用于制造电致发光纳米线的优化方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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)。
[0003] 通常，术语"纳米线"指示基部的大小可能小到数百纳米的线。
[0004] 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。
[0005] 在GrenobleCEA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。
[0006] 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10yW。
[0007] 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NTp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,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。
[0008] 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。
[0009] 新近，金属有机化学气相沉积（M0CVD)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。
[0010] 图2示出了这种类型的配置，其中，纳米线札制造在由成核层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。
[0011] 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1019cnT3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Si02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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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）。
[0018] 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】
[0019] 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。
[0020] 更确切地说，本发明的一个主题是用于在衬底的表面上制造纳米线阵列的工艺， 所述纳米线包括这样的部分，其能够在电控制或光控制的作用下在至少一个波长A发射 辐射，并且通过导电上层而至少部分地互相电连接，所述工艺的特征在于，其包括能够在有 效纳米线当中识别有缺陷的纳米线的子集的步骤，所述步骤包括：
[0021] -制造对所述发射波长A敏感的负性光刻胶层，覆盖所述纳米线阵列；
[0022] _在电控制下或者在光控制下激活所述纳米线阵列，使得所述有效纳米线向所述 抗蚀剂发射所述辐射，所述辐射降低所述负性抗蚀剂的溶解性；
[0023] _对与有缺陷的纳米线对齐的所述抗蚀剂进行显影，留下变得更难溶解并且围绕 所述有效纳米线的区域；以及
[0024] _去除在所述有缺陷的纳米线上方的所述导电层。
[0025] 根据本发明的一个变形，所述抗蚀剂包含在两根连续的纳米线之间的间隙，工艺 包括在所述间隙中制造在所述波长A是吸收性的特征。
[0026] 有益地，负性光刻胶可以是保形的，从而形成匹配纳米线的形状的保形涂层。
[0027] 本发明的另一个主题是用于在衬底的表面上制造纳米线阵列的工艺，所述纳米线 包括能够在电控制或光控制的作用下在至少一个波长A发射辐射的部分，并且通过上导 电层而至少部分地互相电连接，所述工艺的特征在于包括在有效纳米线当中识别有缺陷的 纳米线的子集的步骤，所述步骤包括：
[0028]-沉积对被称作辅助波长X3的波长是吸收性的并且敏感的正性光刻胶层，覆盖全 部所述纳米线；
[0029]-除了位于两根连续的纳米线之间的区域，使所述正性抗蚀剂暴露在所述辅助波 长入加福射；
[0030] -对所述正性抗蚀剂进行显影，从而限定位于在所述衬底的表面上的两根连续的 纳米线之间的所述区域中的溶解性降低的特征；
[0031] _沉积对所述发射波长X敏感的负性光刻胶层，覆盖全部所述纳米线与全部位于 两根连续纳米线之间的特征；
[0032] -在电控制或者光控制下激活全部所述纳米线，使得所述有效纳米线发射所述辐 射，所述辐射降低所述负性抗蚀剂的溶解性；
[0033] -对与有缺陷的纳米线对齐的所述负性光刻胶进行显影，留下变得更难溶解并且 围绕所述有效纳米线的区域；以及
[0034] _去除在所述有缺陷的纳米线上方的所述导电层。
[0035] 根据本发明的一个变形，纳米线的结构基于III-V族异质结，所述纳米线可能由 GaN或者基于GaN的合金组成。
[0036] 根据本发明的一个变形，工艺包括通过所述负性光刻胶制造接触。
[0037] 根据本发明的一个变形，所述纳米线的激活在负性光刻胶中产生大约300至 400mJ/cm2 的剂量。
[0038] 根据本发明的一个变形，所述纳米线通过光控制而激活；典型地能够使用在短于 纳米线的发射波长并且所述纳米线的有源区对之敏感的235nm的激发波长发射的HeCd激 光，以便在另一波长发射福射。
[0039] 根据本发明的一个变形，通过化学操作去除导电层。
[0040] 根据本发明的一个变形，衬底由n型重掺杂的硅组成，典型地以1019cnT3的掺杂浓 度进行掺杂。
[0041] 有益地，关于硅衬底，可以提供在纳米线之间的间隙中沉积金属层，从而提供确保 将在所述波长A发射的辐射反射的功能。
[0042] 根据本发明的一个变形，工艺包括基于GaN或包含GaN的合金、GaN或包含n型掺 杂GaN的合金以及GaN或包含p型掺杂GaN的合金的异质结纳米线的外延生长。
[0043] 根据本发明的一个变形，工艺包括在垂直于衬底的平面中的轴向外延生长步骤。 [0044] 根据本发明的一个变形，工艺包括在平行于衬底的平面中的径向外延生长步骤。
[0045] 根据本发明的一个变形，通过MOCVD进行外延生长步骤。
[0046] 根据本发明的一个变形，导电层由氧化铟锡（ITO)或由氧化锌组成。
[0047] 根据本发明的一个变形，工艺包括在纳米线之间在衬底上沉积金属层的步骤，该 层对于在波长A的发射可以是反射性的。
[0048] 本发明的另一主题是用于制造发光二极管的工艺，其特征在于包括根据本发明的 用于在衬底的表面上制造纳米线阵列的工艺。
[0049] 而本发明的另一主题是用于在衬底的表面上的发光二极管阵列的晶圆规模的制 造的工艺，其特征在于包括：
[0050] -根据本发明的用于在所述衬底的表面上制造一系列纳米线阵列的工艺，所述纳 米线包括能够在至少一个波长A发射辐射的光导部分；以及
[0051] -切割所述衬底，从而获得各自包括一个纳米线阵列的单元发光二极管。
【附图说明】
[0052] 通过阅读以下参考附图给出的非限制性描述，本发明将会被更好地理解，并且本 发明的其他优点将会变得明显，在附图中：
[0053]-图1示出了根据现有技术的使用轴向结构纳米线的第一LED配置；
[0054]-图2示出了根据现有技术的使用径向结构纳米线的第二LED配置；
[0055]-图3示出了在根据本发明的用于在衬底的表面上制造纳米线的工艺的第一示例 的第二步骤中使用的保形负性抗蚀剂的沉积；
[0056] -如4a至图4c示出了根据本发明的工艺的第一示例的第三步骤，该步骤包括制造 吸收性特征以及对因而获得的结构的电控制，并且使得能够识别有缺陷的纳米线；
[0057]-图5示出了根据本发明的工艺的第一示例中涉及有缺陷的纳米线的暴露的第四 步骤；
[0058]-图6示出了涉及负性抗蚀剂的彻底去除的第五步骤；
[0059]-图7a和图7b显示了根据传统制造工艺和根据本发明的工艺的到互相连接线的 纳米线连接的示意性俯视图；以及
[0060] -图8a至图8d示出了根据本发明的工艺的第二示例的第一系列步骤，这些步骤包 括使用正性抗蚀剂并且制造正性光刻胶特征，所述正性抗蚀剂特征使得能够获得与制造的 第一示例的图4a中所示出的结构等效的结构。
【具体实施方式】
[0061] 在下文中，将会在使用在蓝色光谱域（450nm)发射且为核/壳结构的GaN基光导 材料并且在硅衬底上制造的发光二极管的制造的情况下，对本发明进行更加具体的描述。
[0062] 尽管通常使用的衬底可以由GaN、蓝宝石或确实由硅组成，然而由于硅在微电子技 术中广泛地用作衬底，所以由硅组成的衬底具有许多尤其是对于大规模制造的成本而言的 优点。
[0063]特别地凭借图3至图5,关于核/壳纳米线结构而示出制诰工艺的第一示例：
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