的由η摻雜半導(dǎo)體制成的基部。
11.如權(quán)利要求I到8中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中所述納米線(84)在基底(82)上形成，所述基底(82)包括與形成所述活性區(qū)域的材料同族的η摻雜半導(dǎo)體材料的連續(xù)層，且支撐所述納米線，所述連續(xù)層形成所述電子注入?yún)^(qū)域。
12.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中所述納米線(84)在所述基底(82 )上形成，且所述空穴注入?yún)^(qū)域(88 )部分地覆蓋所述納米線(84)的與所述基底(82 )相對(duì)的部分。
13.如權(quán)利要求12所述的光電器件，其中所述空穴注入?yún)^(qū)域(88)覆蓋少于四分之三所述納米線(84)外緣。
14.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光電器件，其中所述空穴注入?yún)^(qū)域(88)形成平坦化的材料層。
全文摘要
一種光電器件，其包括活性半導(dǎo)體區(qū)域(84)，其用于電子-空穴對(duì)的輻射復(fù)合，以至少一根納米線的形式制成，所述納米線由非故意摻雜半導(dǎo)體材料制成；半導(dǎo)體區(qū)域(88)，其用于空穴到所述或每根納米線中的徑向注入，其由具有第一導(dǎo)電類型和比形成所述納米線的材料的帶隙小的帶隙的摻雜半導(dǎo)體材料制成；以及半導(dǎo)體區(qū)域(82)，其用于電子到所述或每根納米線中的軸向注入，其由具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的摻雜半導(dǎo)體材料制成。
文檔編號(hào)B82Y20/00GK102959740SQ201180032830
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者菲利普·吉萊, 安-勞爾·巴文科夫 申請(qǐng)人:原子能與替代能源委員會(huì)