本發(fā)明大體涉及基于半導體材料的光電子器件且涉及用于制造該光電子器件的方法。本發(fā)明更具體地涉及包括由尤其是半導體微米線或納米線的三維元件形成的發(fā)光二極管的光電子器件。

背景技術(shù)：

術(shù)語“具有發(fā)光二極管的光電子器件”指代能夠?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)換成電磁輻射的器件，并且尤其是專用于發(fā)出電磁輻射(尤其是光)的器件。能夠形成發(fā)光二極管的三維元件的示例是包括基于化合物的半導體材料的微米線或納米線，化合物主要包括至少一個組III元素和一個組V元素(例如氮化鎵GaN)(在下文中被稱為III-V化合物)。

光電子器件的萃取效率大體由從光電子器件逸出的光子的數(shù)量與由發(fā)光二極管發(fā)出的光子的數(shù)量的比率定義。期望光電子器件的萃取效率盡可能高。

現(xiàn)有光電子器件的缺點在于在每個發(fā)光二極管內(nèi)發(fā)出的光子的一小部分未從發(fā)光二極管逸出。

現(xiàn)有光電子器件的另一缺點在于由每個發(fā)光二極管內(nèi)發(fā)出的光的一部分被相鄰的發(fā)光二極管俘獲或吸收。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，實施例的目的在于克服先前描述的具有發(fā)光二極管的尤其具有微米線或納米線的光電子器件以及它們的制造方法的缺點的至少部分。

實施例的另一目的在于增大光電子器件的萃取效率。

實施例的另一目的在于減小未從每個發(fā)光二極管逸出的光的比例。

實施例的另一目的在于減小被相鄰的發(fā)光二極管吸收/俘獲的、由發(fā)光二極管內(nèi)發(fā)出的光的比例。

實施例的另一目的在于是使具有發(fā)光二極管的光電子器件能夠以工業(yè)規(guī)模并且以低成本來制造。

因此，實施例提供一種光電子器件，其包括：

包括表面的半導體襯底；

由該表面支撐的發(fā)光二極管，其包括線形、圓錐形或尖椎形的半導體元件；以及

覆蓋發(fā)光二極管的至少部分透明的介電層，該介電層的折射率處于從1.6到1.8的范圍中。

根據(jù)實施例，該介電層的折射率處于從1.7到1.75的范圍中。

根據(jù)實施例，每個半導體元件主要由III-V化合物制成。

根據(jù)實施例，每個半導體元件主要包括氮化鎵。

根據(jù)實施例，每個半導體元件的平均直徑處于從200nm到1μm的范圍中。

根據(jù)實施例，包封層包括由至少部分透明的第一材料制成的具有第二材料的顆粒散布在其中的基體，第二材料的折射率大于第一材料的折射率。

根據(jù)實施例，第一材料為聚硅氧烷。

根據(jù)實施例，第二材料是選自氧化鈦(TiO₂)、氧化鋯(ZrO₂)以及硫化鋅(ZnS)之中的介電材料。

根據(jù)實施例，包封層由選自包括環(huán)氧聚合物、具有SiO_x(其中x是大于0且小于或等于2的實數(shù))型的氧化硅、具有SiO_yN_z(其中y是大于0且小于或等于2的實數(shù)，并且z大于0且小于或等于0.57)型的氧化硅以及氧化鋁(Al₂O₃)的組的材料制成。

根據(jù)實施例，發(fā)光二極管被分布在該表面的部分上，并且發(fā)光二極管在該部分上的表面密度遠離該部分的邊緣減小。

根據(jù)實施例，發(fā)光二極管被分布在該表面的部分上，并且針對單位表面積， 該部分的周長與該部分的表面積的比率大于或等于4。

根據(jù)實施例，該部分對應于具有孔的表面。

附圖說明

前述特征和優(yōu)點及其他特征和優(yōu)點將在下面結(jié)合附圖對特定實施例的非限制性描述中詳細進行討論，在附圖之中：

圖1是具有微米線或納米線的光電子器件的實施例的部分簡化橫截面視圖；

圖2到圖6示出由采用微米線或納米線的光線遵循的路徑的不同配置；

圖7示出由具有微米線或納米線的發(fā)光二極管遞送的光的傳播模式的分布根據(jù)圍繞發(fā)光二極管的材料的折射率的變化；

圖8示出發(fā)光二極管的微米線或納米線中的所俘獲的導引模式的比例根據(jù)圍繞發(fā)光二極管的材料的折射率的變化的曲線；

圖9是包括具有微米線或納米線的發(fā)光二極管的光電子器件的部分簡化俯視圖；

圖10示出萃取效率根據(jù)圖9的光電子器件的正面上的考慮位置的變化；并且

圖11-圖20是包括具有微米線或納米線的發(fā)光二極管的光電子器件的實施例的部分簡化俯視圖。

具體實施方式

為清楚起見，在各個附圖中利用相同的附圖標記來指代相同的元件，并且另外，如在電子電路的表示中常見的，各個附圖不一定是按比例繪制的。另外，僅僅示出并描述對理解本公開內(nèi)容有用的那些元件。具體地，用于使光電子器件的發(fā)光二極管偏置的手段是眾所周知的并且將不再進行描述。

在下面的描述中，除非另行明確指示，術(shù)語“基本上”、“大約”和“約”意味著“在10％內(nèi)”。另外，“主要由材料形成的化合物”或“基于材料的化合物”意味著化 合物包括大于或等于95％的所述材料的比例，該比例優(yōu)選大于99％。

本說明書涉及具有三維元件的光電子器件，三維元件例如線形元件、圓錐形元件或尖椎形元件，尤其是微米線或納米線。

術(shù)語“微米線”或“納米線”指代具有沿著優(yōu)選方向的細長形狀的三維結(jié)構(gòu)，其具有被稱為小尺寸的在從5nm到2.5μm的范圍中的優(yōu)選在從50nm到2.5μm的范圍中的至少兩個尺寸，以及被稱為大尺寸的至少等于小尺寸的1倍、優(yōu)選至少5倍并且更優(yōu)選最大的甚至至少10倍的第三尺寸。在某些實施例中，小尺寸可以小于或等于大約1μm，優(yōu)選在100nm到1μm的范圍中，更優(yōu)選在從100nm到800nm的范圍中。在某些實施例中，每個微米線或納米線的高度可以大于或等于500nm，優(yōu)選在從1μm到50μm的范圍中。

在下面的描述中，術(shù)語“線”用于意指“微米線或納米線”。優(yōu)選地，延伸通過在垂直于線的優(yōu)選方向的平面中的橫截面的重心的線的平均線路基本上形成直線并且在下文中被稱為線的“軸”。

圖1是具有發(fā)光二極管的光電子器件5的實施例的部分簡化橫截面視圖。

圖1示出一種結(jié)構(gòu)，其從底部到頂部包括：

第一電極8；

半導體襯底10，其包括下表面11和上表面12，下表面11被覆蓋有第一電極8，并且上表面12優(yōu)選至少在發(fā)光二極管的水平處是平面的；

種子墊(seed pad)16，其由促進線的增長的導電材料制成并被布置在表面12上；

具有高度H₁的線20(六個線被示出)，每個線20與種子墊16中的一個相接觸，每個線20包括具有高度H₂的與種子墊16相接觸的下部分22和具有高度H₃的延續(xù)下部分22的上部分24；

絕緣層26，其延伸在襯底10的表面12上并且延伸在每個線20的下部分22的側(cè)面上；

外殼28，其包括覆蓋每個上部分24的半導體層的堆疊；

層30，其形成覆蓋每個外殼28的第二電極并且還延伸在絕緣層26上；

導電鏡像層32，其覆蓋在線20之間的電極層30而不在線20上延伸；

包封層34，其覆蓋整個結(jié)構(gòu)并且尤其是電極30并且包括正面36。

光電子器件5還可以包括熒光粉的層(未示出)，其被設(shè)置在包封層34上或與其混雜。

由每個線20形成的組件、相關(guān)聯(lián)的種子墊16和外殼28形成發(fā)光二極管DEL。二極管DEL的基極對應于種子墊16。外殼28具體地包括有源層，其是由發(fā)光二極管DEL遞送的大多數(shù)電磁輻射從其發(fā)射的層。發(fā)光二極管DEL可以并聯(lián)連接并且形成發(fā)光二極管的組件。該組件可以包括從幾個發(fā)光二極管DEL到一千個發(fā)光二極管。

發(fā)光二極管DEL可以不被形成在整個表面12上。表面12的具有發(fā)光二極管形成在其上的部分被稱為有源區(qū)。

襯底10可以對應于固體結(jié)構(gòu)或?qū)诟采w由另一材料制成的支撐物的層。襯底10優(yōu)選為半導體襯底，其例如是由硅、鍺、碳化硅、III-V化合物(例如GaN或GaAs)制成的襯底，或者ZnO襯底。優(yōu)選地，襯底10是單晶硅襯底。優(yōu)選地，半導體襯底實現(xiàn)與微電子器件中的制造方法兼容。襯底10可以對應于具有絕緣體上硅類型SOI的多層結(jié)構(gòu)。

襯底可以重摻雜、輕摻雜或沒有摻雜。在襯底重摻雜情況下，半導體襯底10可以被摻雜以將電阻率向下降低到接近金屬的電阻率的電阻率，優(yōu)選低于幾mohm.cm。襯底10例如是重摻雜襯底，其具有在從5*10¹⁶原子/cm³到2*10²⁰原子/cm³的范圍中的摻雜劑濃度。在襯底輕摻雜的情況下，例如其中摻雜劑濃度小于或等于5*10¹⁶原子/cm³，優(yōu)選基本上等于10¹⁵原子/cm³，可以提供比襯底摻雜更重的具有第一導電類型的摻雜區(qū)或具有與第一導電類型相反的第二導電類型的摻雜區(qū)，其在襯底10中從種子墊16下的表面12延伸。在硅襯底10的情況下，P型摻雜劑的示例是硼(B)或銦(In)，并且N型摻雜劑的示例是磷(P)、砷(As)或銻(Sb)。

硅襯底10的表面12可以是(100)表面。

種子墊16(還被稱為種子島)由促進線20的增長的材料制成?？梢蕴峁┨幹靡员Ｗo種子墊的側(cè)面和未覆蓋有種子墊的襯底部分的表面以防止線在種子墊的側(cè)面上并且在未覆蓋有種子墊的襯底部分的表面上增長。處置可以包括在種子墊的側(cè)面上形成介電區(qū)并且延伸在襯底的頂部上和/或內(nèi)部，其中在介電區(qū)上沒有線的增長。作為變型，種子墊16可以用覆蓋襯底10的表面12的種子層來代替。介電區(qū)可以之后被形成在種子層上面以防止線在不想要的區(qū)域中的增長。

作為示例，形成種子墊16的材料可以是來自元素周期表的列IV、V或VI的過渡金屬的氮化物、碳化物或硼化物或者這些化合物的組合。作為示例，種子墊16可以由氮化鋁(AlN)、硼(B)、氮化硼(BN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鉿(Hf)、氮化鉿(HfN)、鈮(Nb)、氮化鈮(NbN)、鋯(Zr)、鋯硼酸(ZrB₂₎、硼化鋯(ZrN)、碳化硅(SiC)、碳氮化鉭(TaCN)、以Mg_xN_y形式的氮化鎂(其中x大約等于3，并且y大約等于2，例如以Mg₃N₂形式的氮化鎂)、或鎂氮化鎵(MgGaN)、鎢(W)、氮化鎢(WN)、或它們的組合制成。

種子墊16可以摻雜有與襯底10相同的導電類型。

絕緣層26可以由介電材料制成，例如由氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si_xN_y，其中x大約等于3，并且y大約等于4，例如，Si₃N₄)、氮氧化硅(尤其具有一般公式SiO_xN_y，例如，Si₂ON₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、二氧化鉿(HfO₂)、或者金剛石制成。作為示例，絕緣層26的厚度處于從5nm到500nm的范圍中，例如等于大約30nm。

線20至少部分地由至少一種半導體材料形成。線20可以至少部分地由主要包括III-V化合物(例如III-N化合物)的半導體材料形成。組III元素的示例包括鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)。III-N化合物的示例是GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。還可以使用其他組V元素，例如磷或砷。一般地，III-V化合物中的元素可以與不同的摩爾分數(shù)進行組合。

線20可以包括摻雜劑。作為示例，針對III-V化合物，摻雜劑可以選自包括組II P型摻雜劑(例如鎂(Mg)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、或汞(Hg))、組IV P型摻雜劑(例如碳(C))或組IV N型摻雜劑(例如硅(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、硫(S)、鋱(Tb)、或錫(Sn))的組。

線20的橫截面可以具有不同的形狀，例如可以為橢圓形的、圓形的或多邊形，尤其是三角形、矩形、方形或六邊形的形狀。因此應當理解關(guān)于線或被沉積在該線上的層的橫截面提到的術(shù)語“直徑”指代與該橫截面中的靶向結(jié)構(gòu)的表面積相關(guān)聯(lián)的量，對應于例如具有與向橫截面相同的表面積的盤的直徑。每個線20的高度可以H₁可以在從250nm到50μm的范圍中。每個線20可以具有沿著基本上垂直于表面12的軸的細長半導體結(jié)構(gòu)。每個線20可以具有大體圓柱形形狀。兩個線20的軸可以相距從0.5μm到10μm，并且優(yōu)選從1.5μm到6μm。作為示例，線20可以有規(guī)則地被分布尤其在六邊形網(wǎng)絡(luò)中。

作為示例，每個線20的下部分22主要由III-N化合物(例如氮化鎵)制成，具有與區(qū)14相同的摻雜類型，例如類型N，例如硅摻雜的。下部分22沿著可以在從100nm到25μm的范圍中的高度H₂延伸。

作為示例，每個線20的上部分24至少部分地由III-N化合物(例如GaN)制成。上部分24可以是N型摻雜的，可能不及下部分22摻雜重，或者沒有被有意摻雜。上部分24沿著可以在從100nm到25μm的范圍中的高度H₃延伸。

外殼28可以包括多個層的堆疊，尤其包括：

-有源層，其覆蓋相關(guān)聯(lián)的線20的上部分24；

-中間層，其具有與覆蓋有源層的下部分22的導電類型相反的導電類型；以及

-結(jié)合層，其覆蓋中間層并且被覆蓋有電極30。

有源層是由發(fā)光二極管DEL遞送的大多數(shù)輻射從其發(fā)射的層。根據(jù)示例，有源層可以包括約束裝置，例如多個量子阱。其例如由GaN層和InGaN層的交替形成，GaN層和InGaN層具有從5nm到20nm(例如，8nm)和從1nm到10nm (例如，2.5nm)的相應厚度。GaN層可以是例如類型N或P摻雜的。根據(jù)另一示例，有源層可以包括單個InGaN層，例如具有大于10nm的厚度。

中間層(例如P型摻雜的)可以對應于半導體層或半導體層的堆疊并且允許形成P-N結(jié)或P-I-N結(jié)，有源層被包括在P-N結(jié)或P-I-N結(jié)的P型中間層和N型上部分24之間。

結(jié)合層可以對應于半導體層或半導體層的堆疊并且使得能夠在中間層與電極30之間形成歐姆接觸。作為示例，結(jié)合層可以是重摻雜的，具有與每個線20的下部分22的類型相反的類型，直到(一個或多個)半導體層的退化，例如以大于或等于10²⁰原子/cm₃的濃度的P型摻雜。

半導體層的堆疊可以包括由三元合金形成的(例如由鋁氮化鎵(AlGaN)或鋁氮化銦(AlInN)制成的)電子屏蔽層，其與有源層和中間層相接觸以提供有源層中的電屏蔽的良好分布。

電極30能夠使每個線20的有源層偏置并且能夠讓由發(fā)光二極管DEL發(fā)射的電磁輻射通過。形成電極30的材料可以是透明的且導電的材料，例如氧化銦錫(ITO)、摻雜鋁的氧化鋅或石墨烯。作為示例，電極層30具有在從5nm到200nm的范圍中的厚度，優(yōu)選從20nm到50nm的范圍中的厚度。

導電鏡像層32優(yōu)選對應于金屬層，例如由鋁、銀、銅或鋅制成。作為示例，導電鏡像層32具有在從20nm到300nm的范圍中的厚度，優(yōu)選從100nm到200nm的范圍中的厚度。

包封層34由至少部分透明的絕緣材料制成。包封層34的最大厚度大于線20的高度H₁。包封層34延伸在線20之間并覆蓋每個線20。在線20之間的間隔完全地填充有包封層34。包封層34的最大厚度處于從250nm到50μm的范圍中，使得包封層34完全覆蓋在發(fā)光二極管DEL的頂部的電極30。

每個發(fā)光二極管DEL的外殼28的有源層在所有方向上發(fā)出光。

圖2到圖6示出由光線R針對不同發(fā)光配置行進的路徑。在圖2到圖6中，未示出層30、32和34。將θ稱為由光線R相對于垂直于線20的側(cè)壁的方向D 形成的角，并將θ_C稱為包括線20和外殼28的有源層的組件的關(guān)鍵總反射角。

根據(jù)發(fā)射角θ，由外殼28的有源層發(fā)出的光可以耦合到被稱為RL的輻照模式，如圖2所示，或者耦合到被稱為GL的導引模式，如圖3所示。導引模式GL具有大于關(guān)鍵總反射角θ_C的發(fā)射角θ并且沿線20以z字形傳播。相反，輻照模式RL具有小于關(guān)鍵總反射角θ_C的發(fā)射角θ并且完全在包封層34中傳輸。

關(guān)鍵總反射角θ_C由斯涅爾定律根據(jù)下面的關(guān)系式(1)來提供：

θ_C＝asin(n_encap/n_wire) (1)

其中，n_encap是包封層34的光學折射率的實數(shù)部分，并且n_wire是線20和其外殼28的光學折射率的實數(shù)部分，n_wire大于n_encap。

光學折射率是無量綱的數(shù)，其表征介質(zhì)的光學性質(zhì)，尤其是吸收和擴散。折射率等于復數(shù)光學指數(shù)的實數(shù)部分。折射率可以例如由橢圓測量法來確定。

在入射角θ下，導引模式GL分解成在襯底SGL中丟失的模式(圖4)、反射模式RGL(圖5)和透射模式TGL(圖6)。模式SGL被導引到線20的基底并丟失在襯底10中。模式TGL具有在線20的上面處的入射角，其小于關(guān)鍵總反射角并且因此被透射在包封層34中。模式RGL在上面處處于完全反射狀況并且在沒有被萃取的情況下被向線20的基底發(fā)回。

在導引模式GL之中，僅僅透射的導引模式TGL參與由觀察者感知的光。向襯底導引的模式SGL直接丟失，并且反射模式RGL保持被俘獲在線20的內(nèi)部，直到它們在襯底10中被吸收或丟失。

圖7示出根據(jù)包封層34的折射率n_encap的模式RL、GL、SGL、RGL以及TGL的比例。從發(fā)光二極管萃取的光的比例是RL和TGL的比例之和。

圖8示出根據(jù)包封層34的折射率n_encap的與導引模式RGL相對于導引模式GL的總數(shù)量的比例對應的變化曲線C_RGL。在具有800nm平均直徑的六邊形橫截面的GaN線和具有275nm厚度的外殼的情況下獲得圖7和圖8的曲線。

隨著包封層34的折射率增大，輻照模式RL的比例增大而導引模式GL的 比例減小。另外，對于等于大約1.73的包封層34的折射率，所俘獲的導引光RGL的比例下降為零。

通過模擬，發(fā)明人已經(jīng)示出：一旦線20的平均直徑大于200nm，模式RL、GL、SGL、RGL和TGL的比例的變化的曲線的形狀就是基本上相同的、與線20的平均直徑無關(guān)。具體地，一旦線20的平均直徑大于200nm，傳播模式RGL抵消的折射率就基本上與線20的平均直徑無關(guān)。

為了在觀察者注視光電子器件5時被觀察者感知到，光應當通過正面36離開包封層。表面36可以對應于自由表面，即與空氣相接觸的表面。在包封層34的折射率與空氣的折射率之間的差異越大，則相對于垂直于表面36的方向測量的關(guān)鍵總反射角越小，即，源自發(fā)光二極管DEL的光越傾向于在表面36上進行反射。因此不期望包封層34的折射率太高。

當形成線和有源層的材料為III-V化合物時，發(fā)明人已經(jīng)通過模擬示出：能夠在如下情況下獲得最佳折中：包封層34的折射率處于從1.7到1.75的范圍中，優(yōu)選處于從1.72到1.74的范圍中，更優(yōu)選為大約1.73。

優(yōu)選地，線20的平均直徑處于從200nm到1μm的范圍中，優(yōu)選從300nm到800nm的范圍中。

包封層34可以包括由至少部分透明的無機材料制成的可能具有介電材料的顆粒散布在其中的基體。形成顆粒的介電材料的折射率大于形成基體的材料的折射率。根據(jù)示例，包封層34包括由硅(還被稱為聚硅氧烷)制成的基體并且還包括散布在基體中的介電材料的顆粒。這些顆粒由提供具有適配的折射率的相對球形的納米范圍顆粒的任何類型的材料制成。作為示例，顆粒可以由氧化鈦(TiO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、硫化鋅(ZnS)、硫化鉛(PbS)或非晶硅(Si)制成。平均直徑a被定義為具有相同體積的球的直徑。介電材料的顆粒的平均直徑處于從2nm到250nm的范圍中。顆粒相對于包封層34的總重量的體積濃度處于從1％到50％的范圍中。

根據(jù)另一示例，無機材料選自包括環(huán)氧聚合物、具有SiO_x(其中x是大于0 且小于或等于2的實數(shù))型的氧化硅、具有SiO_yN_z(其中y是大于0且小于或等于2的實數(shù)，并且z大于0且小于或等于0.57)型的氧化硅以及氧化鋁(Al₂O₃)的組。

包封層34可以由至少部分透明的有機材料制成。根據(jù)示例，包封層34由聚酰亞胺制成。根據(jù)另一示例，包封層34由環(huán)氧聚合物制成，其還包括在基體中分布的介電材料的顆粒。這些顆?？梢杂裳趸?TiO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、硫化鋅(ZnS)、硫化鉛(PbS)或非晶硅(Si)制成。

為了改進光電子器件5的萃取效率，被稱為紋理化的表面處置可以被施加到包封層34的表面36以在表面36上形成凸起區(qū)。對于由無機材料制成的包封層34，對表面36進行紋理化的方法可以包括化學蝕刻的步驟或機械磨蝕的步驟，可能在存在被處置以促進在表面處形成樣式的表面36的掩膜保護部分的情況下。對于由有機材料制成的層34，對表面36進行紋理化的方法可以包括壓印、模制等的步驟。

為了改進光電子器件5的萃取效率，包封層34可以被覆蓋有至少部分透明的額外層。額外層的折射率則在包封層34的折射率與空氣的折射率之間。作為變型，至少兩個層的堆疊可以覆蓋包封層34。該堆疊中的層的折射率從該堆疊與包封層34相接觸的第一層到該堆疊與空氣相接觸的最后一層減小，第一層的折射率小于包封層34的折射率，并且最后一層的折射率大于空氣的折射率。

根據(jù)先前描述的實施例的光電子器件使得能夠有利地增大光電子器件的總體萃取效率，即在整個表面36上測量的效率。

可以局部地，即，針對表面36的部分測量萃取效率。萃取效率則與通過所考慮的部分從光電子器件逸出的光的量與由該部分的發(fā)光二極管遞送的光的量的比率對應。期望在整個表面36上的局部萃取效率的變化盡可能低以避免觀察者在注視光電子器件5時感知到亮度差異。

圖9是光電子器件50的示例的俯視圖，光電子器件50包括圖1中示出的光電子器件5的所有元件并且在方形有源區(qū)51上具有規(guī)則分布在其中(例如按 行和按列)的發(fā)光二極管DEL。有源區(qū)51的側(cè)邊緣用附圖標記52來指代，并且有源區(qū)51的拐角用附圖標記54來指代。每個發(fā)光二極管被示意性地示出為點。作為示例，除了沿邊緣52定位的二極管，每個發(fā)光二極管DEL被定位在方形的中心，包括在每個尖端處的發(fā)光二極管和在每個邊緣的中間的發(fā)光二極管。

在圖9中示出的示例中，每表面積單位的發(fā)光二極管的密度基本上在整個有源區(qū)51上是恒定的。作為示例，發(fā)光二極管的表面密度基本上是恒定的并且處于從4*10⁶/cm²到3*10⁷/cm²的范圍中。

圖10示出在有源區(qū)51的四分之一上的圖9的光電子器件50的局部萃取效率的變化。在如下情況下獲得圖10的曲線：GaN納米線的陣列具有六邊形橫截面，在兩個納米線的軸之間的距離為外殼28的平均半徑的3倍，并且包封層34的材料的折射率等于1.75。

沿邊緣52的局部萃取效率大于在有源區(qū)51的中心的局部萃取效率。另外，有源區(qū)51的尖端54處的局部萃取效率大于沿邊緣52的局部萃取效率。對這種現(xiàn)象的解釋如下：發(fā)光二極管的緊密鄰居的數(shù)量越大，由該發(fā)光二極管發(fā)出的光線撞擊相鄰發(fā)光二極管中的一個并要被所述鄰居吸收或俘獲的概率越高。

通過模擬，發(fā)明人已經(jīng)示出一旦在兩個相鄰發(fā)光二極管的軸之間的距離小于外殼28的平均半徑的15倍，萃取效率就降低。

針對在相鄰發(fā)光二極管的軸之間的小于外殼28的平均半徑的15倍的距離，已經(jīng)觀察到當行數(shù)和列數(shù)大于約50時，有源區(qū)51的中心的萃取效率達到最小值，與行數(shù)和列數(shù)無關(guān)。

圖11是類似于光電子器件60的實施例的圖9的視圖。光電子器件60包括光電子器件50的所有元件，其中差別在于每表面積單位的發(fā)光二極管的密度從設(shè)備的中心一直到邊緣52逐漸增大。更具體地，在有源區(qū)51的中心的發(fā)光二極管的表面密度小于沿邊緣52的發(fā)光二極管的表面密度。另外，沿邊緣52的發(fā)光二極管的表面密度小于在有源區(qū)51的尖端54處的發(fā)光二極管的表面密度。

作為示例，發(fā)光二極管的表面密度的變化可以對應于如圖10中示出的萃取效率的變化的倒數(shù)。作為示例，在光電子器件的有源區(qū)的中心的發(fā)光二極管的表面密度可以處于從2*10⁶/cm²到6*10⁶/cm²的范圍中，而沿光電子器件的有源區(qū)的邊緣的發(fā)光二極管的表面密度可以處于從7*10⁶/cm²到2*10⁷/cm²的范圍中。

根據(jù)另一實施例，發(fā)明人已經(jīng)示出萃取效率的均勻性能夠通過增大有源區(qū)的周長與有源區(qū)的表面積的比率來改進。優(yōu)選地，針對單位有源表面積，有源區(qū)的周長與表面的比率P/A大于4，優(yōu)選大于或等于4.5，更優(yōu)選大于或等于5，并且尤其優(yōu)選大于或等于6。

圖12到圖20示出光電子器件的實施例的簡化俯視圖，針對其中的每個僅僅示出了有源區(qū)的輪廓。針對這些示例中的每個，有源區(qū)的周長與有源區(qū)的表面積的比率大于針對方形的相同表面積獲得的比率。

在圖12中，有源區(qū)70具有包括方形外邊緣72和方形內(nèi)邊緣74的環(huán)形形狀。在圖13中，有源區(qū)76包括一個或多于一個的矩形區(qū)78，示出了兩個矩形區(qū)。在圖14中，有源區(qū)80包括一個或多于一個的具有波狀邊緣的條帶82，示出了兩個條帶82。在圖15中，有源區(qū)84具有三角形形狀。在圖16中，有源區(qū)86是星形的。在圖17中，有源區(qū)88包括星形外邊緣90和星形內(nèi)邊緣91。有利地，有源區(qū)的外周長以及可能內(nèi)周長遵循接近于分形曲線的曲線。在圖18、圖19和圖20中，有源區(qū)94、96和98在兩次迭代、三次迭代或四次迭代之后分別具有科赫曲線的形狀。針對有源區(qū)的單位表面積的比率P/A分別針對有源區(qū)94、96和98為6.4、8.5和11.4。圖12和圖17示出對應于具有孔的表面的有源區(qū)的示例。

一種提供光電子器件5的制造方法的實施例包括以下步驟：

(1)在襯底10的表面12上形成種子墊16。

種子墊16可以通過在表面12上沉積種子層并且通過將種子層的部分一直蝕刻到襯底10的表面12以對種子墊進行界定來獲得。種子層可以通過諸如化 學氣相沉積(CVD)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)(還稱為金屬有機氣相外延(MOVPE))的方法來沉積。然而，可以使用諸如分子束外延(MBE)、氣源MBE(GSMBE)、金屬有機MBE(MOMBE)、等離子體輔助MBE(PAMBE)、原子層外延(ALE)、氫化物氣相外延(HVPE)的方法以及原子層沉積(ALD)。另外，可以使用諸如蒸發(fā)或活性陰極濺射的方法。

當種子墊16由氮化鋁制成時，它們可以基本上具有特定紋理并且具有優(yōu)選極性。墊16的紋理化可以通過在種子層的沉積之后執(zhí)行的額外處置來獲得。例如其是氨流(NH₃₎下的退火。

(2)保護襯底10的表面12的沒有覆蓋有種子墊16的部分以避免線在這些部分上的隨后增長。這可以通過滲氮步驟來獲得，滲氮步驟引起在襯底10的表面處、在種子墊16之間形成氮化硅區(qū)(例如，SiN或Si₃N₄)。這還可以通過在種子墊16之間掩蔽襯底10，包括沉積例如SiO₂或SiN或Si₃N₄電介質(zhì)的層，并且在光刻步驟之后將該層蝕刻在種子墊16的外部的步驟來獲得。在這種情況下，掩蔽層可以在種子墊16上延伸。當保護步驟(2)通過掩蔽襯底10的步驟來執(zhí)行，可以避免種子層蝕刻步驟。種子墊16之后由使其表面在與線交叉處自由離開的均勻連續(xù)層形成。

(3)使每個線20的下部分22沿著高度H₂增長。每個線20從下面的種子墊16的頂部增長。

線20可以通過CVD、MOCVD、MBE、GSMBE、PAMBE、ALE、HVPE、ALD類型的過程來增長。另外，可以使用電化學過程，例如化學浴沉積(CBD)、熱液過程、液體噴霧熱解或電沉積。

作為示例，線增長方法可以包括將組III元素的前體和組V元素的前體注入到反應器中。組III元素的前體的示例是三甲基鎵(TMGa)、三乙基化鎵(TEGa)、三甲基銦(TMIn)或三甲基鋁(TMAl)。組V元素的前體的示例是氨(NH₃₎、磷酸三丁酯(TBP)、砷化氫(AsH₃₎或偏二甲肼(UDMH)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，在III-V化合物的線的增長的第一階段中，除了III-V 化合物的前體之外，過量地添加額外元素的前體。額外元素可以是硅(Si)。硅的前體的示例是硅烷(SiH₄)。

在前體氣體之中硅烷的存在引起硅在GaN化合物內(nèi)的并入。由此獲得N型摻雜下部分22。這進一步轉(zhuǎn)化為對氮化硅層(未示出)的形成，其覆蓋高度H₂的部分22的外周，除了頂部，因為部分22增長。

(4)使每個線20的高度H₃的上部分24在下部分22的頂部上增長。針對上部分24的增長，作為示例，如果沒有反應器中的硅烷流被減小例如大于或等于10的因子，則MOCVD反應器的先前描述的運行條件被維持，或者被停止。即使在硅烷流被停止時，由于在源自于相鄰鈍化部分的摻雜劑的該活動部分中的擴散或由于GaN的殘余摻雜，上部分24可以是N型摻雜的。

(5)例如通過在步驟(4)處獲得的整個結(jié)構(gòu)上共形地沉積絕緣層來形成絕緣層26并且對該層進行蝕刻以暴露每個線20的上部分24。

(6)針對每個線20通過外延來形成構(gòu)成外殼28的層。給定覆蓋下部分22的外圍的絕緣層26的存在，則構(gòu)成外殼28的層的沉積僅僅發(fā)生在線20的沒有被覆蓋有絕緣層26的上部分24上；

(7)例如通過保形沉積形成電極30；

(8)例如通過在步驟(7)處獲得的整個結(jié)構(gòu)上進行物理氣相沉積(PVD)或者例如通過蒸發(fā)或通過對該層的陰極濺射和蝕刻以暴露每個線20來形成導電鏡像層32；

(9)形成包封層34。當包封層34由硅樹脂制成時，包封層34可以通過旋轉(zhuǎn)涂層沉積方法、通過噴繪印刷方法或者通過絲印方法來沉積。當包封層34是氧化物時，其可以由CVD沉積；并且

(10)鋸開襯底10以使光電子器件分開。

在先前描述的實施例中，絕緣層26覆蓋每個線20的下部分22的整個周長。作為變型，能夠使下部分22的一部分不被覆蓋有絕緣層26。在這種情況下，絕緣層26覆蓋線20高達小于H₂的高度，并且外殼28覆蓋線20高達大于H₃的 高度。能夠使層26不覆蓋每個線20的下部分22。在這種情況下，外殼28可以覆蓋每個線20高達高度H₁。

在先前描述的實施例中，絕緣層26不覆蓋每個線20的上部分24的周長。作為變型，絕緣層26可以覆蓋每個線20的上部分24的一部分。在這種情況下，絕緣層26覆蓋線20高達大于H₂的高度，并且外殼28覆蓋線20高達小于H₃的高度。

根據(jù)另一變型，絕緣層26可以針對每個線20部分地覆蓋外殼30的下部分。

根據(jù)先前描述的制造方法的變型，形成外殼28的層可以在絕緣層26被形成在整個線20上或僅僅線20的部分(例如上部分24)上之前被形成。

已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進行各種更改和修改。另外，盡管在先前描述的實施例中，每個線20在線與種子墊16中的一個相接觸的基底處包括鈍化部分22，但是鈍化部分22可以不存在。

另外，盡管已經(jīng)針對對于其外殼28覆蓋相關(guān)聯(lián)的線20的頂部和線20的側(cè)邊的一部分的光電子器件描述了實施例，但是能夠僅僅將外殼提供在線20的頂部處。

已經(jīng)在上文中描述了具有不同變型的各種實施例。應當指出，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不示出任何創(chuàng)造性步驟的情況下將這些各種實施例和變型的各種元件進行組合。具體地，包括具有在從1.7到1.75的范圍中的折射率的包封層的光電子器件還可以包括發(fā)光二極管的表面密度，該表面密度是可變的，如例如圖11中示出的。另外，包括具有在從1.7到1.75的范圍中的折射率的包封層的光電子器件還可以具有大于針對方形有源區(qū)獲得的比率的有源區(qū)的周長與表面積的比率，例如如先前關(guān)于圖12到圖20所描述的。另外，具有大于針對方形有源區(qū)獲得的比率的有源區(qū)的周長與表面積的比率的光電子器件還可以包括發(fā)光二極管的可變表面密度。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種光電子器件(5)，包括：

具有表面(12)的半導體襯底(10)；

由所述表面支撐的發(fā)光二極管(DEL)，其包括線形、圓錐形或尖椎形的半導體元件(20)；以及

覆蓋所述發(fā)光二極管的至少部分透明的介電層(34)，所述介電層的折射率處于從1.6到1.8的范圍中，所述介電層(34)的最大厚度處于從250nm到50μm的范圍中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子器件，其中，所述介電層(34)的折射率處于從1.7到1.75的范圍中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電子器件，其中，每個半導體元件(20)主要由III-V化合物制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電子器件，其中，每個半導體元件(20)主要包括氮化鎵。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的光電子器件，其中，每個半導體元件(20)的平均直徑處于從200nm到1μm的范圍中。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的光電子器件，其中，其中，介電層(34)包括由至少部分透明的第一材料制成的具有第二材料的顆粒散布在其中的基體，所述第二材料的折射率大于所述第一材料的折射率。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電子器件，其中，所述第一材料為聚硅氧烷。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光電子器件，其中，所述第二材料是選自氧化鈦(TiO₂)、氧化鋯(ZrO₂)以及硫化鋅(ZnS)之中的介電材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的光電子器件，其中，介電層(34)由選自包括環(huán)氧聚合物、SiO_x型的氧化硅、SiO_yN_z型的氧化硅以及氧化鋁(Al₂O₃)的組的材料制成，其中x是大于0且小于或等于2的實數(shù)，其中y是大于0且小于或等于2的實數(shù)，并且z大于0且小于或等于0.57。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所述的光電子器件，其中，所述發(fā)光二極管(DEL)被分布在所述表面(12)的部分(51)上，并且發(fā)光二極管(DEL)在所述部分上的表面密度遠離所述部分的邊緣(52)減小。

11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中的任一項所述的光電子器件，其中，所述發(fā)光二極管(DEL)被分布在所述表面(12)的部分(70；76；80；84；86；88；94；96；98)上，并且針對單位表面積，所述部分的周長與所述部分的表面積的比率大于或等于4。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電子器件，其中，所述部分(70；90)對應于具有孔的表面。