包括有源纳米线和接触纳米线的电致发光器件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的技术领域是包含纳米线的部件，所述纳米线通过在衬底上的局部生长而集体形成，该衬底可以由硅、GaN、蓝宝石或者其他材料组成。
[0002]更精确而言，本发明的技术领域涉及包含导光的或发光的纳米线(该纳米线可以用于例如产生光)的部件，尤其是发光二极管(其通常由缩写LED表示)。一般而言，纳米线大致具有可以为数百纳米的量级的横向尺寸(直径)和可以变化到上至十微米左右的竖直尺寸，而其高/直径比为从I到30，并且一般在10左右。
【背景技术】
[0003]在过去的几年间，已经例如制造了使用竖直InGaN/GaN纳米线的可见光发光二极管(LED)，其包含p-n结并且并联地共同连接。
[0004]由于其极具潜力的本征特性(良好的晶体质量、在自由竖直表面上的应力弛豫、良好的光提取效率等)，纳米线被认为是克服常规的以平面结构(2D)制造的GaN LED当前所遇到的困难的非常有力的候选方案。
[0005]基于不同的生长技术的两种纳米线LED方案已经得到提出并且为本领域技术人员所熟知。
[0006]第一方案包括，使用分子束外延(MBE)，在轴向配置下，外延生长包含InGaN量子阱的GaN纳米线。使用该纳米线制造的器件已经在绿色光谱范围产生了引人关注的结果。对于持续的10mA工作电流，Imm2的经加工的芯片可以在550nm下在10 μ W左右发光。
[0007]图1示出了这样的配置，其显示了在衬底11 (其一般由硅组成，并与η型的下接触部10接触)的表面上的纳米线NTi，P型的上接触部由透明层12提供，并且该接触是通过厚的P型接触垫13实现的。具有轴向结构的纳米线NTi包括:n型掺杂区域，其一般由η型掺杂的GaN形成；有源区域ΖΑ，其由InGaN组成或具有包含量子阱的结构；以及ρ型掺杂区域，其可以由P型掺杂的GaN形成。
[0008]在分子束生长(MBE)技术下，由于随机成核机制，会出现一些不均匀性，但是一般而言在以550nm发光的单一的线上已经获得了 50nW的光功率，这对于大约一百个纳米线发光器/mm2的情况而言是5W/_ 2o
[0009]最近，MOCVD (金属有机化学气相沉积)生长技术能够形成包含径向LED结构(核/壳配置)的InGaN/GaN纳米线。
[0010]图2示出了该类型的配置，其中，纳米线NT1形成在衬底11 (其由成核层21覆盖)的表面上，另外还提供了下接触层10。局部外延通过掩模20实现。纳米线的结构是核/壳类型的。核30可以包括:n型掺杂的GaN材料，其一般具有119Cm 3的掺杂水平；具有交替的层的量子阱结构，所述交替的层可以分别是非掺杂GaN和InGaN ;最后还有壳31，其可以由一般具有119Cm 3的掺杂水平的ρ型掺杂的GaN层组成。
[0011]介电层40提供了在下接触部与上接触部之间的绝缘。
[0012]上接触部通过上层50提供，上层50是导电的，并且在导光结构的发光波长是透明的。还包括有金属接触层60以提供镜面的功能。
[0013]在该方案中，因为该结构的LED使用了核/壳配置，有源区域的表面面积大于在包括平面结构的2D纳米线LED方案中的有源区域的表面面积。
[0014]然而，申请人从这样的观察开始:由于所有的气体粒子的消耗，外延工艺(例如MOCVD工艺)产生了边缘效应，该效应不利于获得均匀的部件；外延工艺还产生了在纳米线的生长区域中的不连续性，更确切而言，产生了生长表面面积分数在晶圆上的变化。
[0015]实际上，尤其是在LED的情况下，通过在生长图案上外延生长例如GaN而制造的纳米线可以通过标准微电子技术来限定。
[0016]这些图案在紧凑的、方形的、圆形的、六边形的、三角形等的区域(其限定了 LED的有源表面)中以规则图案的形式设置在衬底上。这些区域具有由产品的最终使用者的需求而限定的尺寸，例如，100 μ mX 100 μ m、350 μ mX 350 μ m、ImmX 1mm、3.5mmX 3.5mm 以及1mmX 10mm。每个生长区域通过间隔部而与其相邻的生长区域分开，间隔部的尺寸被调整为至少允许LED的金属供电连接部穿过，并且允许切割衬底的划切或其他划切技术的划切。
[0017]这些在生长区域之间的间隔部(在其中不希望进行外延)导致出现了多种缺陷:
[0018]-在线的网络中，在高度和形态上的非均匀性，这与生长区域中的不连续性相关耳关;
[0019]_例如GaN的纳米晶的无序生长，这在技术步骤的最后对于电路是关键缺陷；
[0020]-1nGaN的寄生沉积，其以导电材料覆盖了晶圆的表面。
[0021]图3显示了拍摄出纳米线的集合和出现在没有进行生长的区域中的缺陷阵列的视图，该照片是在扫描电子显微镜上拍摄的，其突出显示了寄生生长Crpa、生长残留物的沉积1??和/或围绕外围的具有不均匀尺寸的纳米线壁。
[0022]有益地，可以设想一种技术方案，其通过使得衬底的整个表面就纳米线的生长而言是均匀的，并且通过在更大的纳米线集合中选择纳米线的基本区域，而能够显著地消除缺陷，从而提供了具有均匀的纳米线的功能支持，同时对特定纳米线进行选择性消除，以便特别地对专用于欧姆接触的区域进行清理。然而，在要保留的纳米线的子组之间对纳米线的子组进行移除可能是困难的。
【发明内容】
[0023]因此，在这种背景下，本发明提供了一种LED，其包括在整个衬底上的纳米线，以及借助存在于之前形成的纳米线中的一些的顶部上的厚金属而形成的欧姆接触，并同时使被称作有源部分的纳米线的部分能够受到电控制。
[0024]更确切而言，本发明的一个主题是包括在衬底的整个表面上的一组纳米线的发光器件，其特征在于:
[0025]-其包括至少第一纳米线的第一系列和第二纳米线的第二系列；
[0026]-所述第一系列包括被称作有源的第一纳米线，第一纳米线能够在电控制下发光，所述第一系列在第一类型的电接触部和第二类型的电接触部之间连接，从而使得所述器件能够在电控制下发光，所述第一纳米线由至少一个在所述发光器件的发光波长上透明的导电层覆盖，所述层与所述第一类型的电接触部接触；
[0027]-所述第二系列包括被称作接触纳米线的第二纳米线，第二纳米线被包封在金属层内，所述金属层使得所述第一类型的电接触部能够形成；
[0028]-第二类型的电接触部位于所述衬底的背面，所述背面对着包括所述纳米线的面，并且设置了至少面对纳米线的所述第一系列的导电层。
[0029]根据本发明的一个变化形式，所述第二纳米线位于所述第一纳米线的外围周围。
[0030]根据本发明的一个变化形式，所述第二纳米线由在所述发光器件的发光波长上透明的所述导电层覆盖。
[0031]根据本发明的一个变化形式，所述发光器件包括第三纳米线的第三系列，所述第三纳米线的第三系列被称作电中性的，且不具有在所述发光器件的发光波长上透明的导电层，所述第三纳米线能够位于所述第一有源纳米线和所述第二纳米线的外围周围，限定了被称作有源的所述器件的区域。
[0032]根据本发明的一个变化形式，限定在所述第二纳米线的顶部的金属层的厚度在至少数十纳米的量级。
[0033]根据本发明的一个变化形式，所述发光器件包括导电层，所述导电层在所述发光器件的发光波长是透明的，所述导电层可以由氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)或氟掺杂的氧化锡(FTO)组成。
[0034]根据本发明的一个变化形式，包封所述第二纳米线的金属层由铜、镍或银组成。
[0035]根据本发明的一个变化形式，该发光器件包括金属接触接线部，所述金属接触接线部在所述金属层的表面上，该接线部可以是金的或者是银和锡的合金的。
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