[发明专利]发光纳米线的串联电连接

说明书

技术领域

本发明涉及基于发光纳米线（nanowires）的光电装置，尤其涉及LEDs（发光二极管）。

背景技术

按照图示，LED包括电子注入半导体区，空穴注入半导体区，以及所谓的“有源（active）”半导体区，注入的电子和注入的空穴在有源半导体区辐射复合（radiatively recombine）。

用于制备LEDs的第一代技术称为“平面技术（planar technology）”。因为平面技术引起了一系列问题，尤其是量子效率方面和/或所用的不同材料之间网格匹配（mesh matching）方面和/或对发射波长的限制方面的问题，已经开发出了基于纳米线的具有多量子阱限制结构（multiple quantum well confinement structures）的LEDs。该纳米线，尤其是该纳米线的制备方法具有许多优点，尤其是：

当纳米线在基片（substrate）上生长时，有可能不同纳米线是用网格参数相互不匹配的不同材料制备的。由于硅是一种低成本基片，能够被制成大尺寸，具有传导性，因此硅被设想用于III-N材料制备的纳米线的生长，这在平面技术中是不可能实现的。这种改进既有产品方面的优势，也有简化生产工艺方面的优势，尤其是电注入水平方面（electrical injection level）的优势；

由于自由表面（free surfaces）压力的放松，从而具有良好的晶体质量。因此，相对于平面结构，可以观察到非辐射复合中心数目下降了，尤其是观察不到位错（dislocations），位错对LEDs的量子效率有不利的影响；以及

更好的光提取，而没有使制备工艺变得复杂。

可以区分现有技术中用于形成LEDs的两种类型纳米线：

一种纳米线的有源区包括具有轴向外延（axial-epitaxy）多量子阱的限制结构（confinement structures），也就是沿着纳米线生长轴生长的限制结构；

一种纳米线的有源区包括具有径向外延（radial-epitaxy）多量子阱的限制结构，也就是在纳米线生长轴周围的区域（volume）内的限制结构。

图1是形成具有径向多量子阱的纳米LED10的纳米线实施例横截面示意图。纳米LED10是由硅n型掺杂的GaN层14（GaN layer14n-doped with silicon）制备的，形成在n+型掺杂的硅基片12上，具有由轴向多量子阱构成的有源区16，轴向多量子阱16由非故意掺杂GaN区18和位于非故意掺杂GaN区18上面的InGaN区20两者相互交替形成。镁p型掺杂的GaN区22进一步被放置在p型掺杂的AlGaN电子阻挡区24上面，电子阻挡区通常称为EBL（Electron Blocking Layer），电子阻挡区24本身被放置在有源区16的上面。

根据这种轴向几何结构，借助于基片12，通过区14和区22，电子和空穴被分别注入到有源区16，在有源区16的InGaN量子阱20内至少部分辐射复合。

图2是形成具有多量子阱、围绕芯层（core）34径向外延生长的纳米LED30的纳米线实施例横截面示意图，芯层34位于n+型掺杂的基片32上。纳米LED30包括由硅n型掺杂的GaN形成的芯层（core）34和包层（shell），包层包括具有径向多量子阱的有源区36，所述径向多量子阱由非故意掺杂的GaN区38和InGaN区40两者相互交替形成，EBL区域（volumm）44包围有源区36，EBL区域本身被镁p型掺杂的GaN区域42包围。

区36、44、42进一步形成在电子绝缘层（insulation layer）46上，芯层34直接与基片32接触。

根据这种径向几何结构，借助于基片32，经过芯层34和区42，电子和空穴分别注入有源区36，在有源区36的InGaN量子阱40内至少部分辐射复合。如果一种纳米线结构中空穴和电子注入区中的一个形成至少部分包围包含了有源复合区的芯层的包层，这种纳米线结构通常被称为“芯层/包层（core/shell）”。

无论纳米线是轴向还是径向构造，纳米线阵列的电力供应（electric power supply）通常是并联的。图3和图4描述了一种并联连接实施例，图3是包含纳米线10、30的阵列50的LED简化俯视图，在这种实施例中，阵列是3纳米线×3纳米线，图4是图3中的A-A平面的简化剖面图。