專利名稱：納米絲發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米絲(nanowire)發(fā)光器件及其制造方法，尤其涉及一種低制造成本可生產(chǎn)的并且能用來形成大尺寸器件的納米絲發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
使用氮化鎵(GaN)的發(fā)光二極管(LED)被用作發(fā)光器件。盡管GaN基的LED具有高發(fā)光效率，但它存在與襯底失配的問題，因此使得生產(chǎn)大尺寸的器件變得困難。
正在開發(fā)利用納米結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的技術(shù)。日本專利公開公報(bào)No.平10-326888公開了一種包括由硅制成的納米絲的發(fā)光器件以及該發(fā)光器件的制造方法。在催化層例如金沉積到襯底上之后，通過將四氯化硅(SiCl4)氣體通入反應(yīng)器中，硅納米絲在催化層上形成。該硅納米絲發(fā)光器件，雖然制造成本低，但是其發(fā)光效率低。
美國(guó)專利公報(bào)No.2003/0168964公開了一種具有p-n二極管結(jié)構(gòu)的納米絲發(fā)光器件。在這種情況下，納米絲發(fā)光器件的下部由n型納米絲形成并且上部由p型納米絲形成，而納米絲發(fā)光器件從兩個(gè)部分的結(jié)區(qū)發(fā)光。為了制造具有p-n結(jié)結(jié)構(gòu)的納米絲發(fā)光器件使用氣相-液相-固相(VLS)方法來添加其它元件。
因?yàn)榫哂衟-n結(jié)結(jié)構(gòu)的納米絲發(fā)光器件在催化層上形成并且n型納米絲和p型納米絲連續(xù)地形成，因此，很難獲得高質(zhì)量的p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有納米絲結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件以及該發(fā)光器件的制造方法，在該發(fā)光器件中納米絲的p型和n型的摻雜部分通過吸收納米絲表面的摻雜材料而被明顯地區(qū)分開。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種納米絲發(fā)光器件包括襯底；襯底上的第一導(dǎo)電層；垂直地形成在第一導(dǎo)電層上的多個(gè)納米絲，每一個(gè)納米絲具有分開的p型摻雜部分和n型摻雜部分；在p型摻雜部分和n型摻雜部分之間的發(fā)光層；以及形成在納米絲上的第二導(dǎo)電層，其中p型摻雜部分和n型摻雜部分中的至少一個(gè)通過吸收對(duì)應(yīng)納米絲的周圍的分子而形成。
納米絲發(fā)光器件可以進(jìn)一步包括填充在第一導(dǎo)電層上納米絲之間空間的絕緣聚合物。發(fā)光層可以為p型摻雜部分和n型摻雜部分之間的邊界面。發(fā)光層可以是在p型摻雜部分和n型摻雜部分之間插入的無摻雜本征部分。
p型摻雜部分可以是這樣一個(gè)部分，在該部分具有高電子親合性的分子被吸收到其周圍。具有高電子親合性的分子可以包括氟。包含氟的分子可以為四氟四氰基喹諾二甲烷(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane，F(xiàn)4-TCNQ)分子。
n型摻雜部分可以是這樣一部分，在該部分具有低電離電位的分子被吸收到其周圍。具有低電離電位的分子可以是包括選自由鋰、銅和鋅組成的組中至少一種金屬的分子或者有機(jī)分子。這些分子可以為選自從由銅酞菁(CuPc)、鋅酞菁(ZnPc)、并五苯以及雙(亞乙基二硫)四硫富瓦烯(bis(ethylenddithio)tetrathiafulvalene，BEDT-TTF)組成的組中的至少一種。
納米絲可以由ZnO構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供一種制造納米發(fā)光器件的方法，該方法包括在襯底上形成第一電極層；形成多個(gè)垂直于第一電極層的納米絲；p摻雜或者n摻雜納米絲的下部；以與納米絲下部不同的極性n摻雜或者p摻雜納米絲的上部；以及在納米絲上形成第二電極層。
納米絲的下部的p摻雜或者n摻雜可以包括吸收在納米絲周圍的具有高電子親合性或者低電離電位的分子；在第一電極層上的納米絲之間填充絕緣聚合物；以及通過蝕刻對(duì)應(yīng)于納米絲上部的第一絕緣聚合物除去在納米絲上部已吸收的分子。
極性不同于納米絲下部的納米絲上部的n摻雜或者p摻雜可以包括吸收具有高電子親合性或者低電離電位的吸收分子，使得不同于納米絲下部極性的極性摻雜暴露于納米絲下部的納米絲的周圍。
納米絲的上部的n摻雜或者p摻雜可以包括在納米絲下部p摻雜或n摻雜的所得物上形成具有預(yù)定高度的納米絲的未摻雜本征部；以及吸收具有高電子親合性或低電離電位的分子，使得暴露在本征部分上的納米絲的周圍被摻雜以與納米絲下部的極性不同的極性。在這種情況下，本征部分的形成可以包括形成第二絕緣聚合物覆蓋在納米絲下部n摻雜或者p摻雜的所得物上暴露的納米絲；和蝕刻第二絕緣聚合物以預(yù)定高度在納米絲上部形成本征部分。
在納米絲上的第二電極層的形成可以包括蝕刻第三絕緣聚合物來暴露納米絲的邊緣；和在第三絕緣聚合物上形成第二導(dǎo)電層。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的納米絲發(fā)光器件的橫截面視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的納米絲發(fā)光器件的橫截面視圖。
圖3-10是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的納米絲發(fā)光器件的制造方法的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
通過參考附圖對(duì)其實(shí)施例的詳細(xì)描述，根據(jù)本發(fā)明的納米發(fā)光器件及其制造方法將變得顯而易見。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的納米絲發(fā)光器件的橫截面視圖。
參考圖1，導(dǎo)電層(第一電極層)110形成在襯底100上并且多個(gè)納米絲120垂直地形成在導(dǎo)電層110上。絕緣聚合物130填充在納米絲120之間的空間內(nèi)。電極層(第二電極層)140形成在納米絲120上。
納米絲120由p型摻雜部分122、n型摻雜部分126和本征部分124組成，本征部分124為p型摻雜部分122和n型摻雜部分126之間的發(fā)光層。本征部分沒有摻雜。
襯底100由硅晶片、藍(lán)寶石晶片或者扁平金屬膜構(gòu)成。
第一電極層110可以由鋁、金或者鎂組成。第二電極層140可以由透明電極層形成，例如ITO或者p型摻雜GaN層。
納米絲120可以由ZnO、GaN、GaAs、InGaN、CdS或者Si構(gòu)成。發(fā)光器件發(fā)射的光根據(jù)納米絲120的材料而變化。當(dāng)納米絲由ZnO構(gòu)成時(shí)，發(fā)射紫外線。當(dāng)納米絲由硅構(gòu)成時(shí)，發(fā)射紅外線。當(dāng)納米絲由GaN構(gòu)成時(shí)，發(fā)射紫外線或者藍(lán)光。當(dāng)納米絲由InGaN構(gòu)成時(shí)，發(fā)射藍(lán)光。當(dāng)納米絲由CdS構(gòu)成時(shí)，發(fā)射綠光。當(dāng)納米絲由GaAs構(gòu)成時(shí)，發(fā)射紅光。所形成的納米絲具有20-100nm的直徑和1μm的長(zhǎng)度。
納米絲具有p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)，該結(jié)結(jié)構(gòu)由p摻雜部分122、n摻雜部分126和本征部分124形成。
p型摻雜部分122為p型摻雜材料沿納米絲120的周圍吸收的部分。具有高電子親合性的分子例如四氟四氰基喹諾二甲烷(F4-TCNQ)，作為電子受主分子，可以用作p型摻雜材料。因?yàn)閜型摻雜材料從相應(yīng)的納米絲120的表面取走電子，在p型摻雜材料被吸收的表面上形成空穴。因此，該部分成為p型摻雜部分122。
n型摻雜部分126為n型摻雜材料沿納米絲120的周圍吸收的部分。具有低電離電位的分子，例如包含鋰、鋅和金屬之中的至少一種的電子施主分子，可以用作n型摻雜材料。舉例來說，可以用銅酞菁(CuPc)、鋅酞菁(ZnPc)、并五苯以及雙(亞乙基二硫)四硫富瓦烯(BEDT-TTF)。因?yàn)閚型摻雜材料給相應(yīng)的納米絲120的表面提供電子，自由電子形成在n型摻雜材料被吸收的部分的表面上。因此，該部分成為n型摻雜部分126。
絕緣聚合物130防止納米絲120之間的電子接觸。光致抗蝕劑材料可以用作絕緣聚合物130。
具有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的運(yùn)轉(zhuǎn)將參考附圖進(jìn)行描述。
首先，當(dāng)正電壓施加給與納米絲120的p型摻雜部分122相連的第一電極層110并且負(fù)電壓施加給與納米絲120的n型摻雜部分126相連的第二電極層140時(shí)，p型摻雜部分122的空穴和n型摻雜部分126的電子在本征部分124復(fù)合，因此發(fā)光。從本征部分124發(fā)射的光通過透明電極層例如第二電極層140，然后被發(fā)射到外部。
示范性實(shí)施例描述了p型摻雜部分和n型摻雜部分都是通過分子吸收而被摻雜的。然而，摻雜部分之一可以通過吸收被摻雜而其他部分可以通過傳統(tǒng)的離子注入被摻雜。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的納米絲發(fā)光器件的橫截面視圖。
參考圖2，導(dǎo)電層(第一電極層)110形成在襯底100上并且多個(gè)納米絲120’垂直地形成在導(dǎo)電層110上。絕緣聚合物130填充納米絲120’之間的空間。電極層(第二電極層)140形成在納米絲120’上。
p型摻雜部分122和n型摻雜部分126彼此接觸地形成在納米絲120’中，在p型摻雜部分122和n型摻雜部分126之間的邊界面形成光發(fā)射層128。與第一實(shí)施例的p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)相比，這樣的光發(fā)射結(jié)構(gòu)形成p-n結(jié)結(jié)構(gòu)。
在具有上述結(jié)構(gòu)的光發(fā)射器件中，當(dāng)直流電通過納米絲120’的兩端時(shí)，從光發(fā)射層128發(fā)射光。
圖3到10為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制造納米絲光發(fā)射器件的方法的圖示說明。
參考圖3，導(dǎo)電層210例如鋁層被沉積在襯底200上。通過金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)法在鋁層210上形成長(zhǎng)度為1μm的多個(gè)納米絲220。使用二乙基鋅(DEZn)和氧作為反應(yīng)源可以形成由ZnO制成的納米絲220。然而，制造納米絲220的方法不局限于上述方法，也可以使用傳統(tǒng)氣相-液相-固相(VLS)方法、自組裝(self-assembly)法以及利用金屬催化層的方法。
參考圖4，具有高電子親合性的p型摻雜材料221，例如F4-TCNQ分子被摻雜在納米絲220的周圍。p摻雜材料221在被納米絲220的周圍吸收時(shí)從納米絲220的表面取走電子。因此，納米絲220被p摻雜。
參考圖5，絕緣高分子例如薄光致抗蝕劑230被旋涂然后填充在第一導(dǎo)電層210上的p型摻雜納米線220之間的空間。
參考圖6，通過濕法蝕刻位于納米絲220的上部的光致抗蝕劑材料230或者通過氧等離子體處理位于納米絲220的上部的光致抗蝕劑材料230，除去光致抗蝕劑材料230和p型摻雜材料221的部分。其中形成有保留的p型摻雜材料221的納米絲部分成為p型摻雜部分222。
參考圖7，薄光致抗蝕劑材料231被旋涂在p型摻雜部分222的上部然后填充納米線220之間的空間。接著，光致抗蝕劑材料231通過濕法蝕刻或氧等離子體被有選擇地除去。這樣，具有預(yù)定高度的光致抗蝕劑材料231形成在光致抗蝕劑材料230上。覆蓋有光致抗蝕劑材料231的納米絲部分不是摻雜區(qū)域，而是形成本征部分224。
參考圖8，n型摻雜材料225被吸收在暴露在光致抗蝕劑材料231上的納米絲220的周圍上。具有低電離電位的分子例如CuPc、ZnPc、并五苯和BEDT-TTF可以被用作n型摻雜材料225。因?yàn)閚型摻雜材料225給相應(yīng)的納米絲120的表面提供電子，自由電子形成在n型摻雜材料被吸收的部分的表面上。因此，該部分成為n型摻雜部分126。
參考圖9，薄光致抗蝕劑材料232被旋涂并且接著填充暴露在光致抗蝕劑材料231上的納米絲220之間的空間。接著，納米絲220之間的光致抗蝕劑材料232被有選擇地濕法蝕刻或者通過氧等離子體除去以暴露n型摻雜部分226的上部邊緣。
參考圖10，沉積第二導(dǎo)電層240來覆蓋在光致抗蝕劑材料232上暴露的納米絲220。
通過上述方法制造的光發(fā)射器件具有圖1的p-i-n結(jié)結(jié)構(gòu)。
如圖2所示的制造具有p-n接合結(jié)構(gòu)的光發(fā)射器件的方法與上述方法類似，除了形成如圖7所示的本征部分的過程。
根據(jù)本發(fā)明的納米絲發(fā)光器件包括同質(zhì)結(jié)，因此具有高光發(fā)射效率。因?yàn)榕c襯底匹配極好，該器件能大量生產(chǎn)。而且，因?yàn)槟芤源蟪叽邕M(jìn)行生產(chǎn)，該器件可以直接應(yīng)用于平板顯示器。
盡管本發(fā)明已經(jīng)特別地示出并且參考其實(shí)施例進(jìn)行了描述，可以理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明做出各種改進(jìn)和變形均沒有脫離由權(quán)利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米絲發(fā)光器件，包括襯底；所述襯底上的第一導(dǎo)電層；多個(gè)納米絲，垂直地形成在所述第一導(dǎo)電層上，每一個(gè)納米絲具有分開的p型摻雜部分和n型摻雜部分；和在p型摻雜部分和n型摻雜部分之間的光發(fā)射層；和形成在納米絲上的第二導(dǎo)電層，其中所述p型摻雜部分和n型摻雜部分中的至少一個(gè)通過吸收沿對(duì)應(yīng)納米絲的周圍的分子來形成。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括填充所述第一導(dǎo)電層上的納米絲之間的空間的絕緣聚合物。
3.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述光發(fā)射層為p型摻雜部分和n型摻雜部分之間的邊界面。
4.如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述光發(fā)射層是在p型摻雜部分和n型摻雜部分之間插入的未摻雜的本征部分。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述p型摻雜部分為具有高電子親合性的分子沿其周圍被吸收的部分。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中具有高電子親合性的分子包含氟。
7.如權(quán)利要求6所述的器件，其中包含氟的分子為四氟四氰基喹諾二甲烷(F4-TCNQ)分子。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述n型摻雜部分為具有低電離電位的分子沿其周圍被吸收的部分。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中具有低電離電位的分子為包含選自由鋰、銅和鋅組成的組中至少一種金屬的分子或者有機(jī)分子。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，其中所述分子為選自由銅酞菁(CuPc)、鋅酞菁(ZnPc)、并五苯以及雙(亞乙基二硫)四硫富瓦烯(BEDT-TTF)組成的組中的至少一種。
11.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述納米絲由ZnO組成。
12.一種制造納米絲發(fā)光器件的方法，該方法包括在襯底上形成第一電極層；在第一電極層上垂直地形成多個(gè)納米絲；p摻雜或者n摻雜所述納米絲的下部；以不同于納米絲下部的極性n摻雜或者p摻雜所述納米絲的上部；和在所述納米絲上形成第二電極層。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述納米絲的下部的p摻雜或者n摻雜包括沿納米絲的周圍吸收具有高電子親合性或者低電離電位的分子；在第一電極層上的納米絲之間填充第一絕緣聚合物；和通過蝕刻對(duì)應(yīng)于納米絲的上部的第一絕緣聚合物除去吸收在納米絲上部的分子。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中極性不同于納米絲下部的納米絲上部的n摻雜或者p摻雜包括吸收具有高電子親合性或者低電離電位的分子，使得同納米絲的下部的極性不同的極性沿暴露在納米絲的下部上的納米絲的周圍摻雜。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述納米絲的上部的n摻雜或者p摻雜還包括在暴露在所述第一絕緣聚合物上的第一納米絲之間填充第二絕緣聚合物。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述納米絲上形成第二電極層包括蝕刻所述第二絕緣聚合物來暴露納米絲的邊緣；和在所述第二絕緣聚合物上形成第二導(dǎo)電層。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述納米絲的上部的n摻雜或者p摻雜包括在納米絲下部的p摻雜或者n摻雜的所得物上以預(yù)定高度形成納米絲未摻雜的本征部分；和吸收具有高電子親合性或低電離電位的分子，使得同納米絲下部極性不同的極性沿暴露在本征部分上的納米絲的周圍摻雜。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中本征部分的形成包括形成第二絕緣聚合物，該絕緣聚合物覆蓋在納米絲下部的p摻雜或者n摻雜的所得物上所暴露的納米絲；和蝕刻所述第二絕緣聚合物來以預(yù)定高度在納米絲的上部形成本征部分。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第二絕緣聚合物的蝕刻還包括在第二絕緣聚合物上暴露的納米絲之間填充第三絕緣聚合物。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中納米絲上第二電極層的形成包括蝕刻所述第三絕緣聚合物來暴露納米絲的邊緣；和在所述第三絕緣聚合物上形成第二導(dǎo)電層。
全文摘要
提供一種納米絲發(fā)光器件及其制造方法。該納米絲光發(fā)光器件包括在襯底上的第一導(dǎo)電層，在第一導(dǎo)電層上的多個(gè)納米絲，每一個(gè)納米絲在其兩端具有p型摻雜部分和n型摻雜部分，在p型摻雜部分和n型摻雜部分之間具有光發(fā)射層，以及形成在納米絲上的第二導(dǎo)電層。通過沿?fù)诫s部分的周圍吸收分子形成摻雜部分。
文檔編號(hào)H01L27/15GK1691362SQ200510076220
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月7日
發(fā)明者陳暎究, 李晟熏, 李孝錫, 崔秉龍, 金鐘燮 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社