具有發(fā)光二極管的光電子器件的制作方法
【專利說明】具有發(fā)光二極管的光電子器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求法國申請F(tuán)Rl 3/59411的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體涉及基于半導(dǎo)體材料的光電子器件和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(dǎo)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)】
[0004]短語“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(dǎo)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II1-V化合物)，或者主要包括至少一個組II元素和一個組VI元素(例如氧化鋅ZnO)(在下文中被稱為I1-VI化合物)。
[0005]多個光電子器件的三維元件(尤其是半導(dǎo)體微米線或納米線)可以被形成在襯底上，其之后被鋸開以對個體光電子器件進(jìn)行定界。每個光電子器件之后被布置在封裝中，尤其是要保護(hù)三維元件，并且封裝被附接到支撐體，例如印刷電路。
[0006]可以期望將電子電路與光電子器件相關(guān)聯(lián)。其例如是用于控制發(fā)光二極管的電源的電路、用于保護(hù)發(fā)光二極管免受靜電放電的電路、或者用于檢測發(fā)光二極管的溫度的電路。這樣的電子電路單獨(dú)地由光電子器件形成，并且之后被附接到支撐體并連接到封裝。歸因于與光電子器件相關(guān)聯(lián)的電子電路的體積可以是重大的。制造包括光電子器件的電子電路的方法除了制造光電子器件的步驟之外還包括明顯不同的電子電路制造步驟和將電子電路連接到光電子器件的步驟。這些步驟增加光電子系統(tǒng)的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，實施例的目的在于克服先前描述具有發(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。
[0008]實施例的另一目的在于減小包括光電子器件的電子系統(tǒng)的體積。
[0009]實施例的另一目的在于減小包括光電子器件的電子系統(tǒng)的體積。
[0010]實施例的另一目的是使具有發(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。
[0011 ]因此，實施例提供一種光電子器件，其包括:
[0012]半導(dǎo)體襯底，其沒有摻雜或摻雜有第一導(dǎo)電類型；
[0013]第一摻雜半導(dǎo)體區(qū)，其電連接到第一導(dǎo)電類型的襯底或與第一類型相反的第二導(dǎo)電類型的襯底，并且比襯底摻雜更重；
[0014]由第一半導(dǎo)體區(qū)支撐的第一發(fā)光二極管的第一組件，第一發(fā)光二極管包括線形、圓錐形或尖椎形半導(dǎo)體元件；以及
[0015]與第一半導(dǎo)體區(qū)相接觸的導(dǎo)電部分。
[0016]根據(jù)實施例，第一半導(dǎo)體區(qū)通過一個或多個離子注入步驟來獲得。
[0017]根據(jù)實施例，第一半導(dǎo)體區(qū)通過同質(zhì)外延步驟來獲得。
[0018]根據(jù)實施例，該器件包括至少部分透明的覆蓋每個第一發(fā)光二極管的第一電極層和在第一發(fā)光二極管周圍覆蓋第一電極層的第一導(dǎo)電層。
[0019]根據(jù)實施例，該器件還包括沿著第一半導(dǎo)體區(qū)的至少一個側(cè)向邊緣延伸的至少一個絕緣部分。
[0020]根據(jù)實施例，該器件還包括至少一個第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)，該第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型與第一半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型相反，并且該第二摻雜半導(dǎo)體區(qū)沿著第一半導(dǎo)體區(qū)的至少一個側(cè)向邊緣延伸。
[0021 ]根據(jù)實施例，襯底是單片的。
[0022]根據(jù)實施例，襯底被劃分成包含第一半導(dǎo)體區(qū)的并且與襯底的剩余部分通過絕緣層分隔的半導(dǎo)體層。
[0023 ]根據(jù)實施例，半導(dǎo)體層選自包括硅、鍺、碳化硅和111 -V化合物的組。
[0024]根據(jù)實施例，襯底選自包括硅、鍺、碳化硅和II1-V化合物的組。
[0025]根據(jù)實施例，襯底是絕緣材料，例如碳化硅或氧化鋁。
[0026]根據(jù)實施例，襯底的摻雜濃度小于或等于115原子/cm3，并且第一半導(dǎo)體區(qū)的摻雜濃度在從5*1016原子/cm3到2*10?原子/cm3的范圍中。
[0027]根據(jù)實施例，該器件還包括至少部分地被形成在襯底中的至少一個電子部件。
[0028]根據(jù)實施例，電子部件屬于包括二極管、穩(wěn)壓二極管、雪崩二極管、雙極型晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管、電阻器、金屬氧化物半導(dǎo)體電容、金屬絕緣體金屬電容、晶閘管、變?nèi)萜?、易失性存儲器和非易失性存儲器的組。
[0029]根據(jù)實施例，該器件包括:
[0030]第三摻雜半導(dǎo)體區(qū)，其電連接到第一導(dǎo)電類型的襯底或與第一類型相反的第二導(dǎo)電類型的襯底，并且比襯底摻雜更重；
[0031]由第三半導(dǎo)體區(qū)支撐的發(fā)光二極管的第二組件，第二組件的發(fā)光二極管包括線形、圓錐形或尖椎形半導(dǎo)體元件；以及
[0032]覆蓋每個第二發(fā)光二極管的第二電極層和在第一發(fā)光二極管周圍覆蓋第二電極層的第二導(dǎo)電層，第二電極層或第二導(dǎo)電層與第一半導(dǎo)體區(qū)相接觸。
[0033]根據(jù)實施例，該器件包括第四半導(dǎo)體區(qū)，其電連接到襯底并距第一半導(dǎo)體區(qū)很遠(yuǎn)，具有與第一半導(dǎo)體區(qū)相同的導(dǎo)電類型，比襯底摻雜更重，并且連接到第一發(fā)光二極管的電極。
[0034]根據(jù)實施例，該器件包括包含第四半導(dǎo)體區(qū)的第五半導(dǎo)體區(qū)。
[0035]根據(jù)實施例，第五半導(dǎo)體區(qū)還包含第一半導(dǎo)體區(qū)。
[0036]根據(jù)實施例，該器件包括:
[0037]-第六半導(dǎo)體區(qū)，其電連接到襯底，具有與第一半導(dǎo)體區(qū)相同的導(dǎo)電類型；
[0038]-第七半導(dǎo)體區(qū)，其電連接到襯底，具有與第一半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型；
[0039]-第八半導(dǎo)體區(qū)，其與襯底相接觸并且具有與第六半導(dǎo)體區(qū)相同的導(dǎo)電類型，第八半導(dǎo)體區(qū)連接到第一半導(dǎo)體區(qū)或連接到第六半導(dǎo)體區(qū)；以及
[0040]-第九半導(dǎo)體區(qū)，其具有與第七半導(dǎo)體區(qū)相同的導(dǎo)電類型，
[0041]并且第九半導(dǎo)體區(qū)在第六半導(dǎo)體區(qū)與第八半導(dǎo)體區(qū)之間延伸并連接到第七半導(dǎo)體區(qū)，或者第九半導(dǎo)體區(qū)在第一半導(dǎo)體區(qū)與第八半導(dǎo)體區(qū)之間延伸，第九半導(dǎo)體區(qū)連接到第七半導(dǎo)體區(qū)。
[0042]根據(jù)實施例，該器件包括第十半導(dǎo)體區(qū)和第十一半導(dǎo)體區(qū)，其連接到彼此，具有相反的導(dǎo)電類型并且都通過沿著第一半導(dǎo)體區(qū)的至少一個側(cè)向邊緣延伸的至少一個絕緣或半導(dǎo)體部分與第一半導(dǎo)體區(qū)分隔。
【附圖說明】
[0043]前述和其他特征和優(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(xì)進(jìn)行討論，在附圖之中:
[0044]圖1到圖4是具有在半導(dǎo)體襯底上制造的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；
[0045]圖5到圖9是包括串聯(lián)的發(fā)光二極管的兩個組件的光電子器件的實施例的部分簡化橫截面視圖；
[0046]圖10和圖11示出保護(hù)發(fā)光二極管免受靜電放電的電路的示例；
[0047]圖12、圖13和圖14是包括基于一個或多個穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電路的光電子器件的實施例的部分簡化橫截面視圖；
[0048]圖15示出溫度測量電路的示例；
[0049]圖16是具有微米線或納米線的還包括溫度檢測二極管的光電子器件的實施例的部分簡化橫截面視圖；
[0050]圖17、圖18和圖19是示出發(fā)光二極管和溫度檢測二極管的布置的光電子器件的部分簡化頂視圖；
[0051]圖20和圖21是具有微米線或納米線的還包括雙極型晶體管的光電子器件的實施例的部分簡化橫截面視圖；
[0052]圖22是在鋸開襯底之前具有在襯底晶片上形成的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；并且
[0053]圖23是圖22的光電子器件的部分簡化頂視圖。
【具體實施方式】
[0054]為清楚起見，在各個附圖中利用相同的附圖標(biāo)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，僅僅示出并將描述對理解本公開內(nèi)容有用的那些元件。
[0055]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%。
[0056]本說明書涉及具有三維元件的光電子器件，三維元件例如微米線、納米線、圓錐形元件或尖椎形元件。在下面的描述中，描述了針對具有微米線或納米線的光電子器件的實施例。然而，這些實施例可以被實施用于除了微米線或納米線以外的三維元件，例如金字塔形三維元件。
[0057]術(shù)語“微米線”或“納米線”指代具有沿著優(yōu)選方向的細(xì)長形狀的三維結(jié)構(gòu)，其具有被稱為小尺寸的在從5nm到2.5μηι的范圍中的優(yōu)選在從50nm到2.5μηι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I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Ιμπι，優(yōu)選在10nm到Ιμπι的范圍中，更優(yōu)選在從10nm到300nm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Ιμπι到50μηι的范圍中。
[0058]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)選方向的平面中的直線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”。
[0059]根據(jù)實施例，為了制造光電子器件，使用沒有摻雜的或輕摻雜有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，并且發(fā)光二極管被形成在與第一類型相反的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)上并且從襯底的上表面延伸在襯底中。襯底例如對應(yīng)于傳統(tǒng)上在集成電路制造工藝中使用的未摻雜或輕摻雜的單個晶體軌襯底。
[0060]發(fā)光二極管的基極由與所有發(fā)光二極管相接觸的重?fù)诫s區(qū)偏置。重?fù)诫s區(qū)與襯底的剩余部分相對電絕緣。其他電子部件可以之后以與發(fā)