具有发光二极管的光电子器件的制作方法
【专利说明】具有发光二极管的光电子器件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求法国申请FRl 3/59411的优先权，通过引用将其并入本文。
技术领域
[0003]本发明大体涉及基于半导体材料的光电子器件和用于制造该光电子器件的方法。本发明更具体地涉及包括由尤其是半导体微米线或纳米线的三维元件形成的发光二极管的光电子器件。
【背景技术】
[0004]短语“具有发光二极管的光电子器件”指代能够将电信号转换成电磁辐射的器件，并且尤其是专用于发出电磁辐射(尤其是光)的器件。能够形成发光二极管的三维元件的示例是包括基于化合物的半导体材料的微米线或纳米线，化合物主要包括至少一个组III元素和一个组V元素(例如氮化镓GaN)(在下文中被称为II1-V化合物)，或者主要包括至少一个组II元素和一个组VI元素(例如氧化锌ZnO)(在下文中被称为I1-VI化合物)。
[0005]多个光电子器件的三维元件(尤其是半导体微米线或纳米线)可以被形成在衬底上，其之后被锯开以对个体光电子器件进行定界。每个光电子器件之后被布置在封装中，尤其是要保护三维元件，并且封装被附接到支撑体，例如印刷电路。
[0006]可以期望将电子电路与光电子器件相关联。其例如是用于控制发光二极管的电源的电路、用于保护发光二极管免受静电放电的电路、或者用于检测发光二极管的温度的电路。这样的电子电路单独地由光电子器件形成，并且之后被附接到支撑体并连接到封装。归因于与光电子器件相关联的电子电路的体积可以是重大的。制造包括光电子器件的电子电路的方法除了制造光电子器件的步骤之外还包括明显不同的电子电路制造步骤和将电子电路连接到光电子器件的步骤。这些步骤增加光电子系统的制造成本。
【发明内容】
[0007]因此，实施例的目的在于克服先前描述具有发光二极管的尤其具有微米线或纳米线的光电子器件以及它们的制造方法的缺点的至少部分。
[0008]实施例的另一目的在于减小包括光电子器件的电子系统的体积。
[0009]实施例的另一目的在于减小包括光电子器件的电子系统的体积。
[0010]实施例的另一目的是使具有发光二极管的光电子器件能够以工业规模并且以低成本来制造。
[0011 ]因此，实施例提供一种光电子器件，其包括:
[0012]半导体衬底，其没有掺杂或掺杂有第一导电类型；
[0013]第一掺杂半导体区，其电连接到第一导电类型的衬底或与第一类型相反的第二导电类型的衬底，并且比衬底掺杂更重；
[0014]由第一半导体区支撑的第一发光二极管的第一组件，第一发光二极管包括线形、圆锥形或尖椎形半导体元件；以及
[0015]与第一半导体区相接触的导电部分。
[0016]根据实施例，第一半导体区通过一个或多个离子注入步骤来获得。
[0017]根据实施例，第一半导体区通过同质外延步骤来获得。
[0018]根据实施例，该器件包括至少部分透明的覆盖每个第一发光二极管的第一电极层和在第一发光二极管周围覆盖第一电极层的第一导电层。
[0019]根据实施例，该器件还包括沿着第一半导体区的至少一个侧向边缘延伸的至少一个绝缘部分。
[0020]根据实施例，该器件还包括至少一个第二掺杂半导体区，该第二掺杂半导体区的导电类型与第一半导体区的导电类型相反，并且该第二掺杂半导体区沿着第一半导体区的至少一个侧向边缘延伸。
[0021 ]根据实施例，衬底是单片的。
[0022]根据实施例，衬底被划分成包含第一半导体区的并且与衬底的剩余部分通过绝缘层分隔的半导体层。
[0023 ]根据实施例，半导体层选自包括硅、锗、碳化硅和111 -V化合物的组。
[0024]根据实施例，衬底选自包括硅、锗、碳化硅和II1-V化合物的组。
[0025]根据实施例，衬底是绝缘材料，例如碳化硅或氧化铝。
[0026]根据实施例，衬底的掺杂浓度小于或等于115原子/cm3，并且第一半导体区的掺杂浓度在从5*1016原子/cm3到2*10?原子/cm3的范围中。
[0027]根据实施例，该器件还包括至少部分地被形成在衬底中的至少一个电子部件。
[0028]根据实施例，电子部件属于包括二极管、稳压二极管、雪崩二极管、双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应管、电阻器、金属氧化物半导体电容、金属绝缘体金属电容、晶闸管、变容器、易失性存储器和非易失性存储器的组。
[0029]根据实施例，该器件包括:
[0030]第三掺杂半导体区，其电连接到第一导电类型的衬底或与第一类型相反的第二导电类型的衬底，并且比衬底掺杂更重；
[0031]由第三半导体区支撑的发光二极管的第二组件，第二组件的发光二极管包括线形、圆锥形或尖椎形半导体元件；以及
[0032]覆盖每个第二发光二极管的第二电极层和在第一发光二极管周围覆盖第二电极层的第二导电层，第二电极层或第二导电层与第一半导体区相接触。
[0033]根据实施例，该器件包括第四半导体区，其电连接到衬底并距第一半导体区很远，具有与第一半导体区相同的导电类型，比衬底掺杂更重，并且连接到第一发光二极管的电极。
[0034]根据实施例，该器件包括包含第四半导体区的第五半导体区。
[0035]根据实施例，第五半导体区还包含第一半导体区。
[0036]根据实施例，该器件包括:
[0037]-第六半导体区，其电连接到衬底，具有与第一半导体区相同的导电类型；
[0038]-第七半导体区，其电连接到衬底，具有与第一半导体区的导电类型相反的导电类型；
[0039]-第八半导体区，其与衬底相接触并且具有与第六半导体区相同的导电类型，第八半导体区连接到第一半导体区或连接到第六半导体区；以及
[0040]-第九半导体区，其具有与第七半导体区相同的导电类型，
[0041]并且第九半导体区在第六半导体区与第八半导体区之间延伸并连接到第七半导体区，或者第九半导体区在第一半导体区与第八半导体区之间延伸，第九半导体区连接到第七半导体区。
[0042]根据实施例，该器件包括第十半导体区和第十一半导体区，其连接到彼此，具有相反的导电类型并且都通过沿着第一半导体区的至少一个侧向边缘延伸的至少一个绝缘或半导体部分与第一半导体区分隔。
【附图说明】
[0043]前述和其他特征和优点将在下面结合附图对特定实施例的非限制性描述中详细进行讨论，在附图之中:
[0044]图1到图4是具有在半导体衬底上制造的微米线或纳米线的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；
[0045]图5到图9是包括串联的发光二极管的两个组件的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；
[0046]图10和图11示出保护发光二极管免受静电放电的电路的示例；
[0047]图12、图13和图14是包括基于一个或多个稳压二极管的保护电路的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；
[0048]图15示出温度测量电路的示例；
[0049]图16是具有微米线或纳米线的还包括温度检测二极管的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；
[0050]图17、图18和图19是示出发光二极管和温度检测二极管的布置的光电子器件的部分简化顶视图；
[0051]图20和图21是具有微米线或纳米线的还包括双极型晶体管的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；
[0052]图22是在锯开衬底之前具有在衬底晶片上形成的微米线或纳米线的光电子器件的实施例的部分简化横截面视图；并且
[0053]图23是图22的光电子器件的部分简化顶视图。
【具体实施方式】
[0054]为清楚起见，在各个附图中利用相同的附图标记来指代相同的元件，并且另外，如在电子电路的表示中常见的，各个附图不一定是按比例绘制的。另外，仅仅示出并将描述对理解本公开内容有用的那些元件。
[0055]在下面的描述中，除非另行明确指示，术语“基本上”、“大约”和“约”意味着“在10 %内”。另外，“主要由材料形成的化合物”或“基于材料的化合物”意味着化合物包括大于或等于95%的所述材料的比例，该比例优选大于99%。
[0056]本说明书涉及具有三维元件的光电子器件，三维元件例如微米线、纳米线、圆锥形元件或尖椎形元件。在下面的描述中，描述了针对具有微米线或纳米线的光电子器件的实施例。然而，这些实施例可以被实施用于除了微米线或纳米线以外的三维元件，例如金字塔形三维元件。
[0057]术语“微米线”或“纳米线”指代具有沿着优选方向的细长形状的三维结构，其具有被称为小尺寸的在从5nm到2.5μηι的范围中的优选在从50nm到2.5μηι的范围中的至少两个尺寸，以及被称为大尺寸的至少等于小尺寸的I倍、优选至少5倍并且更优选最大的甚至至少10倍的第三尺寸。在某些实施例中，小尺寸可以小于或等于大约Ιμπι，优选在10nm到Ιμπι的范围中，更优选在从10nm到300nm的范围中。在某些实施例中，每个微米线或纳米线的高度可以大于或等于500nm，优选在从Ιμπι到50μηι的范围中。
[0058]在下面的描述中，术语“线”用于意指“微米线或纳米线”。优选地，延伸通过在垂直于线的优选方向的平面中的直线截面的重心的线的平均线路基本上形成直线并且在下文中被称为线的“轴”。
[0059]根据实施例，为了制造光电子器件，使用没有掺杂的或轻掺杂有第一导电类型的半导体衬底，并且发光二极管被形成在与第一类型相反的第二导电类型的重掺杂区上并且从衬底的上表面延伸在衬底中。衬底例如对应于传统上在集成电路制造工艺中使用的未掺杂或轻掺杂的单个晶体轨衬底。
[0060]发光二极管的基极由与所有发光二极管相接触的重掺杂区偏置。重掺杂区与衬底的剩余部分相对电绝缘。其他电子部件可以之后以与发