包括三维半导体元件的光电器件和制造所述器件的方法与流程

包括三维半导体元件的光电器件和制造所述器件的方法
1.本专利申请要求法国专利申请fr19/06901的优先权，该专利申请结合到本公开中。
技术领域
2.本公开总体上涉及包括三维半导体元件(例如微米线、纳米线、纳米尺寸或微米尺寸的锥形元件、或者纳米尺寸或微米尺寸的截头锥形元件)的光电器件，以及制造该光电器件的方法。术语“光电器件”用于表示能够将电信号转换成电磁辐射或将电磁辐射转换成电信号的器件，以及尤其是专用于检测、测量或发射电磁辐射的器件或专用于光伏应用的器件。


背景技术：

3.在此更特别地考虑包括形成在每个三维半导体元件的顶部处的有源区的轴向型光电器件的改进。有源区是由光电器件供应的大部分电磁辐射从其发射的区域或者由光电器件接收的大部分电磁辐射被捕获在其中的区域。
4.本文中考虑的三维半导体元件包括主要包含iii族元素和v族元素的半导体材料(例如氮化镓gan)，下文称为iii-v族化合物。这种器件例如在专利us9728680中进行了描述。
5.一种制造包括纳米范围或微米范围的半导体元件的光电器件的方法通常包括生长半导体元件和生长覆盖每个半导体元件的顶部的有源区。光电器件可以在反应器中形成，例如通过金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition，mocvd)。该方法通常包括以有利于每个半导体元件和每个有源区优先地沿着轴线生长的比例将iii-v族化合物的前体气体引入反应器中。
6.有源区的形成可以包括将附加的iii族化合物(例如铟)的前体气体引入到反应器中，其比例控制由有源区发射或吸收的辐射的波长。通常，附加的iii族化合物的比例越高，所发射/吸收的辐射的波长就越长。然而，可能难以掺入高比例的附加的iii族化合物，因此绿光或红光的发射或吸收可能难以实现。
7.由yong-ho ra等人于2016年6月22日在nano letters，第16卷，第7期，第4608-4615页(xp055668994)发表的出版物“full-color single nanowire pixels for projection displays(用于投影显示器的全色单纳米线像素)”公开了一种多色单ingan/gan量子点纳米线发光二极管的制造方法。纳米线是通过pa-mbe获得的。
8.wo 2017/009394公开了纳米线/纳米锥形状的发光二极管和光电探测器。gan纳米线或纳米锥是通过sag、mbe或mocvd制造的。
9.ep 2 333 847公开了一种半导体光学元件阵列和制造方法。纳米线是通过mbe获得的。
10.us 2005/194598公开了一种具有ingan量子阱的纳米棒阵列结构的超亮发光二极管及其制造方法。量子阱是通过mo-hvpe制造的。


技术实现要素：

11.因此，实施例的目的是至少部分地克服包括微米范围或纳米范围的半导体元件，特别是半导体微米线或纳米线的前述光电器件及其制造方法的缺点。
12.实施例的另一目的是能够精确控制位于微米范围或纳米范围的半导体元件上的有源区的半导体层的形状。
13.实施例的另一目的是，对于至少可见光谱中的任何波长，能够在发射或吸收处于该波长的辐射的微米范围或纳米范围的半导体元件上形成有源区。
14.实施例的另一目的是能够以工业规模和以低成本制造包括纳米范围或微米范围半导体元件的光电器件。
15.一个实施例提供了一种制造光电器件的方法，包括通过金属有机化学气相沉积mocvd形成由掺杂或未掺杂的iii-v族化合物制成的线形、锥形或截头锥形半导体元件，每个半导体元件沿轴线延伸并包括顶部；以及对于每个半导体元件，通过远程等离子体化学气相沉积rpcvd或通过分子束外延mbe或通过氢化物气相外延hvpe，仅在所述顶部上形成有源区，该有源区包括至少由iii-v族化合物制成的第一半导体层、以及由iii-v族化合物和附加的iii族元素制成的第二半导体层。
16.根据实施例，每个有源区包括形成在量子势垒层上的至少一个量子阱，并且选择量子势垒的生长条件以促进以期望的平均直径形成具有c面的量子势垒的上表面。
17.根据实施例，该方法还包括在所述线形、锥形或截头锥形半导体元件当中形成具有第一平均直径的第一线形、锥形或截头锥形半导体元件和具有大于第一平均直径的第二平均直径的第二线形、锥形或截头锥形半导体元件，第一半导体元件的顶部上的有源区发射第一波长的第一辐射，并且第二半导体元件的顶部上的有源区发射不同于第一波长的第二波长的第二辐射。
18.根据实施例，mocvd步骤在从900℃至1065℃范围内的温度下进行，并且用于形成有源区的步骤在从570℃至800℃范围内的温度下进行。
19.根据实施例，在mocvd步骤期间，将v族元素的前体气体和iii族元素的前体气体注入到第一反应器中，并且v族元素的前体气体的流量与iii族元素的前体气体的流量的比率(称为v/iii比率)在5至1000的范围内。
20.根据实施例，mocvd步骤在从6.7kpa至26.7kpa范围内的压力下进行。
21.根据实施例，用于形成有源区的步骤是在从400pa至1333pa范围内的压力下执行的rpcvd步骤。
22.根据实施例，用于形成有源区的步骤是在4*10-3
mpa至8*10-6
mpa的范围内的压力下执行的mbe步骤。
23.根据实施例，该方法还包括，在形成有源区之前，对于每个半导体元件，通过rpcvd、mbe或hvpe在所述顶部上形成由iii-v族化合物制成的第一半导体层。
24.根据实施例，用于形成第一半导体层的mbe步骤在从800℃至900℃的范围内的温度下进行。
25.根据实施例，该方法还包括，在形成有源区之后，对于每个半导体元件，通过rpcvd、mbe或hvpe在所述有源区上形成由iii-v族化合物制成的第二半导体层。
26.根据实施例，该方法还包括，在形成有源区之后并且在形成第二半导体层之前，对
于每个半导体元件，通过rpcvd、mbe或hvpe形成所述有源区的电子阻挡层。
27.根据实施例，有源区是由光电器件供应的大部分辐射从其发射的区域或者由光电器件接收的大部分辐射被捕获在其中的区域。
28.根据实施例，所述iii-v族化合物是iii-n化合物，特别地选自氮化镓、氮化铝、氮化铟、氮化镓铟、氮化镓铝、氮化铝铟和氮化镓铝铟。
29.一个实施例还提供了由先前公开的制造方法制造的光电器件。
30.根据实施例，半导体元件至少包括第一半导体元件和第二半导体元件，有源区包括位于第一半导体元件的顶部上并被配置为发射或接收第一波长的第一电磁辐射的第一有源区和位于第二半导体元件的顶部上并被配置为发射或接收第二波长的第二电磁辐射的第二有源区，第二波长不同于第一波长。
31.根据实施例，每个第一半导体元件的直径小于每个第二半导体元件的直径，第一有源区和第二有源区包括单个量子阱或多个量子阱，并且第一波长大于第二波长。
附图说明
32.前述特征和优点以及其他特征和优点将在以下通过说明而非限制的方式给出的具体实施例的描述中参照附图进行详细描述，在附图中：
33.图1是包括微米线或纳米线的光电器件的实施例的部分简化截面图；
34.图2示出了用于制造图1的光电器件的方法的实施例的步骤；
35.图3示出了制造方法的另一步骤；
36.图4示出了制造方法的另一步骤；
37.图5示出了制造方法的另一步骤；
38.图6示出了制造方法的另一步骤；
39.图7示出了制造方法的另一步骤；
40.图8在左手侧上示出了通过透射电子显微镜获得的第一发光二极管的一部分的截面图像，并且在右手侧上示出了左手侧的tem图像的区域的轮廓的简化截面图；
41.图9在左手侧上示出了第二发光二极管的一部分的tem截面图像，并且在右手侧上示出了左手侧的tem图像的区域的轮廓的简化截面图；
42.图10是包括不同直径的微米线或纳米线的光电器件的另一实施例的部分简化截面图；以及
43.图11是包括不同直径的微米线或纳米线的光电器件的另一实施例的部分简化截面图。
具体实施方式
44.在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，各种实施例之间共有的结构和/或功能特征可以具有相同的参考，并且可以设置相同的结构、尺寸和材料特性。进一步，如在电子电路的表示中通常的那样，各种附图不是按比例绘制的。进一步，只有对理解本说明书有用的那些元件被示出并将被描述。特别地，用于偏置光电器件的装置是众所周知的，并且将不进行描述。
45.在以下公开内容中，除非另有说明，否则当提及绝对位置限定符(诸如术语“前
部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“左部”、“右部”等)或提及相对位置限定符(诸如术语“上方”、“下方”、“更高”、“更低”等)、或提及方向限定符(诸如“水平”、“竖直”等)，参考图中示出的取向或者参考在正常使用期间定向的光电器件。除非另有说明，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和“在
……
的量级”表示在10％以内，优选地在5％以内。而且，除非另有说明，否则表述“绝缘”是指“电气绝缘”，并且表述“导电”是指“电气性导电”。
46.本技术尤其涉及包括三维元件(例如微米线、纳米线、纳米尺寸或微米尺寸的锥形元件，或者纳米尺寸或微米尺寸的截头锥形元件)的光电器件。特别地，锥形或截头锥形元件可以是圆形锥形或截头锥形元件，或者是金字塔锥形或截头锥形元件。在以下描述中，特别地描述了包括微米线或纳米线的光电器件的实施例。然而，可以针对除了微米线或纳米线之外的三维元件(例如锥形或截头锥形三维元件)实施这样的实施例。
47.术语“微米线”、“纳米线”、“锥形元件”或“截头锥形元件”表示具有沿着优选方向伸长的形状的三维结构，该三维结构具有在从5nm到2.5μm，优选从地50nm到1μm，最优选地从30nm到300nm的范围内的至少两个尺寸(称为次尺寸)、大于或等于最大次尺寸的1倍，优选地大于或等于最大次尺寸的5倍(例如在从1μm到5μm的范围内)的第三尺寸(称为主尺寸)。
48.在以下描述中，术语“线”用于表示“微米线”或“纳米线”。优选地，在垂直于线的优选方向的平面中行进穿过横截面的重心的线的中线基本上是直线的，并且在下文中被称为线的“轴线”。在此线直径被定义为与横截面水平处的线的周长相关联的量。它可以是具有与线横截面相同的表面积的盘的直径。局部直径(在下文中也称为直径)是沿着线轴线在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。
49.在以下描述中，将在包括发光二极管的光电器件的情况下描述实施例。然而，应该清楚的是，这些实施例可以涉及其他应用，特别是专用于电磁辐射检测或测量的器件或专用于光伏应用的器件。
50.根据实施例，如前所公开那样，每个轴向型发光二极管包括线和线的顶部上的有源区。根据实施例，通过金属有机化学气相沉积(mocvd)形成线，并且至少通过远程等离子体化学气相沉积(rpcvd)、或通过分子束外延(mbe)、或通过氢化物气相外延(hvpe)形成有源区。
51.与利用rpcvd、mbe或hvpe方法可以获得的相比，通过mocvd形成线有利地允许获得具有更少缺陷的线，特别地没有缺陷的线。通过mocvd形成线有利地允许获得线的快速生长。有源区可以包括由三元化合物制成的一个或多个量子阱，该三元化合物包括线的iii族和v族元素以及补充的iii族元素。由有源区发射的辐射的长度取决于补充的iii族元素的掺入比例。例如，线可以由gan制成，并且量子阱可以由ingan制成。因此，由有源区发射的辐射的长度取决于in的掺入比例。与mocvd方法实现的效果相比，rpcvd、mbe或hvpe方法有利地允许更高比例的补充的iii族元素掺入在量子阱中。
52.而且，有源区仅形成在线的顶部上而不形成在线的侧向面上的事实有利地允许有源区仅形成在c面或半极性平面上，而不形成在m面上。相比于在m面上生长有源区的情况，这有利地允许更高比例的补充的iii族元素掺入在量子阱中。
53.有源区是由发光二极管递送的大部分辐射从其发射的区域。有源区可以包括限制结构(confinement means)。有源区可以包括一个量子阱、两个量子阱或几个量子阱，每个
量子阱被置于两个势垒层之间，量子阱具有小于势垒层的带隙能量的带隙能量。通过rpcvd、mbe或hvpe形成有源区有利地允许精确成形每个量子阱形成在其上的表面。在实施例中，可以选择势垒层的生长条件，使得势垒层的上表面(在其上形成量子阱)包括纯c面取向。在实施例中，可以选择半导体势垒层的生长条件，使得在其上形成量子阱的势垒层的上表面包括纯半极性面。在实施例中，可以选择势垒层的生长条件，使得在其上形成有源区的势垒层的上表面包括极性/半极性面的组合，以控制势垒层的顶部上的c面的直径。由量子阱发射的辐射的波长取决于量子阱生长在其上的晶面。例如，当有源区包括由三元化合物制成的一个或多个量子阱时就是这种情况，该三元化合物包括线的iii族和v族元素以及补充的iii族元素。由有源区发射的辐射的长度取决于iii族元素的掺入比例，该掺入比例取决于量子阱生长在其上的表面的晶面。因此，精确控制势垒层的上表面允许获得对由生长在阻挡层上的量子阱发射的波长的精确控制。
54.而且，在形成有源区之前，可以有利地通过rpcvd、mbe或hvpe在线的顶部上形成与线相同的iii-v族化合物的半导体帽。这有利地允许对有源区形成在其上的表面进行重新成形。
55.先前公开的方法可以被实施来制造能够显示图像的光电器件，特别是显示屏或图像投影设备。特别地，可以实施先前公开的方法来制造不同平均直径的线，例如具有较小平均直径的第一线、具有中等直径的第二线以及具有大直径的第三线。形成在第一线、第二线和第三线上的有源区将发射不同波长的辐射。然后可以制造彩色显示屏。而且，利用先前公开的方法，可以将线的顶部形成为仅具有c面而没有半极性面。在这种情况下，形成在第一线、第二线和第三线上的有源区将分别发射递减的波长的辐射，例如分别发射红光、绿光和蓝光。
56.图1是由诸如前面描述的线形成并且能够发射电磁辐射的光电器件10的局部简化截面图。
57.在图1中，光电器件10从底部到顶部包括：
58.衬底14，例如半导体，该衬底包括平行的相对的表面16和18，优选地是平坦的，表面18被处理从而以组织的方式促进线的生长。这种处理在图1中通过衬底14的表面18上的种子层的堆叠20示意性地示出，两个种子层22、24在图1中作为示例示出；
59.绝缘层的堆叠26，两个绝缘层28、30在图1中作为示例示出，该堆叠覆盖种子层24并且包括通孔32；
60.具有轴线c的线34，图1中示出两条线34；
61.对于每条线34的头部36，该头部覆盖线34的顶部35；
62.绝缘层38，该覆盖层覆盖线34的侧向面，并且部分地覆盖头部36的侧向面；以及
63.电极层40，该电极层覆盖绝缘层38并与头部36接触。
64.光电器件10包括另一电极(未示出)，用于偏置线34的基部。
65.在图1中，每个头部36从底部到顶部包括：
66.半导体层42，也称为半导体帽，该半导体层具有与线34相同的材料并以第一导电类型(例如n型)进行掺杂，覆盖线34的顶部35、并具有上部面43；
67.有源区44，该有源区覆盖半导体层42的面43；以及
68.对于每条线34的半导体堆叠46，该半导体堆叠覆盖有源区44并包括半导体层50，
该半导体层50具有与线34的导电类型相反的导电类型并覆盖有源区44。
69.由每条线34和相关联的头部36形成的组件形成处于轴向构型的发光二极管led。有源区44是由发光二极管led递送的大部分电磁辐射从其发射的区域。几个发光二极管led可以并联连接并形成发光二极管的组件。该组件可以包括从几个发光二极管led到几千个发光二极管。
70.堆叠46还可以包括在有源区44和半导体层50之间的电子阻挡层48以及在与有源区44相对的侧部上覆盖半导体层50的结合层52，结合层52被电极40覆盖。结合层52可以由与半导体层50相同的材料制成、具有与半导体层50相同的导电类型但是具有更高的掺杂物浓度。结合层52能够在半导体层50和电极40之间形成欧姆接触。
71.每条线34、每个半导体层42、50、52和有源区44的每个层至少部分由至少一种半导体材料形成。根据实施例，半导体材料是iii-v族化合物，例如，iii-n化合物。iii族元素的示例包括镓(ga)、铟(in)或铝(al)。iii-n化合物的示例是gan、aln、inn、ingan、algan、或alingan。也可以使用其他v族元素，例如磷或砷。一般而言，iii-v族化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。线34和半导体层42、50、52的半导体材料可以包括掺杂物(例如，提供iii-n化合物的n型掺杂的硅，或提供iii-n化合物的p型掺杂的镁)。
72.每条线34可以沿着基本垂直于表面18的轴线c具有细长的半导体结构。每条线34可以具有大致圆柱形的形状。两条相邻线34的轴线可以相距从100nm至3μm，优选地从200nm至1.5μm。每条线34的高度可以在150nm至10μm，优选地从200nm至1μm，更优选地从250nm至750nm的范围内。每条线34的平均直径可以在50nm至10μm，优选地从100nm至2μm，更优选为120nm至1μm的范围内。线34的横截面可以具有不同的形状，例如椭圆形、圆形或多边形，特别是三角形、矩形、正方形或六边形形状。
73.有源区44是由发光二极管led递送的大部分辐射从其发射的区域。根据示例，有源区44可以包括限制结构。有源区44可以包括至少一个量子阱，该至少一个量子阱包括附加半导体材料层，该附加半导体材料层具有小于半导体层42和半导体层50的带隙能量的带隙能量，优选地介于两个势垒层之间，从而改善电荷载流子限制。附加半导体材料可以包括其中包含有至少一种附加元素的掺杂半导体层42、50的iii-v族化合物。作为示例，在由gan制成的线34的情况下，形成量子阱的附加材料优选为ingan。附加元素的原子百分比是所期望的光学性质和发光二极管led的发射光谱的函数。有源区44可以由单个量子阱或多个量子阱形成。
74.根据优选实施例，每条线34由gan制成，有源区44的(多个)量子阱由ingan制成。有源区44的发射波长特别地取决于(多个)量子阱中的铟的比例。半导体层42可以由gan制成，并且以第一导电类型(例如n型)进行掺杂，特别地掺杂有硅。沿轴线c测量的半导体层42的高度可以在10nm至1μm的范围内，例如在20nm至200nm的范围内。有源区44可以包括例如由ingan制成的一个或多个量子阱。有源区44可以包括沿着轴线c在半导体层42、50之间连续延伸的单个量子阱。作为变型，它可以包括多个量子阱，并且然后由例如ingan制成的量子阱56和例如gan制成的势垒层54沿着轴线c的交替形成，三个gan层54和两个ingan层56在图1中作为示例示出。gan层54可以是掺杂的(例如n或p型)、或者非掺杂的。沿着轴线c测量的有源区44的厚度可以在2nm至100nm的范围内。半导体层50可以由gan制成，并且以与第一导电类型相反的第二导电类型(例如p型)进行掺杂，特别地掺杂有镁。半导体层50的厚度可以
在20nm至100nm的范围内。当存在电子阻挡层48时，它可以由三元iii-n化合物制成，例如algan或alinn，有利地是p型掺杂的。它使得能够增加有源区44内的辐射复合率。电子阻挡层48的厚度可以在10nm至50nm的范围内。电子阻挡层48可以对应于inalgan和gan的层的超晶格，每个层具有例如2nm的厚度。
75.当线34具有iii族元素类型的极性时，每个线34的顶部35可以仅包括半极性面。当线34具有v族元素类型的极性时，每个线34的顶部35可以仅包括c面。然而，可以在线34的生长之后提供处理，使得即使当线34具有iii族元素类型的极性时，每个线34的顶部35仅具有c面或者c面和半极性面的组合。半导体层42的上表面43基本上仅对应于c面。有源区44的层54、56可以基本上只包括c面、极性面和半极性面两者、或者只包括半极性面。
76.由于有源区44大体上涂覆半导体层42的基本垂直于轴线c的表面并沿轴线c延伸，所以发光二极管被称为处于轴向构型。进一步，半导体堆叠46大体上涂覆有源区44的上表面并沿着轴线c延伸。
77.处于轴向构型的三维发光二极管具有比处于径向构型的发光二极管的发射表面积更小的发射表面积，但是具有由具有更好晶体质量的半导体材料制成的优点，因此提供了更高的内部量子效率，特别地归因于半导体层之间的界面处的应力的更好的弛豫。在由ingan制成的量子阱的情况下，处于轴向构型的三维发光二极管因此能够掺入更多的铟来发射红光或绿光。
78.衬底14可以对应于一体结构，或者对应于覆盖由另一材料制成的支撑件的层。衬底14优选地为半导体衬底，例如由硅、由锗、由碳化硅、由iii-v族化合物(诸如gan或gaas)制成的衬底、或者是zno衬底、或者是导电衬底，例如由金属或金属合金(特别是铜、钛、钼、镍基合金和钢)制成的衬底。优选地，衬底14是单晶硅衬底。优选地，它是与微电子学中实现的制造方法兼容的半导体衬底。衬底14可以对应于绝缘体上硅类型的多层结构，也称为soi。衬底14可以是重掺杂、轻掺杂或不掺杂的。
79.种子层22、24由有利于线34的生长的材料制成。形成每个种子层22、24的材料可以是元素周期表的第iv、v或vi列的过渡金属的金属、金属氧化物、氮化物、碳化物或硼化物，或者这些化合物的组合，以及优选地元素周期表第iv、v或vi列的过渡金属的氮化物、或这些化合物的组合。作为示例，每个种子层22、24可以由氮化铝(aln)、由氧化铝(al2o3)、由硼(b)、由氮化硼(bn)、由钛(ti)、氮化钛(tin)、由钽(ta)、由氮化钽(tan)、由铪(hf)、由氮化铪(hfn)、由铌(nb)、由氮化铌(nbn)、由锆(zr)、由硼酸锆(zrb2)、由氮化锆(zrn)、由碳化硅(sic)、由氮化钽碳(tacn)、由呈mg
x
ny(其中x约等于3以及y约等于2)形式的氮化镁(例如，呈mg3n2形式的氮化镁)制成。每个种子层22、24具有例如在1nm至100nm的范围内，优选地在10nm至30nm的范围内的厚度。
80.电极层40是能够偏置头部36的有源区并能够让由发光二极管发射的电磁辐射通过的导电层。形成导电层40的材料可以是透明导电材料(诸如石墨烯)或透明导电氧化物(tco)(特别地掺杂或不掺杂有铝、掺杂或不掺杂有镓、或掺杂或不掺杂有硼的氧化铟锡(ito)、氧化锌)。例如，导电层40具有在20nm至500nm，优选地20nm至100nm的范围内的厚度。
81.绝缘层28、30和38中的每一个可以由选自以下的材料制成：氧化硅(sio2)、氮化硅(si
x
ny，其中x约等于3并且y约等于4，例如si3n4)、氮氧化硅(特别是具有通式sio
x
ny，例如si2on2)、氧化铪(hfo2)、或氧化铝(al2o3)。根据实施例，绝缘层28由氧化硅制成，并且绝缘层
30由氮化硅制成。每个绝缘层28、30的厚度在10nm到100nm的范围内，优选地20nm到60nm，特别地等于大约40nm。绝缘层38可以具有100nm至5μm的范围内的最大厚度。
82.图2至图7是在用于制造图1中示出的光电器件10的方法的实施例的连续步骤处获得的结构的局部简化截面图。
83.图2示出了在以下步骤之后获得的结构：
84.在衬底14上形成种子层22、24的堆叠20；
85.在堆叠20上形成绝缘层28、30的堆叠26；以及
86.在绝缘层28和30中形成开口32，以在线34的期望位置处暴露种子层24的部分，开口32的直径基本上对应于线34的直径。
87.作为示例，每个种子层22、24和每个绝缘层28、30可以通过等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，pecvd)、低压化学气相沉积(low-pressure chemical vapor deposition，lpcvd)、亚大气压化学气相沉积(sub-atmospheric chemical vapor deposition，sacvd)、cvd、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)或原子层沉积(atomic layer deposition，ald)来沉积。
88.图3示出了在开口32中从种子层24同时生长线34的步骤之后获得的结构。根据实施例，生长线34的方法是金属有机化学气相沉积，也称为金属有机气相外延(movpe)。反应器中的生长条件适于促进每条线34沿其轴线c的优先生长。这意味着线34沿轴线c的生长速度比线34沿垂直于轴线c的方向的生长速度大得多，优选地大至少一个数量级。例如，该方法可以包括将iii族元素的前体和v族元素的前体注入到反应器中。iii族元素的前体的示例是三甲基镓(tmga)、三乙基镓(tega)、三甲基铟(tmin)或三甲基铝(tmal)。v族元素前体的示例有氨(nh3)、叔丁基膦(tbp)、胂(ash3)或二甲基肼(udmh)。前体气体中的一个可以通过使用起泡器和载气来生成。
89.根据实施例，反应器中的温度在900℃至1065℃的范围内，优选地在1000℃至1065℃的范围内，特别是1050℃。根据实施例，反应器中的压力在50托(大约6.7kpa)至200托(大约26.7kpa)的范围内，特别是100托(约13.3kpa)。根据实施例，iii族元素的前体(例如tega)的流量在500sccm至2500sccm的范围内，特别是1155sccm。根据实施例，v族元素的前体例如nh3的流量在65sccm至260sccm的范围内，特别是130sccm。根据实施例，注入在反应器中的v族元素的前体气体的流量与注入在反应器中的iii族元素的前体气体的流量的比率(称为v/iii比率)在5至15的范围内。载气可以包括n2和h2。根据实施例，注入到反应器中的氢气的百分比相对于载气的总质量在3％至15％wth.的范围内，特别是5％wtk.。线34的所获得的生长速率可以在1μm/h至15μm/h的范围内，特别是5μm/h。
90.掺杂物的前体可以被注入在反应器中。例如，当掺杂物是si时，前体可以是硅烷(sih4)。可以选择前体的流量，以实现在5*10
18
和5*10
19
个原子/cm3的范围内的，特别是10
19
个原子/cm3的平均掺杂物浓度。
91.在这个步骤之后，当线34具有iii族元素类型的极性时，每个线34的顶部35可以仅包括半极性面。当线34具有v族元素类型的极性时，每个线34的顶部35可以仅包括c面。然而，也可以在线34的生长之后提供处理，使得即使当线34具有iii族元素类型的极性时，每个线34的顶部35仅具有c面或者c面和半极性面的组合。
92.图4示出了对于每条线34在线34的顶部35上生长半导体层42的步骤之后获得的结
构。根据实施例，半导体层42通过远程等离子体化学气相沉积(rpcvd)生长。mocvd和rpcvd步骤可以在不同的反应器或同一反应器中进行。选择生长参数，使得半导体层42包括仅对应于c面的上表面43。
93.根据实施例，反应器中的温度在600℃至750℃的范围内，特别是710℃。根据实施例，反应器中的压力在3托(约400pa)至10托(约1333pa)的范围内，优选地低于5托(约667pa)，特别是4.5托(约600pa)。根据实施例，利用5400w的rf功率产生等离子体。等离子体的h2的流量可以等于大约2100sccm。根据实施例，iii族元素的前体例如tega的流量在140sccm至200sccm的范围内，特别是160sccm。根据实施例，用于iii族元素的前体的载气(例如h2)的流量在从3400sccm至3600sccm的范围内，特别是3500sccm。根据实施例，v族元素的前体例如nh3的流量在100sccm至300sccm的范围内，特别是200sccm。根据实施例，用于v族元素的前体的载气(例如h2)的流量在900sccm至1100sccm的范围内，特别是1000sccm。线34的所获得的生长速率可以在0.1nm/s至0.15nm/s的范围内，特别是0.1nm/s。
94.掺杂物的前体可以被注入在反应器中。例如，当掺杂物是si时，前体可以是硅烷(sih4)。可以选择前体的流量，以实现在5*10
18
和2*10
19
个原子/cm3的范围内的，特别是10
19
个原子/cm3的平均掺杂物浓度。
95.在另一实施例中，半导体层42通过mbe生长在每条线34上。根据实施例，对于通过mbe生长中间层，反应器中的温度在800℃至900℃的范围内。根据实施例，反应器中的压力在从3*10-8
托(约4*10-3
mpa)至8*10-6
托(约1mpa)的范围内。根据实施例，利用360w的rf功率产生等离子体。根据实施例，iii族元素(例如镓)的固体源的温度在900℃至1000℃的范围内，特别是850℃。根据实施例，v族元素的气体前体(例如n2)的流量在0.75sccm至2.25sccm的范围内，特别是1.5sccm。
96.图5示出了在为每条线34同时生长有源区44的步骤之后获得的结构。根据实施例，有源区44的每一层通过rpcvd生长。除了将iii族元素的前体和v族元素的前体注入到反应器中之外，有源区44的一些层的形成可以包括附加元素(例如铟)的前体。将附加元素掺入到有源区44中的速率特别地取决于有源区44的侧向尺寸、取决于线34之间的距离以及取决于有源区44相对于介电层30的上表面的高度。
97.可以选择生长参数以有利于有源区44的势垒层54基本上仅以c面取向进行生长，如图5所示。在这种情况下，每个势垒层54的生长参数可以与针对半导体层42的生长公开的参数相同。
98.可以选择生长参数以有利于仅半极性面的、有源区44的势垒层54的生长。在这种情况下，根据实施例，反应器中的温度在700℃至800℃的范围内。根据实施例，反应器中的压力在3托(约400pa)至10托(约1333pa)的范围内，优选地高于5托(约667pa)，特别是5.5托(约733pa)。根据实施例，利用5400w的rf功率产生等离子体。等离子体的h2的流量可以等于大约2100sccm。根据实施例，iii族元素的前体例如tega的流量在50sccm至80sccm的范围内，特别是70sccm。根据实施例，用于iii族元素的前体的第一载气(例如h2)的流量在900sccm至1100sccm的范围内，特别是1000sccm。根据实施例，用于iii族元素的前体的第二载气(例如n2)的流量在600sccm至800sccm的范围内，特别是700sccm。根据实施例，v族元素的前体例如nh3的流量在500sccm至700sccm的范围内，特别是600sccm。根据实施例，用于v族元素的前体的载气(例如n2)的流量在400sccm至600sccm的范围内，特别是500sccm。
99.可以选择生长参数以有利于半极性面和c面两者的、有源区44的势垒层54的生长。然后，生长参数在先前针对以基本上仅c面取向进行的生长公开的那些参数和先前针对仅半极性面的生长公开的参数之间。
100.可以选择生长参数以有利于仅c面取向的、有源区44的每个阱层56的生长。在这种情况下，根据实施例，反应器中的温度在650℃至700℃的范围内。根据实施例，反应器中的压力在3托(约400pa)至10托(约1333pa)的范围内，优选地高于5托(约667pa)，特别是5.5托。根据实施例，利用5400w的rf功率产生等离子体。等离子体的h2的流量可以等于大约2100sccm。根据实施例，iii族元素的前体例如tega的流量在20sccm至40sccm的范围内，特别是30sccm。根据实施例，用于iii族元素的前体的载气(例如n2)的流量在1500sccm至1800sccm的范围内，特别是1690sccm。根据实施例，v族元素的前体例如nh3的流量在500sccm至700sccm的范围内，特别是600sccm。根据实施例，用于v族元素的前体的载气(例如n2)的流量在400sccm至600sccm的范围内，特别是500sccm。
101.根据另一实施例，通过分子束外延(mbe)生长有源区44的每一层。在实施例中，mocvd和mbe步骤在不同的反应器中进行。在实施例中，该方法对于mbe步骤可以使用用于iii族元素和用于v族元素的固体源/气体前体。根据实施例，当iii族元素是ga时，可以使用固体源，当v族元素是n时，可以使用前体气体或等离子体。根据实施例，激活的氮气束由dc等离子体源供应。在这个源中，激发的中性氮分子在无电场区域中形成，并通过真空室的压力梯度朝向衬底加速。
102.有源区44的一些层的形成，特别是量子阱56的形成，可以包括将附加元素的固体/气体前体注入到反应器中。根据实施例，当附加的iii族元素是in时，可以使用固体源。将附加元素掺入到有源区44中的速率特别地取决于有源区44的侧向尺寸、取决于线34之间的距离、取决于有源区44相对于介电层30的上表面的高度。
103.可以在反应器中注入掺杂物。例如，当掺杂物是si时，可以使用固体源。根据实施例，掺杂物元素的固体源的温度在1000℃至1100℃的范围内。
104.根据实施例，对于通过mbe生长每个势垒层54，反应器中的温度在570℃至640℃的范围内，特别是620℃。根据实施例，反应器中的压力在从3*10-8
托(约4*10-3
mpa)至8*10-6
托(约1mpa)的范围内。根据实施例，利用360w的rf功率产生等离子体。根据实施例，iii族元素(例如镓)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是895℃。根据实施例，v族元素的气体前体(例如n2)的流量在从0.75sccm至2.25sccm的范围内，特别是1.5sccm。
105.根据实施例，对于通过mbe生长每个阱层56，反应器中的温度在570℃至640℃的范围内，特别是620℃。根据实施例，反应器中的压力在3*10-8
托(约4*10-3
mpa)至8*10-6
托(约1mpa)的范围内。根据实施例，利用360w的rf功率产生等离子体。根据实施例，iii族元素(例如镓)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是895℃。根据实施例，补充元素(例如in)的固体源的温度在750℃至850℃的范围内，特别是790℃。根据实施例，v族元素的气体前体(例如n2)的流量在0.75sccm至2.25sccm的范围内，特别是1.5sccm。
106.图6示出了在为每条线34同时生长半导体堆叠46的步骤之后获得的结构。根据实施例，半导体堆叠46的每个层通过mbe生长。特别地，半导体层50基本上仅以c面取向生长。根据实施例，对于通过mbe生长电子阻挡层48，反应器中的温度在750℃至850℃的范围内，特别是800℃。根据实施例，反应器中的压力在3*10-8
托(约4*10-3
mpa)至8*10-6
托(约1mpa)
的范围内。根据实施例，利用360w的rf功率产生等离子体。根据实施例，iii族元素(例如镓)的固体源的温度在850℃至950℃的范围内，特别是905℃。根据实施例，补充元素(例如al)的固体源的温度在1000℃至1100℃的范围内，特别是1010℃。根据实施例，v族元素的气体前体(例如n2)的流量在从0.75sccm至2.25sccm的范围内，特别是1.5sccm。可以在反应器中注入掺杂物。例如，当掺杂物是mg时，可以使用固体源。根据实施例，掺杂物元素的固体源的温度在150℃至250℃的范围内，特别是190℃。
107.根据实施例，半导体堆叠46的每个层通过rpcvd生长。
108.图7示出了在形成绝缘层38和跨绝缘层38的厚度的部分蚀刻或减薄绝缘层38以暴露头部36的顶部的步骤之后获得的结构。绝缘层38可以通过保形沉积形成，例如通过lpcvd或pecvd。绝缘层38的部分蚀刻可以通过化学机械平坦化(chemical-mechanical planarization，cmp)来执行，并且剩余的蚀刻可以通过反应离子蚀刻(reactive ion etching，rie)来执行。头部36在这个步骤没有被蚀刻。
109.制造方法的实施例的最后步骤包括例如通过阴极溅射形成与头部36的暴露部分接触并在绝缘层38上的电极层40。
110.执行实验来说明有源区量子势垒的重新成形。具有图1中示出的结构的第一和第二光电器件根据先前结合图2至图7公开的方法制造。对于第一和第二光电器件，有源区44包括五个ingan层56，第一ingan层56是最靠近线34的ingan层。对于第一和第二光电器件，除了与有源区44的制造相关的步骤之外，制造方法是相同的。对于第一和第二光电器件，n掺杂的gan线34是以前面指示的参数通过mocvd制造。对于第一和第二光电器件，n掺杂的gan层32是以前面指示的参数通过rpcvd制造的。
111.图8在左手侧上示出了通过透射电子显微镜获得的第一光电器件的一个头部36和相关联的线34的横截面图像，并且在右手侧上示出了示出横截面图像的区的轮廓的简化横截面视图。对于第一光电器件，在有利于c面和半极性面的生长的情况下制造gan层54和ingan层56。每个ingan层56包括在c面上生长的基本上对应于圆柱体的中心部分60，以及在半极性面上生长的外围部分62。测量中心部分60的直径、中心部分60的厚度和中心部分60中的铟在ingan层56中的浓度。结果在下表1中给出：
112.[表1]
[0113]
[0114][0115]
在这个实验中，在有源区44的整个生长过程中，保持有利于极性面和半极面的生长的生长参数。这导致从半导体层52到半导体层50的ingan 56层的中心c面部分的直径的减小。
[0116]
图9在左手侧上示出了通过透射电子显微镜获得的第二光电器件的一个头部36和相关联的线34的横截面图像，并且在右手侧上示出了示出横截面图像的区的轮廓的简化横截面视图。对于第一光电器件，gan层54和ingan层56的生长以仅有利于c面的生长的生长参数制造。每个ingan层56包括生长在c面上的基本上对应于圆柱体的中心部分60，并且基本上没有生长在半极性面上的外围部分62。对于每个ingan层56，中心部分60的直径约为180nm，中心部分60的厚度约为4nm，并且中心部分60中的铟的浓度约为15.5at％。
[0117]
在图8中示出的实验中，制造了具有c面和半极性面的量子阱层56。在图9中示出的实验中，制造了几乎只有c面的量子阱层56。通过rpcvd、mbe或hvpe形成有源区有利地允许精确成形每个量子阱形成在其上的表面。
[0118]
先前公开的光电器件可以是能够显示图像的光电器件，特别是显示屏或图像投影设备。
[0119]
图像的像素对应于由光电器件显示或被光电器件捕获的图像的单位元素。对于彩色图像的显示，对于图像的每个像素的显示，光电器件通常包括至少三个部件(也称为显示子像素)，该至少三个部件各自基本上以单个颜色(例如，红色、绿色和蓝色)发射光辐射。由三个显示子像素发射的辐射的叠加为观察者提供了对应于所显示的图像的像素的彩色感觉。在这种情况下，由用于显示图像的像素的三个显示子像素形成的组件被称为光电器件的显示像素。
[0120]
图10和图11示出了用于显示像素pix的光电器件70的实施例的截面图。光电器件70包括与光电器件10相同的元件，除了对于每个显示像素pix，它还包括具有大于线34的直径的直径的至少一条线72和具有大于线72的直径的直径的至少一条线74、线72的端部处的头部76和线74的端部处的头部78。头部76、78具有与先前针对头部36公开的相同的总体结构。对于每个显示像素pix，光电器件70可以包括与头36、76、78接触的三个分离的电极(未示出)。
[0121]
根据实施例，每个显示像素pix包括至少两种类型的发光二极管。根据实施例，例如包括线34和头部36的第一类型的发光二极管能够发射第一波长的第一辐射，并且例如包括线72和头部76的第二类型的发光二极管能够发射第二波长的第二辐射。根据实施例，每个显示像素pix包括至少三种类型的发光二极管，第三类型的发光二极管例如包括能够发射第三波长的第三辐射的线74和头部78。第一、第二和第三波长可以不同。对于每个显示像素，具有相同直径的线的基本发光二极管可以具有公共电极。
[0122]
根据实施例，特别是在半导体层42的面43仅对应于晶面c的情况下，当有源区44位于其上的线34、72、74的直径减小时，由有源区44发射的辐射的波长增加。根据实施例，第三
波长对应于蓝光，并且在430nm至490nm的范围内。根据实施例，第二波长对应于绿光，并且在510nm至570nm的范围内。根据实施例，第一波长对应于红光，并且在600nm至720nm的范围内。这是令人惊讶的，因为通常公开的是，当有源区在半极性晶面上生长时，当有源区位于其上的线的直径增加时，由有源区发射的辐射波长增加。
[0123]
根据实施例，每个显示像素pix包括第四类型的发光二极管，第四类型的发光二极管能够发射第四波长的第四辐射。第一、第二、第三和第四波长可以不同。根据实施例，第四波长对应于黄光，并且在570nm至600nm的范围内。
[0124]
在图10中，线34、72、74具有不同的高度。这可以通过实施先前结合图2至图7公开的制造光电器件的方法的实施例来实现。实际上，当线34、72、74同时生长时，具有较小直径的线的最终高度大于具有较大直径的线的最终高度。
[0125]
在图11中，线34、72、74具有相同的高度。这可以通过实施先前关于图2至图7公开的制造光电器件的方法的实施例同时在先前关于图3公开的同时生长线的步骤之后添加在形成头部36、76、78之前将线蚀刻到相同高度的步骤来获得。
[0126]
应当注意，在所描述的实施例中，使用了在led的制造的两个阶段的两种不同的生长方法。在两种生长方法之间的这种转换在现有的制造方法中是不存在的。使用两种不同的生长方法可能对该方法的效率方面是有害的。事实上，在生长阶段的中间从mocvd到mbe、rpcvd或hvpe的转换看起来很复杂，因为mbe、rpcvd或hvpe相对于mocvd是低压方法。而且，在生长方法之间改变反应器的需要看起来对效率有害。然而，使用两种不同的生长方法在方法的快速性和产品的质量上的未被预料到的优点证明了这种转换是合理的。
[0127]
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些实施例的某些特征，并且本领域技术人员将容易想到其他变型。特别地，已经描述了能够从电信号发射光辐射从而形成发光二极管的三维半导体结构。作为变型，这些结构能够检测入射光辐射并作为响应生成电信号，因此形成光电二极管。应用可以涉及光电子学或光生伏特领域。
[0128]
最后，基于上文提供的功能描述，本文描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。