TW202107734A - 發光二極體及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述了發光二極體及其製造方法。本發明涉及一種包括有源區並具有三維(3D)結構的發光二極體（LED）。該3D LED包括：GaN基的第一層，具有第一含量的鋁和第一含量的銦，和GaN基的第二層，置於第一層和有源區之間並與它們接觸，其具有第二含量的鋁和第二含量的銦，銦的第二含量嚴格高於銦的第一含量，以促進在所述第一層和第二層之間的介面處形成失配位錯。有利的是，有源區以及第一和第二層沿著半極性晶面延伸。本發明還涉及製造這種3D LED的方法。

Description

發光二極體及其製造方法
本發明涉及光電子領域，在具有三維結構的氮化鎵基發光二極體(diodes électroluminescentes à base de GaN)領域具有特別有利的應用。
氮化鎵(GaN)基發光二極體(LED)通常使用一種稱為平面工藝(technologie planaire)的技術來製造，該技術包括在基底平面(plan de base)上沿垂直於基底平面的方向形成堆疊的二維(2D)層。
該堆疊通常包括被稱為有源區(région active)的區域，在該區域中發生電子-空穴對(paires électron-trou)的輻射複合(recombinaisons radiatives)，這允許獲得具有主波長(longueur d’onde principale)的光輻射。
對於顯示應用，LED可以被配置為發出主波長為藍色、綠色或紅色的光輻射。
例如通過光刻/蝕刻步驟使該堆疊後驗(posteriori)結構化，然後允許形成多個發光二極體，每個發光二極體具有臺面結構(structure en mésa)。臺面結構通常具有頂面和側壁。通過後驗結構化獲得的側壁通常具有有利於非輻射表面複合的外觀的缺陷。
在微型LED的情況下，對於小於幾十微米，例如小於10μm的臺面尺寸，臺面的表面積/體積比增加，側壁的影響變得顯著。特別地，由於非輻射表面複合的份額增加，這種微型LED的非輻射複合率增加。這些微型LED的性能因此惡化。
為了減少臺面側壁缺陷，直接形成三維(3D)結構是構造二維(2D)平面堆疊的有前途的替代方案。這種替代方案尤其允許顯著降低非輻射表面複合率。
圖1A和1B示出了用於製造LED和/或微型LED的這種3D結構。
這些3D結構可以是主要在垂直於基底平面的方向上延伸的GaN基微米線(microfils)或納米線(nanofils)的形狀。
它們可以通過外延生長从部分被掩蔽層(couche de masquage)13覆蓋的成核層(couche de nucléation) 12’形成。
在這些實施例中，成核層12’是二維的，並且在基底平面中延伸。3D結構的生長通過掩蔽層13的窗口130進行。
這些3D結構可以具有不同的內部架構。
圖1A示出了第一種架構，稱為軸向架構(architecture axiale)。根據該軸向架構，有源區123在3D結構內平行於基底平面橫向延伸。
這種軸向架構特別允許在GaN基有源區123中摻雜高濃度的銦(In)。這種有源區123可以發射波長為綠色或紅色的光輻射。
因此，這種軸向架構可用於製造綠色或紅色3D微型LED。
然而，這樣的結構具有低輻射產率(rendement radiatif)。
此外，對於高濃度的銦，在這種類型的軸向架構中，銦在有源區中的分佈通常是不均勻的。
圖1B展示了第二種架構，稱為徑向架構(architecture radiale)。根據這種徑向架構，有源區123沿著3D結構的側面垂直於基底平面延伸。
這種放射架構對於發射藍光的LED具有良好的輻射產率。
然而，對於發射波長大於500 nm的光輻射的富銦徑向有源區123來說，該產率降低。
因此，這種徑向架構對於製造綠色或紅色3D微型LED並不是最佳的。
因此，3D結構LED的現有解決方案無法實現銦的大量摻雜和高輻射產率。
本發明旨在至少部分地克服上述一些缺點。
特別地，本發明的一個目的是提供一種GaN基3D結構發光二極體(LED)，其允許在有源區中摻雜高含量的銦，同時保持甚至提高輻射產率。
本發明的另一目的是提供一種GaN基3D結構發光二極體(LED)，其銦的分佈是均勻的。
本發明的另一目的是提供一種製造這種3DGaN基LED的方法。
通過研究以下的說明書和圖示，本發明的其他目的、特徵和優點將變得顯而易見。應當理解，可以結合其他優點。
為了實現上述目的，根據本發明的第一個方面，提供了一種發光二極體(LED)，其具有GaN基的三維(3D)結構，並且包括基於銦鎵氮化物(InGaN)的用於發射光輻射的有源區。三維(3D)結構是具有錐形頂部的線型形狀(3D結構被稱為3D筆狀結構)或金字塔形狀(3D結構被稱為3D金字塔結構)。
該發光二極體還包括：
-GaN基的GaN基的第一層，其具有第一含量的鋁和第一含量的銦，和
-GaN基的第二層，其置於該第一層和有源區之間並與他們接觸，其具有第二含量的鋁和第二含量的銦。
銦的第二含量可以有利地嚴格大於銦的第一含量，從而在該第一層和第二層之間的介面處形成晶格參數失配(désaccord de paramètres de maille)的位錯(dislocation)。
該有源區、該第一層和該第二層可以有利地沿著半極性晶面(plans cristallographiques semi-polaires)延伸。
本發明的改進使得有可能確定以下幾點：
- 銦在有源區中的摻雜尤其取決於形成有源區的層的極性和3D結構中機械應力的控制，
- 輻射複合率以及輻射產率部分取決於InGaN基有源區中引起的壓電場的強度。該壓電場還取決於形成有源區的層的極性。
3D結構LED的現有解決方案似乎不能有效地控制銦的摻雜、機械應力的出現和壓電場的強度。
在軸向架構的情況下(圖1A)，在極性平面上形成有源區(GaN基材料的六方晶體結構的平面c或-c，如圖2A所示)，這在有源區內引起強壓電場。
這種強壓電場產生電荷載流子(電子和空穴)的空間分離。載流子的這種分離大大降低了電子-空穴複合率。內部量子效率IQE和輻射產率低。
軸向架構的極性平面允許相對大量的銦摻雜至有源區中。
然而，通過增加有源區中銦[In]a的濃度，例如[In]a＞17%，有源區的InGaN基材料受到越來越大的機械應力。因此，可以通過有源區中的塑性應力鬆弛來形成結構缺陷。這降低了有源區的IQE效率和輻射產率。機械應力和/或塑性鬆弛的增加進一步促進了銦在有源區內的不均勻分佈。
在徑向架構的情況下(圖1B)，在非極性平面上(GaN基材料的六方晶體結構的平面a或m，如圖2B所示)形成有源區。
非極性平面中的塑性應力鬆弛比極性平面中的塑性應力鬆弛出現得早。這種晶體取向促進了晶體缺陷的出現。這些晶體缺陷，特別是堆垛層錯，在有源區形成並迅速擴展。
為了使壓電場的強度最小化，同時優化銦在有源區中的摻雜，本發明提供了在半極性平面上形成有源區，如圖1C、2C所示。在下文中將此架構稱為金字塔架構。
與極性平面不同，半極性平面的壓電場很弱或為零。根據一個實施例，半極性平面優選為{10-11}型(圖2C)，並且具有實際上為零的壓電場。
與軸向架構相比，金字塔架構的內部量子效率IQE因此得到提高。
在主波長處的光輻射的發射在較大電流密度範圍內的穩定性也得到提高。
與非極性平面相比，半極性平面還允許摻雜更大量的銦。
相對於徑向架構，這種金字塔架構也改善了銦的摻雜。
此外，為了有效地釋放有源區處的機械應力，本發明提供了在平行於半極性平面的3D結構中形成分別貧銦和富銦的GaN基的第一層和GaN基的第二層。這些第一層和第二層在下文中也被稱為“應力鬆弛結構”。
第一層和第二層之間晶格參數的差異允許在第一層和第二層之間的介面處產生晶格參數失配的位錯，通常被稱為“失配位錯”。
失配位錯(MD)的出現對應於第一層和第二層的塑性鬆弛。
應力鬆弛結構因此允許在鬆弛的GaN基材料上形成有源區。
因此，可以通過將該有源區中結構缺陷的密度最小化，增加該有源區中摻雜的銦的含量。
此外，提高了至少部分鬆弛的有源區內的銦分佈的均勻性。
優選地，第一層和第二層也分別是富鋁(Ga(In)AlN)和貧鋁(Ga(Al)InN)的。鋁的加入使得第一層和第二層之間的晶格參數差異更加明顯。因此，沒有必要形成富含銦的第二層來獲得MD出現所需的晶格參數差異。這允許防止銦含量太高的第二層吸收光輻射。
在協同作用下，由應力鬆弛結構產生的失配位錯被限制在金字塔架構的半極性平面內。
因此，與極性或非極性平面中產生的結構缺陷不同，失配位錯不會傳播到有源區。
可以將介面和有源區之間的必要距離d減至最小，以避免失配位錯對有源區操作的寄生影響(influence parasite)，特別是對有源區處形成的空間的電荷區域的影響。
因此，介面處失配位錯的限制允許將第二層的厚度限制在小於150 nm的厚度，例如在10 nm和150 nm之間。
因此，金字塔架構的這種集成應力鬆弛結構(structure de relaxation des contraintes intégrée )可以有效控制機械應力。與這種改善的應力控制相關的其他優點將在下文詳細描述。這種應力控制的改善總體上改善了IQE。
因此，基於這種具有應力鬆弛結構的金字塔架構的LED具有更高的輻射產率，特別是對綠色或紅色光輻射發射的配置而言。
本發明的第二方面涉及一種製造具有三維(3D)結構的氮化鎵(GaN)基發光二極體(LED)的方法，該二極體包括用於發射光輻射的InGaN基有源區。
該方法包括以下步驟：
-在基底上提供三維結構，其包括至少一個GaN基表面層，所述表面層沿著半極性晶面延伸，
-在表面層上形成GaN基的第一層，該GaN基的第一層沿著所述半極性晶面延伸，並且具有第一含量的鋁和第一含量的銦，
-在所述第一層上直接形成GaN基的第二層，所述GaN基的第二層沿著所述半極性晶面延伸，並且具有第二含量的鋁和第二含量的銦，並使銦的第二含量嚴格高於銦的第一含量，從而在第一層和第二層之間的介面處形成晶格參數失配的位錯，
-在第二層上直接形成沿所述半極性晶面延伸的InGaN基有源區。
在開始詳細論述本發明的實施方案之前，應當記得的是，根據本發明的第一方面，本發明特別包括以下可選特徵，這些可選特徵可以組合使用或替代使用。
根據一個實施例，鋁的第一含量和/或第二含量為零。
根據一個實施例，銦的第一含量嚴格小於鋁的第一含量。
根據一個實施例，銦的第一含量是非零的。
根據一個實施例，銦的第二含量嚴格高於鋁的第二含量。
根據一個實施例，銦的第一含量[In]1 為0%至10%。
根據一個實施例，銦的第二含量[In]2 為3%至25%。
根據一個實施例，鋁的第一含量[Al]1 為0%至35%。
根據一個實施例，鋁的第二含量[Al]2 為0至10%。
根據一個實施例，介面位於距離有源區距離d處，使得d＞10 nm。
根據一個實施例，半極性晶面是{10-11}型。
根據一個實施例，LED被配置為發射波長為500 nm至650 nm的光輻射。
根據一個實施例，三維結構被稱為三維鉛筆結構，並且是具有錐形頂部的線的形狀。
根據一個實施例，三維結構被稱為三維金字塔架構，並且呈金字塔形狀。
根據一個實施例，三維結構從平面襯底上形成。
根據一個實施例，三維結構從具有紋理表面的三維襯底上形成。
根據一個實施例，襯底基於選自矽、GaN、藍寶石的材料。
根據本發明的第二方面，本發明特別包括以下可選特徵，這些特徵可以組合使用或替換使用：
根據一個實施例，第一層和第二層以及有源區的形成通過分子束外延(MBE)進行。
根據一個實施例，第一層和第二層以及有源區的形成在具有紋理表面的三維襯底上進行。
根據一個實施例，有源區的形成至少部分在高於550°C的溫度下進行。
在本發明中，根據金字塔架構的應力鬆弛結構的形成特別用於3D LED的製造。
本發明可以更廣泛地用於具有包括有源區的3D結構的各種光電子器件。
光電器件的有源區是指從其中發射該器件提供的光輻射的大部分的區域，或從其中捕獲該器件接收的光輻射的大部分的區域。
因此，本發明也可以在鐳射或光伏器件的環境中實現。
除非明確提及，否則在本發明的上下文中，規定介於第一層和第二層之間的第三層的相對佈置不一定意味著這些層彼此直接接觸，而是意味著第三層或者直接與第一層和第二層接觸，或者通過至少一個其他層或至少一個其他元件與第一層和第二層分離。
應從廣義上理解形成不同層和區域的步驟：它們可以在幾個不一定嚴格連續的子步驟中進行。
在本發明中，指出了摻雜的類型。這些摻雜是非限制性的實施例。本發明覆蓋了相反摻雜的所有實施方案。因此，如果示例性實施方案對於第一區域提到了P摻雜，而對於第二區域提到了N摻雜，那麼本說明書至少隱含地描述了相反的實施例，其中第一區域有N摻雜，第二區域有P摻雜。
無論摻雜劑的濃度如何，被稱為P的摻雜包含了正電荷載流子的所有摻雜。因此，P摻雜可以理解為P、P+或P++摻雜。同樣地，表示為N的摻雜包括負電荷載流子的所有摻雜，而不管摻雜劑的濃度如何。因此，N摻雜可以理解為N、N+或N+摻雜。
與這些不同摻雜相關的摻雜劑濃度範圍如下：
P++或N++摻雜：大於1×1020 cm-3
P+或N+摻雜：5×1018 cm-3 至9×1019 cm-3
P或N摻雜：1×1017 cm-3 至5×1018 cm-3
本征摻雜(intrinsic doping)：1×1015 cm-3 至1×1017 cm-3 。
在下文中，與材料M相關的下列縮寫是可選的：
根據後綴-i在微電子學領域中常用的術語，M-i指的是本征摻雜或非故意摻雜的材料M。
根據後綴-n在微電子學領域中常用的術語，M-n指的是具有N、N+或N++摻雜的材料M。
根據後綴-p在微電子學領域中常用的術語，M-p指的是具有P、P+或P++摻雜的材料M。
在本專利申請中，術語“濃度”和“含量”是同義的。
更具體地說，濃度可以用相對單位表示，如摩爾分數或原子分數，或者用絕對單位表示，如每立方釐米(cm-3 )的原子數。
在下文中，除非另有說明，濃度是以原子百分比表示的原子分數。
在本專利申請中，術語“發光二極體”、“LED”或簡稱為“二極體”是同義的。“LED”也可以理解為“微型LED”。
材料M“基”的襯底、層、器件是指僅包含該材料M或包含該材料M以及可選的其他材料(例如合金元素、雜質或摻雜元素)的襯底、層、器件。因此，氮化鎵(GaN)基的LED可以例如包括氮化鎵(GaN或GaN-i)或摻雜的氮化鎵(GaN-p，GaN-n)，或者氮化鎵銦(InGaN)、氮化鎵鋁(AlGaN)或具有不同鋁和銦含量的氮化鎵(GaInAlN)。在本發明的上下文中，材料M通常是結晶的。
在本專利申請中，將優先考慮層的厚度和器件的高度。厚度在垂直於層的主延伸平面的方向上獲得，高度在垂直於襯底的襯底平面的方向上獲得。
術語“基本上”、“近似”、“大約”是指，當它們涉及一個值時，“在該值的10%以內”，或者當它們涉及一個角度方向時，“在該方向的10%以內”。因此，基本上垂直於平面的方向意味著相對於該平面成90°±10°角的方向。
為了確定LED的幾何形狀、晶體取向和不同層的組成，可以進行掃描電子顯微鏡(SEM)或透射電子顯微鏡(TEM)或掃描透射電子顯微鏡(STEM)。
TEM中的微衍射可以確定不同層和區域的晶體取向。
TEM或STEM也非常適合觀察和識別結構缺陷，特別是失配位錯。下文以非窮舉的方式實施不同技術：在暗場(dark field)和亮場(bright field)中成像、在弱光束中成像、在高角度HAADF(“高角度環形暗場”的縮寫)衍射中成像。
不同層或區域的化學組成可以使用眾所周知的EDX或X-EDS方法來確定，該方法是“能量色散X-射線光譜”的縮寫，其代表“X光子的能量色散分析”。
這種方法非常適用於分析小型器件的組成，如3D LED。它可以在掃描電子顯微鏡(SEM)的金相斷面上實施，也可以在透射電子顯微鏡的薄片上實施。
特別地，如本發明所述，所有這些技術允許確定具有3D結構的光電子器件是否包括根據半極性平面的應力鬆弛結構。
現在將參照圖3A至3D描述根據本發明的LED的第一實施方案。
為了清楚起見，以下描述基於構成3D LED的單個基本3D結構。應當理解，3D LED可以包括分佈在同一襯底上的多個相鄰的基本3D結構。該多個基本3D結構中的其他基本3D結構被認為與下麵描述的基本3D結構基本相同。
根據該第一實施方案獲得的基本3D結構是GaN基金字塔。
在第一步骤中形成金字塔形支撐結構12(圖3A)。
金字塔形支撐結構12的側面取向在六方晶體結構的半極性平面中，該六方晶體結構的c軸垂直於基底平面。
根據一個實施例，它們可以相對於基底平面具有大約80°的角度，從而大致對應於{20-21}型的半極性平面。
根據另一個實施例，它們可以相對於基底平面具有大約60°的角度，從而大致對應於{10-11}型的半極性平面。
該支撐結構12可以由GaN基材料製成。
這種結構可以從例如由矽或藍寶石製成的平坦襯底11獲得，該平坦襯底11可選地置有GaN基成核層(未示出)。
例如由氮化矽Si3N4製成的包括窗口的掩蔽層可以允許GaN基材料的局部生長。這些窗口通常具有50 nm至30μm之間的尺寸，例如直徑或平均直徑。兩個窗口之間的距離可以在100 nm至10μm之間。這些窗口可以通過UV或DUV(深紫外的縮寫)光刻或電子束光刻制造。
根據一種可能性，支撐結構12通過掩蔽層中的窗口生長。因此，支撐結構12基部的直徑基本上等於相應窗口的直徑。
GaN基材料的生長可以通過分子束外延MBE、使用氯化氣體前體的氣相外延HVPE(“氫化物氣相外延”的縮寫)、化學氣相沉積CVD和MOCVD(“金屬有機化學氣相沉積”的縮寫)、使用有機金屬前體的氣相外延MOVPE(“金屬有機氣相外延”的縮寫)來完成。任選地，常規表面準備步驟(化學清潔、熱處理)可以在生長之前進行。
因此萌發島(îlots de germination)可以在生長開始時出現在掩蔽層的窗口處，並且根據生長條件，在生長期間發展成金字塔的形狀。特別地，V/III元素的比率，通常是Ga/N的比率大於或等於100的生長條件促進這些島發生長成金字塔形狀。
由此獲得GaN基金字塔形狀的支撐結構12(圖3A)。
根據一個實施例，該支撐結構12的GaN基材料可以是InGaN合金，其通常用於製造綠色或紅色LED。
然而，這種塊狀InGaN(InGaN massive)支撐結構12在綠光或紅光輻射的發射波長處具有顯著的吸收。
本發明提供了一種應力鬆弛結構，其允許克服塊狀InGaN支撐結構的使用，這對隨後形成的InGaN基有源區通常是必需的。
因此，優選地，支撐結構12的GaN基材料可以由塊狀GaN製成。因此，大大減少了支撐結構12對LED發出的光輻射的吸收。可以提高LED的產率。
根據另一實施例，該支撐結構12的GaN基材料可以是鋁含量大於銦含量的AlGa(In)N合金。
可選地，襯底11又可以被紋理化，從而在表面上形成金字塔島。
在這種情況下，可以在這些金字塔島上沉積GaN或InGaN薄層，以形成支撐結構12。
在這種情況下，支撐結構12可以主要由襯底材料(例如矽)和置於該材料之上的薄GaN基層組成。
支撐結構12可以包括N摻雜的GaN基區域。該N摻雜區可以以已知的方式由生長、注入(implantation)和/或激活退火(recuit d’activation)來形成。N摻雜尤其可以在生長期間從矽或鍺源直接獲得，例如通過添加矽烷或乙矽烷或鍺烷蒸汽。
然後，可以在第二步驟中形成應力鬆弛結構的第一層121(圖3B)。
其基於GaAl(In)N，優選基於GaAlN。
該第一層121的銦的濃度[In]1 可以在0%和10%之間。
該第一層121的鋁的濃度[Al]1 可以在0%和35%之間。
第一層121的厚度優選在10 nm和150 nm之間。
然後，在第三步驟中，形成應力鬆弛結構的第二層122，使其與第一層121直接接觸(圖3C)。
它基於GaIn(Al)N，優選基於GaInN。
該第二層122的銦的濃度[In]2 可以為3%至25%。
該第二層122的鋁的濃度[Al]2 可以為0%至10%。
第二層122的厚度優選為10 nm至150 nm。
選擇各自的濃度[In]1 、[In]2 、[Al]1 、[Al]2 ，以便在第一層121和第二層122之間的介面1221處產生失配位錯，同時使所述第一層121和第二層122對LED發射的光輻射的吸收最小化。
根據一個實施例，鋁的各濃度[Al]1 和[Al]2 為零，銦的各濃度[In]1 和[In]2 滿足[In]2 ＞[In]1 ，優選[In]2 -[In]1 ＞10%。
根據另一實施例，鋁濃度[Al]1 和[Al]2 不為零，並驗證[Al]1 /([In]1 +[Al]1 ) ≥ 0.8和[In]2 /([In]2 +[Al]2 ) ≥ 0.2。
對於給定銦的濃度[In]1 和[In]2 ，非零的鋁[Al]1 濃度可以加重第一層121和第二層122之間晶格參數的差異。因此，這允許在保持第一層121和第二層122之間的介面1221處形成失配位錯的同時降低銦的濃度[In]2 。
銦濃度[In]2 的相對降低允許限制第二層122的吸收。
第一層121和第二層122可以通過分子束外延MBE、使用氯化氣體前體的氣相外延HVPE(“氫化物氣相外延”的縮寫)、化學氣相沉積CVD和MOCVD(“金屬有機化學氣相沉積”的縮寫)、使用有機金屬前體的氣相外延MOVPE(“金屬有機氣相外延”的縮寫)形成。
應力鬆弛結構允許應力預算(budget des contraintes)在LED的3D結構的不同層和區域中更好地分佈。因此，在LED或光電子器件的設計過程中，在應力的良好設計的情況下是特別有利的。
應力鬆弛結構允許例如在LED的3D結構中均勻分佈應力分佈。因此，可以提高3D結構的不同層和區域中銦分佈的均勻性。
該結構還具有至少在該層122的上部形成第二InGaN基層122的目的，該第二InGaN基層122具有低或零殘餘應力水準。
特別地，這種結構根據半極性平面的特定取向允許將失配位錯限制在介面1221處。層122的上部被保留。它很少或沒有結構缺陷。
下一步旨在層122的該上部形成InGaN基有源區123(圖3D)。
該有源區123可以通過用於形成第一層121和第二層122的相同外延或沉積技術形成。它們尤其可以在相同的生長框架中形成。
有源區123可以以已知的方式包括交替的InGaN量子阱和GaN或AlGaN勢壘。
通過外延生長該有源區123發生在部分或完全鬆弛的層122上。
區域123的晶體品質因此得到改善。
銦在該有源區123的量子阱中的分佈也具有更好的均勻性。
因此，可以增加有源區123的量子阱的銦含量，同時保持良好的晶體品質和銦分佈的良好均勻性。
因此，可以提高高銦含量量子阱的生長溫度。特別地，可以使用大約550°C或更高的生長溫度。這也促進了獲得具有良好晶體品質的InGaN基量子阱。
InGaN量子阱的厚度也可以增加，而不會超過總的允許應力預算。這允許限制有源區123中的俄歇損耗(pertes Auger)現象。
輻射產率因此得到提高。
然後可以在有源區123上沉積形成P摻雜的GaN基區域的層，以完成3D LED的結構。該P摻雜區可以以已知的方式由生長、注入和/或激活退火產生。
根據本發明的LED的第二實施方案在圖4A至4D中示出。
下麵僅描述該第二實施方案相對於第一實施方案的區別特徵，其他特徵認為與第一實施方案的特徵相同。
根據該第二實施方案獲得的基本的3DGaN基結構是筆狀結構，並且是具有錐形頂部的線的形狀。
只有該第二實施方案的3D結構的形態不同於第一實施方案的3D結構。
在第一步驟中形成的鉛筆狀支撐結構12(圖4A)包括基部12a和頂部12b。
基部12a的側面基本上沿著六方晶體結構的c軸取向，垂直於基底平面。
頂部12b的側面沿著六方晶體結構的半極性平面取向。
然後，第一層121、第二層122和有源區123在基部12a的側面和頂部12b的側面上形成(圖4B-4D)。
形成第一實施方案的不同層121、122和區域123的步驟可以經適當的修改后適用於該第二實施方案。
特別地，第一層121的形成包括在基部12a的側面上形成的部分121a，以及在頂部12b的側面上形成的部分121b。第一層121的部分121a和121b是連續的(圖4B)。
特別地，第二層122的形成包括在部分121a上形成部分122a和在部分121b上形成部分122b。第二層122的部分122a和122b是連續的(圖4C)。部分121b、122b形成等同於第一實施方案的應力鬆弛結構。部分121b、122b之間的介面1221b等同於第一實施方案描述和示出的介面1221。特別地，它允許限制由包括部分121b、122b的應力鬆弛結構產生的失配位錯。
特別地，有源區123的形成包括在部分122a上形成部分123a和在部分122b上形成部分123b。有源區123的部分123a和123b是連續的(圖4D)。
一方面由於部分121a、122a、123a的各自取向，另一方面由於部分121b、122b、123b的各自取向，所以第一層121和第二層122以及有源區123的組成可以根據所述的多個部分而變化。
特別地，部分121a、122a、123a的銦濃度分別低於部分121b、122b、123b的銦濃度。相反，在適當的情況下，部分121a、122a、123a的鋁濃度基本上等於部分121b、122b、123b的鋁濃度。因此，電荷載流子的電注入優選在部分121b、122b、123b處完成。因此，在該第二實施方案中描述的基於鉛筆形支撐結構12的光電子器件的操作類似於在第一實施方案中描述的基於金字塔形支撐結構12的光電子器件的操作。第一實施方案提到的優點對於第二實施方案也是有效的。
本發明還涉及通過前述示例性實施方案描述的製造3D LED的方法。
本發明不限於前述的實施方案，而是擴展到請求項所覆蓋的所有實施方案。
11:襯底 12:支撐結構 12’:成核層 12a:基部 12b:頂部 121:第一層 1221:介面 122:第二層 123:有源區 13:掩蔽層 130:窗口
本發明的目的、對象以及特徵和優點將從以下圖示所示的實施方案的詳細描述中變得更加明顯，其中：
-圖1A示出了根據先前技術的具有軸向架構的3D LED結構。
-圖1B示出了根據先前技術的具有徑向架構的3D LED結構。
-圖1C示出了根據本發明實施方案的具有金字塔架構的3D LED結構。
-圖2A示出了具有六方晶體結構的c型極性平面。
-圖2B示出了六方晶體結構的非極性a型平面和m型平面。
-圖2C示出了具有六方晶體結構的{10-11}型半極性平面。
-圖3A至3D示出了根據本發明一個實施方案的製造金字塔架構的3D LED的步驟。
-圖4A至4D示出了根據本發明另一實施方案的製造金字塔架構的3D LED的步驟。
圖示以示例的方式給出，並且不限制本發明。它們構成旨在促進對本發明的理解的原理示意圖，並且不一定在實際應用的範圍上。特別地，3D LED的不同層和區域的尺寸不代表實際的尺寸。
12’:成核層
13:掩蔽層
123:有源區

Claims (15)

  1. 一種氮化鎵（GaN）基發光二極體（LED），其具有三維(3D)結構，並包括用於發射光輻射的InGaN基有源區(123)，所述三維結構(3D)為具有錐形頂部的線形狀或金字塔形狀，所述二極體的特徵在於，還包括： - GaN基的第一層(121)，其具有第一含量的鋁和第一含量的銦，和 - GaN基的第二層(122)，其置於第一層(121)和有源區(123)之間並與它們接觸，所述第二層(122)具有第二含量的鋁和第二含量的銦，銦的第二含量嚴格大於銦的第一含量，從而在所述第一和第二層(121，122)之間的介面(1221)處形成晶格參數失配的位錯，並且 所述有源區(123)和所述第一和第二層(121，122)沿著半極性晶面延伸。
  2. 根據請求項1所述的LED，其中銦的第一含量嚴格小於鋁的第一含量，且銦的第二含量嚴格高於鋁的第二含量。
  3. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中銦的第一含量[In]1 為0%至10%。
  4. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中銦的第二含量[In]2 為3%至25%。
  5. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中鋁的第一含量[Al]1 為0%至35%。
  6. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中鋁的第二含量[Al]2 为0%至10%。
  7. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中鋁的濃度[Al]1 和[Al]2 為零，銦的濃度[In]1 和[In]2 滿足[In]2 ＞[In]1 。
  8. 根據請求項1至6中任一項所述的LED，其中鋁的濃度[Al]1 和[Al]2 不為零，並且驗證[Al]1 /([In]1 +[Al]1 ) ≥ 0.8和[In]2 /([In]2 +[Al]2 ) ≥ 0.2。
  9. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中所述介面(1221)位於距所述有源區(123)的距離d處，其中d ＞10nm。
  10. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中所述半極性晶面為{10-11}型。
  11. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其被配置為發射波長為500 nm至650 nm的光輻射。
  12. 根據前述請求項中任一項所述的LED，其中所述三維結構從具有紋理表面的三維襯底(11)上形成。
  13. 根據前述請求項的LED，其中所述基底(11)基於選自矽、氮化鎵、藍寶石的材料。
  14. 一種製造具有三維(3D)結構的GaN基發光二極體（LED）的方法，所述二極體包括用於發射光輻射的GaN基有源區(123)，所述方法包括以下步驟： -在基底上提供包括至少一個GaN基表面層的三維結構，所述表面層沿著半極性晶面延伸， -在表面層上形成GaN基的第一層(121)，該GaN基的第一層沿著所述半極性晶面延伸，並且具有第一含量的鋁和第一含量的銦， -在第一層(121)上直接形成GaN基的第二層(122)，該GaN基的第二層沿著所述半極性晶面延伸，並且具有第二含量的鋁和第二含量的銦，使得銦的第二含量嚴格高於銦的第一含量，以及 -在第二層(122)上直接形成沿所述半極性晶面延伸的InGaN基有源區(123)。
  15. 根據前述請求項所述的方法，其中第一和第二層(121，122)以及有源區(123)的形成發生在具有紋理化表面的三維基底(11)上。
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