具有侧壁电接触的纳米结构光电装置的制作方法

专利名称：具有侧壁电接触的纳米结构光电装置的制作方法
技术领域：
本公开涉及光电装置。
背景技术：
已知很多种基于半导体装置的光电装置。例如，太阳能电池、发光二极管(LED)、成像装置以及光电检测器可基于半导体装置。可通过正向偏置、反向偏置或者无偏置来操作这些光电装置。例如，可通过让二极管结正向偏置而导致发光来操作LED。可通过让二极管结反向偏置来操作某些光电检测器或成像装置(注意，对于检测器操作，或许不需要让二极管结反向偏置)。太阳能电池(也叫作光伏电池)可在不加任何偏压的情况下进行操作。相反地，由装置的光活性区吸收的光子产生电压或/和电流。前述内容表明这些光电装置需要两个电接触。对于许多光电装置，电接触被设置在装置的相对侧，它们可分别称为顶部和底部电接触。而且，光电装置的至少一侧需要能够接收或发射至少为有关的波长范围的光。有关的波长范围是指被光活性区吸收或发射的波长范围。对于许多光电装置，经由顶部电接触发射或接收光。对于这样的光电装置，在顶部电接触的导电性和光学透明性之间进行权衡。例如，顶部电接触可由至少在装置的有关波长范围中具有良好光学透明性的材料制成。作为一个例子，顶部电接触可由铟锡氧化物(ITO)形成。然而，光学透明材料的导电性可能不是所期望的。于是，装置的运行也许会变差。例如，当作为太阳能电池工作时，顶部电接触的较大阻抗造成顶部电接触两端的较大压降。另一方面，导电材料的光学透明性可能不是所期望的。
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注意，可用于顶部电接触的一些材料对于较窄的波长范围是光学透明的。因此，它们可适用于打算工作在窄波长范围的光电装置。然而，使装置工作在较宽的波长范围可能是值得期望的。例如，为了捕获存在于跨越太阳光谱的宽范围的能量，可能期望使太阳能电池工作在宽的波长范围。也可能期望使某些LED装置工作在宽的波长范围。例如，可能期望具有能够产生不同颜色光的LED装置。另外，成像装置应该能够检测不同的颜色。因此，期望在光电装置的电接触方面做出改进。半导体基太阳能电池使来自太阳能电池的前侧的太阳能辐射穿过一个或多个光活性区后到达太阳能电池的后侧。由于光活性区中光子的吸收而产生电荷载流子。每个光活性区都可与一个ρη结关联。对于某些装置，取决于用来形成ρη结的材料，给定的光活性区吸收仅仅在限定的波长范围上的光。为了提高太阳能电池的效率，可由不同的材料形成ρη结，使得可吸收在较大的波长范围上的光。这典型地称为“多结”设计。然而，由各光活性区产生的电荷载流子需要流动的路径。在某些装置中，“隧道结”使电荷载流子能够流过太阳能电池。例如，分隔隧道结可把具有不同的光活性区的太阳能电池的各部分接合起来。遗憾的是，隧道结可能难以制造。LED可用于诸如计算设备的显示屏、电话机、电视机的设备，也可用于许多其它的电子设备。成像装置可用于诸如照相机、医疗器械等的许多设备。
虽然这些设备是已知的，但是期望在光电装置方面做出进一步的改进。例如，期望对所产生(或所检测)的颜色的更好控制。本部分中描述的方法是能够被执行的方法，但不一定是先前已想出的或已执行的方法。因此，除非另外说明，不应当认为在本部分中描述的任何方法仅仅因为它们被包括在本部分中就被算作现有技术。


在附图的各图中以举例的方式而不是以限制的方式示出了本公开，且附图中类似的附图标记指代类似的元件，以及在附图中图1A示出了具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图1B示出了具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图2A是具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧剖面立体图。图2B示出了光活性区(photo-active region)的一部分在顶部侧壁电接触上方延伸的实施例。图2C是具有顶部侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧剖面立体图。图3A示出了具有中间侧壁电接触的光电装置的一个实施例。图3B示出了具有中间侧壁电接触的光电装置的一个实施例的侧立体横剖面图。

图3C示出了具有三个侧壁电接触和露出的边缘的光电装置的一个实施例。图4A示出了具有双层侧壁电互连的光电装置的一个实施例。图4B示出了具有双层侧壁电互连的光电装置的侧剖面图。图4C示出了图4B的装置的一种可能的操作的示例电路示意。图5A是示出了具有一个或多个侧壁电接触的光电装置的制造工艺的一个实施例的流程图。图5B是示出了侧壁电接触的制造工艺的一个实施例的流程图。图5C是示出了采用掠角沉积(angle deposited)的金属的侧壁电接触的制造工艺的一个实施例的流程图。图是示出了具有至少一个双层侧壁电互连的光电装置的制造工艺的一个实施例的流程图。图6A和图6B示出了在图5A的工艺的一个实施例中的各步骤之后的结果。图6C、图6D、图6E、图6F、图6G以及图6H示出了在图5B的工艺的一个实施例中的各步骤之后的结果。图7A、图7B以及图7C示出了图3A和3B的装置的侧剖面立体图。图8A是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图SB是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图SC是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程的一个实施例的流程图。图9示出了具有可被独立控制的、纳米结构阵列中的活性区的光电装置的制造工艺的一个实施例。图1OA示出了像素化纳米结构光电装置的一个实施例。图1OB示出了图1OA的装置的一部分的侧横剖面立体图。
图1OC示出了像素化装置的偏置方案的一个实施例。图1OD示出了用于诸如图1OA和IOB中示出的示例装置的像素化装置的针对光电检测器操作的一种示例偏置方案。图11示出了光电装置的操作过程的实施例的流程图。图12A、图12B和图12C示出了不同颜色的子像素同时工作的针对LED操作的偏置方案的一个实施例。图12D示出了用于光电检测器操作的、在同一纳米结构中选择两种不同颜色的子像素的一种可能的偏置方案。图13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G以及13H示出了用于LED操作的、三种不同颜
色的子像素同时工作的偏置方案的一个实施例。图131示出了用于光电检测器操作的、三种不同颜色的子像素同时工作的偏置方案的一个实施例。图14示出了像素化光电装置的制造工艺的一个实施例。图15A是像素化纳米结构光电装置的一个实施例的图。图15B是图15A的装置的立体侧视图。图16是用于本文中公开的技术的实施例的计算系统的一个实施例的框图。
具体实施例方式
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下面的描述中，出于解释的目的，为了提供对本发明的透彻的理解，举出了许多具体的细节。然而，将明白的是，可在没有这些具体细节的情况下使实施例得以实施。有些情况下，为了避免不必要的使公开模糊化，公知的结构和装置以框图的形式示出。本文中公开了具有光活性区(“活性区”)的光电装置。在一些实施例中，光电装置包括纳米结构。纳米结构可以是纳米柱、纳米线、纳米棒、纳米管等。在一些实施例中，纳米结构聚集成阵列。例如，可在基板上垂直生长纳米结构。然而，通过构图平面层的叠层和后续的蚀刻，也可从上到下形成纳米结构。纳米结构可由多种材料形成。在一些实施例中，纳米结构由一种或多种半导体形成。本文中描述的光电装置可用于太阳能光电转换装置(也称为太阳能电池)、光电检测器(也称为光检测器)、成像装置、单色LED、多个组成色LED、光谱仪以及没有具体提到的其它装置。在一些实施例中，光电装置具有物理且电性连接至纳米结构(如纳米柱)的阵列的侧壁的顶部电接触。顶部电接触可设置为使得光可进入或离开纳米结构而不穿过顶部电接触。因此，顶部电接触对于具有由纳米结构中的活性区吸收或产生的波长的光可以是不透明的。而且，因为不需要在光学透明性和导电性之间进行权衡，所以顶部电接触可由高导电性的材料制成。在一些实施例中，光电装置具有物理且电性连接至纳米结构的阵列的侧壁的一个或多个中间电接触。接触可使得光电装置的不同光活性区能够被独立的控制。例如，顶部和中间电接触可用于控制上光活性区，以及中间和底部电接触可用于控制下光活性区。注意，每个纳米结构可具有一个下光活性区和一个上光活性区。在一些实施例中，光电装置具有物理且电性连接至纳米结构的阵列的侧壁的双层电互连。光电装置可作为多结太阳能电池工作，其中每个结与装置的一个部分相关联。双层电互连使电流从一个部分流到另一部分。因此，双层电互连可用作在某些传统的多结太阳能电池中使用的隧道结的替代物。在一些实施例中，例如，光电装置是可用作LED显示器或成像传感器的像素化装置。光电装置可具有带有位于不同层的、侧壁电接触的交错的行和列的纳米结构的阵列。在本实施例中，电接触可以是长条。这使得一个或多个纳米结构的组能够用作具有子像素的像素。例如，像素可形成在行接触和列接触的交叉点处。在一些实施例中，一个或多个纳米结构的单个组具有蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素。每个像素可具有任意数量的子像素。具有顶部侧壁电接触的纳米结构阵列光电装置图1A示出了具有顶部侧壁电接触104a的光电装置100的一个实施例。一个实施例中，光电装置100是太阳能电池。一个实施例中，光电装置100是LED。一个实施例中，光电装置100是光电检测器。例如，装置100可以是单结太阳能电池。在其它实施例中，装置100具有多个结。示例的装置100大体上包括纳米结构96的阵列、顶部侧壁电接触104a、基板108、底部电接触102、可选窗105以及电引线112。注意，顶部侧壁电接触104a和底部电接触102可以是从外部可通达的 (accessible)。每个纳米结构96可具有一个或多个光活性区(图1A中未示出)。每个纳米结构96具有顶部、底部和侧壁。一个实施例中，纳米结构96的横向宽度可在约5nm-500nm的范围内。然而，纳米结构96可具有更小或更大的横向宽度。总体宽度范围可存在于单个装置中。因此，各个纳米结构96的宽度可以有相当大的差异。还注意，各个纳米结构96的宽度从上到下可以是变化的。例如，纳米结构96在顶部可以较窄或较宽。还注意，纳米结构96不一定是柱形的形状。如图所示，纳米结构96之间存在空间或间隙。这些空间可用绝缘体填充；然而，也可使空间是空着的，使得在纳米结构96之间可存在空气隙。在一些实施例中，纳米结构96没有联合在一起。也就是说，不要求各个纳米结构96在某个位置被横向接合在一起。例如，在某些传统装置中，纳米结构96在顶部联合在一起，使得形成连续的片。注意，尽管每个纳米结构96在图1A中被描绘成与其它的纳米结构完全分开，但是一些纳米结构96在侧壁上的某些点处可接触相邻的纳米结构。纳米结构96可包括一个或多个区段。为了各种目的(包括但不限于产生光活性结)，给定的区段可以是P型掺杂、η型掺杂、共掺杂或本征的(未有意掺杂)。区段可以被重掺杂，以产生隧道结。不同的区段可由不同的材料形成。例如，不同的区段可由不同的材料形成，使得不同的光活性结发射或检测不同光波长的光。作为另一例子，纳米结构96可由包括II1- V化合物半导体和改变II1- V化合物半导体的带隙的元素(例如铟)的材料形成。为了产生势阱，不同的区段可具有不同量的铟。在2006年12月29日提交的题为“SolarCells having Active Region with Nanostructures having Energy Wells” 的美国专利第7，629，532号中描述了具有带势阱的纳米结构96的太阳能电池的进一步的细节，因此将其全文通过引用并入。顶部侧壁电接触104与纳米结构96的顶部附近的侧壁电性且物理接触。然而,顶部侧壁电接触104a使纳米结构96的顶部部分96a露出，以使光能够从顶部96a进入或离开纳米结构96而不穿过顶部电接触104a。因此，对于具有由光活性区吸收或产生的波长的光，顶部电接触104a可以是基本上不透明的。在一些实施例中，顶部侧壁电接触104a具有大致上平面的结构。然而注意，允许顶部侧壁电接触104a的厚度变化。注意，顶部侧壁电接触104a可形成为基本上围绕每个纳米结构96的侧壁。顶部电接触104a可完全填充在靠近纳米结构96的顶部96a的位置处的纳米结构96之间的空间。顶部电接触104a可由不同于纳米结构96的材料形成。在一些实施例中，顶部侧壁电接触104a由金属形成。示例的金属包括但不限于镍和铝。因此，顶部侧壁电接触104a可具有非常高的电导率。例如，顶部电接触104a可具有高于纳米结构96的电导率，尽管这不是必要的。在一些实施例中，顶部电接触104a与纳米结构96形成欧姆接触。因此，可以形成与纳米结构96的良好电连接。在一些实施例中，顶部电接触104a与纳米结构96形成肖特基接触。可选窗105使光能够进入或离开装置100。窗105保护装置100以及可使顶表面钝化。窗105可由对于有关波长的光高度透明的材料形成。由于窗105不需要流过电流，所以窗105不需要是导电的。因此，针对窗105不需要在光学透明性和导电性之间进行权衡。注意，另一材料(例如绝缘体)可存在于窗105与顶部电接触104a之间。基板108的合适材料的例子包括但不限于S1、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)以及蓝宝石。如果基板108是Si或Ge，作为一个例子，基板108可以是(111)面取向的。如果基板108是SiC或ZnO，作为一个例子，基板108可以是(0001)面取向的。在一个实施例中，基板108被掺有P型掺杂剂。用于Si基板的P型掺杂剂的例子包括但不限于硼(B)。P型掺杂水平可以是P、P+或P++。一个实施例中，基板108被掺有η型掺杂剂。用于Si基板的η型掺杂剂的例子包括但不限于砷(As)和磷(P)。η型掺杂水平可以是η、η+或η++。注意，基板108不要求用于装置的运行。在一些实施例中，纳米结构96已经生长于其上的基板108 (例如通过蚀刻)被除 去，这产生更加柔性的装置。底部电接触102可由合适的金属制成，而不需要是光学透明的。底部电接触102电连接至纳米结构96。一些实施例中，底部电接触102与纳米结构96的侧壁物理接触；然而，侧壁接触不是必要的。因此，底部电接触102可以是(或者可以不是)侧壁电接触。如图1A中所示，底部电接触102附接至基板108的背面(或底部)。如上所述，基板108可被掺杂使得它是导电的。如果需要，基板108的部分可被蚀刻掉且用诸如金属的导电材料填充，以允许底部电接触102与纳米结构96之间更好的导电接触。如上所述，基板108不是绝对的必要项。这种情况下，底部电接触102可接合至纳米结构96。在一个实施例中，底部电接触102位于基板108与纳米结构96之间(但不是侧壁接触)。现在将讨论装置100为太阳能电池的实施例的运行概况。太阳能辐射(例如光子)经由窗105射入且进入纳米结构96的顶部部分96a，然后可在纳米结构96的活性区(图1A中未明确地示出)中被吸收。光子的吸收把电子提升至导带。通过光子的吸收被提升至导带的电子可传导至电接触104a、102。电子经由电引线112传导。典型地，当装置100作为太阳能电池工作时，没有对其施加偏压。现在将讨论装置100为LED的实施例的运行概况。经由引线112施加偏压，以使纳米结构96中的ρη结(图1A中未示出)正向偏置，造成经由纳米结构96的顶部部分96a发射光子且从窗105出来(注意，窗105是可选项)。注意，发射的光子不需要穿过顶部侧壁电接触104a。
现在将讨论装置100为光电检测器或成像装置的实施例的运行概况。可经由引线112施加偏压，以使纳米结构96中的ρη结(图1A中未示出)反向偏置。经由窗105 (如果存在的话)进入的光子在纳米结构96的光活性区中被吸收，这把电子提升至导带。提升至导带的电子可传导至接触104a、102并流经电引线112。可检测传导的电流量，以确定具有光活性结的有关波长的光的强度。一些实施例中，当装置100作为光电检测器或成像装置工作时，没有对其施加偏压。因此，可沿着用于各种光电装置的纳米结构96的长度方向发生电传导。例如，可沿着纳米柱的长度方向发生电传导。注意，装置100可用于除所提供的例子以外的其它装置。注意，不要求纳米结构96的侧壁的一部分在顶部侧壁电接触104a的上方。图1B示出了具有顶部侧壁电接触104a的光电装置110的一个实施例。此实施例中，没有位于顶部侧壁电接触104a上方的纳米结构96的侧壁部分。然而，纳米结构96的顶部部分96a露出，以使光能够从顶部96a进入或离开纳米结构96a而不穿过顶部电接触104a。注意,顶部侧壁电接触104a可完全填充在靠近纳米结构的顶部96a的位置处的纳米结构96之间的空间。图2A图示了示出顶部侧壁电接触104a如何与纳米结构96的侧壁物理接触的一个实施例的侧剖面图。此实施例中，装置100具有ρη结及与之相关的活性区。顶部侧壁电接触104a电性且物理连接至纳米结构96的P型区。然而注意，替代地，顶部电接触104a可与P型掺杂区、η型掺杂区、本征区或共掺杂区接触。在一些实施例中，选择用于顶部侧壁电接触104a的材料，使得它与所接触的纳米结构96的材料的类型(例如半导体和掺杂类型)形成良好的欧姆接触。然而，也可以是诸如肖特基接触的其它接触。底部电接触102电连接至纳米结构96的η型区。底部电接触102可与纳米接触96的侧壁物理接触；然而，那不`是必要的。另一实施例中，η型区和P型区互换，使得顶部侧壁电接触104a与η型区电性且物理连接。一些实施例中，在P型区与η型区之间存在本征区。一些实施例中，每个纳米结构96具有与ρη结关联的光活性区。示出了一个示例的光活性区的范围；然而，将会了解的是，光活性区的范围不一定具有固定的边界。还注意，在一些实施例中，光活性区的一部分可延伸到顶部侧壁电接触104a的上方。图2B示出了这样的实施例。一些实施例中，顶部电接触104a的顶表面对于有关波长的光是至少部分反射的，使得不是被一个纳米结构96直接接收的入射光自顶部电接触104a被反射回来且进入在顶部电接触104a的上方的纳米结构96的侧壁中。因此，此反射光可被顶部电接触104a上方的光活性区吸收。注意，纳米结构的顶部96a在最顶端不一定具有平坦的表面。例如,纳米结构96的一个或多个可具有尖或圆形的顶部。图2C是顶部96a不平坦的光电装置100的一个实施例的侧剖面立体图。此例中，顶部96a是有点尖的。顶部96a可具有其它的形状。顶部96a在顶部电接触104a上方延伸，使得光可经由顶部96a进入或离开纳米结构96而不穿过顶部电接触104a。在图2C的实施例中，装置250具有ρη结。替代地，装置可具有p_i_n结。此例中，顶部侧壁电接触104a电性且物理连接至纳米结构96的P型区。然而注意，顶部电接触可替代性地与P型掺杂区、η型掺杂区、本征区或共掺杂区接触。一些实施例中，选择用于顶部接触104a的材料，使得它与所接触的纳米结构96的材料的类型(例如半导体和掺杂类型)形成良好的欧姆接触。然而，也可以是诸如肖特基接触的其它接触。注意，图2A、2B和2C的装置中，通过附接电引线112至各接触，顶部侧壁电接触104a和底部电接触102可以是从外部可通达的。具有中间侧壁电接触的纳米结构阵列光电装置注意，光电装置可具有一个或多个中间侧壁电接触。中间侧壁电接触是指既非顶部电接触也不是底部电接触且与纳米结构96的侧壁物理接触的电接触。因此,这些实施例中，装置具有多于两个的电接触。例如，装置可具有三个、四个或更多个电接触。图3A示出了具有三个侧壁电接触104a、104b、104c的光电装置300的一个实施例。具体地，此实施例中，装置300具有顶部侧壁电接触104a、中间侧壁电接触104c和底部侧壁电接触104b。注意，各接触可具有与之附接的电引线112，从而可提供或接收电压或电流。注意，底部 电接触不要求位于侧壁上。例如，它可位于基板108的下面或者附接至纳米结构96的底部。而且，顶部电接触不要求位于侧壁上。例如，它可附接至纳米结构96的顶部。没有图示出装置300的其它元件(例如引线，绝缘和前窗)，以免使图模糊不清。图3B示出了具有中间侧壁电接触104c的光电装置300的一个实施例的侧立体横剖面图。该装置类似于图3A中示出的装置，且也具有顶部侧壁电接触104a和底部侧壁电接触104b。电引线112没有明确地示出，但是可附接至各电接触。图3B示出了每个纳米结构96都具有从上到下的η型区302、ρ型区304和η型区306的例子。因此，装置具有与两个Pn结关联的第一和第二光活性区(粗略地示出)。注意，可存在位于η型区和P型区的本征区。各光活性区可具有不同的带隙能。因此，各光活性区可发射或检测不同波长范围的光。或者，装置可具有P型区、η型区和P型区。因此，一般来说，纳米结构96均具有上部和下部区(具有一种导电类型)和具有相反的导电类型的中间区。此例中，顶部侧壁电接触104a与纳米结构96的上部η型半导体区形成电性和物理接触，中间侧壁电接触104c与纳米结构96的P型半导体区形成电性和物理接触，以及底部侧壁电接触104b与纳米结构96的下部η型半导体区形成电性和物理接触。在一些实施例中，侧壁接触104a_104c均与它们的区域形成欧姆接触。于是，接触η型半导体区的侧壁接触104可由用于与η型半导体形成欧姆接触的合适材料制成。接触P型半导体区的侧壁接触104可由用于与P型半导体形成欧姆接触的合适材料制成。本文中，术语“η型”接触将指代与η型半导体形成欧姆接触的材料。本文中，术语“P型”接触将指代与P型半导体形成欧姆接触的材料。图3C示出了具有三个侧壁电接触和露出的边缘的光电装置300的一个实施例。装置300类似于图3Α和3Β中示出的装置。两个绝缘层325被示出位于接触之间。图3C仅仅示出了装置300的接近一个边缘的小部分。装置300具有附接至各电接触104的接触垫1032和附接至各电接触104的电引线112。控制逻辑电路725连接至引线112。控制逻辑电路725可用于独立地控制纳米结构96中的不同光活性区。下面讨论进一步的细节。可采用诸如光刻和蚀刻的很多种技术来使边缘露出。双层纳米结构侧壁电互连
在一些实施例中，光电装置具有双层侧壁电互连。双层侧壁电互连可包括η型接触和P型接触。因此,双层侧壁电互连可与纳米结构96的η型半导体区和P型半导体区均形成接触。图4Α示出了具有双层侧壁电互连104d的光电装置400的一个实施例。光电装置400也具有顶部侧壁电接触104a和底部侧壁电接触104b。然而，顶部和底部电接触不要求位于纳米结构96的侧壁上。双层侧壁电互连104d包括顶层404a和底层404b。如上所述，一层是η型接触，而另一层是P型接触。取决于纳米结构96的掺杂，任何一层可以是η型接触。在一些实施例中，图4Α的光电装置是多结太阳能电池。装置100可具有电连接至顶部侧壁电接触104a的第一引线112和电连接至底部侧壁电接触104b的第二引线112。然而，如下面将要说明的，装置100不一定具有连接至双层侧壁电互连104d的电引线112。图4B示出了具有双层侧壁电互连104d的光电装置400的侧剖面立体图。该装置类似于图4A的装置。注意，此例中，纳米结构96具有P型区452、n型区454、p型区456和η型区458。此例中，双层侧壁电互连104d的顶层404a接触η型区454，以及双层侧壁电互连104d的底层404b接触P型区456。一个实施例中，层404a与η型区形成欧姆接触。例如，层404a可以是铝，以及纳米结构96可以是氮化物半导体。一个实施例中，层404b与p型区形成欧姆接触。例如，层404b可以是镍，以及纳米结构96可以是氮化物半导体。顶部侧壁电接触104a接触顶部P型区452，以及底部侧壁电接触104b接触下部η型区458。注意，P型区和η型区可以互换。还注意，顶层404a与底层104b之间的结不需要精确对准区454和456的ρη结。这样做的原因是，在一些实施例中，双 层侧壁电互连104d的给定层仅与正确的导电类型的半导体形成欧姆接触。例如，除η型区454以外，顶层404a还可与P型区456的部分物理接触。这种情况下，顶层404a仍然会与η型区454呈欧姆接触，以及底层404b仍然会与p型区456呈欧姆接触。然而，即使存在某种程度的物理接触，顶层404a也不应当与p型区456呈欧姆接触。类似地，除P型区456以外，底层404b还可与η型区454的部分物理接触。这种情况下，底层404b仍然会与P型区454呈欧姆接触，以及顶层404a仍然会与η型区454呈欧姆接触。然而，即使存在某种程度的物理接触，底层404b也不应当与η型区454呈欧姆接触。如上所述，图4Α和4Β的光电装置可以是多结太阳能电池。P型区452与η型区454之间的ρη结可作为第一 ρη结工作,而ρ型区456与η型区458之间的ρη结可作为第二 ρη结工作。注意，p-1-n结也是可能的。双层侧壁电接触104d可使电荷能够经由双层电互连在η型区454与ρ型区456之间流动。各ρη结可具有不同的带隙能。因此，与各ρη结关联的活性区可发射或检测不同波长范围的光。图4C示出了图4Β的装置400的一种可能的运行的示例电路示意。光电装置400可被看作是通过双层侧壁电接触104d连接的两个二极管462a、462b。通过光子的吸收产生的电流可从上二极管462a流至双层互连104d的上部404a，然后至双层互连104d的下部404b。然后，电流流经下二极管462b并进入下引线112中。上引线112a终结电路。注意，某些多结太阳能电池具有在二极管之间的隧道结。然而，隧道结有时难以形成。双层104d侧壁电互连于是可用作隧道结的替代物。
制备具有一个或多个侧壁电接触的纳米结构阵列光电装置图5A是示出制备具有一个或多个侧壁电接触的光电装置的工艺500的一个实施例的流程图。工艺500可用于制造诸如图1A、1B、2A、2B、2C、3A、3B、4A和4B中所示出装置的装置。然而，工艺500不限于制造那些装置。没有示出全部的工艺步骤，以便简化说明。图6A-6B示出了在工艺500的一个实施例中的各个步骤之后的结果。图6A-6B示出了立体侧视图，其示出了几个纳米结构96的切除部分。步骤502中，形成了纳米结构96。一个实施例中，在基板108上竖直生长纳米结构96的阵列。可通过自组装或通过采用外延生长技术的图案化生长来生长纳米结构96，外延生长技术例如是金属有机化学气相沉积、分子束外延和氢化物气相外延。图案化生长中，基板表面的未被诸如Si02、SiNx或金属的掩模材料覆盖的部分露出，以用作纳米结构96的成核位置。也可采用诸如金(Au)和镍(Ni)的纳米粒子(其可用作纳米结构96的成核位置)来生长纳米结构96。一些实施例中，通过构图和蚀刻来形成纳米结构96。例如，沉积用于纳米结构96的材料的一个或多个平面层。各层可适当地原位掺杂或通过注入掺杂。在沉积和掺杂所有层之后，为了形成纳米结构96，可采用光刻来构图和蚀刻。一些实施例中，纳米结构96掺有一种或多种杂质，以产生一个或多个P型半导体区和一个或多个η型半导体区。还可形成本征区。注意，可在形成纳米结构96之前对基板108进行掺杂。图6Α示出了步骤502之后的结果。具体地，纳米结构96的阵列之中的几个纳米结构被示出位于基板108之上。步骤504中，形成底部电接触(102，104b)。一个实施例中，底部电接触围绕纳米结构96的侧壁。这样的实施例中，可通过在基板108之上沉积材料(在已形成纳米结构96之后)且回蚀刻该材料来形成底部电接触104b。该材料可以是金属。在采用导电材料(例如金属)作为掩模材料的图案化生长`中，掩模层可用作底部侧壁电接触104b。然而，不要求底部电接触是侧壁电接触。图6B示出了对于底部电接触是侧壁电接触104b的实施例而言在步骤504之后的结果。对于一些实施例，底部电接触可随后添加到基板108的下面。步骤505中，形成一个或多个中间侧壁电接触104c。步骤506中，形成了顶部侧壁电接触104a。下面讨论步骤505和506的进一步的细节。注意，对于一些装置，步骤505和506都被执行。对于其它的装置，仅执行步骤505和506中的一个。图5B是示出制造用于具有一个或多个侧壁电接触的光学装置的侧壁电接触的工艺520的一个实施例的流程图。工艺520是图5A的步骤506的一个实施例。工艺520也可用于图5A的步骤505。图6C-6H示出了在图5B的工艺的一个实施例中的各个步骤之后的结果。图6C-6H示出了图示几个纳米结构96的切除部分的立体侧视图且从图6A-6B中示出的工序往下继续。然而注意，不要求底部电接触是图6B-6H中示出的侧壁电接触。步骤507中，围绕在基板108上方(以及底部侧壁电接触104b (如果被形成的话)上方)的纳米结构96的侧壁形成绝缘体。一个实施例中，施加旋涂玻璃(S0G)。一个实施例中，溅射二氧化硅。另一实施例中，添加光致抗蚀剂。注意，可使用多于一种类型的材料。例如，可沉积不同材料的层，或者单个层可包括多种材料。沉积之后回蚀刻绝缘体，以露出纳米结构96的顶部96a。注意,绝缘体可用于诸如使纳米结构96钝化、或修改纳米结构96的电学或光学性能的目的。图6C示出了图示出围绕纳米结构侧壁的绝缘体602的步骤507后的结果。步骤508中，金属被沉积在绝缘体602之上，使得它围绕纳米结构侧壁。在此阶段，金属的部分可能覆盖纳米结构的顶部。图6D示出了步骤508后的结果，其中金属604形成围绕纳米结构96的顶部且在其之上的保形层。步骤510中，光致抗蚀剂层(SOG)或其它平坦化材料形成在金属604之上且被整平。图6E示出了图示出在金属604之上的平坦化材料606的步骤510后的结果。步骤512中，回蚀刻平坦化材料606，以露出被金属604覆盖的纳米结构96的顶部。图6F示出了步骤512后的结果，其图示出平坦化材料606已被回蚀刻，以露出在纳米结构96的顶部之上的金属604的部分。然而，一些平坦化材料606保留在纳米结构96之间的区域中。步骤514中，为了露出纳米结构96的顶部，利用在原位剩余的保护性平坦化材料606来回蚀刻金属604。步骤516中，除去平坦化材料606。图6G示出了步骤516后的结果。图6G示出纳米结构96的顶部被露出。步骤518中，把金属604回蚀刻至使纳米结构96的顶部露出的位置。图6H示出了图示出顶部侧壁电接触104a的步骤518后的结果。注意，可执行类似于步骤507-518的步骤，以在其它的位置处形成金属接触。例如，类似于步骤507-518的步骤可用于形成中间侧壁电接触。于是，工艺520也可用于图5A的步骤505。注意，可形成多于一个的中间侧壁电接触104c。图5C是制造用于具有一个或 多个侧壁电接触的光电装置100的侧壁电接触的工艺550的一个实施例的流程图。工艺550是图5A的步骤506的一个实施例。不是所有的工艺步骤被示出，以便简化说明。此实施例中，没有围绕纳米结构96形成绝缘层。然而，如果需要，可形成绝缘层。步骤552中，金属被掠角沉积，使得它在顶部处围绕纳米结构侧壁。金属应联合在一起，使得在纳米结构阵列的顶部形成金属的连续区。注意，为了用金属在顶部涂覆纳米结构的所有侧壁，可在掠角沉积期间旋转该装置。为了控制金属的深度(例如，金属沿着纳米结构的侧壁向下延伸了多远)，可选择沉积角。为了蚀刻金属，可执行步骤510-518。步骤510-518可类似于图5B的步骤510-518，且不会详细地讨论。图ro是示出制造具有至少一个双层电互连的光电装置的工艺580的一个实施例的流程图。工艺580可用于制造诸如图4A和4B中所示出装置的装置。然而，工艺580不限于制造那些装置。不是所有的工艺步骤都被图示出，以便简化说明。步骤582中，形成纳米结构96。步骤582类似于图5A的步骤502。纳米结构可具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区，以形成第一 ρη结。纳米结构可具有第一导电类型的第三区和第二导电类型的第四区，以形成第二 ρη结。步骤584中，形成底部电接触(102，104b)。已经结合图5A讨论了形成底部接触。步骤586中，形成一个或多个双层侧壁电互连104d。双层侧壁电互连104d可具有与第二区电性且物理接触的第一材料和与第三区电性且物理接触的第二材料。第一材料和第二材料可彼此电接触，以使电荷能够经由双层电互连在第二区与第三区之间流动。形成双层互连104d的下部分404b可类似于已经讨论过的形成中间侧壁接触。形成下部分404b之后，金属可被沉积用于上部分404a以及被回蚀刻。在一些实施例中，形成上部分404a类似于用于形成中间侧壁接触的工艺。步骤588中，形成顶部侧壁电接触104a，这已经讨论过了。注意，顶部接触不要求是侧壁接触。独立控制不同的光活性结一些实施例中，独立地控制光电装置的不同的光活性结。一些实施例中，装置300(例如图3A和3B中示出的实施例)具有被独立控制的结。图7A、7B和7C示出了图3A和3B的装置的具有独立地控制不同的光活性结的控制逻辑电路(control logic) 725的部分的侧剖面立体图。装置300具有由η型半导体区302和ρ型半导体区304形成的第一光活性结703。装置300具有由ρ型半导体区304和η型半导体区306形成的第二光活性结705。注意，仅示出了一个纳米结构96。然而，典型地存在纳米结构96的阵列。一些实施例中，装置是LED。各光活性结可以是能够输出不同波长范围的光。例如，第一光活性结703可输出蓝光，以及第二光活性结705可输出绿光。一些实施例中，存在三个或更多个光活性结。因此，装置可输出三个或更多种不同的颜色。图7A示出了激活第一光活性结703和去激活(de-activating)第二光活性结705的控制逻辑电路725。图7B示出了激活第二光活性结705和去激活第一光活性结703的控制逻辑电路725。图7C示出了独立地控制(例如激活/去激活)光活性结703、705的逻辑电路725。因此，当第一光活性结703工作时装置300可输出蓝光，以及当第二光活性结705工作时装置300可输出红光。可利用硬件、软件或硬件和软件的某种组合来实现控制逻辑电路725。使用的软件可存储在包括硬盘驱动器、CD-ROM、DVD、光盘、软盘、磁带驱动器、RAM、ROM、闪存或其它合适的存储设备的一个或多个处理器`可读存储设备上。软件可用于为一个或多个处理器编程，以执行其中描述的控制逻辑电路725的功能。在替代的实施例中，可通过包括定制的集成电路、门阵列、FPGA、PLD和专用计算机的专用硬件来实现控制逻辑电路725的一些或全部。图8A是独立地控制光电装置的不同的光活性结的过程800的一个实施例的流程图。可通过控制逻辑电路725执行过程800。步骤802中，控制逻辑电路725控制第一光活性结703，以生成或检测具有第一波长范围的光。注意，各纳米结构96可具有它自己的光活性结。因此，过程800将涉及控制不同纳米结构96的光活性“结”。例如，控制逻辑电路725使不同纳米结构96的第一光活性结703输出蓝光。或者，控制逻辑电路725使不同纳米结构的第一光活性结703检测蓝光。步骤804中，控制逻辑电路725独立地控制第二光活性结705，以生成或检测具有第二波长范围的光。例如，控制逻辑电路725使不同纳米结构96的第二光活性结703输出红光(或其它某种光)。或者，控制逻辑电路725使不同纳米结构的第二光活性结705检测红光。图SB是独立地控制光电装置的不同光活性结的过程815的一个实施例的流程图。当讨论过程815时将参考图7A-7B。过程815提供了过程800的一个实施例的更多细节。步骤820中，为了去激活第二光活性结705，控制逻辑电路725把电压施加到第二和第三电接触(例如接触104c，104b)。例如，把相同幅值的电压施加到各接触104b、104c。这样的策略可去激活LED的光活性结。对于LED操作，结也可能被反向偏置以去激活。注意，通过断开其中存在有二极管结的电路，可使光电检测器的结去激活。因此，激活/去激活光电检测器结的一种方法是反向偏置以便激活和断开电路以便去激活。步骤822中，控制逻辑电路725把电压施加到第一和第二电接触，以激活第一光活性结703。例如，如果图7A的装置用作LED，为了使第一光活性结703正向偏置，控制逻辑电路725把正电压施加到顶部侧壁电接触104c，同时使中间侧壁电接触104a接地。如果图7A的装置用作光电检测器(或成像装置)，为了使第一光活性结703反向偏置，电压的极性可相反。注意，光的检测可以不要求对二极管结加偏压。然而，先前提及的电路应当闭合，使得可检测到由光活性结生成的电流。如果η型区302和ρ型区304互换，为了激活第一结703，各种情况下施加至接触104a、104c的电压的极性可相反。如果η型区302和ρ型区304互换，为了激活第一结703，各种情况下施加至接触104a、104c的电压的极性可相反。步骤822可与步骤820同时进行。作为一个例子，控制逻辑电路725把与施加至中间侧壁电接触104c的电压相同的电压施加到底部侧壁电接触104b。因此，在第二光活性结705两端不存在净电压。然而，为了使它去激活，不同的电压可能施加至底部电接触104b。例如，对于LED，结可能被反向偏置以使它去激活。或者，对于LED，可能用不足以产生大量光(如果有的话)的小电压对结加偏压。合在一起，步骤820和822是过程800的步骤802的一个实施例。步骤824中，为了使第一光活性结703去激活，控制逻辑电路725把电压施加到第一电接触(例如接触104a)和第二电接触(例如接触104b)。例如，相同幅值的电压被施加到各接触104a、104b。这样的策略可去激活LED的光活性结。对于LED操作，结也可能被反向偏置以去激活。注意，通过断开其中存在有二极管结的电路，可使光电检测器的结去激活。因此，激活/去激活光电检测器结的一种方法是反向偏置以便激活和断开电路以便去激活。步骤826中，控制逻辑电路725把电压施加到第二和第三电接触，以激活第二光活性结705。例如，如果图7B的装置用作 LED，为了使第二光活性结705正向偏置，控制逻辑电路725把正电压施加到中间侧壁电接触104c，同时使底部侧壁电接触104b接地。如果图7B的装置用作光电检测器，为了使第二光活性结705反向偏置，电压的极性可相反。如已提及的，光的检测可以不要求对二极管结加偏压，但是电路应当是闭合的。如果η型区306和ρ型区304互换，则为了激活第二结705，各种情况下施加至接触104b、104c的电压的极性可相反。如果η型区306和ρ型区304互换，则为了激活第二结705，各种情况下施加至接触104b、104c的电压的极性可相反。步骤826可与步骤824同时进行。作为一个例子，控制逻辑电路725把与施加至中间侧壁电接触104c的电压相同的电压施加到顶部侧壁电接触104a。因此，在第一光活性结703两端不存在净电压。然而，为了使第一光活性结703去激活，不同的电压可能施加至顶部电接触104a。合在一起，步骤824和826是过程800的步骤804的一个实施例。一个实施例中，独立地控制光活性结包括把结703、705激活不同的时间比例。各结703、705可以是或者可以不是同时工作。图SC是独立地控制光电装置的不同的光活性结的过程840的一个实施例的流程图。当讨论过程840时将参考图7C。过程840提供了过程800的一个实施例的更多细节。步骤842中，控制逻辑电路725把相同的电压施加到中间电接触104b。作为例子，假设其它接触被接地，施加足以使结正向偏置的电压。
步骤844中，为了使第一光活性结703激活某个时间比例，控制逻辑电路725控制施加到顶部电接触104a的电压。例如，(假设装置用作LED)为了使第一光活性结703正向偏置，控制逻辑电路725使顶部电接触104a接地。通过施加Vbias至顶部电接触104a，控制逻辑电路725可使第一光活性结703去激活，使得两端不存在电压。于是，通过控制加到顶部电接触104a的电压，可控制第一光活性结703工作的时间比例。注意，如果装置用作光电检测器或者如果P型区和η型区互换，则可采用其它合适的电压。合在一起，步骤842 和844是过程800的步骤802的一个实施例。
步骤846中，为了使第二光活性结705激活某个时间比例，控制逻辑电路725控制施加到底部电接触104b的电压。例如，(假设装置用作LED)为了使第二光活性结705正向偏置，控制逻辑电路725使底部电接触104b接地。通过施加Vbias至底部电接触104b，控制逻辑电路725可使第二光活性结705去激活，从而两端不存在电压。合在一起，步骤842 和846是过程800的步骤802的一个实施例。
注意，通过选择各结工作的时间量，控制逻辑电路725能够控制各结703、705。例如，控制逻辑电路725可能使第一光活性结703激活了 50%的时间，以及使第二光活性结 705激活了 100%的时间。如果装置用作LED，这可导致由第二光活性结705产生的光的更明亮的光线强度(相比于由第一光活性结703产生的光而言)。
独立地控制结703、705的另一可选方式是使结703、705两端的电压的幅值不同。 例如，可把大电压施加到第一光活性结703，以使第一结703强正向偏置。另一方面，可把较小的电压施加到第二光活性结705，以使第二结705弱正向偏置。控制逻辑电路725可通过选择分别施加到顶部104a和底部104b接触的电压的幅值来实现这个。
图9示出了制造光电装置的工艺900的一个实施例。工艺900可用于形成诸如图 3A、3B、7A、7B和7C中所示出装置的装置。步骤902中，形成纳米结构。步骤902可类似于工艺500的步骤502，且不会详细地讨论。步骤904中，形成底部电接触104b。步骤904可类似于工艺500的步骤504，且不会详细地讨论。一个实施例中，底部电接触不是侧壁电接触。例如，底部电接触可能位于基板的下面或在基板与纳米结构96之间。
步骤906中，形成中间侧壁电接触104b。步骤906可包括在底部电接触104b之上沉积绝缘体，回蚀刻绝缘体至期望的水平，在绝缘体之上沉积金属，以及回蚀刻金属。
步骤908中，形成顶部电接触。一个实施例中，顶部电接触是顶部侧壁电接触 104a。与图5B或5C中的工艺类似的工艺可能用于形成顶部侧壁电接触104a。一个实施例中，顶部电接触不是侧壁接触。
步骤910中，电接触的边缘被露出。可采用包括蚀刻和光刻的很多种技术来使边缘露出。步骤912中，引线被附接到电接触。图3C示出了附接有引线112的、具有露出的边缘的装置300的例子。
步骤914中，提供控制逻辑电路725。步骤725可包括形成开关以把接触104连接到不同的电压源，以及提供硬件或软件以控制开关。可通过晶体`管、逻辑门等来实现开关。控制逻辑电路725可以是可操作的，以执行诸如结合图7A-7C和8A-8C所讨论功能的功能。控制逻辑电路725可包括硬件和/或软件的任意组合。
像素化装置
一个实施例包括像素化纳米结构光电装置。一个或多个纳米结构96的不同组可作为各个像素被分别地控制。每个像素可具有多个光活性结，各结能够产生或检测不同波长范围的光。例如，一个结能够产生蓝光，另一结能够产生红光以及又一结能够产生绿光。 每个纳米结构96中的不同光活性结可被独立地控制。
图1OA示出了像素化纳米结构光电装置1000的一个实施例。装置1000的仅一小部分被示出。装置1000包括沿y方向延伸的第一层P接触1012、沿X方向延伸的第一层 η接触1014、沿J方向延伸的第二层P接触1016以及沿χ方向延伸的第二层η接触1018。 例如，各接触可以是金属的长条。图1OA中示出了在接触的各层之间的绝缘物1025。
注意，P接触1012可以是顶部侧壁电接触的一个实施例。注意,纳米结构96的顶部96a被露出，以使光能够自顶部96a进入或离开纳米结构而不穿过p接触1012。这种情况下，纳米结构96之间的空间没有被顶部侧壁电接触完全填充。在给定层的接触之间的区域可用绝缘物填充；然而，图1OA中未示出此绝缘物，以免使图模糊不清。因此，一些实施例中，顶部侧壁接触和绝缘物的组合完全填充了在靠近纳米结构96的顶部的位置处的纳米结构之间的空间。一些实施例中，顶部接触不是侧壁接触。
每个接触可具有在末端的接触垫1032，电引线112附接到接触垫1032。因此，控制逻辑电路725可把单独的电压施加(或提供电流)至每个接触。一些情况下，接触可与电压源电气隔离，使得接触被浮置。仅一些在控制逻辑电路725与电引线112之间的电连接被明确地示出，以免使图模糊不清。
子像素对应于特定P接触与η接触的交叉点。例如，蓝色子像素可对应于在第一层P接触1012中的一个P接触1012与在第一层η接触1014中的一个η接触1014的交叉点。作为另一例子，绿色子像素可对应于在第一层η接触1014中的一个η接触1014与在第二层P接触1016中的一个P接触1016的交叉点。作为又一例子，红色子像素可对应于在第二层P接触1016中的一个P接触1016与在第二层η接触1018中的一个η接触1018 的交叉点。注意，P接触可与η接触互换。
图1OB示出了图1OA的装置1000的一部分的侧横剖面透视图。图1OB示出了单个纳米结构96和两个P接触1012、1016以及与纳米结构侧壁物理且电性连接的两个η接触1014、1018。注意，给定的接触可围绕纳米结构96。图1OB还示出为了使光学结适当地偏置从而分别激活各光学结的目的对开关或其它逻辑电路进行控制的控制逻辑电路725。
P型区1002与η型区1004的ρη结可具有第一带隙能。P型区1006与η型区1004 的ρη结可具有第二带隙能。P型区1006与η型区1008的ρη结可具有第三带隙能。可使用适当选择的材料，使得可由一个或多个纳米结构96的组形成蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素。
再次回到图10Α，在给定P接触1012和给定η接触1014的接合处，示出了单个纳米结构(注意，单个纳米结构还是一个P接触1016和一个η接触1018的接合点)。然而,在接触接合处可以有一个或多个纳米结构的组。本文中，将使用术语“纳米结构组”来指代被 P接触和η接触的同一组合控制的一个或多个纳米结构的组。例如，参考图10Α，所示纳米结构96的每一个都被其自身的P接触和η接触的组合所控制。对于一些实施 例，像素可限定为包括蓝色子像素、红色子像素和绿色子像素。因此，纳米结构组可起到像素的作用。
图1OC示出了用于诸如图1OA和IOB中所示的示例装置的像素化装置1000的偏置方案的一个实施例。该图示出了在y方向在延伸的三个P接触和在X方向上延伸的三个η接触。例如，各接触可以是来自图1OA的P接触1012和η接触1014。作为另一例子，各接触可以是来自图1OA的P接触1016和η接触1018。作为又一例子，各接触可以是来自图1OA的η接触1014和ρ接触1016。于是，各接触可位于图1OA的装置1000的相邻接触层上。将会理解，P接触和η接触不是物理接触的。每个二极管代表一个子像素1050。每个二极管对应于纳米结构组的P型区和η型区。注意，二极管可以是p-1-n 二极管。
对于LED操作，示例偏置电压如所示被施加到接触。一个子像素(位于中央的)被选择，以及其它子像素未被选择。被选择是指通过所加电压激活光活性区。例如，对于LED， 可对子像素加偏压以发光。
具体地，所选子像素1050具有施加到其ρ接触的电压Vhigh和施加到其η接触的电压Vlow。作为一个例子,Vhigh-Vlow足以使二极管正向偏置来进行LED操作。作为一个例子，Vlow可为O伏，以及Vhigh可为高于二极管的导通电压的电压。然而，不要求Vlow为 O伏。反而，Vlow可能大于或小于O伏。因此，Vhigh不一定是高于二极管的导通电压的电压。
一些未选的子像素将具有在它们的二极管两端的Vhigh-Vhigh。其它的子像素具有在它们的二极管两端的Vlow-Vlow。因此，在那些二极管结的两端没有显现净电压，使得子像素是关断的。一些未选的子像素将具有在它们的二极管两端的Vlow-Vhigh。电压 Vlow-Vhigh应当是不使子像素被激活的电压。例如，Vlow-Vhigh可能使二极管反向偏置, 使得子像素是关断的。
注意，可通过施加合适的选择电压至合适的ρ接触和η接触来同时选择给定层中的多于一个的子像素。例如，可同时选择任意数量的蓝色子像素。作为另一例子，可同时选择任意数量的红色子像素。一些实施例中，当蓝色子像素正被控制时，红色和绿色子像素是休眠的。例如，当采用诸如图1OC中所示的偏置方案选择或未选蓝色子像素时，所有的红色和绿色子像素是暂时关断的。注意，图1OC仅示出了两个不同层级的接触。然而，在一些实施例中，存在四个层级的接触(例如，见图10Α)。一些实施例中，为了保持其它子像素是关断的，当Vhigh和Vlow施加到图1OC中的接触时其它的接触被浮置。然而，可采用其它的技术来保持其它子像素是关断的。
上面图1OC的偏置方案仅仅是一个例子。可米用其它的偏置方案。对于二极管面对相反方向的情况，可对偏置方案做修改。
图1OD示出了用于诸如图1OA和IOB中所示的示例装置的像素化装置1000的针对光电检测器操作的一个示例偏置方案。该图示出了在y方向延伸的三个P接触和在X方向上延伸的三个η接触。例如，各接触可以是来自图1OA的ρ接触1012和η接触1014。作为另一例子，各接触可以是来自图1OA的ρ接触1016和η接触1018。作为又一例子，各接触可以是来自图1OA的η接触1014和ρ接触1016。于是，各接触可位于图1OA的装置1000 的相邻接触层上。将会理解，P接触和η接触不是物理接触的。每个二极管代表一个`子像素1050。每个二极管对应于纳米结构组的ρ型区和η型区。注意，二极管可以是p-1-n 二极管。
对于光电检测器操作，示例偏置电压如所示被施加到接触。一个子像素(位于中央的)被选择，以及其它子像素未被选择。被选择是指通过所加电压激活光活性区。对于光电检测器，可使子像素反向偏置以检测光。然而注意，结也可能是未加偏压的。通过电路检测由所选子像素产生的电流的大小。例如，电流表(A)检测电流。让电路断开是取消选择子像素的一种方式。注意，由于某些子像素不被选择，因此不需要把电压加到一些η接触和ρ 接触。
具体地，所选子像素1075具有施加到其η接触的电压Vhigh和施加到其ρ接触的电压Vlow。如已经提到的，或许不必要施加电压，只要电路是闭合的。然而，使结反向偏置可改进操作。一些未选的子像素将具有加到一个接触的电压。然而，其它接触可被浮置(例如，在其它接触处电路可被断开)。因此，结不会工作。
注意，与所选子像素1075如何被选择相类似，可能通过使二极管结反向偏置来选择另外的子像素用于光电检测器操作。例如，可把合适的Vhigh和Vlow电压施加到其它的 η接触和P接触。
一些实施例中，三种颜色子像素的至少两种同时被选择(例如“导通”或“工作”)。 例如，同一纳米结构组中的红色和蓝色子像素可被同时选择。作为另一例子，在一个纳米结构组中选择红色子像素，同时在另一纳米结构组中选择蓝色子像素。
一些实施例中，在一个时间点可选择任意颜色的子像素。例如，同一纳米结构组中的所有子像素可被同时选择。作为另一例子，一些纳米结构组的蓝色子像素被选择，同时其它纳米结构组的红色子像素被选择，且同时其它纳米结构组的绿色子像素被选择。许多种其它组合是可能的。
图11示出了操作光电装置的过程1100的实施例的流程图。过程1100可用于操作诸如图1OA或IOB中所示装置的装置1000 ;然而，过程不限于那些装置。例如，该过程可能用于操作三色LED显示器。过程1100还可能用于操作光电检测器、成像装置或光谱仪。 光电装置可包括纳米结构阵列，该阵列中的一个或多个纳米结构的组(“纳米结构组”)形成具有至少两个子像素的像素。
步骤1102中，控制第一子像素(例如蓝色子像素)，以产生或检测第一波长范围的光。例如，控制逻辑电路725把合适的Vhigh和Vlow电压施加到与蓝色子像素关联的ρ接触1012和η接触1014。上文中描述了 LED和光电检测器操作的例子。下面描述其它例子。 一个实施例中，当蓝色子像素正被控制时其它子像素是关断的。保持其它子像素关断的一种技术是让其它接触浮置。例如，当Vhigh和Vlow施加至IJ ρ接触1012和η接触1014时，ρ 接触1016和η接触1018可以是浮置的。然而，在控制蓝色子像素时可采用其它技术来保持红色和绿色子像素关断。
步骤1104中，控制第二子像素(例如绿色子像素)，以产生或检测第二波长范围的光。例如，控制逻辑电路725把适当的Vhigh和Vlow电压施加到与绿色子像素关联的η接触1014和ρ接触1016。一个实施例中，当绿色子像素正被控制时其它子像素是关断的。例如，当Vhigh和Vlow施加到ρ接触1014和ρ接触1016时，ρ接触1012和η接触1018可以是浮置的。然而，在控制绿色子像素时可采用其它技术来保持红色和蓝色子像素关断。
步骤1106中，控制第三子像素(例如红色子像素)，以产生或检测第三波长范围的光。例如，控制逻辑电路725把适当的Vhigh和Vlow电压施加到与红色子像素 关联的ρ接触1016和η接触1018。一个实施例中，当红色子像素正被控制时其它子像素是关断的。例如，当Vhigh和Vlow施加到ρ接触1016和η接触1018时，ρ接触1012和η接触1014可以是浮置的。然而，在控制红色子像素时可采用其它技术来保持绿色和蓝色子像素关断。
注意，第一、第二和第三波长范围是不同的范围。然而，可以有或可以没有各范围的重叠。例如，一个子像素可配置成吸收/发射从A nm至B nm的光子，另一子像素可配置成吸收/发射从B nm至C nm的光子，另一子像素可配置成吸收/发射从C nm至D nm的光子。作为另一例子，一个子像素可配置成吸收/发射从A nm至B nm的光子，另一个可配置成吸收/发射从B+x nm至C nm的光子，另一个可配置成吸收/发射从C+y nm至D nm 的光子(其中X和y是正值)。作为又一例子，一个子像素可配置成吸收/发射从A nm至B nm的光子,另一个可配置成吸收/发射从B-x nm至C nm的光子,另一个可配置成吸收/发射从C-y nm至D nm的光子。可以是其它的变化；前面提到的意欲作为例子。
还注意，步骤1102、1104和1106中的两个或更多个可同时进行。一些实施例中，可同时控制不同颜色的子像素。因此，例如，在选择蓝色子像素的同时可能选择红色子像素。 下面讨论同时选择不同颜色的子像素的进一步的细节。
采用图11的过程1100，可产生实质上任意颜色的光。例如，可能通过激活所选的蓝色子像素一段时间(同时绿色和红色子像素是关断的)、激活所选的绿色子像素一段时间 (同时绿色和蓝色子像素是关断的)、以及激活所选的红色子像素一段时间(同时绿色和蓝色子像素是关断的)来产生白光。然而，一些实施例中，同时选择了两种或更多种颜色的子像素。例如，可能通过同时选择蓝色子像素、绿色子像素和红色子像素来产生白光。注意， 蓝色、绿色和红色子像素可在同一纳米结构组中。下面讨论这种技术的进一步的细节。
产生不同颜色的另一可选方式是选择来自相邻的纳米结构组的不同颜色的子像素。如上所述，由于一些实施例的纳米结构组具有三种颜色的子像素，因此纳米结构组可认为是像素。然而，形成“像素”的另一可选方式是使用三个相邻的纳米结构组。例如，像素可能包括来自一个纳米结构组的蓝色子像素、来自相邻纳米结构组的绿色子像素以及来自另一相邻纳米结构组的红色子像素。因此，作为一个例子，可能通过同时选择来自相邻的纳米结构组的蓝色、红色和绿色子像素来形成白光。
同时操作不同颜色的子像素的示例偏置方案
图12A-12C示出了同时控制不同颜色的子像素的偏置方案的一个实施例。例如， 此方案可用于LED操作。这允许不同颜色的子像素同时被选择。此实施例中，可同时控制在同一纳米结构组中的两个子像素。例如，可同时控制(或操作)红色子像素和绿色子像素。 例如，可同时选择在同一纳米结构组中红色子像素和绿色子像素。作为另一例子，可选择在一个纳米结构组中的红色子像素，以及同时选择在另一纳米结构组中的绿色子像素。一些实施例中，采用图12A-12C中示出的偏置方案来执行图11的步骤1102、1104和1106。
图12A-12C示出了三个不同层级的接触。沿y方向延伸的一组P接触1202表示为实线，以描绘它们在一个层级。沿I方向延伸的第二组P接触1204表示为虚线，以描绘它们在另一个层级。还示出了在X方向延伸的一组η接触1206。N接触位于不同于ρ接触的层级上。接触的三个层级可对应于来自图1OA的装置1000的接触的四个层级中的三个。 一组二极管示出为被连接在P接触1202与η接触1206之间。那些二极管代表一种颜色的子像素。另一组二极管示出为被连接在P接触1204与η接触1206之间。那些二极管代表`另一种颜色的子像素。
图12Α中，各颜色的一个子像素被圈出，以表示它们是所选子像素1210。此例中， 其它所有子像素被关断(没被选择)。施加到接触的示例电压如下所述。电压Vhigh被施加到所选子像素的每一个的所选P接触1202、1204，同时Vlow被施加到所选η接触1206。因此，二极管结被正向偏置，以选择子像素。注意，这例如与作为LED的操作有关。所有其它二极管或者被反向偏置，或者不具有加在二极管两端的电压。因此，其它子像素是关断的(没被选择)。
图12Β中，一个子像素被圈出，以表示它是所选子像素1210。施加到接触的示例电压如下所述。电压Vhigh被施加到所选子像素的所选ρ接触1202，同时Vlow被施加到所选 η接触1206。因此，二极管结被正向偏置，以选择子像素。用于其它颜色的子像素的P接触 1204具有施加的Vlow，使得它的二极管是不加偏压的。所有其它二极管或者被反向偏置， 或者不具有加在二极管两端的电压。因此，其它子像素是关断的(没被选择)。
图12C中，一个子像素被圈出，以表示它是所选子像素1210。施加到接触的示例电压如下所述。电压Vhigh被施加到所选子像素的所选ρ接触1204，同时Vlow被施加到所选 η接触1206。因此，二极管结被正向偏置，以选择子像素。用于其它颜色的子像素的P接触 1202具有施加的Vlow，使得它的二极管是不加偏压的。所有其它二极管或者被反向偏置， 或者不具有加在二极管两端的电压。因此，其它子像素是关断的(没被选择)。
一个实施例中，在图12A-12C中两种颜色的子像素被控制时(例如被选或未被选)， 其它颜色的子像素保持关断。于是，在图12A-12C中两种颜色的子像素是关断时，其它颜色的子像素正被控制(例如，被选或未被选)。例如，50%的时间内，在蓝色子像素关断的情况下，采用图12A-12C的偏置方案控制红色和绿色子像素。剩余50%的时间内，在红色和绿色子像素关断的情况下，采用图1OC的偏置方案控制蓝色子像素。
注意，当作为光电检测器工作时，可同时选择两种不同颜色的子像素。图12D示出了针对光电检测器操作的、在同一纳米结构中选择两种不同颜色的子像素的一种可能的偏置方案。可以看出，两个子像素被反向偏置并因此被选择用于光电检测器操作。未选的子像素具有断开的电路，且不需要施加到各接触的电压。如上所述，在不对接触加偏压的情况下操作是可能的，只要电路是闭合的。还注意，可在一个纳米结构中选择一种颜色子像素， 同时在另一纳米结构中选择另一种颜色的子像素。例如，可在一个纳米结构中选择红色(但非绿色)子像素，同时在其它纳米结构中选择绿色(但非红色)子像素。
图13A-13H示出了同时操作或控制三种不同颜色的子像素的偏置方案的一个实施例。例如，该方案可用于LED操作。此实施例中，可同时控制在同一纳米结构组中的三个子像素。例如，可同时选择在同一纳米结构组中的蓝色子像素、红色子像素和绿色子像素的任意组合。还注意，不同纳米结构组可具有被同时选择的子像素的不同组合。例如，一个纳米结构组的蓝色和绿色子像素被选择，同时另一纳米结构组的红色和蓝色子像素被选择。 一些实施例中，采用图13A-13H中所示的偏置方案来执行图11的步骤1102、1104和1106。
图13A-13H示出了四个不同层级的接触。这些可对应于图1OA中的接触。沿y方向延伸的一组P接触1012表示为实线，以描绘它们在一个层级。沿I方向延伸的第二组P 接触1016表示为虚线，以描绘它们在另一个层级。还示出了在X方向延伸的两组η接触 1014,1018。
一组二极管示出为被连接在ρ接触1012与η接触1014之间。那些二极管代表一种颜色的子像素(例如蓝色子像素)。另一组二极管示出为被连接在P接触1016与η接触 1014之间。那些二极管代表另一种颜色的子像素(例如绿色子像素)。又一组二极管示出为被连接在P接触1016与η接触1018之间，其代表第三种颜色的子像素(例如红色子像素)。
图13Α-13Η示出为了选择性地操作在中央像素1310中的子像素的不同组合而可施加到各接触的电压。在图13Α-13Η的每一个上，所有其它的子像素是关断的。然而注意， 其它子像素在如果合适的电压施加到它们的接触的情况下可能是导通的。本例中，电压 Vhigh可以是二极管的导通电压。电压Vlow可以是-Vhigh。一般来说,可采用使二极管正向偏置来选择子像素。不加偏压的或反向偏置的二极管导致关断的子像素。前述内容假设作为LED工作。
图13A中，由于使所有的接触接地，所以所有的子像素是关断的。注意，即使图13A 中圈出的子像素是关断的；然而，它们被圈出以强调形成此讨论所关注的像素的那三个子像素。图13B中，蓝色(圈出的)子像素是导通的，而绿色和红色子像素是关断的。图13C中， 绿色(圈出的)子像素是导通的，而蓝色和红色子像素是关断的。图13D中，红色子像素(被圈出)是导通的，而绿色和红色子像素是关断的。图13E中，绿色和蓝色子像素是导通的，而红色子像素是关断的。图13F中，绿色和红色子像素(被圈出)是导通的，而蓝色子像素是关断的。图13G中，红色和蓝色子像素是导通的，而绿色子像素是关断的。注意，这是采用电压Vlow的唯一,清况。例如,通过施加GND到一个端子和Vlow到另一端子而使二极管正向偏置的方式来对红色子像素加偏压。图13H中，正讨论的像素的红色、蓝色和绿色子像素 (被圈出)全部是导通的。
注意，当作为光电检测器工作时，可同时选择三种不同颜色的子像素。例如，图131 示出了针对光电检测器操作的、在同一纳米结构中选择三种不同颜色的子像素的一种可能的偏置方案。可以看出，三个子像素被反向偏置并因此被选择用于光电检测器操作。图131 中没有明确地示出用于检测产生的电流的电路。未选的子像素具有断开的电路，且不要求施加到它们的两个接触的电压。如上所述，在不对接触加偏压的情况下操作是可能的，只要电路是闭合的。还注意，可在一个纳米结构中选择子像素的颜色的任一组合，同时在另一纳米结构中选择子像素的颜色的不同组合。例如，可在一个纳米结构中选择红色和蓝色(但非绿色)子像素，同时在其它纳米结构中选择绿色和红色(但非蓝色)子像素。
制造像素化光电装置的示例工艺
图14示出了制造光电装置的工艺1400的一个实施例。工艺1400可用于形成诸如图1OA和IOB中所示装置1000的装置。将参考那些装置，但是工艺1400不因此而受限。 步骤1402中，形成纳米结构。步骤1402可类似于工艺500的步骤502，且不会详细地讨论。 步骤1404中，形成沿第一方向延伸的电接触行。可通过沉积金属然后构图和蚀刻以便形成接触行的方式来执行步骤1404。作为一个例子，形成η接触1018。注意，此行可以是ρ接触，这取决于纳米结构96的掺杂。
在步骤1406中形成绝缘物。例如，沉积S0G、二氧化硅、光致抗蚀剂或另一材料。 绝缘物可填充接触行之间的空间，且还可形成在行之上的层，以用作另一行接触的基底。
步骤1408中，形成沿第二 方向延伸的一行电接触。第二方向可与第一方向正交。 可通过沉积金属然后构图和蚀刻以便形成接触行的方式来执行步骤1408。作为一个例子， 形成P接触1016。步骤1410中，形成另外的绝缘物。例如，沉积S0G、二氧化硅、光致抗蚀剂或另一材料。绝缘物可填充接触1016的行之间的空间，且还可形成在接触1016的行之上的层，以用作另一行接触的基底。
步骤1412中，形成沿第一方向延伸的另一行电接触。可通过沉积金属然后构图和蚀刻以便形成接触行的方式来执行步骤1412。作为一个例子，形成η接触1014。步骤1414 中，形成另外的绝缘物。例如，沉积S0G、二氧化硅、光致抗蚀剂或另一材料。绝缘物可填充接触1014的行之间的空间，且还可形成在接触1014的行之上的层，以用作另一行接触的基。
步骤1416中，形成沿第二方向延伸的另一行电接触。可通过沉积金属然后构图和蚀刻以便形成接触行的方式来执行步骤1416。作为一个例子，形成ρ接触1012。步骤1418 中，形成另外的绝缘物(可选)。例如，沉积S0G、二氧化硅、光致抗蚀剂或另一材料。绝缘物可填充接触1012的行之间的空间。
步骤910中，电接触的边缘被露出。可采用包括蚀刻和光刻的很多种技术来使边缘露出。步骤912中，引线被附接到电接触。图1OA示出了附接了引线112的、具有露出的边缘的装置1000的例子。
步骤914中，提供控制逻辑电路725。步骤725可包括形成开关以把接触104连接至不同的电压源，以及提供硬件或软件以控制开关。控制逻辑电路725可以是可操作的， 以执行诸如结合图7A-7C、8A-8C和11所讨论功能的功能。控制逻辑电路725可包括硬件和/或软件的任意组合。
像素化纳米结构光电装置的其它变型
图15A是像素化纳米结构光电装置的一个实施例的图。该装置与图1OA中示出的装置类似。然而，它具有在y方向上延伸的另一组P接触1015。还存在另一层绝缘物1025， 其位于P接触1015与ρ接触1016之间。
图15B是图15A的装置1500的侧横剖面图。该图示出了接触和绝缘物如何连接至一个纳米结构96。注意，ρ型半导体1006由绝缘物层1525分成两个区1006a、1006b。这可有助于允许与绿色子像素独立地操作红色子像素。绝缘物1525可以是在纳米结构96的生长期间形成的绝缘半导体。因此，纳米结构96具有这样的区域，该区域具有第一导电类型的半导体(例如区域1006a)、绝缘体(例如1525)和第一导电类型的半导体(例如1006b) 的交替层。
此例中，η接触1014和1018连接到地。控制逻辑电路725把ρ接触1012连接到 Vhigh,以选择蓝色子像素。控制逻辑电路725把ρ接触1015连接到Vhigh，以选择绿色子像素。控制逻辑电路725把ρ接触1016连接到Vhigh，以选择红色子像素。一个实施例中， 控制逻辑电路725把ρ接触1012连接到GND，以使蓝色子像素不被选择(关断)。一个实施例中，控制逻辑电路725把ρ接触1015连接到GND，以使绿色子像素不被选择(关断)。一个实施例中，控制逻辑电路725把ρ接触1016连接到GND，以使红色子像素不被选择(关断)。 因此，控制逻辑电路725能够独立地选择任意子像素。注意，可采用不同的偏置方案来选择子像素。
注意，图15A和15B的结构的替换方案是，替代(或除了)把红色和绿色子像素分开的绝缘物1025，具有把蓝色和绿色子像素分开的额外绝缘层。例如，可能通过绝缘体把η型半导体1004分成两个区域。在这样的实施例中，η接触1014可由通过绝缘体分开的两个接触所取代。`
注意，已经提供了装置具有三种颜色的子像素的很多例子。然而，装置可具有任意数量的子像素。这些子像素可对应于许多不同光波长。不要求子像素对应于可见光的波长。
一些实施例中，具有侧壁电接触的光电装置可作为光谱仪工作。例如，另外的层可添加到图10A-10B的装置1000或图3A-3C的装置300，以允许检测更多不同波长范围的光。 控制逻辑电路725可配置成单独地控制每层，以检测每个特征波长范围的光。注意，两个不同的子像素所对应的波长范围可稍微重叠。
示例计算平台
各个实施例中，控制逻辑电路725执行在计算机可读介质上存储的计算机可读指令。例如，可通过在处理器上执行在计算机可读存储介质上存储的指令来至少部分地实现过程800、815、840和1100。计算机可读介质可以是可由电子设备访问的任意合适的介质。 举例来说而非进行限制，计算机可读介质可包括计算机存储介质。计算机存储介质包括通过诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息存储的任何方法或技术来实现的挥发性和非挥发性、可拆卸和不可拆卸介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、 ROM、EEPR0M、闪存或其它存储技术，CD-ROM、数字多用途盘(DVD)或其它光学存储器，磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储装置，或者可用于存储计算机可读指令且可由电子设备访问的任何其它的介质。
计算机可执行指令可包括程序模块。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。各实施例还可在分布式计算环境中实施，其中通过经由通信网络链接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可加载在包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。
图16是用于本技术的计算系统的一个实施例的框图。注意，一些实施例不需要所有的图16中不出的兀件。一些实施例中，输出显不器/光电检测器1666是LED显不器。例如，本文中描述的技术可用于形成LED的像素。为了控制LED，计算设备能够实现控制逻辑电路725。一些实施例中，通过在处理器1650上执行指令来实现控制逻辑电路725的至少一些功能。一些实施例中，输出显不器/光电检测器1666能够起到光电检测器的作用。例如，本文中描述的技术可用于形成光电检测器的像素。
计算机系统包括一个或多个处理器1650和存储(至少部分)由处理器单元1650执行的指令和数据的主存储器1652。如果本发明的系统全部或部分地由软件实现，则主存储器1652可存储工作时的可执行代码。还提供了大容量存储设备1654、外围设备1656、用户输入设备1660、输出设备1658、便携式存储介质驱动器1662、图形子系统1664以及输出显示器1666。为了简化，各部件示出为经由单个总线1668连接。然而，各部件可经由一个或多个数据输送装置进行连接。例如，处理器单元1650和主存储器1652可经由本地微处理器总线进行连接，以及大容量存储设备1654、外围设备1656、便携式存储介质驱动器1662 以及图形子系统1664可经由一个或多个输入/输出(I/O)总线进行连接。大容量存储设备1654 (其可利用磁盘驱动器或光盘驱动器实现)是用于存储处理器单元1650所使用的数据和指令的非挥发性存储设备。一个实施例中，大容量存储设备1654存储为了在主存储器1652上加载的目的的、用于实现本发明的系统软 件。
便携式存储介质驱动器1662与便携式非挥发性存储介质(例如软盘)一起工作， 以将数据和代码输入到计算机系统以及从计算机系统输出数据和代码。一个实施例中，用于实现实施例的系统软件存储在这样的便携式介质上，且经由便携式存储介质驱动器1662输入到计算机系统。外围设备1656可包括任意类型的计算机支持设备，例如输入/输出(I/ O)接口，以便为计算机系统增加额外的功能。例如，外围设备1656可包括把计算机系统连接至网络、调制解调器、路由器等的网络接口。
用户输入设备1660提供一部分用户接口。用户输入设备1660可包括输入阿拉伯数字和其它信息的阿拉伯数字键盘或者诸如鼠标、轨迹球、触笔或光标方向键的指针式设备。为了显示文字和图形信息，计算机系统包括图形子系统1664和输出显示器1666。图形子系统1664接收文字和图形信息，以及处理信息以便输出到输出显示器1666。另外，计算机系统包括输出设备1658。合适的输出设备的例子包括扬声器、打印机、网络接口、监控器坐寸ο
计算机系统中包含的部件是在适用于实施例的计算机系统中典型找到的部件，且意欲代表本领域公知的计算机部件的广泛类别。于是，计算机系统可以是个人计算机、手持计算设备、电话机、移动计算设备、工作站、服务器、微型计算机、大型计算机或任何其它的计算设备。计算机系统还可包括不同的总线配置、网络平台、多处理器平台等。可采用各种操作系统，包括Unix、Linux、Windows、Macintosh OS、Palm OS以及其它合适的操作系统。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置，其包括了包括光活性区的多个纳米结构。纳米结构具有顶部、底部和侧壁。装置具有与多个纳米结构的底部电性接触的底部电接触以及与多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中顶部电接触使多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自多个纳米结构的顶部进入或离开多个纳米结构而不穿过顶部电接触。
本文中公开的一个实施例包括一种形成光电装置的方法，其包括形成多个纳米结构，纳米结构包括光活性区，多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁；形成与多个纳米结构的底部电性接触的底部电接触；以及形成与多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中顶部电接触使多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自多个纳米结构的顶部进入或离开多个纳米结构而不穿过顶部电接触。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置，其包括由包括一种或多种半导体的材料形成的纳米结构的阵列，纳米结构包括一个或多个ρη结，纳米结构包括与ρη结关联的光活性区，多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁，纳米结构之间存在空间；与纳米结构的底部电性接触的底部电接触；以及与纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中顶部电接触对于具有由光活性区吸收或产生的波长的光是实质上不透明的。
本文中公开的一个实施例包括一种多结太阳能电池，其包括多个纳米结构，多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一 Pn结，多个纳米结构具有第一导电类型的第三区和第二导电类型的第四区以形成第二 Pn结；以及双层电互连，其具有电性且物理接触第二区的第一材料和电性且物理接触第三区的第二材料， 第一材料和第二材料彼此电性接触，以使电荷能够经由双层电互连在第二区与第三区之间流动。
本文中公开的一个实施例包括一种多结太阳能电池的形成方法，其包括形成多个纳米结构，多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电`类型的第二区以形成第一 ρη结，多个纳米结构具有第一导电类型的第三区和第二导电类型的第四区以形成第二 ρη结；以及形成双层电互连，双层电互连具有电性且物理接触第二区的第一材料以及电性且物理接触第三区的第二材料，第一材料和第二材料彼此电性接触，以使电荷能够经由双层电互连在第二区与第三区之间流动。
本文中公开的一个实施例包括一种多结太阳能电池，其包括纳米结构阵列，纳米结构阵列中的纳米结构具有多个光活性区，各光活性区被配置成吸收不同频率范围的光； 以及双层电互连，其提供光活性区的相邻光活性区之间电流流动的路径，各双层电互连具有与P型半导体形成欧姆接触的第一层和与η型半导体形成欧姆接触的第二层。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置，其包括多个纳米结构,多个纳米结构具有与第一光活性结关联的第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区，多个纳米结构具有第一导电类型的第三区，第二区和第三区与第二光活性结关联；与第一区电性接触的第一电接触；与第二区电性且物理接触的第二电接触；与第三区电性接触的第三电接触；以及耦接至第一电接触、第二电接触以及第三电接触的逻辑电路，该逻辑电路以独立于第二光活性结的方式对第一光活性结进行控制。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置的操作方法，该光电装置包括多个纳米结构，多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一光活性结，多个纳米结构具有与第二区形成第二光活性结的第一导电类型的第三区；与第一区电性接触的第一电接触，与第二区电性且物理接触的第二电接触；与第三区电性接触的第三电接触。该方法包括控制第一光活性结以产生或检测第一波长范围的光；以及控制第二光活性结以产生或检测第二波长范围的光，对第一光活性结和第二光活性结的控制彼此独立地进行。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置的形成方法，该方法包括形成多个纳米结构，多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一光活性结，多个纳米结构具有与第二区形成第二光活性结的第一导电类型的第三区；形成与第一区电性接触的第一电接触；形成与第二区电性且物理接触的第二电接触；形成与第三区电性接触的第三电接触；以及提供耦接至第一电接触、第二电接触以及第三电接触的逻辑电路，该逻辑电路以独立于第二光活性结的方式对第一光活性结进行控制。
本文中公开的一个实施例包括一种光电装置，其包括纳米结构阵列，纳米结构具有侧壁，阵列中一个或多个纳米结构的组形成像素；与侧壁物理且电性连接的第一组电接触，第一组电接触沿第一方向排列；以及与侧壁物理且电性耦接的第二组电接触，第二组电接触在与第一方向正交的第二方向上排列；其中通过把合适的电压施加到第一组电接触以及施加到第二组电接触，像素是能够被单独地控制的。
本文中公开的实施例包括一种包括纳米结构阵列的光电装置的操作方法，阵列中成组的一个或多个纳米结构形成具有至少两个子像素的像素，该方法包括控制第一子像素，以产生或检测第一波长范围的光；以及控制第二子像素，以产生或检测第二波长范围的光。第一和第二子像素被独立地控制。
在前面的说明中，已提供了装置的活性区与P型区和η型区关联的几个例子。注意，在P型区与η型区之间可存在非有意的掺杂区。还注意，可以互换P型区和η型区，伴随着对装置的运行进行适当的调整(例如使所加电压的极性相反)。另外注意，为了说明的目的已经图示了纳米结构的示例形状 。然而，其它形状是可能的。于是，实施例不局限于举例的柱形形状。还注意，为了说明已经提供了纳米结构的不同形状的顶部。其它的顶部形状是可能的。
在前面的说明中，已参考在各种实施方式下可有差异的若干具体细节描述了发明的实施例。因此，本发明是什么以及申请人想要什么成为本发明的唯一且专有的指示器是根据本申请发布的一组权利要求，这组权利要求采取这些权利要求发布的特定形式且包括 任何后续的修改。本文中对这些权利要求包含的术语明确提出的定义应制约权利要求中所使用术语的含义。因此，没有在权利要求中明确记载的限定、元素、性能、特征、优点或属性决不应限制该权利要求的范围。据此，说明书和附图被认为是示例性的，而非限制性的。
权利要求
1.一种光电装置，包括 多个纳米结构(96)，所述纳米结构包括光活性区，所述多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁； 与所述多个纳米结构的所述底部电性接触的底部电接触(102，104b);以及与所述多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触(104a，1012)，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的所述顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触。
2.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触包括金属。
3.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触对于具有由所述光活性区吸收或产生的波长的光是不透明的。
4.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触由不同于所述多个纳米结构的材料形成。
5.权利要求1的光电装置，其中所述纳米结构的所述侧壁的一部分在所述顶部电接触上方。
6.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触完全填充靠近所述纳米结构的所述顶部的位置处的所述多个纳米结构之间的空间。
7.权利要求1的光电装置，其中所述装置包括多个所述顶部电接触。
8.权利要求1的光电装置，其中所述多个纳米结构的每一个还包括P型半导体区和η型半导体区，其中所述顶部电接触提供与所述P型半导体区或所述η型半导体区的电接触，所述底部电接触提供与所述P型半导体区和所述η型半导体区中的另一个的电接触。
9.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触与所述多个纳米结构形成欧姆接触。
10.权利要求1的光电装置，其中所述顶部电接触与所述多个纳米结构形成肖特基接触。
11.权利要求1的光电装置，其中所述多个纳米结构具有在所述顶部电接触上方的光活性区。
12.权利要求1的光电装置，还包括与所述多个纳米结构的所述侧壁电性且物理接触的另外的一个或多个电接触。
13.权利要求1的光电装置，其中所述底部电接触与所述多个纳米结构的侧壁物理接触。
14.权利要求13的光电装置，其中所述多个纳米结构的每一个都包括至少两个ρη结。
15.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是太阳能电池。
16.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是发光二极管。
17.权利要求1的光电装置，其中所述光电装置是光电检测器。
18.—种光电装置的形成方法,包括 形成多个纳米结构，所述纳米结构包括光活性区，所述多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁(502)； 形成与所述多个纳米结构的所述底部电性接触的底部电接触(504);以及形成与所述多个纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的所述顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触(506，520，550)。
19.权利要求16的光电装置的形成方法，其中形成顶部电接触包括 沉积金属使得它覆盖所述纳米结构的顶部； 在所述金属之上沉积平坦化材料； 回蚀刻所述平坦化材料以露出所述金属在所述纳米结构的所述顶部之上的部分，所述平坦化材料的一些保留在所述纳米结构之间的空间之上； 回蚀刻所述金属以露出所述纳米结构的所述顶部； 除去任何剩余的平坦化材料；以及 进一步回蚀刻所述金属，以形成所述顶部电接触。
20.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成顶部电接触包括 在所述纳米结构的顶部部分上掠角沉积金属；以及 回蚀刻所述金属，以形成所述顶部电接触。
21.权利要求20的光电装置的形成方法，还包括 在掠角沉积金属后在所述金属之上沉积平坦化材料； 回蚀刻所述平坦化材料以露出所述金属在所述纳米结构的所述顶部之上的部分，所述平坦化材料的一些保留在所述纳米结构之间的空间之上； 回蚀刻所述金属以露出所述纳米结构的所述顶部；以及 除去任何剩余的平坦化材料。
22.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成多个纳米结构包括在所述多个纳米结构的每一个中形成P型半导体区和η型半导体区，其中所述顶部电接触提供与所述P型半导体区或者与所述η型半导体区的电接触，所述底部电接触提供与所述P型半导体区和所述η型半导体区中的另一个的电接触。
23.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成所述顶部电接触包括利用提供与所述多个纳米结构的欧姆接触的材料来形成所述顶部电接触。
24.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成所述顶部电接触包括利用提供与所述多个纳米结构的肖特基接触的材料来形成所述顶部电接触。
25.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成所述多个纳米结构包括在所述顶部电接触的上方形成光活性区。
26.权利要求18的光电装置的形成方法，还包括形成与所述多个纳米结构的所述侧壁的其它部分电性且物理接触的另外的一个或多个电接触。
27.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成所述多个纳米结构包括在所述多个纳米结构的每一个中形成多个P型半导体区和多个η型半导体区。
28.权利要求18的光电装置的形成方法，其中形成与所述多个纳米结构的底部电性接触的底部电接触包括形成与所述纳米结构的所述侧壁接触的金属。
29.—种光电装置,包括 由包括一种或多种半导体的材料形成的纳米结构的阵列，所述纳米结构包括一个或多个ρη结，所述纳米结构包括与所述ρη结关联的光活性区，所述多个纳米结构具有顶部、底部和侧壁，所述纳米结构之间存在空间； 与所述纳米结构的所述底部电性接触的底部电接触；以及与所述纳米结构的侧壁电性且物理接触的顶部电接触，其中所述顶部电接触对于具有由所述光活性区吸收或产生的波长的光是实质上不透明的。
30.权利要求30的光电装置，其中所述顶部电接触完全填充靠近所述纳米结构的所述顶部的位置处的所述多个纳米结构之间的空间。
31.权利要求30的光电装置，其中所述顶部电接触包括金属。
32.一种多结太阳能电池，包括 多个纳米结构(96)，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第一区(452)和第二导电类型的第二区(454)以形成第一 ρη结，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第三区(452)和第二导电类型的第四区(458)以形成第二 ρη结；以及 双层电互连(104d)，其具有电性且物理接触所述第二区(454)的第一材料(404a)和电性且物理接触所述第三区(456)的第二材料(404b)，所述第一材料和所述第二材料彼此电性接触，以使电荷能够经由所述双层电互连在所述第二区与所述第三区之间流动。
33.权利要求32的多结太阳能电池，其中所述第一材料与所述第二区形成欧姆接触，以及所述第二材料与所述第三区形成欧姆接触。
34.权利要求32的多结太阳能电池，还包括与所述多个纳米结构的一部分侧壁电性且物理接触的顶部电接触。
35.权利要求34的多结太阳能电池，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的所述顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触。
36.权利要求35的多结太阳能电池，其中所述顶部电接触与所述第一区电性且物理接触。
37.权利要求32的多结太阳能电池，还包括与所述多个纳米结构的一部分侧壁电性且物理接触的底部电接触。
38.权利要求37的多结太阳能电池，其中所述底部电接触与所述第四区电性且物理接触。
39.一种多结太阳能电池的形成方法，包括 形成多个纳米结构，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一 ρη结，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第三区和第二导电类型的第四区以形成第二 ρη结(582);以及 形成双层电互连，所述双层电互连具有电性且物理接触所述第二区的第一材料以及电性且物理接触所述第三区的第二材料，所述第一材料和所述第二材料彼此电性接触，以使电荷能够经由所述双层电互连在所述第二区与所述第三区之间流动(586)。
40.权利要求39的方法，其中所述第一材料与所述第二区形成欧姆接触，以及所述第二材料与所述第三区形成欧姆接触。
41.权利要求39的方法，还包括与所述多个纳米结构的一部分侧壁电性且物理接触的顶部电接触。
42.权利要求41的方法，其中所述顶部电接触使所述多个纳米结构的顶部部分露出，以使光能够自所述多个纳米结构的顶部进入或离开所述多个纳米结构而不穿过所述顶部电接触。
43.权利要求42的方法，其中所述顶部电接触与所述第一区电性且物理接触。
44.权利要求41的方法，还包括形成与所述多个纳米结构的一部分侧壁电性且物理接触的底部电接触。
45.一种多结太阳能电池,包括 纳米结构(96)的阵列，所述纳米结构的阵列中的纳米结构具有多个光活性区，各光活性区被配置成吸收不同频率范围的光；以及 双层电互连(104d)，其提供所述光活性区的相邻光活性区之间电流流动的路径，各双层电接触具有与P型半导体形成欧姆接触的第一层(404a)和与η型半导体形成欧姆接触的第二层。
46.一种光电装置，包括 多个纳米结构(96)，所述多个纳米结构具有与第一光活性结(703)关联的第一导电类型的第一区(302)和第二导电类型的第二区(304)，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第三区(306)，所述第二区和所述第三区与第二光活性结(705)关联； 与所述第一区电性接触的第一电接触(104a)； 与所述第二区电性且物理接触的第二电接触(104c); 与所述第三区电性接触的第三电接触(104b);以及 耦接至所述第一电接触、所述第二电接触以及所述第三电接触的逻辑电路(725 )，该逻辑电路以独立于所述第二光活性结的方式对所述第一光活性结进行控制。
47.权利要求46的光电装置，还包括与所述多个纳米结构的具有第二导电类型的第四区电性接触的第四电接触，所述第四区与所述第三区形成第三光活性结。
48.权利要求47的光电装置，其中所述逻辑电路控制所述第一光活性结以产生第一波长的光，所述逻辑电路控制所述第二光活性结以产生第二波长的光，所述逻辑电路控制所述第三光活性结以产生第三波长的光。
49.权利要求48的光电装置，其中所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长对应于光谱的不同颜色。
50.权利要求48的光电装置，其中所述第一波长、所述第二波长和所述第三波长分别对应于蓝光、红光和绿光。
51.权利要求46的光电装置，其中所述逻辑电路控制所述第一光活性结以产生第一波长的光，所述逻辑电路控制所述第二光活性结以产生第二波长的光。
52.权利要求46的光电装置，其中所述逻辑电路控制所述第一光活性结以检测第一波长的光，所述逻辑电路控制所述第二光活性结以检测第二波长的光。
53.一种光电装置的操作方法，该光电装置包括多个纳米结构，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一光活性结，所述多个纳米结构具有与所述第二区形成第二光活性结的第一导电类型的第三区；与所述第一区电性接触的第一电接触；与所述第二区电性且物理接触的第二电接触；与所述第三区电性接触的第三电接触，该方法包括 控制所述第一光活性结以产生或检测第一波长范围的光(802);以及 控制所述第二光活性结以产生或检测第二波长范围的光，对所述第一光活性结和所述第二光活性结的控制彼此独立地进行(804 )。
54.权利要求53的方法，其中控制所述第一光活性结以产生或检测第一波长的光包括把电压施加到所述第一接触、所述第二接触和所述第三接触以激活所述第一光活性结，同时使所述第二光活性结去激活。
55.权利要求54的方法，其中控制所述第二光活性结以产生或检测第二波长的光包括把电压施加到所述第一接触、所述第二接触和所述第三接触以激活所述第二光活性结，同时使所述第一光活性结去激活。
56.权利要求54的方法，其中独立地控制所述第一光活性结和所述第二光活性结包括与激活所述第二光活性结独立地激活所述第一光活性结，所述第一光活性结和所述第二光活性结被同时激活。
57.权利要求53的方法，还包括控制加到所述第一光活性结的电压和加到所述第二光活性结的电压，以控制由所述第一光活性结和所述第二光活性结产生的颜色。
58.权利要求53的方法，还包括控制所述第一光活性结和所述第二光活性结工作的时间量，以控制由所述第一光活性结和所述第二光活性结产生的颜色的亮度。
59.权利要求53的方法，其中 控制所述第一光活性结以产生或检测第一波长范围的光包括控制第一子像素；以及 控制所述第二光活性结以产生或检测第二波长范围的光包括控制第二子像素。
60.一种光电装置的形成方法,该方法包括 形成多个纳米结构，所述多个纳米结构具有第一导电类型的第一区和第二导电类型的第二区以形成第一光活性结，所述多个纳米结构具有与所述第二区形成第二光活性结的第一导电类型的第三区(902); 形成与所述第一区电性接触的第一电接触(908)； 形成与所述第二区电性且物理接触的第二电接触(906)； 形成与所述第三区电性接触的第三电接触(904);以及 提供耦接至所述第一电接触、所述第二电接触以及所述第三电接触的逻辑电路，该逻辑电路以独立于所述第二光活性结的方式对所述第一光活性结进行控制(914)。
61.—种光电装置,包括 纳米结构阵列，该阵列中的纳米结构具有侧壁，所述阵列中一个或多个纳米结构的组形成像素； 与所述侧壁物理且电性连接的第一组电接触(1012)，所述第一组电接触沿第一方向排列；以及 与所述侧壁物理且电性耦接的第二组电接触(1014)，所述第二组电接触在与所述第一方向正交的第二方向上排列； 其中通过把合适的电压施加到所述第一组电接触以及施加到所述第二组电接触，所述像素是能够被单独控制的。
62.权利要求61的光电装置，还包括耦接到第一和第二电接触的控制逻辑电路(725)，所述控制逻辑电路对与不同的纳米结构组关联的像素进行独立的控制。
63.权利要求61的光电装置，还包括与所述侧壁物理且电性连接的第三组电接触(1016)，所述第三组电接触沿第一方向排列，其中由一个或多个纳米结构的给定组形成的像素包括子像素，通过把合适的电压施加至所述第一组电接触中的第一接触并施加至所述第二组电接触中的第一接触，在给定组中的所述子像素的第一子像素被单独地控制，通过把合适的电压施加至所述第二组电接触中的所述第一接触和所述第三组电接触中的第一接触，在给定组中的所述子像素的第二子像素被单独地控制。
64.权利要求61的光电装置，其中所述装置是LED显示器。
65.权利要求61的光电装置，其中所述装置是图像传感器。
66.权利要求61的光电装置，其中所述装置是光谱仪。
67.权利要求61的光电装置，其中所述纳米结构包括用于形成多个ρη结的多个P型半导体区和多个η型半导体区。
68.权利要求67的光电装置，其中所述纳米结构还包括把所述P型半导体区中的两个或所述η型半导体区中的两个分开的绝缘体。
69.—种包括纳米结构阵列的光电装置的操作方法，所述阵列中的一个或多个纳米结构的组形成具有至少两个子像素的像素，该方法包括 控制第一子像素，以产生或检测第一波长范围的光(1102);以及 控制第二子像素，以产生或检测第二波长范围的光(1104)，所述第一子像素和所述第二子像素被独立地控制。
70.权利要求67的光电装置的操作方法，还包括 控制第三子像素，以产生或检测第三波长范围的光(1106)，所述第一子像素、所述第二子像素和所述第三子像素被独立地控制。
全文摘要
公开了纳米结构阵列光电装置。光电装置可具有物理且电性连接至纳米结构(如纳米柱)的阵列的侧壁的顶部电接触。顶部电接触可设置为使得光可进入或离开纳米结构而不穿过顶部电接触。因此，顶部电接触对于具有由纳米结构中的活性区吸收或产生的波长的光可以是不透明的。因为不需要在光学透明性和导电性之间进行权衡，所以顶部电接触可由高导电性的材料制成。装置可以是太阳能电池、LED、光电检测器等。
文档编号H01L33/18GK103069585SQ201180038792
公开日2013年4月24日 申请日期2011年6月6日 优先权日2010年6月8日
发明者J.C.金, S.易, D.E.马尔斯 申请人:桑迪奥德股份有限公司