具有轴向三维发光二极管的光电设备的制作方法

本公开涉及一种光电设备，特别是一种包括基于半导体材料的发光二极管(light-emitting diode，led)的显示屏或图像投射设备，以及其制造方法。

背景技术：

1、基于半导体材料的led通常包括有源区(active area)，这是从中发射由led提供的大量电磁辐射的led区域。有源区的结构和成分适应于提供具有期望属性的电磁辐射。

2、这里特别感兴趣的是具有轴向型三维led的光电设备，即各自包括三维半导体元件的电致发光二极管(electroluminescent diode)，其沿着优选方向延伸并且在三维半导体元件的轴向端处包括有源区。

3、三维半导体元件的示例是包括半导体材料的微细线或纳米线，该半导体材料具有至少一种iii族元素和一种v族元素的大多数，诸如氮化镓(gan)，在下文中称为iii-v族化合物，或者具有至少一种ii族元素和一种vi族元素的大多数，诸如氧化锌(zno)，在下文中称为ii-vi族化合物，或者具有至少一种iv族元素的大多数。例如，在法国专利申请fr2995729和fr 2997558中描述了这样的设备。

4、制造包含限制装置特别是单量子阱或多量子阱(quantum well)的有源区是已知的。单量子阱是通过将第二半导体材料的层插入在两层第一半导体材料之间来制造的，该第一半导体材料诸如iii-v族化合物，特别是gan，其分别掺杂有p型和n型，诸如iii-v族化合物和第三元素的合金，特别是ingan，其带隙不同于第一半导体材料。多量子阱结构包括形成交替的量子阱和势垒层的半导体层的堆叠件。

5、由光电设备的有源区发射的电磁辐射波长特别取决于有源区的尺寸，并且特别取决于有源区的平均直径。此外，有源区的量子效率特别取决于构成有源区的层的结晶质量(crystalline quality)。随着平均有源区直径增加，构成有源区的层的结晶质量趋于恶化。

6、led可以以led阵列布置以便形成光子晶体。特别地，光子晶体使得有可能获得由led阵列沿着优选方向发射的光束。光子晶体还使得有可能过滤由led阵列发射的辐射的波长，例如有利于窄光谱辐射的发射。特别地，光子晶体的属性取决于led在led阵列中的间距和led的平均直径。

7、一个缺点在于在期望波长处能够从每个led发射优选辐射并同时仍然允许合适的晶体质量的led平均直径可能不同于允许获得具有期望属性的光子晶体的平均led直径。

技术实现思路

1、因此，一个实施例的目的是要解决上面所描述的led光电设备的所有或一些缺点。

2、一个实施例的另一个目的在于，每个led的有源区包括基于iii-v族化合物、或ii-vi族化合物、或iv族半导体或化合物的半导体材料的层的堆叠件。

3、一个实施例的又一个目的在于，基于iii-v族化合物、或ii-vi族化合物、或iv族半导体或化合物的轴向型三维led的有源区的发射光谱具有期望的属性。

4、一个实施例的又一个目的在于，光电设备包括形成具有期望属性的光子晶体的led阵列。

5、一个实施例的另一个目的在于，led的有源区具有良好的晶体质量。

6、一个实施例提供了一种光电设备，该光电设备包括轴向led的阵列，每个led包括有源区，所述有源区被配置为发射电磁辐射，所述电磁辐射的发射光谱在第一波长处包括最大值。该设备还包括用于每个led的包层，所述包层对所述辐射透明，由第一材料制成并在led的至少一部分上方包围led的侧壁，每个包层具有大于10nm的厚度。该设备还包括在包层之间的层，该层对所述辐射透明，由不同于第一材料的第二材料制成，第二材料是电绝缘的，该阵列形成光子晶体。光子晶体的属性被有利地选择，使得涂覆的led的阵列形成共振腔(resonant cavity)，特别地以实现耦合并增加选择效果。与不会形成光子晶体的包覆的led的集合相比，这允许由该阵列的包覆的led的集合通过光电设备的发射表面发射的辐射的强度对于某些波长被放大。

7、这使得有可能将光子晶体属性与led的有源区的发射属性分离，该光子晶体属性本质上取决于led间距和包覆的led装配件的平均外部直径，作为第一近似，而该led的有源区的发射属性本质上取决于led在没有包覆的情况下的平均直径，作为第一近似。

8、根据一个实施例，每个包层具有大于20nm的厚度。与不具有包层的led阵列相比，这允许包层更改光子晶体的光学属性。

9、根据一个实施例，第一材料在第一波长处的折射率严格大于第二材料在第一波长处的折射率。与不具有包层的led阵列相比，这允许包层更改光子晶体的光学属性。

10、根据一个实施例，第一材料在第一波长处的折射率与第二材料在第一波长处的折射率之差大于0.5。第一材料在第一波长处的折射率与第二材料在第一波长处的折射率之差越大，光子晶体就越有效，并且通过改变包层的厚度来改变光子晶体的属性就越容易。

11、根据一个实施例，每个led包括半导体元件，其由第三材料制成并至少部分地由所述包层包围，第一材料的折射率与第三材料的折射率之差小于0.5，优选地小于0.3。这提供了第一材料和第三材料之间的折射率均匀性，允许形成有效的光子晶体，并且允许简化光电设备设计。

12、根据一个实施例，第一材料是电绝缘的。然后，保护led的各种部件免受短路由包层实现。

13、根据一个实施例，光电设备还包括用于每个led的电绝缘涂层，介于包层和led之间，涂层的厚度小于10nm。然后，保护led的各个部件免受短路由电绝缘涂层实现，使得包层可以不是绝缘材料。这有利地在选择构成包层的材料的方面提供了更多自由度。

14、根据一个实施例，led各自包括iii-v族化合物、ii-vi族化合物或iv族半导体或化合物的一部分。这使得有可能根据已知方法制造led。

15、根据一个实施例，第一材料是氮化硅或氧化钛。这使得有可能使用第一材料，其在第一波长处的折射率接近于构成led的材料在第一波长处的折射率。

16、根据一个实施例，第二材料是氧化硅。这使得有可能获得第一材料的第一波长处的折射率与第二材料的第二波长处的折射率之间的高差。

17、根据一个实施例，光子晶体被配置形成共振峰，从而在不同于或等于第一波长的至少第二波长处放大所述电磁辐射的强度。有利地，当共振峰在第一波长处时，这增加了在第一波长处发射的辐射的强度，并且使发射光谱更窄且在第一波长处居中。将阵列的尺寸和每个led的尺寸分离使得设计在第一波长处形成共振峰的光子晶体更容易。

18、根据一个实施例，光电设备包括上面安置led的支撑体，每个led包括在支撑体上安置的第一半导体部分、与第一半导体部分接触的有源区和与有源区接触的第二半导体部分的堆叠件。

19、根据一个实施例，该设备包括：支撑体与led的第一半导体部分之间的反射层。这改进了光从光电设备中的提取。

20、根据一个实施例，反射层是金属。

21、根据一个实施例，led的第二半导体部分被覆盖有导电层，并且对由led发射的辐射至少部分地透明。

22、一个实施例还提供了一种用于设计光电设备的方法，所述光电设备包括轴向led，每个led包括有源区，该方法包括以下步骤：

23、-确定led尺寸，使得每个有效区发射电磁辐射，所述电磁辐射的发射光谱在第一波长处包括最大值；以及

24、-确定所述led的阵列，该led包括用于每个led的包层，所述包层对所述辐射透明，具有第一材料并在led的至少一部分上方包围led侧壁，每个包层具有大于10nm的厚度；还包括包层之间的层，由不同于第一材料的第二材料制成，该第二材料是电绝缘的，以获得光子晶体。

25、一个实施例还提供了一种制造光电设备的方法，该光电设备包括轴向led的阵列，每个led包括有源区，所述有源区被配置为发射电磁辐射，所述电磁辐射发射光谱在第一波长处包括最大值；该设备还包括用于每个led的包层，所述包层对所述辐射透明，由第一材料制成并在led的至少一部分上方包围led侧壁，每个包层具有大于10nm的厚度；该设备还包括在包层之间的层，由不同于第一材料的第二材料制成，第二材料是电绝缘的，该阵列形成光子晶体。

26、根据一个实施例，形成led包括以下步骤：

27、-在基底上形成第二半导体部分，该第二半导体部分按阵列的间距彼此分开；

28、-在每个第二半导体部分上形成有源区；

29、-在每个有源区上形成第一半导体部分；

30、-形成用于每个led的第一材料的包层，所述包层包围第一部分和/或第二部分和/或有源区的至少一部分的侧壁；以及

31、-形成第二材料的层。

32、根据一个实施例，该方法包括：去除基底的步骤。这使得有可能使用适合于形成led的基底。