CN108713258A - 包括轴向构造的三维半导体结构的光电子器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括至少一个三维半导体结构(2)的光电子器件(1)，该至少一个三维半导体结构(2)沿与其所在的衬底(3)的平面基本正交的纵向轴线(Δ)延伸，并且包括：从衬底(3)的一个表面沿纵向轴线(Δ)延伸的第一掺杂部分(10)；包括钝化层(34)和由所述钝化层(34)侧向覆盖的至少一个量子阱(32)的有源部分(30)，有源部分(30)的量子阱(32)具有大于第一掺杂部分(10)的平均直径的平均直径，所述有源部分(30)从第一掺杂部分(10)沿纵向轴线(Δ)延伸；以及从有源部分(30)沿纵向轴线(Δ)延伸的第二掺杂部分(20)。本发明的特征在于，该器件包括基本相互平行延伸的多个三维半导体结构(2)，多个三维半导体结构(2)的有源部分(30)相互接触。

Description

包括轴向构造的三维半导体结构的光电子器件
技术领域
本发明的领域是包括适合于发射或检测光的三维半导体结构(例如纳米线或微米线)的光电子器件的领域。
背景技术
存在包括纳米线或微米线类型的三维半导体结构的光电子器件，该三维半导体结构形成例如发光二极管。纳米线或微米线通常包括第一掺杂部分(例如n型)和具有相反导电类型的第二掺杂部分(例如p型)，在这两部分之间具有包括至少一个量子阱的有源部分。
纳米线或微米线可以以所谓的径向构造(也称为核/壳)制成，其中有源部分和第二p型掺杂部分形成在第一n型掺杂部分的周边。纳米线或微米线也可以以所谓的轴向构造制成，其中有源部分和第二p型掺杂部分不覆盖第一n型掺杂部分的周边，但是基本上沿外延生长的纵向轴线延伸。
轴向构造的纳米线或微米线具有比径向构造的线小的发射表面积，但是具有由具有更好晶体质量的半导体材料制成并且由此提供更高的内部量子效率的优点，这特别是由于半导体部分之间的界面处更好的应力松弛。在由InGaN制成的量子阱的情况下，轴向构造的纳米线或微米线使得能够加入更多的铟，例如用于发射红光或绿光。
例如，Bavencove等人的标题为Submicrometre resolved opticalcharacterization of green nanowire-based light emitting diodes，纳米技术22(2011)345705，的工作成果描述了具有轴向构造的纳米线的光电子器件的一个示例，其中第二p型掺杂部分的上部相互接触并携带对于线发射的光透明的极化电极。这里，每个有源部分具有与第一n型掺杂部分的平均直径基本相同的平均直径，并且包括多量子阱。线是基于GaN分子束外延制成的。
然而，需要开发出包括具有改进的光学效率的、纳米线或微米线类型的三维半导体结构的光电子器件。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，更具体地，提出一种包括至少一个具有改进的光学效率的三维半导体结构的光电子器件。为此，本发明涉及一种包括至少一个三维半导体结构的光电子器件，该至少一个三维半导体结构沿与其所在的衬底的平面基本正交的纵向轴线延伸，并且包括：从衬底的表面沿纵向轴线延伸的第一掺杂部分；包括至少一个量子阱并且从第一掺杂部分沿纵向轴线延伸的有源部分；以及从有源部分沿纵向轴线延伸的第二掺杂部分。
根据本发明，有源部分的量子阱具有大于所述第一掺杂部分的平均直径的平均直径，并且由钝化层侧向地覆盖。
此外，该光电子器件包括基本相互平行延伸的多个三维半导体结构，该多个三维半导体结构的有源部分相互接触。
该光电子器件的一些优选但非限制性方面如下。
每个有源部分的量子阱通过相互接触的钝化层与相邻有源部分的量子阱分离。
光电子器件可以具有0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2的每衬底单位面积第一掺杂部分的密度，第一掺杂部分彼此分离并且具有沿纵向轴线基本恒定的平均直径。
钝化层的平均厚度可以大于或等于2nm，并且优选为2nm到15nm。
第一掺杂部分可以由III-V族化合物、II-VI族化合物或IV族元素或化合物制成，钝化层可以由包含存在于第一掺杂部分的化合物中的至少一种元素的化合物制成。
一个或更多个量子阱的平均直径可以为第一掺杂部分的平均直径的115％到250％。
有源部分可以包括在第一掺杂部分和第二掺杂部分之间连续延伸的单量子阱，并且所述单量子阱被钝化层侧向地覆盖。
有源部分可以包括插入在势垒层之间的、形成量子阱或量子点的几个层，该几个层由钝化层侧向地覆盖。
三维半导体结构可以由主要包含III-N族化合物的材料制成，钝化层优选由选自GaN、AlGaN和AlN的化合物制成。
本发明还涉及一种用于制造根据前述特征中任一项的光电子器件的方法，其中，一个或更多个三维半导体结构通过分子束外延形成。
该方法包括通过外延生长形成多个三维半导体结构的步骤，其中：
i.形成从衬底的表面沿纵向轴线延伸的第一掺杂部分；
ii.形成包括至少一个量子阱并且从第一掺杂部分沿纵向轴线延伸的有源部分；
-在步骤ii)中，每个有源部分的量子阱形成为使得所述量子阱的平均直径大于第一掺杂部分的平均直径；
-此外，形成侧向地覆盖量子阱的钝化层。
钝化层的形成可以与量子阱的形成同时进行。
三维半导体结构可以主要包含III-V族化合物，形成有源部分的步骤ii)是在低于形成第一掺杂部分的步骤i)中的值T1的、优选为600℃到680℃的外延生长温度值T2下进行的，并且是在0.33到0.60的III族元素与V族元素的原子通量比下进行的。因此，出人意料的是，获得了一种光电子器件，其线状二极管的发射光谱具有减小的发射峰值的半峰全宽。这反映在量子阱以及因此有源部分的平均直径相对于第一掺杂部分的平均直径的115％到250％的扩大率。
形成第一掺杂部分的步骤i)可以包括在生长温度下使III-V族化合物成核，使得衬底单位面积第一掺杂部分的密度为0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2的子步骤。
附图说明
通过参照附图阅读以下以非限制性示例给出的对本发明优选实施例的详细描述，本发明的其他方面、目的、优势和特征将变得更加清楚，附图中：
图1是根据第一实施例的、包括轴向构造的三维半导体结构的光电子器件的示意性剖视图，该三维半导体结构的有源部分被扩大和钝化；
图2是轴向构造的三维半导体结构的另一示例的示意性剖视图，该三维半导体结构的有源部分包括单量子阱；
图3是示出了有源部分的扩大率RD随生长温度T和标称In/III比的变化的示例的图表；
图4示出了基于能量色散X射线光谱法(EDX)的、在图2所示的三维半导体结构的有源部分的横截面之上铟和镓原子比例的变化的示例；
图5是根据第二实施例的、包括轴向构造的三维半导体结构的光电子器件的示意性剖视图，该三维半导体结构的有源部分相互接触；
图6a是轴向构造的三维半导体结构的一种变型的示意性剖视图，该三维半导体结构的有源部分包括层形式的多量子阱；
图6b是轴向构造的三维半导体结构的另一变型的示意性剖视图，该三维半导体结构的有源部分包括量子点形式的多量子阱。
具体实施方式
在图中以及在其余的描述中，相同的附图标记表示相同或相似的元素。此外，为了附图的清晰起见，各种元素没有按比例绘制。此外，术语“基本上”、“大约”和“约”应理解为“在10％以内”。
本发明涉及一种光电子器件，包括适合于形成发光二极管或光电二极管的三维半导体结构。
三维半导体结构具有沿纵向轴线Δ的细长的形状，即，其沿着纵向轴线Δ的纵向尺寸大于横向尺寸。三维结构被称为“线”、“纳米线”或“微米线”。线的横向尺寸，即其在与纵向轴线Δ正交的平面中的尺寸可以为5nm到5μm，例如10nm到500nm，优选30nm到300nm。线的高度，即其沿纵向轴线Δ的纵向尺寸大于横向尺寸，例如是横向尺寸的2倍、5倍、优选至少10倍。
线在与纵向轴线Δ正交的平面中的横截面可以具有多种形状，例如，圆形、椭圆形、多边形，例如三角形、正方形、矩形或六边形。这里，直径被定义为在横截面水平处的线周长相关联的量。其可以是与线的横截面具有相同面积的圆盘的直径。局部直径是沿着纵向轴线Δ在线的给定高度处的线直径。平均直径是沿线或其一部分的局部直径的平均值，例如算术平均值。
图1示意性示出了包括形成轴向线状发光二极管的三维半导体结构2的光电子器件1的第一实施例的示意性局部剖视图。
这里并且对于其余的描述，定义了标准正交的三维坐标系(X,Y,Z)，其中，(X,Y)平面基本平行于光电子器件的衬底的平面，Z轴被定向在与衬底的平面正交的方向上。
在该示例中，光电子器件1包括：
-衬底3，例如由半导体材料制成，具有彼此相反的两个面，称为背面3a和正面3b；
-第一极化电极4，这里与衬底的背面3a接触；
-成核层5，由适合于三维半导体结构的外延生长的材料制成，覆盖衬底的正面3b；
-三维半导体结构2，此处为线的形式，其从成核层5沿着基本上正交于衬底3的正面3b的(X,Y)平面定向的纵向轴线Δ延伸，每根线2包括有源部分30、与成核层5接触的第一掺杂部分10、布置在第一掺杂部分10沿着纵向轴线Δ的延长部分中的第二掺杂部分20；
-与每个第二掺杂部分20接触的第二极化电极层6。
这里，每个三维半导体结构2形成轴向构造的线状发光二极管，其适合于在其有源部分的水平处发射光。在每个有源部分30基本覆盖与纵向轴线Δ基本正交的第一掺杂部分10的上表面11并且沿着纵向轴线Δ延伸的情况下，线2被称为轴向构造的。此外，第二掺杂部分20基本覆盖与纵向轴线Δ基本正交的有源部分30的上表面31，并且沿着纵向轴线Δ延伸。因此，线2具有轴向构造，这由此不同于前述核/壳构造。
每根线2是由至少一种半导体材料开始制成的，所述材料可以选自：包含周期表的第III列的至少一种元素和第V列的至少一种元素的III-V族化合物；包含第II列的至少一种元素和第VI列的至少一种元素的II-VI族化合物；或者IV族元素或者包含第IV列的至少一种元素的化合物。例如，III-V族化合物可以是III-N化合物，例如，GaN、InGaN、AlGaN、AlN、InN或者AlInGaN，或者包含砷或磷类型的第V列的元素的化合物，例如AsGa或者InP。此外，II-VI族化合物可以是CdTe、HgTe、CdHgTe、ZnO、ZnMgO、CdZnO或CdZnMgO。可以使用IV族元素或化合物，例如Si、C、Ge、SiC、SiGe或GeC。三维结构的半导体材料可以包括掺杂剂，例如提供对III-N族化合物的n型掺杂的硅，或者提供p型掺杂的镁。
有源部分30是从线中发射出大部分光的水平处的部分。有源部分30包括至少一个量子阱，其由带隙能小于第一掺杂部分和第二掺杂部分的带隙能的第二材料制成，对应于有源部分的发射区。量子阱可以是厚的，或者可以由优选布置在两个势垒层之间的至少一个薄层形成，从而改善电荷载流子的限制。第二材料包括在其中加入了至少一种附加元素的第一和第二掺杂部分的III-V、II-VI或IV族化合物。例如，在基于GaN制成的线的情况下，形成量子阱的第二材料优选为InGaN。附加元素的原子百分比取决于所需的光学性质和线的发射光谱。如稍后详细描述的，有源部分可以由位于在第一和第二掺杂部分之间延伸的半导体材料的一部分中的单量子阱形成。可替代地，它可以包括在势垒层之间插入的层或点的形式的几个多量子阱。
根据优选的实施例，每根线2是基于GaN制成的，量子阱由InGaN制成。第一掺杂部分10可以由GaN形成，并且可以掺杂为具有第一种类型的导电性，例如n型导电性，特别是掺杂有硅。第一掺杂部分的高度可以为100nm到10μm，例如500nm到5μm，并且特别地可以基本等于1μm。
有源部分30可以包括例如由InGaN制成的一个或更多个量子阱。有源部分可以包括在第一和第二掺杂部分10、20之间沿纵向轴线Δ连续延伸的单量子阱。可替代地，它可以包括多量子阱并且然后沿着纵向轴线Δ由例如由InGaN制成的量子阱和例如由GaN制成的势垒层交替形成。有源部分的高度可以为20nm到500nm，例如50nm到200nm，特别地可以基本等于100nm.
第二掺杂部分20可以由GaN形成，并且可以掺杂为具有与第一种类型相反的第二种类型的导电性，例如p型导电性，特别是掺杂有镁。第二掺杂部分的高度可以为50nm到5μm，例如100nm到1μm，并且特别地可以为约几十或几百纳米，以便限制与该掺杂部分相关联的串联电阻。因此，高度可以基本等于400nm。
第二掺杂部分20可以包括位于与有源部分30的界面处的电子阻挡层22。电子阻挡层可以由三元III-N族化合物(例如AlGaN或AlInN)形成，有利地经过p型掺杂。这使得可以增加有源部分内的辐射复合的水平。
第二极化电极6与掺杂部分20的上表面21接触，并且适合于将电荷载流子注入到线2中。第二极化电极6由相对于由该线发射的光基本上透明的材料，例如铟锡氧化物(ITO)制成。其厚度为几纳米到几十或几百纳米。
此外，每根线2位于衬底3上，衬底3的上表面3b可以被成核层5覆盖。成核层5由促进线的成核和生长的材料制成，例如氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)、氮化镁(MgxNy)、过渡金属的氮化物或碳化物或任何其它合适的材料。成核层的厚度可以为大约几纳米或几十纳米。在该示例中，成核层由AlN制成。
衬底3可以为单体结构，或者可以由诸如SOI型衬底(绝缘体上硅的缩写)等的层的堆叠形成。衬底可以由半导体材料制成，例如硅、锗、碳化硅或III-V或II-VI族化合物。其还可以由金属材料或绝缘材料制成。其可以包括石墨烯层、硫化钼或硒化物(MoS2、MoSe2)层或任何其它等效材料的层。在该示例中，衬底具有高度掺杂的n型单晶硅。
第一极化电极4与衬底3接触，在这里是导电的，例如在其背面3a的水平处。其可以由铝或任何其他合适的材料制成。
因此，当通过两个极化电极将正向电势差施加到线2时，线2发射光，其发射光谱在主要取决于量子阱的组成的波长处具有强度峰值。
如图1所示，有源部分30包括至少一个量子阱32，该量子阱的平均直径大于第一掺杂部分10的平均直径。这里，第一掺杂部分10具有基本等于局部直径的平均直径。第一掺杂部分10的平均直径可以为5nm到5μm，例如10nm到100nm，并且特别地可以基本等于50nm。在单量子阱的情况下，平均直径是该同一量子阱沿着纵向轴线Δ的局部直径的平均值。在层或点的形式的多量子阱的情况下，局部直径是量子阱层的直径或位于同一横截面水平处的量子点的累积直径。平均直径是不同量子层或点的局部直径的平均值。
有源部分30然后包括大于第一掺杂部分10的平均直径的局部直径。在图1的示例中，有源部分30的平均直径也随着与第一掺杂部分10的距离的增加而从在第一掺杂部分10的上表面11的水平处基本等于第一掺杂部分10的局部直径的第一值增加到在有源部分30与第二掺杂部分20之间的界面处的第二值。有源部分30然后具有大于第一掺杂部分10的平均直径的平均直径。
这反映在在(X,Y)平面中在有源部分30的水平处每根线2的扩大。有源部分30的平均直径可以为第一掺杂部分10的平均直径的110％到400％，优选115％到250％，以便提供更好的晶体质量和/或发射峰值的半峰全宽(FWHM)减小的发射光谱。例如，对于平均直径为约50nm的第一掺杂部分10，有源部分30的平均直径可以等于约75nm。
第二掺杂部分20从有源部分20沿着线2的纵向轴线Δ延伸。在该示例中，第二掺杂部分20的局部直径逐渐增加，直到其与相邻线2的第二掺杂部分20接触并且由此导致线2在第二掺杂部分20的水平处聚结为止。因此，局部直径从基本等于有源部分30在其上表面31的水平处的局部直径的值增加到对应于例如与相邻的第二掺杂部分20的接触部的值。例如，对于平均直径为约50nm的第一掺杂部分10以及平均直径为约75nm的有源部分30，第二掺杂部分20的平均直径可以等于约100nm。可替代地，第二掺杂部分20的局部直径可以沿纵向轴线Δ基本恒定，并且因此可以基本等于有源部分30在其上表面31的水平处的局部直径的值。
此外，有源部分30包括位于其侧壁35的水平处的钝化层34，也称为钝化壳。钝化层34覆盖量子阱32的侧边缘33，优选沿其周边连续地覆盖。量子阱32的侧边缘33是量子阱的、在横向平面(X,Y)中与有源部分30的侧壁35相对的表面。钝化层34的厚度取决于形成钝化层的材料的介电常数或带隙能，使得钝化层能够限制例如与有源部分的扩大相关的可能的表面状态的影响，并且这些表面状态可能导致量子阱中的非辐射复合。因此，薄钝化层的厚度可以为2nm到15nm，例如5nm到10nm。
因此，钝化层34可以由选自III-V族化合物、II-VI族化合物、IV族化合物或元素的材料，或甚至由例如铝的氮化物和氧化物(Al2O3)或者硅的氮化物和氧化物(SiO2、Si3N4)等介电材料制成。例如，在由GaN制成的第一和第二掺杂部分和由InGaN制成的量子阱的情况下，钝化层可以由GaN、AlN或AlGaN制成，例如没有被有意掺杂。
优选地，钝化层34的厚度和材料被选择为使得钝化层具有比量子阱的电阻或带隙能大的电阻或带隙能，从而优化电荷载流子向量子阱的传输。例如，钝化层可以由AlN、AlGaN或甚至GaN形成，其厚度为2nm到15nm。
当形成第一和第二掺杂部分10、20的材料为III-V族化合物或II-VI族化合物时，形成钝化层34的材料也分别为III-V族化合物或II-VI族化合物，并且可以包含来自第V或VI列的与第一和第二掺杂部分的材料相同的元素。例如，在由GaN制成的第一和第二掺杂部分和由InGaN制成的量子阱的情况下，钝化层可以由GaN、AlN或AlGaN制成。
如稍后将详细介绍的，钝化层34有利地在形成量子阱32同时形成。因此，它将限制量子阱的侧边缘中的表面状态，这有助于增加有源部分的内部量子效率。
因此，由于有源部分的扩大和钝化的组合效应，光电子器件的每根线都具有改进的光学效率。这里，光学效率对应于由光电子器件发射的光通量与由该器件吸收的电功率的比。
事实上，有源部分的扩大导致每根线的发射面积增加，从而导致发射的光通量增大。此外，有源部分的量子阱的侧边缘钝化使得能够通过限制量子阱侧边缘处的表面状态的影响来增加有源部分的内部量子效率。事实上，例如由于可能特别是在有源部分扩大过程中出现的结构缺陷或悬空键而导致的表面状态可能是有源部分中的非辐射复合的原因。因此，有源部分的钝化降低了有源部分中非辐射复合的水平，从而增加了线的有源部分的内部量子效率。
因此，有源部分的扩大和有源部分的侧壁的钝化导致每根线的光学效率的增加。
图2是根据第一变型的光电子器件的三维半导体结构2的局部剖视图，三维半导体结构2形成轴向构造的线形式的发光二极管，线的有源部分30包括单量子阱32。在该示例中，线2是基于GaN制成的，量子阱由InGaN制成。
有源部分30包括由第二半导体材料(这里是InGaN)制成的单量子阱32，第二半导体材料包含与第一掺杂部分10和第二掺杂部分20相同的、在其中加入了附加元素(这里是铟)的化合物GaN。形成第二材料的化合物的元素的原子比例优选在量子阱内基本均匀。InGaN单量子阱32形成了在第一掺杂部分10和第二掺杂部分20之间延伸并且平均直径大于第一掺杂部分10的平均直径的部分。如图2所示，其可以由沿纵向轴线Δ一个布置在另一个之上的两个部分组成，称为下部32a和上部32b，下部32a位于第一掺杂部分10和上部32b之间，并且具有从第一掺杂部分10在上表面11的水平处的局部直径的值开始连续增加的局部直径。第二部分32b具有在其整个高度上基本恒定的局部直径。
此外，有源部分30包括在其侧壁35的水平处的钝化层34，在第一部分32a和第二部分22b的水平处，该钝化层覆盖由InGaN制成的量子阱32的侧边缘33。其由与第一和第二掺杂部分的化合物GaN相同的材料制成，这里没有被故意掺杂。可替代地，其可以由AlN或AlGaN形成，从而使得能够增加钝化层的电阻或带隙能。这里，钝化层的厚度为2nm到15nm，例如5nm。
现在描述在三维半导体结构与参照图2描述的相同或相似的情况下的用于制造光电子器件的方法的示例，其中有源部分30由单量子阱32形成。在该示例中，线2是通过分子束外延(MBE)产生的，并且是基于GaN制成的。
在分子束外延的情况下，对外延生长有影响的参数是：
-标称III/V比，定义为来自第III列的元素的通量与来自第V列的元素的通量之比，即，在这种情况下，在GaN的第一和第二掺杂部分的生长期间的Ga/N比；以及在InGaN的量子阱的生长过程中的III/N比，也称为金属/N或(Ga+In)/N；
-标称In/III比，定义为附加元素(这里是铟)的通量与来自第III列的元
素(即镓和铟)的通量之比；
-这里是在衬底的水平处测量的生长温度T。
在第一步骤，通过外延生长从成核层5的表面开始形成第一掺杂部分10。为此，将生长温度提高到第一值T1，例如775℃到850℃，例如845℃。标称III/V比(这里是Ga/N比)具有低于1的值(III/V)1，以便处于所谓的富氮条件下。其可以例如为0.1到0.5。第一部分的GaN材料被n型硅掺杂。这里，第一n型掺杂部分具有约1μm的高度和约50nm的平均直径DN。因此，获得第一掺杂部分，该第一掺杂部分具有沿纵向轴线Δ延伸的线的形状。其具有与衬底相反并且沿着晶轴c定向的基本平坦的上表面。
在第二步骤，通过外延生长从第一n型掺杂部分10的上表面11开始形成有源部分30。为此，将生长温度提高到低于第一值T1的第二值T2，并且使得其在允许加入铟的温度范围内。在InGaN的情况下，加入铟的温度范围通常为560℃到690℃。例如，温度的值T2在这种情况下为600℃到680℃，例如等于约670℃。此外，标称In/III比具有5％到70％、优选10％到50％的值(In/III)2，该值取决于所需的InGaN组分，例如这里为28％，其以发射约555nm的绿光为目的。
此外，由于铟的通量，标称III/V比具有大于前一步骤的(III/V)1的值(III/N)2。虽然标称Ga/N比保持恒定在0.3，但是(III/N)2则高于0.3。其可以为0.32到1.5，并且优选可以为0.33到0.60，以便提供更好的晶体质量和/或发射峰值的半峰全宽(FWHM)减小的发射光谱。例如，这里是0.42。因此，获得有源部分，其包括铟的原子比例为约28％(没有被有意掺杂)并且在线被正向极化时能够发射约550nm的光的InGaN的单量子阱。
发明人已经证明，生长温度的降低(例如降低至600℃到680℃的温度)结合标称III/N比的增加(例如增加为0.33到0.60)，导致量子阱的平均直径变扩大，从而导致有源部分的平均直径相对于第一n型掺杂部分的平均直径扩变大，例如扩变大至第一n型掺杂部分的平均直径的115％到250％。如图3所示，扩大率RD＝DPA/DN，其中DPA为有源部分的平均直径，DN是第一掺杂部分的平均直径，该扩大率速率取决于生长温度的降低和标称III/N比的增加。t因此，在低于值T1的生长温度下，标称In/III比和因此标称III/N比的增加导致扩大率RD的增加。此外，对于大于值(III/N)1的标称III/N比，降低生长温度导致扩大率RD的增加。因此，根据决定标称III/N比的值的所需的发射光谱，增加标称III/N比和/或降低生长温度使得能够获得有源部分的扩大率RD，从而导致线的光学效率的提高。还可以看出，在600℃到680℃的生长温度T2和0.33到0.60的(III/N)2下，获得了能够发射光的二极管，其发射光谱在发射峰值处具有减小的半峰全宽。
此外，发明人已经证明，包括单量子阱32的有源部分30的外延生长可以与围绕量子阱的侧边缘33的钝化层34的形成同时进行。因此，有源部分由InGaN的单量子阱形成，单量子阱的侧边缘被GaN钝化层钝化。图4对应于通过能量色散X射线光谱仪(EDX)获得的有源部分的横截面之上的铟和镓的原子比例，如图4所示，平均厚度为约5nm的GaN钝化层位于InGaN量子阱的侧边缘的水平处。单量子阱和钝化层的同时形成使得能够增加有源部分的内部量子效率，只要可能导致非辐射复合的、与量子阱的悬空键相关联的表面状态被钝化层钝化。
然后获得扩大的有源部分30，其中量子阱32的侧边缘33被钝化，这使得能够提高线的光学效率。有源部分可以具有75nm到100nm的高度和75纳米到100nm的平均直径。钝化层可以具有约2nm至约10nm的平均厚度。
在第三步骤，通过外延生长从有源部分30的上表面31开始形成第二掺杂部分20。为此，停止铟流动，然后将标称III/N比(这里是Ga/N比)的值增加到大于第二步骤的(III/N)2的值(III/N)3，优选大于1，例如等于约4/3。此外，生长温度的值T3可以等于、小于或大于第二值T2，但仍然低于第一值T1，例如等于约670℃。这反映在第二p型掺杂部分的扩大中。第二p型掺杂部分可以具有约350nm的高度和约150nm的平均直径。第二p型掺杂部分的生长可以继续进行，直到在第二p型掺杂部分之间存在相互接触和聚结，从而形成基本平坦的上表面。因此，获得了具有扩大的有源部分的轴向构造的线，该扩大的有源部分的单量子阱具有钝化的侧边缘。可以以这种方式获得这里在其各自的p型掺杂部分的水平处相互接触的几根线。
最后，在最后一个步骤，将第二极化电极6沉积在上表面21上，以便与第二掺杂部分20接触，该第二极化电极6由导电的且相对于由线发射的光透明的材料制成。因此，通过两个极化电极对线施加正向电势差导致发射光，其发射光谱的性质取决于有源部分中量子阱的组分。光学效率相对于现有技术的前述示例的光学效率增大，即，在同等线密度下，根据本发明的线具有其量子阱具有钝化侧边缘的扩大的有源部分。
图5是根据第二实施例的光电子器件1的示意性剖视图，其与图1和2中所示的那些的不同之处大致在于线2在有源部分30的水平处相互接触。
以与图1中的实施例相同的方式，光电子器件1包括半导体材料的衬底3，例如经过高度n型硅掺杂的衬底3，在其正面3b上覆盖有成核层5，其相反面3a被第一极化电极4覆盖。
这里的三维半导体结构与参照图2描述的相同或类似。其具有轴向构造的线的形式，线从成核层沿着基本上正交于衬底正面的(X,Y)平面定向的纵向轴线Δ延伸，每根线2包括有源部分30、与成核层5接触的第一掺杂部分10、布置在第一掺杂部分10沿着纵向轴线Δ的延长部分中的第二掺杂部分20。
这里，有源部分30包括平均直径比第一掺杂部分10的平均直径大的单量子阱32，该单量子阱的侧边缘33被钝化层34覆盖。在该示例中，有源部分30包括InGaN单量子阱以及GaN钝化层。
线2在有源部分30的水平处相互接触，使得每个有源部分与一个或更多个相邻有源部分接触。它也称为线在有源部分的水平处的聚结。更确切地说，有源部分30在钝化层34的水平处相互接触，每个有源部分的量子阱32然后通过相互接触的钝化层34与相邻有源部分的量子阱32分离。第一掺杂部分10不相互接触并且彼此分离。
这里，每个有源部分30包括沿纵向轴线Δ从第一掺杂部分10延伸的第一部分30a，其中量子阱32的局部直径增加，直到覆盖量子阱的侧边缘33的钝化层34遇到相邻线2的有源部分的钝化层34为止。然后，第二部分30b从第一部分30a延伸，在第二部分中，量子阱32沿纵向轴线Δ具有基本恒定的局部直径，量子阱32通过相互接触的钝化层34沿纵向轴线Δ与相邻量子阱32分离。
光电子器件还包括从有源部分的上表面31开始的相互接触的第二掺杂部分20。因此，第二掺杂部分20与参照图1描述的那些的不同之处在于其形成了连续覆盖所有有源部分30的p型掺杂层。这里，其沿(X,Y)平面中光电子器件的横向尺寸具有基本均匀的厚度。这里，p型掺杂层包括位于与有源部分30的界面处的电子阻挡层22。p型掺杂层的上表面21被极化电极6覆盖。
因此，线2在有源部分30的水平处而不再仅在第二掺杂部分20的水平处的聚结，导致光电子器件的每衬底单位面积的发射面积的优化。此外，由于每个有源部分30的量子阱32通过相互接触的钝化层34与相邻有源部分30的量子阱32分离，因此，限制了由于钝化层的聚结形成的晶界的水平处的非辐射复合，从而增加每根线的内部量子效率。然后，优化了光电子器件的光学效率。
现在描述根据图5所示的实施例的用于制造光电子器件的方法的一个示例。在该示例中，线2是通过分子束外延(MBE)制成的，并且是基于GaN的。每个有源部分30包括InGaN的单量子阱32，并且钝化层34在这种情况下由GaN制成。如上所述，钝化层在这种情况下可以由其他III-N材料制成，例如AlN或AlGaN。
通过调节第一掺杂部分10的每衬底单位面积的密度或表面密度以及通过调节有源部分30的扩大率RD来获得线的有源部分30的聚结。
通过外延生长形成第一掺杂部分10的第一步骤类似于上述第一步骤，不同之处在于首先调节生长温度和标称III/V比(这里是Ga/N)，以获得足够表面密度的第一掺杂部分。例如，在5％内等于840℃的生长温度初始值T1结合0.5的标称Ga/N比初始值(III/V)1导致第一掺杂部分的表面密度为0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2，例如基本等于1.0×1010cm-2。第一掺杂部分的该表面密度然后使得能够首先获得具有良好的晶体质量、充分间隔开的有源部分，并且然后允许有源部分聚结。第二，可以维持标称Ga/N比的(III/V)1值或者将其降低至约0.3的值，并且可以维持生长温度的值T1。然后执行第一掺杂部分沿着纵向轴线Δ的外延生长。
通过外延生长形成有源部分30的第二步骤类似于上述第二步骤，不同之处在于调节生长温度和III/V比(这里是Ga/N)，以获得足以确保有源部分聚结的扩大率RD。例如，大于或等于115％(例如115％到250％)的扩大率使得能够获得有源部分的聚结，特别是在第一掺杂部分的表面密度为0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2时。因此，600℃到680℃的生长温度值T2结合0.33到0.60的金属/N比值(III/V)2确保了具有良好的晶体质量的有源部分的聚结，同时优化加入每个有源部分中的铟的原子比例的均匀性。因此，获得了相互接触的有源部分30，其中每个InGaN单量子阱32通过相互接触的钝化层34与相邻有源部分30的量子阱32分离。有源部分30的上表面31因此形成基本平坦的表面，在该表面上可以沉积掺杂层20。
通过外延生长形成第二掺杂部分20的第三步骤与上述第三步骤相同或相似。停止铟流动，然后将标称III/N比(这里还是Ga/N比)的值增加到大于或等于第二步骤的(III/N)2的值(III/N)3，优选大于1，例如等于约4/3。此外，生长温度T3可以等于、小于或大于第二值T2，但在这种情况下，仍然低于第一值T1，例如等于约670℃。因此，获得了连续覆盖线的有源部分并且具有基本恒定厚度的p型掺杂层。
最后，在掺杂层20的上表面21上沉积极化电极层6。通过极化电极向线施加正向电势差导致线发射光，其光学效率被优化。
图6a是以轴向线构造的光电子器件的三维半导体结构的截面的示意性剖视图。三维半导体结构类似于参照图2所描述的，不同之处大致在于有源部分30包括形成量子阱的层与势垒层的交替形式的多量子阱32。
在该示例中，线2包括第一掺杂部分10，包括插入到势垒层之间的三层量子阱32的有源部分30在该第一掺杂部分上沿着纵向轴线Δ延伸。第二掺杂部分20在有源部分30上沿着纵向轴线Δ延伸。这里，线2是通过分子束外延获得的，并且基于GaN，在这种情况下，形成量子阱的层含有InGaN。
这里，有源部分30包括从第一掺杂部分10沿纵向轴线Δ延伸的GaN势垒层的第一部分30a，其中量子阱的局部直径从基本等于第一掺杂部分10在其上表面11水平处的局部直径的第一值增加至第二值。然后，第二部分30b从第一部分30a延伸，并且包括三个量子阱32，每个量子阱具有基本相同的局部直径。
每个量子阱32在其侧边缘33的水平处被钝化层34(这里是GaN或者甚至AlN或AlGaN的钝化层)覆盖。该钝化层34的厚度大于或等于2nm，并且有利地为2nm到15nm。在该示例中，钝化层34包括在形成量子阱的同时获得的、与量子阱的侧边缘33接触的第一侧部34a。其有利地包括覆盖第一钝化部34a并且形成有源部分的侧壁35的第二侧部34b。在形成量子阱的步骤中单独形成该第二钝化部34b。因此，该第二钝化部34b形成有源部分的侧壁35，并且可以覆盖第一掺杂部分10的侧边缘。
可以通过将生长温度降低到低于第一掺杂部分的生长温度值T1的值T2，例如600℃到800℃，例如670℃，来获得有源部分30的第一部分30a的外延形成。此外，标称III/V比(这里Ga/N比)具有大于第一掺杂部分生长的值(III/V)1的值(III/V)2。由此形成GaN有源部分30的第一部分30a，其局部最大直径取决于温度和标称III/V比的值。然后，有源部分具有基本恒定的局部直径。
根据线的发射所需的光学性质，通过按照5％到70％(优选10％到50％)的标称In/III比的值引入铟的通量来获得形成量子阱的外延形成的层32。因此，形成了交替的层，这些层形成InGaN量子阱和GaN势垒层。在形成量子阱的同时，在量子阱32的侧边缘33处形成钝化层34(这里是GaN钝化层)。
然后可以执行形成钝化层34的第二侧部34b的可选步骤，在该步骤中，停止铟流动。生长温度可以基本等于或甚至大于对应于有源部分生长的值。标称III/N比的值例如基本等于1.5。钝化层的第二侧部覆盖钝化层的第一部，并且还可以覆盖第一n型掺杂部分的侧边缘。
然后采用上述操作条件，形成设置有电子阻挡层的第二掺杂部分20。
类似于参照图5描述的实施例，光电子器件可以包括在有源部分30的水平处相互接触的多个三维半导体结构2。然后，通过钝化层34的第一侧部34a将同一有源部分30的量子阱32与相邻有源部分的量子阱32分离。
图6b是以轴向线构造的光电子器件的另一三维半导体结构的截面的示意性剖视图。三维半导体结构类似于参照图6a所描述的，不同之处大致在于有源部分30包括沿着纵向轴线插入在势垒层之间的量子点的形式的多量子阱32。
此类三维半导体结构可以通过以上参照图6a的变型描述的方法来获得，不同之处大致在于In/III比具有高于阈值的值，所述值基本等于在GaN势垒层上布置InGaN量子阱的情况下的值的20％。
类似于参照图5描述的实施例，光电子器件可以包括在有源部分的水平处相互接触的多个三维半导体结构。然后，通过钝化层的第一侧部将同一有源部分的量子点32与相邻有源部分的量子点32分离。
仅仅描述了特定的实施例。各种实施例和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。
已经描述了适合于基于电信号发射光并且因此形成发光二极管的三维半导体结构。可替代地，该结构可以适于检测入射光并作为响应产生电信号，从而形成光电二极管。这些应用可能涉及光电子学或光伏领域。

Claims (14)

1.一种光电子器件(1)，包括至少一个三维半导体结构(2)，所述至少一个三维半导体结构(2)沿与其所在的衬底(3)的平面基本正交的纵向轴线(Δ)延伸并且包括：
-从所述衬底(3)的表面沿所述纵向轴线(Δ)延伸的第一掺杂部分(10)；
-包括至少一个量子阱(32)并且从所述第一掺杂部分(10)沿所述纵向轴线(Δ)延伸的有源部分(30)；
-从所述有源部分(30)沿所述纵向轴线(Δ)延伸的第二掺杂部分(20)；
其特征在于，
-所述有源部分(30)的量子阱(32)具有大于所述第一掺杂部分(10)的平均直径的平均直径，并且由钝化层(34)侧向地覆盖；
-所述光电子器件(1)包括基本相互平行延伸的多个三维半导体结构(2)，所述多个三维半导体结构的有源部分(30)相互接触。
2.如权利要求1所述的光电子器件(1)，其中每个有源部分(30)的量子阱(32)通过相互接触的所述钝化层(34)与相邻有源部分(30)的量子阱(32)分离。
3.如权利要求1或2所述的光电子器件(1)，其中，每衬底(3)单位面积、第一掺杂部分(10)的密度为0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2，所述第一掺杂部分(10)彼此分离并且具有沿所述纵向轴线(Δ)基本恒定的平均直径。
4.如权利要求1至3中任一项所述的光电子器件(1)，所述钝化层(34)的平均厚度大于或等于2nm，并且优选为2nm到15nm。
5.如权利要求1至4中任一项所述的光电子器件(1)，所述第一掺杂部分(10)由III-V族化合物、II-VI族化合物或IV族元素或化合物制成，所述钝化层(34)由包含存在于所述第一掺杂部分的化合物中的至少一种元素的化合物制成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光电子器件(1)，所述量子阱(32)的平均直径为所述第一掺杂部分(10)的平均直径的115％到250％。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光电子器件(1)，所述有源部分(30)包括在所述第一掺杂部分(10)和所述第二掺杂部分(20)之间连续延伸的单量子阱(32)，并且所述单量子阱(32)被钝化层(34)侧向地覆盖。
8.如权利要求1至6中任一项所述的光电子器件(1)，其中，所述有源部分(30)包括插入在势垒层之间的、形成量子阱或量子点的几个层(32)，所述几个层(32)由钝化层(34)侧向地覆盖。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光电子器件(1)，所述三维半导体结构(2)由主要包含III-N族化合物的材料制成，所述钝化层(34)优选由选自GaN、AlGaN和AlN的化合物制成。
10.一种用于制造如前述权利要求中任一项所述的光电子器件(1)的方法，其中，所述三维半导体结构(2)通过分子束外延形成。
11.如权利要求10所述的方法，包括通过外延生长形成多个三维半导体结构(2)的步骤，其中：
i.形成从所述衬底(3)的表面沿所述纵向轴线(Δ)延伸的第一掺杂部分(10)；
ii.形成包括至少一个量子阱(32)并且从所述第一掺杂部分(10)沿所述纵向轴线(Δ)延伸的有源部分(30)；
其特征在于，
-在步骤ii)中，每个有源部分(30)的量子阱(32)形成为使得所述量子阱的平均直径大于所述第一掺杂部分(10)的平均直径；
-此外，形成侧向地覆盖所述量子阱(32)的钝化层(34)。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述钝化层(34)的形成与所述量子阱(32)的形成同时进行。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，所述三维半导体结构(2)主要包含III-V族化合物，其中，形成所述有源部分(30)的步骤ii)是在低于形成所述第一掺杂部分的步骤i)中的值(T1)的、优选为600℃到680℃的外延生长温度值(T2)下进行的，并且是在0.33到0.60的III族元素与V族元素的原子通量比下进行的。
14.如权利要求13所述的方法，其中，形成所述第一掺杂部分(10)的步骤i)包括在生长温度下使III-V族化合物成核，使得每衬底单位面积、第一掺杂部分(10)的密度为0.5×1010cm-2到1.5×1010cm-2的子步骤。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114270542A (zh) * 2019-06-25 2022-04-01 艾利迪公司 包括三维半导体元件的光电器件和制造所述器件的方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3064109A1 (fr) * 2017-03-20 2018-09-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Structure a nanofils et procede de realisation d'une telle structure
KR102701758B1 (ko) * 2018-11-27 2024-09-04 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자, 이의 제조 방법 및 발광 소자를 구비한 표시 장치
JP7227463B2 (ja) 2018-12-27 2023-02-22 日亜化学工業株式会社 発光素子及びその製造方法
CN111463659B (zh) * 2019-01-21 2021-08-13 华为技术有限公司 量子点半导体光放大器及其制备方法
FR3098012B1 (fr) * 2019-06-25 2023-01-13 Aledia Procédé d'homogénéisation de la section de nanofils pour diodes électroluminescentes
FR3098013B1 (fr) * 2019-06-25 2021-07-02 Commissariat Energie Atomique Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes de type axial
JP7336767B2 (ja) * 2019-10-03 2023-09-01 株式会社小糸製作所 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
JP7176700B2 (ja) * 2020-07-31 2022-11-22 セイコーエプソン株式会社 発光装置およびプロジェクター
WO2024164078A1 (en) * 2023-02-08 2024-08-15 4233999 Canada Inc. Light emitters on coalesced selective area growth nanocolumns

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6751243B2 (en) * 2000-12-15 2004-06-15 Fujitsu Limited Semiconductor device with quantum dots having high carrier injection efficiency, its manufacture method, and semiconductor laser device
WO2006025407A1 (ja) * 2004-08-31 2006-03-09 Akihiko Kikuchi 発光素子及びその製造方法
CN101681918A (zh) * 2006-12-22 2010-03-24 昆南诺股份有限公司 带有准直反射器的纳米结构化led阵列
US20140301418A1 (en) * 2009-02-27 2014-10-09 California Institute Of Technology Photonic crystal cavities and related devices and methods
CN105280773A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 三星电子株式会社 半导体发光器件

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003101069A (ja) * 2001-09-25 2003-04-04 Nagoya Industrial Science Research Inst Ｉｉｉ族窒化物量子ドットおよびその製造方法
WO2006060599A2 (en) 2004-12-02 2006-06-08 The Regents Of The University Of California Semiconductor devices based on coalesced nano-rod arrays
JP2009049195A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光素子及び発光装置
JP2009076896A (ja) * 2007-08-31 2009-04-09 Panasonic Corp 半導体発光素子
RU2469435C1 (ru) * 2008-10-17 2012-12-10 Нэшнл Юниверсити Корпорейшн Хоккайдо Юниверсити Массив полупроводниковых светоизлучающих элементов и способ его изготовления
US8242523B2 (en) * 2010-07-29 2012-08-14 National Tsing Hua University III-Nitride light-emitting diode and method of producing the same
WO2012106814A1 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University High efficiency broadband semiconductor nanowire devices and methods of fabricating without foreign metal catalysis
EP2665100A3 (en) * 2012-05-14 2015-01-07 National Tsing Hua University Light-emitting diode display and method of producing the same
US11502219B2 (en) 2013-03-14 2022-11-15 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University Methods and devices for solid state nanowire devices
FR3026564B1 (fr) * 2014-09-30 2018-02-16 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Dispositif optoelectronique a elements semiconducteurs tridimensionnels

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6751243B2 (en) * 2000-12-15 2004-06-15 Fujitsu Limited Semiconductor device with quantum dots having high carrier injection efficiency, its manufacture method, and semiconductor laser device
WO2006025407A1 (ja) * 2004-08-31 2006-03-09 Akihiko Kikuchi 発光素子及びその製造方法
CN101681918A (zh) * 2006-12-22 2010-03-24 昆南诺股份有限公司 带有准直反射器的纳米结构化led阵列
US20140301418A1 (en) * 2009-02-27 2014-10-09 California Institute Of Technology Photonic crystal cavities and related devices and methods
CN105280773A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 三星电子株式会社 半导体发光器件

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114270542A (zh) * 2019-06-25 2022-04-01 艾利迪公司 包括三维半导体元件的光电器件和制造所述器件的方法

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