[发明专利]用于制造电致发光纳米线的优化方法

说明书

技术领域

本发明的领域为基于发光纳米线的元件以及能够例如用于产生光的元件，特别是发光二极管(LED)。

背景技术

在近几年中，已经制造出了例如基于包含p-n结并且平行地集合连接的竖直InGaN/GaN纳米线的可见光发光二极管(LED)。

通常，术语“纳米线”指示基部的大小可能小到数百纳米的线。

凭借其潜在的本质特性(良好的结晶质量、在竖直自由表面的应力弛豫、通过波导的良好的光提取效率等)，纳米线被认为是用于缓解利用平面(2D)结构制造的传统GaN LED当前所遇到的困难的非常有前景的候选者。

在Grenoble CEA已经开发了基于不同的生长技术的用于制造纳米线LED的两种方案。

第一技术方案在于通过分子束外延(MBE)以轴向配置外延地生长包含InGaN量子阱的GaN纳米线。由这些纳米线制造的器件已经在绿色光谱域中产生了非常激动人心的结果。对于100mA的DC工作电流，1mm²的加工后的芯片能够在550nm发射约10μW。

图1示出了这种配置，其显示了在与下部接触部10相接触的衬底11(典型地由硅组成)的表面上的纳米线NT_i，通过透明层12来确保的上部p型接触部；通过厚的再分布接触部13而实现接触再分布。轴向结构的纳米线NT_i包含n型掺杂区、有源区ZA和p型掺杂区，该n型掺杂区可能并且典型地由n型掺杂GaN组成，该有源区ZA由InGaN组成或者拥有量子阱或多量子阱结构，而该p型掺杂区可能由p型掺杂GaN组成。

尽管由于随机成核机制，利用分子束外延(MBE)技术会出现某些不均匀，但是对于在550nm发射的单根线，典型地已经获得了50nW的光功率，即对于100纳米线发射器/mm²来说为5W/mm²。

新近，金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长技术已经使包含径向LED结构(核/壳配置)的InGaN/GaN纳米线能够制造。

图2示出了这种类型的配置，其中，纳米线NT_n制造在由成核层21覆盖的衬底20的表面上，所述成核层使得在例如硅衬底和GaN纳米线之间能够晶格匹配。

纳米线的结构包括光导部分，由以下各项组成：核22，其由n型掺杂GaN组成，典型地以10¹⁹cm^-3的掺杂物浓度掺杂；量子阱结构，其由分别可能为InGaN和未掺杂GaN的交替的层24和层23组成；以及最后，p型掺杂GaN层25，其典型地以10¹⁹cm^-3的掺杂物浓度掺杂。设置绝缘介电层26以便使核22和上部接触部相绝缘。其可以典型地为SiO₂或SiN沉积的问题。上部接触部通过导电上层27而形成，所述导电上层对光导结构的发射波长是透明的。

在这个技术方案中，由于LED结构具有核/壳配置，所以有源区的面积大于在2D纳米线LED方案中的有源区面积。

这个特性具有两个优点：其增加了发射面积并且减小了在有源区的电流密度。已经在硅衬底上制造了完整的MOCVD纳米线LED结构，并且对于经过技术处理后的整合纳米线阵列已经获得了在蓝色光谱域(450nm)的光发射。

由于用于生长纳米线的技术，在可能的并且典型地为1mm²的面积上，可以在芯片的表面上制造数十万根线。

这种利用纳米技术的出现的新型结构具有以下优点，增加了发射面积并且因此增加了发射的光通量。

然而，由于这种类型的LED由非常大数量的平行地连接的纳米线组成，将会注意到，即使很少数量的有缺陷的纳米线也可能会导致低的制造工艺再生产性并引起LED发生故障。

具体而言，如果几平方毫米的基本LED包括少于0.1％的有缺陷的纳米线，那么这对应于在制造过程中产生了约一百根不可用的纳米线(尤其是由于导致有源区不能正常运作的短路或结构缺陷)。

一般而言，纳米线还能够在短于其发射波长的第一波长吸收辐射，因此能够对纳米线进行光控制，从而使纳米线在所需的发射波长发射。

发明内容

在这样的背景下，本发明提供了一种用于制造器件、并且尤其是LED的优化工艺，所述工艺能够将有缺陷的纳米线隔离。