TWI621278B - 具有應變改質表面活性區域之第三族氮化物奈米線ｌｅｄ及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種發光二極體(LED)裝置，其包含：半導體奈米線核心及圍繞該半導體奈米線核心徑向定位之In(Al)GaN活性區域量子井殼體。該活性量子井殼體含有具有比該相同殼體中之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量之富銦區域。該活性區域量子井殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓。該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。

Description

具有應變改質表面活性區域之第三族氮化物奈米線LED及其製造方法
本發明之實施例大體而言係針對半導體裝置，諸如奈米線發光二極體(LED)，且具體而言係針對具有不均勻活性區域之奈米線LED。
奈米線發光二極體(LED)作為平面LED之替代物日益受關注。與藉助習用平面技術產生之LED相比，奈米線LED提供歸因於奈米線之一維性質之獨特性質、歸因於較少晶格匹配限制之在材料組合方面之經改良靈活性及在較大基板上處理之機會。
發佈於2012年3月20日、以全文引用之方式併入本文中之美國專利第8,138,493號指出，在GaN系統中使用習用平面技術製作紅外光至綠色波長區域中之發光二極體係困難的且此等發光二極體給出比藍色發光LED之效率低得多的效率。此可歸因於：a)紅色及綠色波長區域中之InGaN材料之混溶間隙，此乃因InxGa1-xN(其中大約0.4<x<0.8)理論上並非預期係穩定材料；及b)LED結構之平面層之高固有缺陷密度針對高In含量InGaN而降低光子重組效率達比針對使用於藍色LED中之低In含量InGaN高得多的程度。第8,138,493號專利藉由提供包括在 奈米線核心與奈米線殼體之間的為紅外線至綠色波長區域中之光發射提供經改良發射之InGaN量子點之奈米結構之LED裝置來解決此問題。藉由實例之方式，一個此奈米結構之LED裝置包括由GaN製成之奈米線核心及嵌入於基於GaN之殼體中之InGaN量子點。
本發明之實施例提供一種發光二極體(LED)裝置及一種製造該LED裝置之方法。該裝置包含：半導體奈米線核心；及圍繞該半導體奈米線核心徑向定位之In(Al)GaN活性區域量子井殼體。在一項實施例中，該活性量子井殼體含有具有比該相同殼體中之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量之富銦區域。在另一實施例中，該活性區域量子井殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓。該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
1‧‧‧奈米線發光二極體
2‧‧‧n型奈米線核心/奈米線核心/核心/n型核心/n-GaN奈米線核心/n型GaN奈米線核心
3‧‧‧p型殼體/殼體/外殼體/p型GaN殼體/外p型殼體
4‧‧‧中間活性區域/活性區域/殼體/活性區域殼體/量子井活性區域殼體/活性區域量子井殼體/應變改質表面活性區域殼體/活性區域量子井/活性量子井層/量子井活性區域/量子井/活性層區域殼體/非均質活性層
5‧‧‧生長基板/基板/Si基板
6‧‧‧生長遮罩/介電遮蔽層
7‧‧‧半導體緩衝層/GaN及/或AlGaN緩衝層/緩衝層/n型GaN或AlGaN基板
8‧‧‧n-GaN殼體/殼體/底層/外殼體/中間殼體/外中間殼體
8A‧‧‧中間殼體/內部中間殼體
8B‧‧‧中間殼體/中部殼體/殼體
8C‧‧‧中間殼體/外殼體/殼體
9‧‧‧水平疊差/缺陷/疊差
10‧‧‧不均勻表面/外徑向表面/對角p平面/p平面
11‧‧‧對角p平面/p平面
12‧‧‧峰部/凸部
13‧‧‧谷部/凹部
14‧‧‧m平面
15‧‧‧傾斜p平面
16‧‧‧p側電觸點
17‧‧‧n側電觸點
21‧‧‧局部富銦In(Al)GaN區域/局部富銦區域/富銦區域/區域/局部富銦InGaN區域/區域
22‧‧‧峰部
23‧‧‧谷部
24‧‧‧貧銦區域
L1‧‧‧位置1
L2‧‧‧位置2
L3‧‧‧位置3
L4‧‧‧位置4
L5‧‧‧位置5
L6‧‧‧位置6
L7‧‧‧位置7
L8‧‧‧位置8
L9‧‧‧位置9
R2‧‧‧區域2
R3‧‧‧區域3
R4‧‧‧區域4
R5‧‧‧區域5
R6‧‧‧區域6
R7‧‧‧區域7
圖1示意性地圖解說明奈米線LED之基礎之側剖面圖。
圖2示意性地圖解說明在緩衝層上之奈米線LED結構之側剖面圖。
圖3A及圖3B係其中活性區域殼體形成於平滑、均勻徑向表面上之奈米線LED裝置之電子顯微鏡顯微照片之形式線圖式。
圖4示意性地圖解說明其中活性區域殼體形成於不均勻徑向表面上且含有富銦區域之奈米線LED裝置之側剖面圖。
圖5A、圖5B、圖6B、圖7B及圖8係圖4中所展示之奈米線LED裝置之電子顯微鏡顯微照片之形式線圖式。圖6A及圖7A係展示各別圖6B及圖7B中之選定區域之組成之表。
在一項實施例中，活性區域殼體形成於不均勻表面上以使得活 性區域殼體具有不均勻輪廓(例如，非筆直徑向側壁及/或隨在垂直方向上之高度而變化之在水平方向上之不均勻厚度)。此「崎嶇不平」表面減少或消除外殼體中之缺陷(例如，疊差)。
包括一或多個In(Al)GaN/(Al)GaN量子井之活性區域殼體在不均勻表面上之形成導致富銦In(Al)GaN區域(例如，具有多於10原子百分比之銦(諸如15原子百分比之銦至35原子百分比之銦)之InGaN或InAlGaN區域)在活性區域之形成期間藉由自組裝形成。據信此等富銦區域取決於該等區域之銦含量而負責在較長波長光譜區域(例如，綠色至黃色495nm至590nm峰值發射波長區域及/或橙色至紅色591nm至650nm峰值發射波長區域)中之高亮度、高效率發射。
然而，與單獨形成於活性區域殼體之部分之間的單獨形成之量子點相反，富銦區域在活性區域殼體之形成期間原位整體形成。因此，富銦區域包括活性區域量子井殼體之整體部分而非嵌入於活性區域量子井殼體中之離散奈米粒子或量子點。舉例而言，離散奈米粒子通常具有與周圍半導體層不同之晶粒結構及/或定向以及在電子顯微鏡顯微照片中可見之奈米粒子與周圍層晶粒之間的急劇過渡或晶粒邊界。相比而言，整體富銦區域不必具有與周圍活性區域殼體之周圍貧銦區域不同之晶體定向且不必具有急劇過渡或晶粒邊界。
舉例而言，含有約10原子百分比之銦之InGaN活性區域發射在藍色光譜範圍中之具有約450nm之峰值波長之光，含有約20原子百分比之銦之InGaN活性區域發射在綠色光譜範圍中之具有約520nm之峰值波長之光，且含有約30原子百分比之銦之InGaN活性區域發射在紅色光譜範圍中之具有約610nm之峰值波長之光。當然，In(Al)GaN活性區域中之銦濃度可在5原子百分比與35原子百分比之間(諸如15原子百分比至30原子百分比)變化以達成在約430nm與約650nm之間(諸如450nm至620nm)的所要色彩發射(例如，藍色、綠色、黃色、橙色或 紅色)。
應注意，只要量子井本身具有不均勻厚度(亦即，係崎嶇不平徑向量子井殼體)，富銦In(Al)GaN區域即可在不使用量子井下方之不均勻表面之情況下形成於活性區域量子井中。
InN(a=0.354nm)與GaN(a=0.319nm)之間的大的(約10%)晶格不匹配使得難以將高濃度之銦併入於GaN晶格中而不導致所得InGaN層中之結構缺陷。然而，藉由在貧銦(例如，具有10原子百分比或更少，諸如5原子%銦至10原子%銦)活性區域In(Al)GaN量子井(諸如平行於GaN/InGaN核心/徑向殼體奈米線之m平面(亦即，垂直平面)之徑向量子井)中形成富銦In(Al)GaN區域，可減少所得InGaN活性區域殼體中之結構缺陷。
本發明之一項實施例包含沿著m平面之一系列奈米級間斷以增強銦在In(Al)GaN活性區域殼體中沿著奈米線之長度之沈積。此導致由沿著m平面之奈米級峰部(包括富銦區域)及谷部(包括貧銦區域)構成之「崎嶇不平」表面而非維持平行於m平面之筆直量子井表面。舉例而言，在此「崎嶇不平」表面中，奈米級特徵自平行m平面之活性區域量子井之垂直部分至少部分地沿著對角p平面10-11突出。
在奈米技術之此項技術中，奈米線通常解釋為具有奈米級或奈米尺寸之橫向大小(例如，圓柱形奈米線之直徑或角錐形或六角形奈米線之寬度)，而其縱向大小不受約束之奈米結構。此等奈米結構通常亦稱為奈米鬚、一維奈米元件、奈米柱、奈米管等。奈米線可具有最多約2微米之直徑或寬度。奈米線之小尺寸提供獨特物理、光學及電子性質。此等性質可(舉例而言)用以利用量子力學效應(例如，使用量子線)來形成裝置或形成歸因於大的晶格不匹配而通常無法組合之組成上不同之材料之異質結構。如術語奈米線暗示，一維性質可與細長形狀相關聯。由於奈米線可具有各種剖面形狀，因此直徑意欲係指 有效直徑。所謂有效直徑，其意指結構之剖面之較大軸與較小軸之平均值。
所有對上部、頂部、下部、向下等之參考皆在認為基板在底部且奈米線自基板向上延伸時做出。垂直係指垂直於由基板形成之平面之方向，且平行係指平行於由基板形成之平面之方向。引入此命名法僅為易於理解，且不應將其視為限制於特定組裝定向等。
此項技術中已知之任何適合奈米線LED結構皆可用於本發明之方法中。奈米線LED通常基於一或多個pn接面或p-i-n接面。pn接面與p-i-n接面之間的差異在於後者具有較寬活性區域。該較寬活性區域允許i區域中之較高重組機率。每一奈米線包括第一導電類型(例如，n型)奈米線核心及用於形成在操作中為光產生提供活性區域之pn接面或pin接面之封圍式第二導電類型(例如，p型)殼體。雖然第一導電類型之核心在本文中闡述為n型半導體核心且第二導電類型殼體在本文中闡述為p型半導體殼體，但應理解，可反轉其導電類型。
圖1示意性地圖解說明根據本發明之實施例修改之奈米線LED結構之基礎。原則上，一單個奈米線足夠用於形成奈米線LED，但歸因於小的大小，奈米線較佳地配置成包括並排之數百個、數千個、數萬個或更多奈米線之陣列以形成LED結構。出於說明性目的，個別奈米線LED裝置將在本文中闡述為由奈米線LED 1構成，奈米線LED 1具有n型奈米線核心2及至少部分地封圍奈米線核心2之p型殼體3以及可包括單個本質或經輕微摻雜(例如，摻雜位準在1016cm-3以下)半導體層或一或多個量子井(諸如包括不同能帶隙之複數個半導體層之3個至10個量子井)之中間活性區域4。然而，出於本發明之實施例之目的，奈米線LED不限於此。舉例而言，奈米線核心2、活性區域4及p型殼體3可由眾多層或分段構成。在替代實施例中，僅核心2可藉由具有低於2微米之寬度或直徑而包括奈米結構或奈米線，而殼體3可具有高於 1微米之寬度或直徑。
第三族至第五族半導體歸因於其促進高速且低電力電子器件及光電子裝置(諸如雷射及LED)之性質而受特別關注。奈米線可包括任何半導體材料，且用於奈米線之適合材料包含(但不限於)：GaAs(p)、InAs、Ge、ZnO、InN、GaInN、GaN、AlGaInN、BN、InP、InAsP、GaInP、InGaP：Si、InGaP：Zn、GaInAs、AlInP、GaAlInP、GaAlInAsP、GaInSb、InSb、Si。例如，GaP之可能施體摻雜物係Si、Sn、Te、Se、S等，且相同材料之受體摻雜物係Zn、Fe、Mg、Be、Cd等。應注意，奈米線技術使得可使用諸如GaN、InN及AlN之氮化物，此促進在不可藉由習用技術容易地接近之波長區域中發射光之LED之製作。受特別商業關注之其他組合包含(但不限於)GaAs、GaInP、GaAlInP、GaP系統。典型摻雜位準介於自1018cm-3至1020cm-3之範圍內。但熟習此項技術者熟悉此等及其他材料且認識到其他材料及材料組合係可能的。
用於奈米線LED之較佳材料係第三族至第五族半導體，諸如第三族氮化物半導體(例如，GaN、AlInGaN、AlGaN及InGaN等)或其他半導體(例如，InP、GaAs)。為用作LED，每一奈米線LED 1之n側及p側必須接觸，且本發明提供關於使LED結構中之奈米線之n側及p側接觸之方法及組合物。
儘管本文中所闡述之例示性製作方法如(舉例而言)在Seifert等人之以引用之方式併入本文中之關於奈米線製作方法之教示的美國專利第7,829,443號中所闡述較佳地利用奈米線核心以在該等核心上生長半導體殼體層以形成核心-殼體奈米線，但應注意，本發明並非限於此。
舉例而言，在替代實施例中，僅核心可構成奈米結構(例如，奈米線)而殼體可視情況具有大於典型奈米線殼體之尺寸。此外，裝置 可經成形以包含諸多小面，且可控制不同類型之小面之間的面積比率。此藉由「角錐」小面及垂直側壁小面例示。LED可經製作以使得發射層形成於具有主要角錐小面或側壁小面之模板上。上述情況亦適用於獨立於發射層之形狀之接觸層。
圖2圖解說明為奈米線提供支撐件之例示性結構。藉由在生長基板5上生長奈米線、視情況使用生長遮罩或介電遮蔽層6(例如，氮化物層，諸如氮化矽介電遮蔽層)來界定奈米線之位置且判定奈米線之底部介面區，基板5至少在處理期間用作自基板5突出之奈米線之載體。奈米線之底部介面區包括在介電遮蔽層6中之每一開口內側之核心2之根部區。基板5可包括不同材料，諸如第三族至第五族半導體或第二族至第六族半導體、Si、Ge、Al2O3、SiC、石英、玻璃等，如以全文引用之方式併入本文中之瑞典專利申請案第SE 1050700-2號(受讓於GLO AB)中所論述。用於基板之其他適合材料包含(但不限於)：GaAs、GaP、GaP：Zn、GaAs、InAs、InP、GaN、GaSb、ZnO、InSb、SOI(絕緣體上矽)、CdS、ZnSe、CdTe。在一項實施例中，直接在生長基板5上生長奈米線核心2。
較佳地，基板5亦經調適以用作連接至每一奈米線LED 1之n側之電流輸送層。此可藉由具有包括配置於基板5之面向奈米線LED 1之表面上(如圖2中所展示)之半導體緩衝層7(藉由實例之方式，第三族氮化物層，諸如在Si基板5上之GaN及/或AlGaN緩衝層7)之基板5來達成。緩衝層7通常匹配於所要奈米線材料，且因此在製作過程中用作生長模板。針對n型核心2，緩衝層7較佳地亦係經摻雜n型。緩衝層7可包括單個層(例如，GaN)、數個子層(例如，GaN及AlGaN)或自高Al含量AlGaN漸變至較低Al含量AlGaN或GaN之漸變層。
第7,829,443號專利中所闡述之方法包含：在支撐件上(例如，在緩衝層7上)提供生長遮罩6。然後在生長遮罩6中形成開口以曝露緩衝 層。較佳地在其直徑及其相對定位兩者方面良好控制該等開口。針對該程序可使用此項技術中已知之數種技術，該數種技術包含(但不限於)電子束微影(EBL)、奈米壓印微影、光學微影及反應離子蝕刻(RIE)或濕式化學蝕刻方法。較佳地開口直徑係約75nm至125nm(諸如約100nm)且間距0.5μm至5μm而相隔。開口界定將產生之奈米線核心2之位置及直徑。
然後，藉由其中前驅物來源流係連續之基於CVD之程序來生長奈米線核心2。前驅物來源流速經調整以在生長區帶中達成低過飽和。第五族/第三族比率應係100或更小，諸如在1至100之範圍中，較佳地在1至50之範圍中且甚至更佳地在5至50之範圍中。應注意，此第五族/第三族比率相比用於塊體膜生長之比率相當地低。換言之，奈米線核心2在相對低溫度(例如，低於800℃)下以低第五族/第三族比率生長。
然後，藉由將溫度升高高於800℃(諸如900℃至1200℃)且將第五族/第三族比率增加至比用於核心生長之第五族/第三族比率高的量(例如，高於100(諸如200至1000)之第五族/第三族比率)來在核心2上生長圖1及圖2中所展示之一或多個殼體3、4。舉例而言，可使用氨及TMG(三甲基鎵)氣體源以及選用摻雜源氣體(例如，含有Mg之源氣體)藉由MOCVD來生長n-GaN奈米線核心2。NH3流速在核心2生長期間可為0.2sccm至3.0sccm且在殼體3、4生長期間為50sccm至100sccm。TMG(三甲基鎵)流速可在0.12μmol/分鐘與1.2μmol/分鐘之間。
若期望，可在形成活性區域殼體4之前在n-GaN核心2上形成中間n-GaN殼體8。n-GaN殼體8可在高溫度(高於800℃，諸如900℃至1200℃)下且以高於100(諸如200至1000)之高第五族/第三族比率形成。此殼體8展示於圖3A及圖3B中且具有平滑(亦即，筆直)外側壁(亦即，m 平面徑向側壁)。
在一項實施例中，當在中間n-GaN殼體8之平滑徑向表面上形成量子井活性區域殼體4時，在環繞活性區域殼體4之外殼體3(例如，p型GaN及/或AlGaN殼體)中形成據信係水平疊差9之若干個缺陷，如圖3A及圖3B中所展示。
因此，在圖4中所圖解說明之一項實施例中，在不均勻(例如，「崎嶇不平」)表面上形成活性區域殼體，使得活性區域殼體4具有不均勻表面及局部富銦In(Al)GaN區域21。「崎嶇不平」表面可起始於在活性區域量子井殼體4下方(例如，自活性區域量子井殼體4徑向向內)之底層8中，諸如起始於中間殼體中或活性區域量子井殼體4下面之障壁層中。此形成應變改質表面活性區域殼體4。較佳地，底層8具有比活性區域量子井4之銦含量低的銦含量(亦即，底層8具有比活性區域量子井4之能帶隙寬的能帶隙)以避免吸收量子井發射。舉例而言，底層8可不具有銦(例如，由GaN或AlGaN組成)或其可包括具有少於10原子%銦(諸如1原子%銦至5原子%銦)之InGaN或InAlGaN底層。
藉由控制底層8之崎嶇不平，可在不引入缺陷之情況下隨後生長較均質、高銦含量活性量子井層4。底層8之崎嶇不平之程度可藉由生長條件(諸如溫度、MOCVD壓力、MOCVD反應物流速及/或底層之In/Ga比率)控制。舉例而言，崎嶇不平之程度隨著增加之銦含量及較低生長溫度而增加。
底層8之崎嶇不平及生長條件可自均質至形成嵌入於較低銦含量之In(Al)GaN量子井中之隱蔽式富銦區域而控制量子井活性區域4之組成。量子井之厚度將類似於或小於下文所闡述之峰-谷高度。
儘管在圖4中展示單個量子井活性區域4，但亦可形成多個量子井活性區域4。用崎嶇不平GaN或較低In含量InGaN或InAlGaN障壁層 分離崎嶇不平量子井4為多個量子井活性區域4結構在奈米線之外殼體8上之生長提供經減少量之缺陷且提供具有局部富銦區域21之每一量子井。
舉例而言，底層8中及/或活性區域殼體4中之不均勻表面或輪廓可具有10nm至30nm之峰部12至毗鄰谷部13分離，及3nm至5nm之峰部12至毗鄰谷部13深度(亦即，厚度之變化形式)。較佳地，活性層區域殼體4具有大於5nm之厚度以避免產生疊差。若底層8具有多於15%銦，則其亦較佳地具有大於5nm之厚度以避免產生疊差。
如本文中所使用，不均勻表面意指具有沿著水平方向在徑向(亦即，m平面)表面中之遠離至少一個谷部(例如，凹部)13而延伸至少2nm(諸如3nm至5nm)之至少3個峰部(例如，凸部)12之非筆直或非平滑(亦即，崎嶇不平或粗糙)表面。不均勻輪廓意指活性區域殼體中之量子井具有非筆直徑向表面(亦即，側壁)及/或隨在垂直方向上之高度而變化之沿著徑向(亦即，水平)方向之不均勻厚度。不均勻厚度意指活性區域殼體(例如，量子井)4之徑向(亦即，水平)厚度在殼體4中之不同垂直位置處變化達至少15%(諸如達20%至40%)且具有大致非平行徑向側壁。
使含有In之崎嶇不平層(例如，活性區域殼體)之膜厚度增加高於5nm將在峰部12上與谷部13相比不均衡地沈積銦且在底層8中之峰部12上在活性區域殼體4中形成局部富銦In(Al)GaN區域21。如圖4中所展示，活性區域殼體4中之富銦區域21對應於活性區域殼體4中之峰部22，且富銦區域21藉由對應於活性區域殼體4中之谷部23之貧銦區域24分離。較佳地，殼體4中之富銦區域與貧銦區域之間的銦含量之差係至少5原子百分比(諸如10原子百分比至25原子百分比)。
此導致非均質活性層4，若將電觸點直接置於奈米線之m平面14上，則非均質活性層4可產生多個發射峰部。如圖4中所展示，較佳地 將至p型GaN殼體3之p側電觸點16製造於殼體3之尖端處之傾斜p平面15上，而將n側電觸點17穿過n型GaN或AlGaN基板7製造至n型GaN奈米線核心2之c平面。因此，來自m平面14之較低發射峰部在EL光譜中不可見。因此，可在不引入有害疊差缺陷之情況下增加發射較長波長綠色、黃色、橙色或紅色光之高In含量材料之體積(亦即，區域21)。
舉例而言，如圖5A及圖5B中所展示，不均勻表面可藉由在低溫度(例如，800℃或以下)下同時維持高第五族/第三族比率而形成中間殼體8來達成。此導致中間殼體8之外徑向表面10變得不均勻。然後在中間殼體8上方形成活性區域殼體4及外p型殼體(或若干殼體)3。如圖5A及圖5B中可見，在不均勻表面上之此生長產生具有不均勻輪廓之活性區域殼體4且減少或消除外殼體3中之缺陷(例如，疊差)9。
如圖5A及圖5B中所展示，活性區域殼體4具有不均勻厚度。舉例而言，含有量子井之殼體4具有介於自7.6nm(在位置#5處)至12.2nm(在位置#3處)之範圍內之厚度。因此，殼體4徑向厚度變化達超過30%(亦即，30%至38%)且沿著垂直方向變化達超過4nm。
包括一或多個InGaN/GaN量子井之具有不均勻輪廓之活性區域殼體4在不均勻表面10上之形成導致局部富銦InGaN區域21在該活性區域殼體之形成期間藉由自組裝形成。具體而言，據信區域21形成於活性區域殼體4之較厚(亦即，凸出)區域中。圖6A及圖7A圖解說明展示在各別圖6B及圖7B中所展示之奈米線LED之各種位置中之Al、Ga及In含量(以原子百分比為單位)之表。如圖6A及圖6B中所展示，InGaN/GaN量子井活性區域4中之區域#1、區域#2、區域#3及區域#7含有超過15原子百分比之銦，諸如17.5at%銦至23.9at%銦(亦即，分別20.5at%銦、17.5at%銦、19.9at%銦及23.9at%銦)。因此，銦濃度在區域#2與區域#7之間變化達超過5原子百分比(例如，5原子百分比 至6.4原子百分比)。區域#4至區域#6定位於AlGaN外殼體中且不具有銦且具有可變濃度之鋁。
如圖7A及圖7B中所展示，InGaN/GaN量子井活性區域4中之區域#1、區域#2及區域#3含有超過14原子百分比之銦，諸如14.1at%銦至18.3at%銦(亦即，分別18.0at%銦、18.3at%銦及14.1at%銦)。因此，銦濃度在區域#2與區域#3之間變化達超過4原子百分比。區域#4至區域#7定位於AlGaN外殼體中且不具有銦且具有可變濃度之鋁。
據信此等富銦區域21負責在綠色至黃色波長光譜區域中之高亮度、高效率發射。
此外，據信活性區域殼體4在不均勻表面10上之形成導致活性區域4在中間殼體8之徑向表面(亦即，非極性{10-10}m平面)上之厚度比在其角錐形斜置上部表面(亦即，半極性{1-101}p平面)上之厚度大得多。活性區域殼體4在中間殼體8之m平面上方之徑向厚度係在裝置之頂部之中間殼體8之p平面10-11上方之厚度之至少3倍(諸如3倍至10倍)。此由於與自InGaN量子井之p平面10-11部分之發射相比之自相同量子井之m平面部分之經改良發射而改良LED裝置效能。因此，與量子井之p平面10-11厚度相比之其經增加m平面厚度意指自量子井之m平面部分發射之輻射之比率比自量子井之p平面10-11部分，比在具有量子井之較厚p平面10-11部分之先前技術裝置中之自m平面部分發射之輻射之比率高。
圖8圖解說明本發明之替代實施例。在此實施例中，裝置含有三個中間殼體8A、8B及8C。內部中間殼體8A包括n-GaN殼體。中部殼體8B包括具有不均勻表面之n-InGaN殼體且外殼體8C包括具有不均勻表面之n-GaN殼體。殼體8B及殼體8C兩者皆可以高第五族/第三族流比及低溫度(例如，低於800℃)形成以形成不均勻表面以用於活性區域殼體4在外中間殼體8上之生長。
如圖8中所展示，活性區域殼體4具有不均勻厚度。舉例而言，含有量子井之殼體4具有介於自6.8nm(在位置#4處)至12.5nm(在位置#3處)之範圍內之厚度。因此，殼體4徑向厚度變化達超過40%(亦即，40%至45.6%)且達超過5nm(例如，5nm至5.7nm)。
儘管在奈米線LED方面闡述本發明，但應瞭解，其他基於奈米線之半導體裝置(諸如場效應電晶體、二極體)且特定而言涉及光吸收或光產生之裝置(諸如光偵測器、太陽能電池、雷射等)可實施於任何奈米線結構上。
此說明書中引用之所有公開案及專利皆以引用之方式併入本文中，如同每一個別公開案或專利具體地且個別地指示為以引用之方式併入且以引用之方式併入本文中以揭示並闡述結合其引用該等公開案之方法及/或材料一般。任何公開案之引用係針對其在申請日期之前之揭示內容且不應被理解為本發明無權藉助於先前發明先於此公開案之承認。此外，所提供之公開日期可與可需要獨立確認之實際公開日期不同。

Claims (74)

  1. 一種奈米線裝置，其包括：半導體奈米線核心；第一半導體殼體，其圍繞該半導體奈米線核心徑向定位；及第二半導體殼體，其徑向定位於該半導體奈米線核心與該第一半導體殼體之間；其中：該第一半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm；該裝置包括發光二極體(LED)裝置且該第一半導體殼體包括活性區域量子井殼體；且該第二半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第二半導體殼體包括該活性區域量子井之底層障壁殼體。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第二半導體殼體包括自該活性區域向內徑向定位之底層殼體。
  4. 如請求項1之裝置，其中：該第一半導體殼體之徑向厚度在該等峰部與該等谷部之間在奈米線軸向方向上變化達至少15%；在該奈米線軸向方向上之該第一半導體殼體中之峰部至毗鄰 谷部間隔係10nm至30nm；該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm；該第一半導體殼體在該徑向方向上具有大於5nm之厚度；在奈米線軸向方向上之該第二半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；且該第二半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm。
  5. 如請求項1之裝置，其進一步包括：絕緣遮罩層，其定位於支撐件之半導體表面上方，其中該半導體奈米線核心包括第一導電類型半導體奈米線核心，該第一導電類型半導體奈米線核心自該支撐件之該半導體表面穿過該絕緣遮罩層中之開口而實質上垂直延伸；至少一個第二導電類型半導體殼體，其在該活性區域量子井殼體上方且圍繞該活性區域量子井殼體延伸；第一電極層，其接觸該第二導電類型半導體殼體；及第二電極層，其電連接至該半導體奈米線核心。
  6. 如請求項5之裝置，其中：該第一導電類型包括n型；該第二導電類型包括p型；該支撐件包括在基板上之n-GaN或n-AlGaN n型半導體緩衝層；該半導體奈米線核心包括n-GaN奈米線核心；該活性區域量子井殼體包括在GaN障壁殼體之間的InGaN殼體；且該第一電極包括透明導電氧化物(TCO)。
  7. 如請求項1之裝置，其中：該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者包括沿著該第一半導體殼體之m平面之奈米級間斷，該奈米級間斷至少部分地沿著p平面突出；且該活性量子井殼體包括In(Al)GaN半導體殼體，該In(Al)GaN半導體殼體含有定位於該等峰部處之具有比定位於該等谷部處之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量之富銦區域。
  8. 如請求項7之裝置，其中該活性量子井殼體包括其中該等富銦區域含有多於10原子百分比之銦且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦之InGaN半導體殼體。
  9. 如請求項8之裝置，其中富銦區域含有15原子百分比之銦至30原子百分比之銦且該等貧銦區域含有1原子百分比之銦至5原子百分比之銦。
  10. 如請求項9之裝置，其中該LED具有495nm至590nm峰值發射波長或591nm至650nm峰值發射波長。
  11. 如請求項10之裝置，其中該LED具有約520nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約20原子百分比之銦。
  12. 如請求項10之裝置，其中該LED具有約610nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約30原子百分比之銦。
  13. 一種發光二極體(LED)裝置，其包括：半導體奈米線核心；及第一半導體殼體，其包括圍繞該半導體奈米線核心徑向定位之In(Al)GaN活性區域量子井殼體，其中：該活性區域量子井殼體含有具有比該活性區域量子井殼體中之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量之富銦區域；且 其中該等富銦區域包括該活性區域量子井殼體之整體部分而非嵌入於該活性區域量子井殼體中之離散奈米粒子。
  14. 如請求項13之裝置，其中該活性量子井殼體包括其中該等富銦區域含有多於10原子百分比之銦且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦之InGaN半導體殼體。
  15. 如請求項14之裝置，其中富銦區域含有15原子百分比之銦至30原子百分比之銦且該等貧銦區域含有1原子百分比之銦至5原子百分比之銦。
  16. 如請求項15之裝置，其中該LED具有495nm至590nm峰值發射波長或591nm至650nm峰值發射波長。
  17. 如請求項16之裝置，其中該LED具有約520nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約20原子百分比之銦。
  18. 如請求項16之裝置，其中該LED具有約610nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約30原子百分比之銦。
  19. 如請求項13之裝置，其中該第一半導體殼體具有包含包括該等富銦區域之至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由包括該貧銦區域之谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
  20. 如請求項19之裝置，其進一步包括第二半導體殼體，該第二半導體殼體徑向定位於該半導體奈米線核心與該第一半導體殼體之間。
  21. 如請求項20之裝置，其中該第二半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
  22. 如請求項21之裝置，其中該第二半導體殼體包括該活性區域量子井之底層障壁殼體。
  23. 如請求項21之裝置，其中該第二半導體殼體包括自該活性區域向內徑向定位之底層殼體。
  24. 如請求項21之裝置，其中：該第一半導體殼體之徑向厚度在該等峰部與該等谷部之間在奈米線軸向方向上變化達至少15%；在該奈米線軸向方向上之該第一半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm；該第一半導體殼體在該徑向方向上具有大於5nm之厚度；在奈米線軸向方向上之該第二半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；且該第二半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm。
  25. 如請求項21之裝置，其進一步包括：絕緣遮罩層，其定位於支撐件之半導體表面上方，其中該半導體奈米線核心包括第一導電類型半導體奈米線核心，該第一導電類型半導體奈米線核心自該支撐件之該半導體表面穿過該絕緣遮罩層中之開口而實質上垂直延伸；至少一個第二導電類型半導體殼體，其在該活性區域量子井殼體上方且圍繞該活性區域量子井殼體延伸；第一電極層，其接觸該第二導電類型半導體殼體；及第二電極層，其電連接至該半導體奈米線核心。
  26. 如請求項25之裝置，其中： 該第一導電類型包括n型；該第二導電類型包括p型；該支撐件包括在基板上之n-GaN或n-AlGaN n型半導體緩衝層；該半導體奈米線核心包括n-GaN奈米線核心；該活性區域量子井殼體包括在GaN障壁殼體之間的InGaN殼體；且該第一電極包括透明導電氧化物(TCO)。
  27. 如請求項21之裝置，其中該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者包括沿著該第一半導體殼體之m平面之奈米級間斷，該奈米級間斷至少部分地沿著p平面突出。
  28. 一種製造奈米線裝置之方法，其包括：形成半導體奈米線核心；形成第一半導體殼體，其圍繞該半導體奈米線核心徑向定位，及在形成該第一半導體殼體之前形成徑向圍繞該半導體奈米線核心之第二半導體殼體；其中：該第一半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm；該裝置包括發光二極體(LED)裝置且該第一半導體殼體包括活性區域量子井殼體；該第二半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓，該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中 之毗鄰者分離，且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm；且該第一半導體殼體形成於該第二半導體殼體上且呈現該第二半導體殼體之該不均勻表面輪廓。
  29. 如請求項28之方法，其中該第二半導體殼體包括該活性區域量子井之底層障壁殼體。
  30. 如請求項28之方法，其中該第二半導體殼體包括自該活性區域向內徑向定位之底層殼體。
  31. 如請求項28之方法，其中：該第一半導體殼體之徑向厚度在該等峰部與該等谷部之間在奈米線軸向方向上變化達至少15%；在該奈米線軸向方向上之該第一半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm；該第一半導體殼體在該徑向方向上具有大於5nm之厚度；在奈米線軸向方向上之該第二半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；且該第二半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm。
  32. 如請求項28之方法，其進一步包括：形成絕緣遮罩層，其定位於支撐件之半導體表面上方，其中形成該半導體奈米線核心包括：磊晶生長第一導電類型半導體奈米線核心，該第一導電類型半導體奈米線核心自該支撐件之該半導體表面穿過該絕緣遮罩層中之開口而實質上垂直延伸；形成至少一個第二導電類型半導體殼體，其在該活性區域量 子井殼體上方且圍繞該活性區域量子井殼體延伸；形成第一電極層，其接觸該第二導電類型半導體殼體；及形成第二電極層，其電連接至該半導體奈米線核心。
  33. 如請求項32之方法，其中：該第一導電類型包括n型；該第二導電類型包括p型；該支撐件包括在基板上之n-GaN或n-AlGaN n型半導體緩衝層；該半導體奈米線核心包括n-GaN奈米線核心；該活性區域量子井殼體包括在GaN障壁殼體之間的InGaN殼體；且該第一電極包括透明導電氧化物(TCO)。
  34. 如請求項28之方法，其中：該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者包括沿著該第一半導體殼體之m平面之奈米級間斷，該奈米級間斷至少部分地沿著p平面突出；且該活性量子井殼體包括In(Al)GaN半導體殼體，該In(Al)GaN半導體殼體含有定位於該等峰部處之具有比定位於該等谷部處之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量之富銦區域。
  35. 如請求項34之方法，其中該活性量子井殼體包括其中該等富銦區域含有多於10原子百分比之銦且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦之InGaN半導體殼體。
  36. 如請求項35之方法，其中富銦區域含有15原子百分比之銦至30原子百分比之銦且該等貧銦區域含有1原子百分比之銦至5原子百分比之銦。
  37. 如請求項36之方法，其中該LED具有495nm至590nm峰值發射波 長或591nm至650nm峰值發射波長。
  38. 如請求項37之方法，其中該LED具有約520nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約20原子百分比之銦。
  39. 如請求項37之方法，其中該LED具有約610nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約30原子百分比之銦。
  40. 一種製造發光二極體(LED)裝置之方法，其包括：形成半導體奈米線核心；及形成第一半導體殼體，其徑向圍繞該半導體奈米線核心，該第一半導體殼體包括具有富銦區域之In(Al)GaN活性區域量子井殼體，該等富銦區域在該第一半導體殼體之形成期間原位整體形成，其中富銦區域具有比該第一半導體殼體中之貧銦區域之銦含量高至少5原子百分比之銦含量。
  41. 如請求項40之方法，其中該活性量子井殼體包括其中該等富銦區域含有多於10原子百分比之銦且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦之InGaN半導體殼體。
  42. 如請求項41之方法，其中富銦區域含有15原子百分比之銦至30原子百分比之銦且該等貧銦區域含有1原子百分比之銦至5原子百分比之銦。
  43. 如請求項42之方法，其中該LED具有495nm至590nm峰值發射波長或591nm至650nm峰值發射波長。
  44. 如請求項43之方法，其中該LED具有約520nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約20原子百分比之銦。
  45. 如請求項43之方法，其中該LED具有約610nm峰值發射波長且該等富銦區域含有約30原子百分比之銦。
  46. 如請求項40之方法，其中： 該第一半導體殼體具有包含包括該等富銦區域之至少3個峰部之不均勻表面輪廓；該至少3個峰部中之每一者藉由包括該貧銦區域之谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離；且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
  47. 如請求項46之方法，其進一步包括在形成該第一半導體殼體之前形成徑向圍繞該半導體奈米線核心之第二半導體殼體。
  48. 如請求項47之方法，其中：該第二半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓；該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離；且該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm。
  49. 如請求項48之方法，其中該第二半導體殼體包括該活性區域量子井之底層障壁殼體。
  50. 如請求項48之方法，其中該第二半導體殼體包括自該活性區域向內徑向定位之底層殼體。
  51. 如請求項48之方法，其中：該第一半導體殼體之徑向厚度在該等峰部與該等谷部之間在奈米線軸向方向上變化達至少15%；在該奈米線軸向方向上之該第一半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm；該第一半導體殼體在該徑向方向上具有大於5nm之厚度； 在奈米線軸向方向上之該第二半導體殼體中之峰部至毗鄰谷部間隔係10nm至30nm；且該第二半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸3nm至5nm。
  52. 如請求項48之方法，其進一步包括：形成絕緣遮罩層，其定位於支撐件之半導體表面上方，其中形成該半導體奈米線核心包括：磊晶生長第一導電類型半導體奈米線核心，該第一導電類型半導體奈米線核心自該支撐件之該半導體表面穿過該絕緣遮罩層中之開口而實質上垂直延伸；形成至少一個第二導電類型半導體殼體，其在該活性區域量子井殼體上方且圍繞該活性區域量子井殼體延伸；形成第一電極層，其接觸該第二導電類型半導體殼體；及形成第二電極層，其電連接至該半導體奈米線核心。
  53. 如請求項52之方法，其中：該第一導電類型包括n型；該第二導電類型包括p型；該支撐件包括在基板上之n-GaN或n-AlGaN n型半導體緩衝層；該半導體奈米線核心包括n-GaN奈米線核心；該活性區域量子井殼體包括在GaN障壁殼體之間的InGaN殼體；且該第一電極包括透明導電氧化物(TCO)。
  54. 如請求項48之方法，其中該第一半導體殼體中之該至少3個峰部中之每一者包括沿著該第一半導體殼體之m平面之奈米級間斷，該奈米級間斷至少部分地沿著p平面突出。
  55. 一種奈米線裝置，其包括： 半導體奈米線核心；及第一半導體殼體，其圍繞該半導體奈米線核心徑向定位，其中：該第一半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓；該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離；該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm，該毗鄰谷部包含個別貧銦區域；及該至少3個峰部中之每一者包含個別富銦區域，其具有較該等毗鄰谷部之該等貧銦區域更高的銦濃度。
  56. 如請求項55之裝置，其中該裝置包括發光二極體(LED)裝置且該第一半導體殼體包括活性區域量子井殼體。
  57. 如請求項56之裝置，其進一步包括第二半導體殼體，其係徑向定位於該第一半導體殼體之外側。
  58. 一種製造奈米線裝置之方法，其包括：形成半導體奈米線核心；及形成第一半導體殼體，其圍繞該半導體奈米線核心徑向定位，其中：該第一半導體殼體具有包含至少3個峰部之不均勻表面輪廓；該至少3個峰部中之每一者藉由谷部與該至少3個峰部中之毗鄰者分離；該至少3個峰部中之每一者在徑向方向上遠離毗鄰谷部延伸至少2nm，該毗鄰谷部包含個別貧銦區域；及 該至少3個峰部中之每一者包含個別富銦區域，其具有較該等毗鄰谷部之該等貧銦區域更高的銦濃度。
  59. 如請求項58之方法，其中該裝置包括發光二極體(LED)裝置且該第一半導體殼體包括活性區域量子井殼體。
  60. 如請求項59之方法，其進一步包括形成徑向圍繞該第一半導體殼體之第二半導體殼體。
  61. 如請求項55之方法，其中該等富銦區域包括氮化銦鎵活性區域量子殼體之整體部分，該量子殼體係橫向環繞該半導體奈米線核心。
  62. 如請求項55之裝置，其進一步包括底層，該底層係橫向環繞具有崎嶇不平表面之奈米線核心，其中在該第一半導體殼體內之應力係藉由該崎嶇不平表面之崎嶇不平來局部修改。
  63. 如請求項62之裝置，其中該底層具有較該等貧銦區域更低的銦濃度。
  64. 如請求項62之裝置，其中該第一半導體殼體包括選自InGaN及InAlGaN之材料。
  65. 如請求項64之裝置，其中該等富銦區域含有15原子百分比至30原子百分比之銦，且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦。
  66. 如請求項57之裝置，其中：該半導體奈米線核心包含n-摻雜之氮化鎵半導體材料；且該第二半導體殼體包含p-摻雜之氮化鎵半導體材料。
  67. 如請求項58之方法，其中該等富銦區域與該等貧銦區域係在該第一半導體殼體之沈積期間藉由自組裝形成。
  68. 如請求項58之方法，其中該等富銦區域係在包括該第一半導體殼體之活性區域殼體的形成期間與該等貧銦區域原位整體形 成。
  69. 如請求項58之方法，其中該等富銦區域包括氮化銦鎵活性區域量子殼體之整體部分，該量子殼體係橫向環繞該半導體奈米線核心。
  70. 如請求項58之方法，其進一步包括形成底層，該底層係橫向環繞具有崎嶇不平表面之奈米線核心，該崎嶇不平表面係圍繞該奈米線核心，其中在該第一半導體殼體內之應力係藉由該崎嶇不平表面之崎嶇不平來局部修改。
  71. 如請求項70之裝置，其中該底層具有較該等貧銦區域更低的銦濃度。
  72. 如請求項58之方法，其中該第一半導體殼體包括選自InGaN及InAlGaN之材料。
  73. 如請求項72之方法，其中該等富銦區域含有15原子百分比至30原子百分比之銦，且該等貧銦區域含有少於10原子百分比之銦。
  74. 如請求項60之方法，其中：該半導體奈米線核心包含n-摻雜之氮化鎵半導體材料；且該第二半導體殼體包含p-摻雜之氮化鎵半導體材料。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022282B (zh) 2008-07-07 2016-02-03 格罗有限公司 纳米结构led
US9281442B2 (en) 2013-12-17 2016-03-08 Glo Ab III-nitride nanowire LED with strain modified surface active region and method of making thereof
US10483319B2 (en) 2014-08-08 2019-11-19 Glo Ab Pixilated display device based upon nanowire LEDs and method for making the same
US9882086B2 (en) * 2014-08-12 2018-01-30 Glo Ab III-nitride nanowire LED with strain modified surface active region and method of making thereof
US9620559B2 (en) 2014-09-26 2017-04-11 Glo Ab Monolithic image chip for near-to-eye display
US10290767B2 (en) * 2015-06-09 2019-05-14 The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill University High efficiency visible and ultraviolet nanowire emitters
US11322652B2 (en) 2015-12-14 2022-05-03 Ostendo Technologies, Inc. Methods for producing composite GaN nanocolumns and light emitting structures made from the methods
WO2017184941A1 (en) 2016-04-22 2017-10-26 Neil Deeman Small pitch direct view display and method of making thereof
KR20180133436A (ko) 2016-05-04 2018-12-14 글로 에이비 상이한 색상의 led를 포함하는 일체형 다색 직시형 디스플레이와 이의 제조 방법
US10096469B2 (en) * 2016-08-24 2018-10-09 COMSATS Institute of Information Technology (CIIT) Sn doped ZnS nanowires for white light source material
WO2018062252A1 (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 日亜化学工業株式会社 発光素子
JP6853882B2 (ja) 2016-10-24 2021-03-31 グロ アーベーＧｌｏ Ａｂ 発光ダイオード、ディスプレイデバイス、および、直視型ディスプレイデバイス
TWI742222B (zh) 2017-01-09 2021-10-11 美商納諾西斯有限公司 用於直接視野顯示之具有集成反射器的發光二極體及其製造方式
US10998465B2 (en) 2017-01-09 2021-05-04 Glo Ab Light emitting diodes with integrated reflector for a direct view display and method of making thereof
US20180277713A1 (en) * 2017-03-21 2018-09-27 Glo Ab Red light emitting diodes having an indium gallium nitride template layer and method of making thereof
JP7147132B2 (ja) * 2017-05-31 2022-10-05 セイコーエプソン株式会社 発光装置、プロジェクター、および発光装置の製造方法
US10418499B2 (en) 2017-06-01 2019-09-17 Glo Ab Self-aligned nanowire-based light emitting diode subpixels for a direct view display and method of making thereof
US11417794B2 (en) 2017-08-15 2022-08-16 Nanosys, Inc. Method of making a semiconductor device using nano-imprint lithography for formation of a selective growth mask
US10439101B2 (en) * 2017-08-18 2019-10-08 Intel Corporation Micro light-emitting diode (LED) elements and display
US10707374B2 (en) 2017-09-15 2020-07-07 Glo Ab Etendue enhancement for light emitting diode subpixels
US10804436B2 (en) 2017-10-06 2020-10-13 Glo Ab Light emitting diode containing oxidized metal contacts
US11362238B2 (en) 2017-10-06 2022-06-14 Nanosys, Inc. Light emitting diode containing oxidized metal contacts
FR3076399B1 (fr) * 2017-12-28 2020-01-24 Aledia Dispositif optoelectronique comprenant des diodes electroluminescentes tridimensionnelles
US10627673B2 (en) 2018-04-06 2020-04-21 Glo Ab Light emitting diode array containing a multilayer bus electrode and method of making the same
WO2019199946A1 (en) 2018-04-11 2019-10-17 Glo Ab Light emitting diodes formed on nanodisk substrates and methods of making the same
TWI828679B (zh) 2018-04-20 2024-01-11 美商納諾西斯有限公司 用於直視型顯示器之子像素發光二極體及其製造方法
US10770620B2 (en) 2018-06-14 2020-09-08 Glo Ab Epitaxial gallium nitride based light emitting diode and method of making thereof
US11239212B2 (en) 2018-08-24 2022-02-01 Nanosys, Inc. Light emitting diode array containing a black matrix and an optical bonding layer and method of making the same
EP3891816A4 (en) 2018-12-03 2022-08-31 Nanosys, Inc. LIGHT EMITTING DIODES WITH DEACTIVATED AREAS AND METHOD FOR THEIR MANUFACTURE
US11637219B2 (en) 2019-04-12 2023-04-25 Google Llc Monolithic integration of different light emitting structures on a same substrate
US11444065B2 (en) 2019-05-30 2022-09-13 Nanosys, Inc. Light emitting diode device containing a positive photoresist insulating spacer and a conductive sidewall contact and method of making the same
GB2586862B (en) * 2019-09-06 2021-12-15 Plessey Semiconductors Ltd LED precursor incorporating strain relaxing structure
US11462659B2 (en) * 2019-09-10 2022-10-04 Koito Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor light emitting device and manufacturing method of semiconductor light emitting device
US11594663B2 (en) 2019-12-20 2023-02-28 Nanosys, Inc. Light emitting diode device containing a micro lens array and method of making the same
US11798988B2 (en) 2020-01-08 2023-10-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Graded planar buffer for nanowires
CN115989590A (zh) 2020-05-18 2023-04-18 纳诺西斯有限公司 用于直视型显示器的次像素发光二极管及其制造方法
US11929253B2 (en) * 2020-05-29 2024-03-12 Microsoft Technology Licensing, Llc SAG nanowire growth with a planarization process
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
JP2022040676A (ja) * 2020-08-31 2022-03-11 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
CN114122204B (zh) * 2021-11-26 2024-03-12 江苏第三代半导体研究院有限公司 一种半导体外延片及其制备方法与应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090096704A (ko) * 2006-12-22 2009-09-14 큐나노 에이비 직립 나노와이어 구조를 갖는 ｌｅｄ 및 이를 제조하는 방법
US20100276664A1 (en) * 2006-03-10 2010-11-04 Hersee Stephen D Thin-walled structures
US20120225526A1 (en) * 2007-10-04 2012-09-06 Stc.Unm NANOWIRE AND LARGER GaN BASED HEMTS

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3282174B2 (ja) 1997-01-29 2002-05-13 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP4158519B2 (ja) * 2002-12-26 2008-10-01 住友電気工業株式会社 白色発光素子およびその製造方法
US20140012224A1 (en) * 2006-04-07 2014-01-09 The Regents Of The University Of California Targeted hollow gold nanostructures and methods of use
EP2102899B1 (en) 2007-01-12 2020-11-11 QuNano AB Nitride nanowires and method of producing such
JP2009105088A (ja) * 2007-10-19 2009-05-14 Panasonic Electric Works Co Ltd 半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光素子の製造方法
US8138493B2 (en) 2008-07-09 2012-03-20 Qunano Ab Optoelectronic semiconductor device
SE533090C2 (sv) * 2008-07-09 2010-06-22 Qunano Ab Nanostrukturerad ljusdiod
WO2010062644A2 (en) * 2008-10-28 2010-06-03 The Regents Of The University Of California Vertical group iii-v nanowires on si, heterostructures, flexible arrays and fabrication
KR101549620B1 (ko) * 2009-01-30 2015-09-02 삼성전자주식회사 ｐｎ 구조를 지닌 Ｚｎ 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법
KR20110064702A (ko) * 2009-12-08 2011-06-15 삼성전자주식회사 요철 구조를 지닌 코어-쉘 나노 와이어 및 이를 이용한 열전 소자
US9112240B2 (en) * 2010-01-04 2015-08-18 Nanotek Instruments, Inc. Lithium metal-sulfur and lithium ion-sulfur secondary batteries containing a nano-structured cathode and processes for producing same
SG184302A1 (en) * 2010-04-02 2012-11-29 Intel Corp Charge storage device, method of making same, method of making an electrically conductive structure for same, mobile electronic device using same, and microelectronic device containing same
KR20130136906A (ko) * 2010-06-18 2013-12-13 글로 에이비 나노와이어 ｌｅｄ 구조와 이를 제조하기 위한 방법
KR20130138657A (ko) * 2010-06-24 2013-12-19 글로 에이비 배향된 나노와이어 성장을 위해 버퍼 층을 갖는 기판
KR20120052651A (ko) 2010-11-16 2012-05-24 삼성엘이디 주식회사 나노로드 발광소자
KR20120059064A (ko) * 2010-11-30 2012-06-08 삼성엘이디 주식회사 발광소자 및 그 제조방법
JP5409707B2 (ja) * 2011-06-15 2014-02-05 シャープ株式会社 半導体素子、半導体素子の製造方法、発光ダイオード、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置
US8937297B2 (en) * 2011-12-02 2015-01-20 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Optoelectronic device including nanowires with a core/shell structure
JP6227128B2 (ja) 2013-06-07 2017-11-08 グロ アーベーＧｌｏ Ａｂ マルチカラーｌｅｄ及びその製造方法
US9281442B2 (en) 2013-12-17 2016-03-08 Glo Ab III-nitride nanowire LED with strain modified surface active region and method of making thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100276664A1 (en) * 2006-03-10 2010-11-04 Hersee Stephen D Thin-walled structures
KR20090096704A (ko) * 2006-12-22 2009-09-14 큐나노 에이비 직립 나노와이어 구조를 갖는 ｌｅｄ 및 이를 제조하는 방법
US20120225526A1 (en) * 2007-10-04 2012-09-06 Stc.Unm NANOWIRE AND LARGER GaN BASED HEMTS

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