納米角錐體大小的光電子結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利說明】
[000。 相關(guān)申請秦的香叉參考
[0002] 本申請案主張2012年9月18日提出申請的序列號為61/702, 658的美國非臨時 申請案，所述美國非臨時申請案W全文引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及基于半導(dǎo)體納米角錐體的半導(dǎo)體裝置及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 納米結(jié)構(gòu)是用于電子及光電子半導(dǎo)體裝置的有前途的建立塊。在裝置設(shè)計中，納 米結(jié)構(gòu)的=維形狀可具有挑戰(zhàn)。不同晶面可賦予不同生長速率、材料組合物及滲雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 一個實施例提供一種制作納米角錐體的方法，所述方法包括；在第一溫度、第一壓 力及第一III-V比率下使用CVD形成第一導(dǎo)電類型III-V族半導(dǎo)體巧或巧巧晶；在第二溫 度、第二壓力及第二III-V比率下使用CVD形成封圍所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的所述巧或 所述巧巧晶的第一導(dǎo)電類型III-V族半導(dǎo)體殼體；及在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的所述殼 體上方形成第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的第一層W形成所述納米角錐體。第一溫度、第一壓力及 第一V-III比率中的至少一者不同于第二溫度、第二壓力及第二V-III比率中的至少一者。
[0006]另一實施例提供一種包括支撐件及排列于所述支撐件上的多個納米角錐體的半 導(dǎo)體發(fā)光裝置，所述多個所述納米角錐體中的每一者包括：第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體巧或巧巧 晶；第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體殼體，其封圍所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的所述巧或所述巧巧晶； 及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的第一層，其在所述第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的所述殼體上方。所述第 一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體殼體及第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體的所述第一層經(jīng)配置W形成在操作中提供 用于光產(chǎn)生的作用區(qū)的pn或pin結(jié)。
【附圖說明】
[0007]圖1示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例的納米角錐體LED的側(cè)視橫截面圖。 [000引圖2a、化及2c示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的替代實施例的具有不同形狀的巧 的納米角錐體LED的側(cè)視橫截面圖。
[0009] 圖3a到3f是根據(jù)本發(fā)明的實施例的納米角錐體的顯微照片。
[0010] 圖4a、4b及4c示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例借助經(jīng)回蝕尖端掩模來制 作納米角錐體LED的方法中的各步驟的側(cè)視橫截面圖。
[0011] 圖4d示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的另一實施例使用用W形成尖端掩模的成角 度沉積來制作納米角錐體LED的方法。
[0012] 圖4e示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例通過圖4d中所展示的方法制作的具 有尖端掩模的納米角錐體LED的側(cè)視橫截面圖。
[0013] 圖5a及化示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例制作具有經(jīng)修改尖端的納米角 錐體LED的方法的側(cè)視橫截面圖。
[0014] 圖6a、化及6c示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例制作具有經(jīng)移除尖端的納 米角錐體LED的方法中的各步驟的側(cè)視橫截面圖。
[0015] 圖7a、化及7c示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例制作具有經(jīng)移除尖端的納 米角錐體LED的替代方法中的各步驟的側(cè)視橫截面圖。圖7d圖解說明替代圖7c中所展示 的納米角錐體L邸的納米角錐體LED。
[0016] 圖8a、8b及8c示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實施例含有具有跟部部分的殼體 的納米角錐體LED的側(cè)視橫截面圖。
【具體實施方式】
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及用W生產(chǎn)此半導(dǎo)體裝置的方法包括至少一個氮化物 半導(dǎo)體納米角錐體，舉例來說GaN納米角錐體。
[0018] 本發(fā)明的一個實施例為氮化物半導(dǎo)體納米角錐體，所述納米角錐體在此上下文中 本質(zhì)上為具有約llOOnm的基底寬度或直徑及約lOOOnm的高度范圍的角錐體形狀的結(jié)構(gòu)。 在某些實施例中，基底直徑（或非圓形基底的寬度及長度）為約100皿到約1500皿且納 米角錐體的高度為從約90nm到約1300nm。在另一實施例中，基底寬度介于從lOOnm到數(shù) ym(例如，5ym)(例如lOOnm到低于1微米）的范圍內(nèi)，且高度介于從數(shù)百nm到數(shù)ym(例 如，10ym)的范圍內(nèi)。納米角錐體在其基底處外延地連接到由一或多個外延層組成的支撐 件，舉例來說位于襯底上方的最靠近于納米角錐體的GaN層。納米角錐體的頂部可為尖角 或具有小于基底的寬度的臺面。納米角錐體巧穿過（舉例來說）Si化的生長掩模中的開口 突出。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置通常包括多個納米角錐體。當前發(fā)明的納米角錐體優(yōu)選地 具有六角形或立方形基底。優(yōu)選地，納米角錐體巧被半導(dǎo)體殼體覆蓋，此殼體的導(dǎo)電性與所 述巧的導(dǎo)電性匹配且所述殼體為角錐體形狀的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述殼體被具有量子阱的作 用層及一或多個半導(dǎo)體層覆蓋，此些半導(dǎo)體層具有不同于所述巧的導(dǎo)電性。
[0019] 在本發(fā)明的一個實施例中，使用半導(dǎo)體納米角錐體陣列來形成LED裝置。納米角 錐體L邸通常基于一或多個pn結(jié)或p-i-n結(jié)。pn結(jié)與p-i-n結(jié)之間的差異在于后者具有 較寬作用區(qū)。較寬作用區(qū)允許i區(qū)中的較高復(fù)合機率。每一納米角錐體包括第一導(dǎo)電類型 (例如，n型）納米角錐體巧W及用于形成在操作中提供用于光產(chǎn)生的作用區(qū)的pn或pin結(jié) 的第一導(dǎo)電類型（例如，n型）殼體及封圍第二導(dǎo)電類型（例如，P型）層。雖然第一導(dǎo)電 類型的巧在本文中描述為n型半導(dǎo)體巧且第二導(dǎo)電類型層在本文中描述為P型半導(dǎo)體層， 但應(yīng)理解，可將其導(dǎo)電類型顛倒。
[0020] 圖1示意性地圖解說明根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的納米角錐體LED結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。 原則上，一單個納米角錐體足夠用于形成納米角錐體LED,但由于小的大小，將納米角錐體 優(yōu)選地布置成包括并排的數(shù)百個、數(shù)千個、數(shù)萬個或更多納米角錐體的陣列W形成L邸結(jié) 構(gòu)。出于說明性目的，個別納米角錐體LED裝置將在本文中描述為由納米角錐體1構(gòu)成，納 米角錐體1具有n型巧2、n型殼體3W及至少部分地封圍納米角錐體殼體3及中間作用層 4的至少一個P型層5,例如多個P型層5及5'。在某些實施例中，納米角錐體巧2、納米角 錐體殼體3、作用層4W及P型層5及5'可由眾多層或分段構(gòu)成。通過控制生長條件，n型 巧2的最終幾何形狀可從細長"柱狀結(jié)構(gòu)"變動為狹窄"柱狀結(jié)構(gòu)"。在某些實施例中，用一 個P型層封圍n型殼體。
[0021] 在替代實施例中，僅巧2可通過具有低于1微米的寬度或直徑而包括納米結(jié)構(gòu)，而 殼體3可具有高于1微米的寬度或直徑。
[0022] 圖2a到2c描繪具有不同形狀的巧2的納米角錐體的=個實施例。圖2a是具有 常規(guī)（例如，半導(dǎo)體納米線）巧的納米角錐體，圖化是具有暫停巧（即，通過暫停沉積形成 的巧）的納米角錐體，且圖2c是不具有巧的納米角錐體，即，所述角錐體直接在生長掩模7 層上且在位于生長掩模7中的開口（其暴露襯底，例如，支撐襯底8上的緩沖層6)中的巧 巧晶2A上生長。為清晰起見，在圖2a到2c中，未展示薄作用層4且將P型層5、5'展示為 單個層5。
[0023] 對于例如III-V族納米角錐體制作等納米角錐體制作，III-V族半導(dǎo)體由于其促 進高速度及低功率電子設(shè)備的性質(zhì)而受特別關(guān)注。納米角錐體可包括任何半導(dǎo)體材料， 且用于納米角錐體的適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的可能施主滲雜劑為Si、Sn、Te、Se、S等，且同一材料的受主 滲雜劑為化、Fe、Mg、Be、Cd等。應(yīng)注意，納米角錐體技術(shù)使得可能使用例如GaN、InN及AlN 等氮化物，此促進在常規(guī)技術(shù)不易于達到的波長區(qū)中制作發(fā)射光的LED。特別受商業(yè)關(guān)注 的其它組合包含但不限于GaAs、GaInP、GaAlInP、GaP系統(tǒng)。典型滲雜級介于從l〇is到10 2° 的范圍內(nèi)。但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉該些及其它材料且認識到其它材料及材料組合為可 能的。
[0024] 用于納米角錐體L邸的優(yōu)選材料為III-V族半導(dǎo)體，例如HI族氮化物半導(dǎo)體（例 如，GaN、AlInGaN、AlGaN及InGaN等）或其它半導(dǎo)體（例如，InP、GaAs)。
[0025] 在優(yōu)選實施例中，在n-GaN緩沖層6