[发明专利]纳米线发光开关装置及其方法

说明书

一种纳米线系统包括衬底和至少一个纳米线结构，所述至少一个纳米线结构沿着轴从所述衬底的表面向外延伸。所述纳米线结构包括发光二极管和装置驱动器，所述装置驱动器被电耦合以控制所述发光二极管的操作状态。所述发光二极管与所述装置驱动器被集成以彼此共用至少一个掺杂区。

本申请要求2018年8月24日提交的美国临时专利申请序列号62/722,268的权益，所述申请特此通过引用整体并入。

技术领域

这种技术大体上涉及纳米线结构，并且更具体地涉及纳米线发光开关装置及其方法。

背景技术

当前的显示分辨率已达到其实际限制。为了实现像素密度和分辨率的进步，必须进一步减小显示器中包括的薄膜晶体管(TFT)的尺寸。

因此，显示技术的未来可能是纳米线发光二极管(LED)，纳米线发光二极管由于更高的效率(70％对5-7％)、更高的可靠性以及提供更高像素密度的潜力而被探寻。关于可靠性，由于可以制造纳米线LED的材料，与其他当前可用的技术相比，纳米线LED能够更好地承受长期运行和更高的温度。然而，关于更高的像素密度，还没有简便的方法将纳米线LED与使纳米线LED“开启”或“关闭”的晶体管(开关)紧密集成在一起。解决这个问题的当前可用方法牺牲了LED面积以及装置性能，因此限制了潜在的应用。

明确地说，先前将晶体管与LED组合的工作依赖于降低LED性能、消耗面积并增加成本的方法。这些方法包括多种方法，诸如将用于另一种材料的横向生长的区域专用于产生高电子迁移率晶体管(HEMT)。遗憾的是，这个过程导致LED性能下降，并占据了总器件面积的非所要部分。

另一种方法已尝试在与CMOS晶体管结合的硅上生长。遗憾的是，由于材料的不匹配，硅上生长可能会在LED中产生缺陷，从而相应地降低性能。另外，这种方法仍然难以管理温度变化，并且仍然消耗过多的面积。

另一种方法尝试了在硅上与LED进行倒装芯片结合。通过这种方法，单独地制造LED，个别地切割LED，并且随后将所述LED安装在硅晶片的顶部，以将LED与CMOS晶体管在硅上组合在一起。遗憾的是，这种方法具有由需要连接在一起的数百个单独LED导致的可靠性问题以及现有技术无法缩小尺寸的问题。

发明内容

一种纳米线系统包括衬底和至少一个纳米线结构，所述纳米线结构沿着轴从所述衬底的表面向外延伸。所述纳米线结构包括发光二极管和装置驱动器，所述装置驱动器被电耦合以控制所述发光二极管的操作状态。所述发光二极管与所述装置驱动器被集成以彼此共用至少一个掺杂区。

一种制造纳米线系统的方法包括提供衬底以及形成至少一个纳米线结构，所述纳米线结构沿着轴从所述衬底的表面向外延伸。所述纳米线结构包括发光二极管和装置驱动器，所述装置驱动器被电耦合以控制所述发光二极管的操作状态。所述发光二极管与所述装置驱动器被集成以彼此共用至少一个掺杂区。

这种技术提供了许多优点，包括提供一个或多个节能且可靠的纳米线发光开关装置，所述纳米线发光开关装置的单轴取向和集成的共用层结构使得能够易于制造高像素密度阵列。明确地说，所要求保护的技术的示例新颖地使用了GaN，GaN是LED结构的发光层中常见的材料，但不常见于使LED结构开启和关闭的晶体管的层中。与现有技术中发现的约5-7％的能量效率相比，利用纳米线发光开关装置的这些基于GaN的示例，可获得高达约70％的能量效率。这些能量效率增益可大大降低功率消耗，因此也大大延长了电池寿命。此外，纳米线发光开关装置的这些和其他示例能够实现在低的个位数微米范围内的像素截面，并有可能实现更高的分辨率，从而使显示分辨率比现有的显示器大几个数量级。