纳米角锥体大小的光电子结构及其制造方法
【专利说明】
[000。 相关申请秦的香叉参考
[0002] 本申请案主张2012年9月18日提出申请的序列号为61/702, 658的美国非临时 申请案，所述美国非临时申请案W全文引用方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明设及基于半导体纳米角锥体的半导体装置及其生产方法。
【背景技术】
[0004] 纳米结构是用于电子及光电子半导体装置的有前途的建立块。在装置设计中，纳 米结构的=维形状可具有挑战。不同晶面可赋予不同生长速率、材料组合物及渗杂。
【发明内容】
[0005] 一个实施例提供一种制作纳米角锥体的方法，所述方法包括；在第一温度、第一压 力及第一III-V比率下使用CVD形成第一导电类型III-V族半导体巧或巧巧晶；在第二温 度、第二压力及第二III-V比率下使用CVD形成封围所述第一导电类型半导体的所述巧或 所述巧巧晶的第一导电类型III-V族半导体壳体；及在所述第一导电类型半导体的所述壳 体上方形成第二导电类型半导体的第一层W形成所述纳米角锥体。第一温度、第一压力及 第一V-III比率中的至少一者不同于第二温度、第二压力及第二V-III比率中的至少一者。
[0006]另一实施例提供一种包括支撑件及排列于所述支撑件上的多个纳米角锥体的半 导体发光装置，所述多个所述纳米角锥体中的每一者包括：第一导电类型半导体巧或巧巧 晶；第一导电类型半导体壳体，其封围所述第一导电类型半导体的所述巧或所述巧巧晶； 及第二导电类型半导体的第一层，其在所述第一导电类型半导体的所述壳体上方。所述第 一导电类型半导体壳体及第二导电类型半导体的所述第一层经配置W形成在操作中提供 用于光产生的作用区的pn或pin结。
【附图说明】
[0007]图1示意性地图解说明根据本发明的实施例的纳米角锥体LED的侧视横截面图。 [000引图2a、化及2c示意性地图解说明根据本发明的替代实施例的具有不同形状的巧 的纳米角锥体LED的侧视横截面图。
[0009] 图3a到3f是根据本发明的实施例的纳米角锥体的显微照片。
[0010] 图4a、4b及4c示意性地图解说明根据本发明的实施例借助经回蚀尖端掩模来制 作纳米角锥体LED的方法中的各步骤的侧视横截面图。
[0011] 图4d示意性地图解说明根据本发明的另一实施例使用用W形成尖端掩模的成角 度沉积来制作纳米角锥体LED的方法。
[0012] 图4e示意性地图解说明根据本发明的实施例通过图4d中所展示的方法制作的具 有尖端掩模的纳米角锥体LED的侧视横截面图。
[0013] 图5a及化示意性地图解说明根据本发明的实施例制作具有经修改尖端的纳米角 锥体LED的方法的侧视横截面图。
[0014] 图6a、化及6c示意性地图解说明根据本发明的实施例制作具有经移除尖端的纳 米角锥体LED的方法中的各步骤的侧视横截面图。
[0015] 图7a、化及7c示意性地图解说明根据本发明的实施例制作具有经移除尖端的纳 米角锥体LED的替代方法中的各步骤的侧视横截面图。图7d图解说明替代图7c中所展示 的纳米角锥体L邸的纳米角锥体LED。
[0016] 图8a、8b及8c示意性地图解说明根据本发明的实施例含有具有跟部部分的壳体 的纳米角锥体LED的侧视横截面图。
【具体实施方式】
[0017] 根据本发明的半导体装置及用W生产此半导体装置的方法包括至少一个氮化物 半导体纳米角锥体，举例来说GaN纳米角锥体。
[0018] 本发明的一个实施例为氮化物半导体纳米角锥体，所述纳米角锥体在此上下文中 本质上为具有约llOOnm的基底宽度或直径及约lOOOnm的高度范围的角锥体形状的结构。 在某些实施例中，基底直径（或非圆形基底的宽度及长度）为约100皿到约1500皿且纳 米角锥体的高度为从约90nm到约1300nm。在另一实施例中，基底宽度介于从lOOnm到数 ym(例如，5ym)(例如lOOnm到低于1微米）的范围内，且高度介于从数百nm到数ym(例 如，10ym)的范围内。纳米角锥体在其基底处外延地连接到由一或多个外延层组成的支撑 件，举例来说位于衬底上方的最靠近于纳米角锥体的GaN层。纳米角锥体的顶部可为尖角 或具有小于基底的宽度的台面。纳米角锥体巧穿过（举例来说）Si化的生长掩模中的开口 突出。根据本发明的半导体装置通常包括多个纳米角锥体。当前发明的纳米角锥体优选地 具有六角形或立方形基底。优选地，纳米角锥体巧被半导体壳体覆盖，此壳体的导电性与所 述巧的导电性匹配且所述壳体为角锥体形状的结构。优选地，所述壳体被具有量子阱的作 用层及一或多个半导体层覆盖，此些半导体层具有不同于所述巧的导电性。
[0019] 在本发明的一个实施例中，使用半导体纳米角锥体阵列来形成LED装置。纳米角 锥体L邸通常基于一或多个pn结或p-i-n结。pn结与p-i-n结之间的差异在于后者具有 较宽作用区。较宽作用区允许i区中的较高复合机率。每一纳米角锥体包括第一导电类型 (例如，n型）纳米角锥体巧W及用于形成在操作中提供用于光产生的作用区的pn或pin结 的第一导电类型（例如，n型）壳体及封围第二导电类型（例如，P型）层。虽然第一导电 类型的巧在本文中描述为n型半导体巧且第二导电类型层在本文中描述为P型半导体层， 但应理解，可将其导电类型颠倒。
[0020] 图1示意性地图解说明根据本发明的某些实施例的纳米角锥体LED结构的基础。 原则上，一单个纳米角锥体足够用于形成纳米角锥体LED,但由于小的大小，将纳米角锥体 优选地布置成包括并排的数百个、数千个、数万个或更多纳米角锥体的阵列W形成L邸结 构。出于说明性目的，个别纳米角锥体LED装置将在本文中描述为由纳米角锥体1构成，纳 米角锥体1具有n型巧2、n型壳体3W及至少部分地封围纳米角锥体壳体3及中间作用层 4的至少一个P型层5,例如多个P型层5及5'。在某些实施例中，纳米角锥体巧2、纳米角 锥体壳体3、作用层4W及P型层5及5'可由众多层或分段构成。通过控制生长条件，n型 巧2的最终几何形状可从细长"柱状结构"变动为狭窄"柱状结构"。在某些实施例中，用一 个P型层封围n型壳体。
[0021] 在替代实施例中，仅巧2可通过具有低于1微米的宽度或直径而包括纳米结构，而 壳体3可具有高于1微米的宽度或直径。
[0022] 图2a到2c描绘具有不同形状的巧2的纳米角锥体的=个实施例。图2a是具有 常规（例如，半导体纳米线）巧的纳米角锥体，图化是具有暂停巧（即，通过暂停沉积形成 的巧）的纳米角锥体，且图2c是不具有巧的纳米角锥体，即，所述角锥体直接在生长掩模7 层上且在位于生长掩模7中的开口（其暴露衬底，例如，支撑衬底8上的缓冲层6)中的巧 巧晶2A上生长。为清晰起见，在图2a到2c中，未展示薄作用层4且将P型层5、5'展示为 单个层5。
[0023] 对于例如III-V族纳米角锥体制作等纳米角锥体制作，III-V族半导体由于其促 进高速度及低功率电子设备的性质而受特别关注。纳米角锥体可包括任何半导体材料， 且用于纳米角锥体的适合材料包含但不限于；GaAs(p)、InAs、Ge、化0、InN、GaInN、GaN、 AlGaInN、BN、InP、InAsP、GaInP、InGaP:Si、InGaP:Zn、GaInAs、AlInP、GaAlInP、GaAlInAsP、 GalnSb、In訊、Si。例如，GaP的可能施主渗杂剂为Si、Sn、Te、Se、S等，且同一材料的受主 渗杂剂为化、Fe、Mg、Be、Cd等。应注意，纳米角锥体技术使得可能使用例如GaN、InN及AlN 等氮化物，此促进在常规技术不易于达到的波长区中制作发射光的LED。特别受商业关注 的其它组合包含但不限于GaAs、GaInP、GaAlInP、GaP系统。典型渗杂级介于从l〇is到10 2° 的范围内。但所属领域的技术人员熟悉该些及其它材料且认识到其它材料及材料组合为可 能的。
[0024] 用于纳米角锥体L邸的优选材料为III-V族半导体，例如HI族氮化物半导体（例 如，GaN、AlInGaN、AlGaN及InGaN等）或其它半导体（例如，InP、GaAs)。
[0025] 在优选实施例中，在n-GaN缓冲层6