專利名稱：光學(xué)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)器件及其制造方法，并且，本發(fā)明涉及光伏器件、輻射探測(cè)器及發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來，太陽(yáng)能被認(rèn)為是參與替代作為主要能源的化石燃料的潛在的候選能源。然而，由于太陽(yáng)能電池或光伏電池的相當(dāng)有限的效率(通常
不比20%高很多)以及相對(duì)高的生產(chǎn)成本，迄今仍妨礙太陽(yáng)能的廣泛應(yīng)用。因此，當(dāng)前，主要在不能獲得按傳統(tǒng)方式產(chǎn)生的能量的地方、或者使傳統(tǒng)的能量到達(dá)該位置的成本與太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本相當(dāng)?shù)牡胤绞褂锰?yáng)能電池。
當(dāng)前的光伏電池通常使用具有用于將光誘導(dǎo)能量轉(zhuǎn)換成直流電的np結(jié)的、半導(dǎo)體材料(例如，晶體硅或砷化鎵等)的薄層。盡管當(dāng)前的光伏電池的效率穩(wěn)定地增加，但普遍相信的是，這些器件的物理性質(zhì)將效率限于30%左右。
在開發(fā)成本方面，對(duì)當(dāng)前類型的光伏電池的精細(xì)調(diào)整是昂貴的，并且由于相信可實(shí)現(xiàn)的最大效率受到限制，因此對(duì)當(dāng)前技術(shù)的直接改i^t起來并不是提供適合于作為化石燃料或其他傳統(tǒng)能源的替代品而廣泛使用的太陽(yáng)能電池的合適戰(zhàn)略。在有希望的其他選擇中，提出了涉及基于微米尺寸或納米尺寸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光伏電池作為有源元件的解決方案。
美國(guó)專利7087833爿〉開了包括半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)作為光敏層的至少一部分的光伏器件。提供了由不同的材料制成的第一布局及第二布局的納米結(jié)構(gòu)，這兩種布局的納米結(jié)構(gòu)相對(duì)于彼此表現(xiàn)出II型能帶偏移能量分布。
在現(xiàn)有技術(shù)中，需要提供改進(jìn)的光伏器件，并且一般需要提供改進(jìn)的光學(xué)器件，尤其是效率成本比高的器件^1有利的
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提供改進(jìn)的光學(xué)器件，可以認(rèn)為本發(fā)明的目的是提供一種在有源元件中包含納米尺寸或微米尺寸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、或包含納米尺寸或微米尺寸的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)作為有源元件的新的光學(xué)器件，尤其是效率成本比高的這樣的器件。
本發(fā)明的另 一 目的是提供一種現(xiàn)有技術(shù)的替代技術(shù)。
因而，在本發(fā)明的第一方面，通過提供一種光學(xué)器件來獲得上述目的
及若干其他目的，所述光學(xué)器件包括—第一電極；
—第二電極，所述第一電極或所述第二電極在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)至少部分地透明；
—有源元件，其布置在所述第一電極與所述第二電極之間；該有源元件包含從所述第 一 電極起沿縱向延伸并與所述第 一 電極及所述第二電似目接觸的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；該有源元件包含np結(jié)；并且
其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的高度沿所述縱向，并且寬度及厚度沿所述縱向的正交方向，并且其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分大體上^1板形，其中，在位于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少所述部分的下半部處的部分處，寬度充分地大于厚度。
本發(fā)明適合于在兩個(gè)電極之間布置有有源元件的任何類型的光學(xué)器件。特定類型的光學(xué)器件取決于操作的模式。在實(shí)施例中，光學(xué)器件是光伏器件或電池(包括輻射探測(cè)器)，其他實(shí)施例包括發(fā)光器件(例如，LED )。
可以由能夠提供從外部到有源元件的電連接的任何合適的導(dǎo)電材料來制作第一電札5L第二電極。
第一電極或第二電極的透明度可以在50%至100。/。的范圍內(nèi)(例如，75%至卯％)。原則上，透明度越高越好，這是因?yàn)樽罾硐氲氖荿X射輻射的強(qiáng)度最大化。第一波長(zhǎng)范圍可以在從紫外光到紅外光的范圍內(nèi)(例如，從約200 nm直至約3.5nm的范圍)。第一波長(zhǎng)范圍可以跨整個(gè)范圍，或者可以適合于跨一個(gè)或更多個(gè)給定的子范圍。還可以按照使得一個(gè)或更多個(gè)特定范圍內(nèi)的輻射被阻止的方式來i殳定第 一范圍。所提供的特定范圍可以根據(jù)器件的特定應(yīng)用來調(diào)整，或者可以由特定的設(shè)計(jì)選擇(包括特定的材料選擇)來指定。
有源元件的功能是至少對(duì)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與入射輻射之間的相互作用的過程(例如，光誘導(dǎo)過程)中所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)進(jìn)行分離。在有源元件的另選實(shí)施例中，將電子空穴對(duì)注入到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，電子空穴對(duì)重新組合，導(dǎo)致產(chǎn)生被耦合到有源元件的外部的輻射。
至少多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是特定幾何形狀的，所述多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)大體上是板形的，這些結(jié)構(gòu)可以是具有大體上尖形的片形。通常將寬度大于厚度的結(jié)構(gòu)稱為板形或板狀，而將具有大體上尖形的特定類型的板稱為片形。通常，還可以存在另選形狀的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的子布局。取決于特定的生長(zhǎng)條件，多個(gè)另選的形狀布局可能會(huì)共存。同樣，在特定類型的布局中，可能
會(huì)存在形狀;sjc寸的分布。在實(shí)施例中，特定類型的布局可能僅是大體上為板形的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分。在該實(shí)施例中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常大體上是板形的，并且區(qū)是根據(jù)內(nèi)部板形結(jié)構(gòu)來生長(zhǎng)的。
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的高度可以在幾百納米(nm)直至幾微米(jim)的范圍內(nèi)，通常為l jim至25 nm。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的下半部的寬度可以在100 nm至2 jim的范圍內(nèi)，厚度可以在5 nm至500 nm的范圍內(nèi)，通常為25 nm至100腿(例如，30 nm至80腿)。
在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的下半部處或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分處，寬度充分地大于厚度。通常，寬厚比可以在1.5至500或甚至更大的范圍內(nèi)(例如在3至250的范圍內(nèi)，例如在5至100的范圍內(nèi)，例如在10至75的范圍內(nèi)，例如在25至50的范圍內(nèi))。特定的寬厚比可以取決于所應(yīng)用的特定生長(zhǎng)條件。通常，獲得寬厚比的分布，對(duì)于該分布，分布的中心可以使得對(duì)于該分布的中心部分的寬厚比，寬度充分地大于厚度。
通?？梢詫⒅辽僖粋€(gè)區(qū)或特征尺度在納米范圍內(nèi)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)稱為納米結(jié)構(gòu)，這里，至少半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的厚度、或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分可以在納米范圍內(nèi)。
本發(fā)明特別地但非排他地有利于提供一種高效率的光學(xué)器件。相信高效率與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何形狀有關(guān)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的尺度導(dǎo)致所產(chǎn)生的電子
空穴對(duì)不在產(chǎn)生處附近重新組合而是^t在電極處的概率很高。
通過提供根據(jù)本發(fā)明的器件，僅需要少量的昂貴材料。而且，由于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的總體幾何形狀，大部分的入射輻射被半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)吸收，而不是M面反射，結(jié)果，可以避免有源元件上的減反涂層。在實(shí)施例中，仍可以在相耦合的電極的表面上(即，在第一電極或第二電極或兩個(gè)電極的表面上)提供減反涂層。第一電極可以是在其上生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)至少?gòu)钠渖斐?br> 的基片。第一電極可以是V/III族半導(dǎo)體基片、VI/II族半導(dǎo)體基片、IV
族半導(dǎo)體基片或它們的混合物的基片。在特定實(shí)施例中，第一電極可以是
GaAs基片或Si基片。
第一電極可以是透明導(dǎo)體，例如，透明導(dǎo)電氧化物(TCO)(例如，氧化銦錫(ITO))、摻雜氧化物(例如，Sn02:F、 ZnO:B、 ZnO:Al)等。第一電極還可以是導(dǎo)電聚合物材料。
第一電極還可以是與導(dǎo)電電極或半導(dǎo)電電;W目接觸的絕緣體，例如，涂覆有金屬層的玻璃基片或涂覆有半導(dǎo)體材料的玻璃基片。
第一電極可以是分層結(jié)構(gòu)(例如，具有第一層及至少第二層的結(jié)構(gòu))。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上可以是晶體，例如，實(shí)質(zhì)上是單晶體或多晶體。通常，至少在結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度尺度上提供實(shí)質(zhì)上是晶體的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是有利的。由于通過提供實(shí)質(zhì)上是晶體的結(jié)構(gòu)，可以僅存在很少的重新組合中心或者甚至不存在重新組合中心。因此可以提供更高的效率。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以由V/III族半導(dǎo)體、VI/II族半導(dǎo)體或IV族半導(dǎo)體、或者這些材料的任意組合物或混合物制成，或者至少包含它們。在特定實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以由InAs、 Si、 CdSe、 CdTe、 InP、 CdS、ZnS、 ZnO、 ZnSe、 PbSe、 PbS、 ZnTe、 HgTe、 GaN、 GaP、 GaAs、 GaSb、InSb、 Ge、 AlAs、 AlSb或PbTe、或者這些材料的任意化合物(包括但不限于三元化合物或四元化合物)制成，或者至少包含它們。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在可見范圍或紅外范圍內(nèi)或這兩個(gè)范圍內(nèi)的吸收率可以為至少70% (例如至少80%,例如至少卯％,例如至少95%，例如至少98% )。
有源元件包含np結(jié)?？梢酝ㄟ^提供包括具有n導(dǎo)電性的n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的p區(qū)以使得這些區(qū)之間的界面形成np結(jié)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，由該單獨(dú)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)來提供np結(jié)。可以按多種方式來提供這樣的區(qū)。
在實(shí)施例中，提供了第一導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，然后該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與生^目結(jié)合地或在生長(zhǎng)之后被摻雜提供不同的第二導(dǎo)電性的材料。
在實(shí)施例中，提供了 n導(dǎo)電性或p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并在其上提供n導(dǎo)電性或p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，使得所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鄰接具有n導(dǎo)電性或p導(dǎo)電性的區(qū)，從而在界面中形成np結(jié)?；騪導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并在其上4^供 相同導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，并且，在其上提供不同導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料， 使得該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括或支持具有n導(dǎo)電性的區(qū)及具有p導(dǎo)電性的區(qū)，從 而在界面中形成np結(jié)。
可以提供包括具有n導(dǎo)電性的多個(gè)n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的多個(gè)p區(qū) 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，使得形成多個(gè)叩結(jié)。通過提供多個(gè)np結(jié)，可以提供更 高的效率力或電壓。
所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以具有第一晶格常數(shù)，并且第一電極可以具有第二 晶格常數(shù)或不具有晶格常數(shù)(即，根本不是晶體)，第一晶格常數(shù)與第二 晶格常數(shù)不同，即，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與在其上生長(zhǎng)該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的基片之間 存在晶格失配。例如對(duì)于InAs結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為6.1 A，與晶格常數(shù)為 5.7 A的GaAs基片不同。在另一示例中，由于基片不具有晶格(即，其 不是晶體)(例如，玻璃基片)，因此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶格與基片不匹配?？?以提供與在其上生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的基片不晶格匹配的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)是有利 的，這是因?yàn)樵诳梢允褂玫幕愋头矫嫣峁┝撕艽蟮撵`活性。例如，可 以使用諸如4片的不昂貴的基片，例如，玻璃基片、聚合物基片或其他 標(biāo)準(zhǔn)基片。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的、在與基片的界面處的晶格可以使其自身適應(yīng)于 基片的表面。
半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以具有適合于特定應(yīng)用的范圍內(nèi)的帶隙。在實(shí)施例中， 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以具有在0.25 eV至2 eV的范圍內(nèi)的帶隙?？梢云?gt;據(jù)半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)的有效尺寸來調(diào)整帶隙的特定尺寸。例如，通iti^擇或提供半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)的適當(dāng)尺寸的區(qū)(例如，適當(dāng)尺寸的n型區(qū)或p型區(qū))，該結(jié)構(gòu)的能帶 可以相對(duì)于相同材料的大塊結(jié)構(gòu)的能帶偏移。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的適合的尺寸，可以由此提供特定的帶隙。
第二電極可以是上電極。第二電極可以由透明導(dǎo)體材料(例如，TCO ) 制成。還可以使用透明導(dǎo)電聚合物。第二電極還可以是與導(dǎo)電電極或半導(dǎo) 電電^目接觸的絕緣體(例如，涂覆有金屬層或半導(dǎo)體層的玻璃基片)、 由導(dǎo)電聚合物材料制成、涂覆有導(dǎo)體的絕緣聚合物等。
第二電極可以是具有第一層及至少第二層的分層基片。
有源元件可以包^^在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)至少部分地透明的填充物元件。 可以在針對(duì)第一波長(zhǎng)范圍而指定的范圍內(nèi)選擇第二波長(zhǎng)范圍的光學(xué)性質(zhì)。 填充物材料可以是玻璃、 一氧化硅、二氧化硅、聚合物或任何其他合適的
10材料。通常，填充物材料是電絕緣體。
在有利的實(shí)施例中，填充物材料可以是SU-8基聚合物。SU-8的化學(xué) 名稱是雙酚A縮水甘油醚。因?yàn)镾U-8的化學(xué)穩(wěn)定性高，與傳統(tǒng)的微制造 技^M目兼容，并且處理起iM目對(duì)容易且快速，所以它可以是合適的填充物 材料。
在本發(fā)明的第二方面，提供了 一種制造光學(xué)器件的方法，該方法包括 —提供第一電極；
-在所述第一電極上提供成核中心；
-沉積至少第一材料，以使得形成從所述第一電^沿縱向延伸的 多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
可以應(yīng)用根據(jù)第二方面的方法來提供根據(jù)本發(fā)明第 一方面的器件。 多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以是或可以形成有源元件的一部分。
可以將所述方法與分子束外延(MBE)或能夠在基片上生長(zhǎng)微米結(jié) 構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的任何其他方法相結(jié)合地進(jìn)行。例如，與金屬有機(jī)物汽相外 延(MOPVE)、化學(xué)束外延(CBE)或生長(zhǎng)納米結(jié)構(gòu)的類似方法相結(jié)合。
可以進(jìn)行附加的步驟，例如，用于將填充物材料沉積到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上 的步驟，用于提供第二電極以使得多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以布置在其間并與該 第二電^W目接觸的步驟。
可以利用p型或n型的第一型導(dǎo)電性的第一區(qū)來提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 第一區(qū)，并且其中，利用p型或n型的第二導(dǎo)電性的第二區(qū)來提供半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)的至少第二區(qū)，第一區(qū)與第二區(qū)形成np結(jié)。
可以通過在生長(zhǎng)過程中沉積第一材料來提供半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一區(qū)，并 且其中，通過在生長(zhǎng)過程中沉積第二材料來提供第二材料。
可以生長(zhǎng)具有第一型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且在后續(xù)步驟中，將該 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)摻雜材料，使得形成摻雜區(qū)，該摻雜區(qū)是第二型導(dǎo)電性的。
所述摻雜可以通過涂覆步M可選的加熱步驟來完成。
所述摻雜可以通過將摻雜劑注入到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中(例如，通過離子轟 擊)來完成。
可以生長(zhǎng)具有第一型導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且在后續(xù)步驟中，利用 第二型導(dǎo)電性的材料來涂覆該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與涂層之間的界面形成叩結(jié)o
在其他方面，提供了光伏器件、輻射探測(cè)器;sjc光器件。
可以將本發(fā)明的各個(gè)方面分別地與任一其他方面相結(jié)合。根據(jù)參照所 描述的實(shí)施例而進(jìn)行的以下說明，本發(fā)明的這些及其他方面將變得清楚。


下面將參照附圖，僅以示例的方式來描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中
圖l例示了光伏電池的示意性實(shí)施例；
圖2是示出從傾斜視角觀看的多個(gè)片的SEM圖3是示出從頂部視角觀看的幾個(gè)片的SEM圖4是將單個(gè)片與特定的幾何方向一起示出的SEM圖5是示出片的側(cè)視圖的SEM圖6是片的頂部的TEM圖連同片的一部分的TEM特寫圖； 圖7是片生長(zhǎng)的生長(zhǎng)場(chǎng)景的示意圖8A至圖8C例示了在不同的生長(zhǎng)IHt下生長(zhǎng)的片的SEM傾斜圖9至圖13是具有np結(jié)的片的實(shí)施例的示意圖14例示了埋在SU-8填充物中的片的SEM圖；以及
圖15例示了制造光學(xué)器件的一般過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1例示了^ll據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件的示意性實(shí)施例。所例示的光學(xué)器 件是光伏電池1的形式。在操作中，光伏電池可以作為要暴露于輻射2(例 如，太陽(yáng)能輻射)的太陽(yáng)能電池來操作。輻射被耦合到有源元件3中，在 有源元件3中產(chǎn)生電子空穴對(duì)，導(dǎo)致可以用于電用途的電位9。
光學(xué)器件l包括第一電極或基片4及第二電極或上電極5。而且，該 器件包括布置在第 一電極與第二電極之間的有源元件3。為了將入射輻射 耦合到有源半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，第一電極或第二電極在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)至少部 分地透明。通常，僅第一電極或第二電極中的一個(gè)電極是透明的，但是兩個(gè)電極可以都是透明的。
而且，有源元件可以包括i殳置在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域中的填充物元
件8，以提供充分堅(jiān)固的有源元件。
在普通輻射探測(cè)器的另選實(shí)施例中，可以將該系統(tǒng)的光學(xué)特性提供成 探測(cè)特定的波長(zhǎng)范圍。可以將兩個(gè)電極4與5之間的電位指定成或關(guān)聯(lián)到 特定光學(xué)特性的入射輻射的特定強(qiáng)度。
在另一另選實(shí)施例中，提供了諸如LED的發(fā)光器件。在該實(shí)施例中， 在兩個(gè)電極中的一個(gè)電極處注入空穴，而在另一電極處注入電子，在輻射 重新組合過程中，在np結(jié)處重新組合成電子空穴對(duì)。所生成的輻射被耦 合到有源元件的外部。
有源元件包含從第一電^l^沿縱向7延伸并與第一電極及第二電極 相接觸的多個(gè)或集群半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)6。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)通常大體上是 板狀或板形，然而在實(shí)施例中，可以僅半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分大體上是板狀 或板形。在實(shí)施例中，通過氣-液-固(VLS)處理來生長(zhǎng)片，由于原子 水平的特定生長(zhǎng)機(jī)制的不確定性，因此這個(gè)處理也可以稱為氣-固-固
(VSS)處理。在VLS處理中，在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)開始之前，在基片 上沉積或另外提供催化粒子(通常為金屬粒子，例如，金粒子)形式的成 核中心。這樣的粒子IO位于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的頂部。金屬或其他導(dǎo)體材料形 式的催化粒子可以確保半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與上電極5之間良好的電接觸。
下面進(jìn)一步討論生長(zhǎng)過程的實(shí)施例。
圖2至圖5示出了通過MBE在GaAs基片上生長(zhǎng)的InAs片的SEM 圖。在GaAs基片的(1 0 0 )面上生長(zhǎng)InAs片。使用對(duì)于As4為1.2xl(T5 torr的束等氣a力(BEP) ;SJ^于In為2.1xl(T6 torr的BEP，以5.7的 V/III-BEP比來生長(zhǎng)InAs片。將基片保持在約420°C的溫度，生長(zhǎng)時(shí)間 為2小時(shí)。
圖2例示了在30 KV獲得的、放大率為10000的SEM圖20。比例 條21指示lnm的范圍。SEM圖20示出了從傾斜視角》見看的多個(gè)片。如 在圖上看到的，大多數(shù)的結(jié)構(gòu)大體上是尖頂片形。然而，該結(jié)構(gòu)的子群具 有異常的形狀。特定形狀由大量的^L來規(guī)定，而且很多形狀在總體能量 上^1相似的，因此單獨(dú)從動(dòng)力學(xué)來考慮，不可能提供單個(gè)形狀。然而，重 要的是，提供多個(gè)相似的形狀，其中，大多數(shù)(不是所有的)結(jié)構(gòu)大體上 為板形。片的頂部的形狀變化，不存在單個(gè)優(yōu)選的結(jié)晶方向，但是較低部分的側(cè)面傾向于接近(0-11)面及(01-1)面，如結(jié)合圖5及圖7進(jìn)一 步闡述的。
圖3例示了在30 KV獲得的、放大率為100000的SEM圖30。比例 條指示100 nm的范圍。SEM圖30示出了從頂部視角看到的幾個(gè)片。
圖4例示了單個(gè)片的SEM圖40。將該片與作為紙面的(100)面一 起示出。還示出了
方向53、 [11 1方向54及[O -11方向55 —起示出。
從圖2至圖5中，顯然半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的高度56沿縱向7延伸，寬度44 沿[O -11方向延伸，且厚度45沿[O -1 -l]方向延伸。在位于該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的下半部處的部分處，例如在圖5上由標(biāo)號(hào)57所指示的位置，寬厚比約 為ljim比80nm(即，12.5)。所示出的結(jié)晶方向是針對(duì)由GaAs的(1 0 0)面生長(zhǎng)的InAs的系統(tǒng)的。特定的結(jié)晶方向取決于特定的系統(tǒng)，因此對(duì) 于不同的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu);S7或不同的基片，可能會(huì)涉及不同的結(jié)晶方向。出 于例示的原因示出了結(jié)晶方向，以表現(xiàn)所例示的實(shí)施例的特性，本發(fā)明的 范圍并不限于特定的結(jié)晶方向。
圖6將片的頂部的TEM圖60與片的一部分的TEM特寫圖61 —起 示出。該TEM圖的特定位置并不對(duì)應(yīng)于一個(gè)規(guī)定位置，僅出于例示的原 因而提供該特定位置。還示出了被包裹的金催化粒子62。從示出原子分 辨率的TEM特寫圖中，可以看到，InAs片實(shí)質(zhì)上是單晶體，即使存在點(diǎn) 缺陷，點(diǎn)缺陷也很少。而且，對(duì)片的能量^LX射線分析(EDX)測(cè)量 揭示出片中的In與As之間的分布為50/50。對(duì)片的衍射分析揭示出InAs 晶格是無(wú)應(yīng)變的，至少對(duì)于片的大部分是這樣。
圖7是提交本文件時(shí)所理解的、針對(duì)以As4作為V族材料并以In作 為III族材料通過MBE在GaAs (100)上的InAs片生長(zhǎng)的、片形的生 長(zhǎng)機(jī)制的示意圖。由于納米粒子生長(zhǎng)的復(fù)雜本性，關(guān)于生長(zhǎng)機(jī)制存在某種 不確定性。根據(jù)對(duì)作為生長(zhǎng)時(shí)間的函數(shù)的片形的研究而推導(dǎo)出生長(zhǎng)行為。 期望片以具有沿[l 0 0]方向生長(zhǎng)的矩形截面并以四個(gè)無(wú)極性{0 1 1}面作為 側(cè)面的桿結(jié)構(gòu)開始(圖7a)。隨著生長(zhǎng)繼續(xù)，在桿的基部處，在(IOO) 基片表面與{0 1 1}晶面的交叉處、但僅在砷端基的兩個(gè)方向上形成小片 (圖7b )。這有可能是(0 1 1)面及(1 1 1) A面上的砷摻入動(dòng)力學(xué)的結(jié)果。在所使用的生長(zhǎng)條件下，與低能無(wú)極性{0 11}面相比，所得到的、
在桿晶體的兩側(cè)產(chǎn)生的砷端基的表面是具有顯著更高的摻入系數(shù)的高能
表面。結(jié)果，除了Au催化氣-固-固(VSS)生長(zhǎng)以外，現(xiàn)在幾乎^ 這些高能表面上發(fā)生InAs生長(zhǎng)。隨著生長(zhǎng)繼續(xù)，片成為三角形，才艮據(jù)掃 描電子顯微鏡(SEM)圖來判斷，該三角形的表面最有可能是相對(duì)于(1 0 0)基片表面的角度為76.78的(133》B面(圖7c)。隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增 加，高能{13 3}8面上的外延氣-固(VS) InAs生長(zhǎng)使它們繼續(xù)向外且 向上，從而增加片的寬度。觀察到片基部處的平均寬度為350 nm至500 nm之間。這些寬度取決于特定的生長(zhǎng)條件。對(duì)于較長(zhǎng)的生長(zhǎng)時(shí)間，片的 高度達(dá)到兩個(gè){1 3 3} B面的較低部分的生長(zhǎng)速率開始增加的點(diǎn)(有可能與 In的表面擴(kuò)散長(zhǎng)度相連接)。這導(dǎo)致{1 3 3} B面朝著成為垂直的無(wú)極性{0 1 1}面而緩慢地改變。同時(shí)，片的頂部處的Au催化生長(zhǎng)繼續(xù)，由此4吏得在 板的頂部處仍存在高能B面。在垂直生長(zhǎng)幾微米之后，達(dá)到片的最終形 狀，此處，片的頂部通過仍繼續(xù)的VSS生長(zhǎng)與將Au-In共晶粒子連接到 接近成為無(wú)極性{0 11}面的、片的較低的側(cè)面的兩個(gè)砷端基面相結(jié)合地形 成(圖7d)。觀察到，對(duì)于使用AS2的生長(zhǎng)，該最終的片形狀存在,直到 至少15nm的生長(zhǎng)高度為止。用于生長(zhǎng)片的生長(zhǎng)時(shí)間的范圍在30分鐘與 120分鐘之間。
圖8A至圖8C例示了通過MBE以不同的V/III-BEP比及不同的基 片溫度在GaAs基片的(1 0 0 )面上生長(zhǎng)的InAs片的SEM斜視圖。通過 改變As4束的BEP來改變V/III比。該圖是在30 KV獲得的，放大率為 10000。比例條指示lftm的范圍。
圖8A中的InAs片^1使用對(duì)于AS4為3.6xl(T6 torr的束等效壓力 (BEP) ;Sjit于In為8.3x107 torr的BEP、以4.3的V/III-BEP比來生長(zhǎng) 的。將基片保持在約420。C的溫度，生長(zhǎng)時(shí)間為1，5小時(shí)。
圖8B中的InAs片是使用對(duì)于As4為4.5xl(T6 torr的束等^力 (BEP) ;5Uft于In為8.4x107 torr的BEP、以5.4的V/III-BEP比來生長(zhǎng) 的。將基片保持在約420。C的溫度，生長(zhǎng)時(shí)間為1,5小時(shí)。
圖8C中的InAs片《」吏用對(duì)于As4為5.3xl(T6 torr的束等氣醫(yī)力 (BEP);Sj t于In為8.2X107 torr的BEP、以6.5的V/III-BEP比來生長(zhǎng) 的。將基片保持在約410。C的溫度，生長(zhǎng)時(shí)間為1,5小時(shí)。
這些圖例示了隨著生長(zhǎng)參數(shù)或條件的改變的、各個(gè)片結(jié)構(gòu)以及總體集 群性質(zhì)改變。通常，在較低的基片溫度及較低的V/III-BEP比，片密度比較高的溫度及V/III-BEP比時(shí)高。而且，還觀察到，對(duì)于較低的基片溫度 及較低的V/III-BEP比，片形的寬度比在較高的溫度及V/III-BEP比時(shí)所 生長(zhǎng)的片寬。
發(fā)現(xiàn)合適的V/III-BEP比在3.5與5.5之間，并發(fā)現(xiàn)合適的基片溫度 在350°C與450°C之間。然而，應(yīng)當(dāng)理解，由于也可能在這些范圍之外 發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，因此本發(fā)明并不限于這些范圍。
圖2至圖6、圖8、圖14中所例示的片是4吏用AS4來生長(zhǎng)的，但也可
以使用AS2來生長(zhǎng)。可以看到，在使用AS2的束時(shí)，與AS4生勤目比，片
的厚度隨著生長(zhǎng)時(shí)間而增加，而且觀察到，對(duì)于相同的Au沉積量，As2 生長(zhǎng)的樣片的片的厚度大于使用Aw生長(zhǎng)的片的厚度，這符合{0 11}面上
的AS2的更高的移^入系數(shù)。
圖9是具有np結(jié)93的片的實(shí)施例的示意圖。通過使半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包 括具有n導(dǎo)電性的n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的p區(qū)來提供該np結(jié)，這些區(qū)形 成np結(jié)。通過截面來例示n區(qū)及p區(qū)的布置。標(biāo)號(hào)9li示第一截面，
標(biāo)號(hào)92表示第二垂直截面。可以按多種方式來提供如圖9所總體示出的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
在實(shí)施例中，使用AS4及AS2的生長(zhǎng)的差異可以用于生長(zhǎng)具有如圖9 中所例示的總體結(jié)構(gòu)的片。在圖10中，提供了這個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖IO例示了通過第一生長(zhǎng)階段及至少第二生長(zhǎng)階段來生長(zhǎng)片的實(shí)施 例。在第一生長(zhǎng)階段中，使用AS4來生長(zhǎng)具有第一導(dǎo)電性(例如，p導(dǎo)電 性)的內(nèi)部半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。這導(dǎo)致片的寬度顯著地大于厚度(it^圖9 中的與標(biāo)有91的截面相對(duì)應(yīng)的截面中看到)。在獲得適當(dāng)?shù)某叽缂靶螤罘?布時(shí)(即，在給定的生長(zhǎng)時(shí)間之后)，^:用AS2來繼續(xù)進(jìn)一步生長(zhǎng)。在第 二生長(zhǎng)階段中，使用As2來生長(zhǎng)具有第二導(dǎo)電性(例如，n導(dǎo)電性)的外 部半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)101。這導(dǎo)致片具有n導(dǎo)電性的殼。由此在片的內(nèi)部獲得叩 結(jié)102。對(duì)于得到的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，寬厚比小于利用AS4而生長(zhǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
的寬厚比。然而，由內(nèi)部結(jié)構(gòu)(AS4生成的結(jié)構(gòu))所構(gòu)成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的
至少一部分大體上^1板形，其中，在位于該結(jié)構(gòu)的下半部處的部分處，寬 度充分地大于厚度。即，至少內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有如結(jié)合SEM圖所討論的片形。
在實(shí)施例中，生長(zhǎng)在其頂部沉積有施主材料的p型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)?？梢?將系統(tǒng)加熱到使得施主材料遷移到p型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的殼區(qū)或表面區(qū)中、從 而提供施主雜質(zhì)并將導(dǎo)電性類型改變成n型的溫度。由此提供np結(jié)。在
16多層沉積之后進(jìn)行加熱可以用于提供n型區(qū)或殼。例如，退火多層Ge、 Au及Ni可以用于提供覆蓋p型片的n型區(qū)。
在實(shí)施例中，可以通過旋轉(zhuǎn)摻雜來沉積施主材料。
在實(shí)施例中，可以將施主材料濺射到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的殼區(qū)中。由此以施 主離子的形式來提供施主材料。
圖ll是具有叩結(jié)110的片的實(shí)施例的示意圖。通過利用p型材料來 生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一部分并利用n型材料來生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二部 分，從而提供該np結(jié)。這可以通過改變生長(zhǎng)材料來獲得，例如，在MBE 中，可以在生長(zhǎng)過程中改變束的材料?？梢岳^續(xù)這個(gè)過程，由此形成具有 n導(dǎo)電性的多個(gè)n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的多個(gè)p區(qū)，4吏得形成多個(gè)np結(jié)。
作為在生長(zhǎng)過程中改變生長(zhǎng)材料的替代，可以在第一步驟中生長(zhǎng)p 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，然后將n型材料沉積到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，圖12中例示了 示意性實(shí)施例。提供不同材料的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，使得p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 鄰接具有ii導(dǎo)電性的區(qū)或涂層，使得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該區(qū)之間的界面形成 np結(jié)120。
作為在生長(zhǎng)過程中改變生長(zhǎng)材料的替代，可以在第一步驟中生長(zhǎng)p 型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，然后將n型材料沉積到該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，圖12中例示了 示意性實(shí)施例。提供不同材料的單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，使得p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 鄰接具有n導(dǎo)電性的區(qū)或涂層，使得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該區(qū)之間的界面形成 np結(jié)120。
圖13例示了提供p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并在其上提供相同導(dǎo)電性的 半導(dǎo)體材料的實(shí)施例。在p導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料的第一層上，提供不同導(dǎo)
電性(或n導(dǎo)電性)的半導(dǎo)體材料，使得半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括或支持具有n 導(dǎo)電性的區(qū)及具有p導(dǎo)電性的區(qū)以形成np結(jié)130。
在實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部可以是p型InAs片。第一層可以是 p型GaAs層，第二層可以是n型GaAs。
在圖9至圖13中所例示的示意性實(shí)施例中，覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)地 提供np結(jié)。然而，在提供np結(jié)之前，可以利用填充物材料^A蓋半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)的一部分，使得僅半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一部分被np結(jié)覆蓋或支持np結(jié)。
以上，對(duì)附圖中的n導(dǎo)電性及p導(dǎo)電性的特定區(qū)進(jìn)行了說明。應(yīng)當(dāng) 理解，n導(dǎo)電性的區(qū)可以與p導(dǎo)電性的區(qū)互換，反之亦然。圖14例示了通過MBE在GaAs基片上生長(zhǎng)的InAs片的SEM圖， 其中，該片被埋在SU-8填充物中。該圖是在30 KV獲得的，放大率為 10000。比例條指示lfim的范圍。在截面中獲得該圖。
將大塊GaAs用作支持基片140，并在GaAs的頂部提供InAs片。連 同生長(zhǎng)一起，出現(xiàn)大塊InAs的薄層141。該片沿標(biāo)有142的方向伸出。 該片部分地埋在SU-8填充物143中，并且該片的頂部伸出填充物144的 外部。伸出填充物的外部的片被Au的薄層覆蓋。被SU-8填充物埋入的 片的部分由于填充物材料的存在而不能被清晰地看到。
通過將一小滴SU-8液滴到基片上然后以2000 rpm旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)55 sec， 來將填充物材料提供到片上。通過在熱板上以115。C烘烤該系統(tǒng)105 sec 來將其硬化。
通過檢測(cè)SEM圖，;ML現(xiàn)或^L現(xiàn)很少的填充物材料的孔洞或缺陷， 揭示出SU-8材料很好地滲透到片之間的空間中。
在MBE系統(tǒng)中生長(zhǎng)如圖所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在特定的示例性實(shí)施例 中，如下所述地完成生長(zhǎng)。
使用生長(zhǎng)室J^I壓力在很低的l(T11 torr范圍內(nèi)的固體源Varian GEN IIMBE系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用As4作為V族材料并使用In作為III族材料， 兩種材料都具有MBE級(jí)純度。
在生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之前，從發(fā)生爐接收準(zhǔn)備好用于外延過生長(zhǎng)的形式 的GaAs (100 )基片。
將該基片安*^基片保持器中，并將其加載到MBE系統(tǒng)加載互鎖中， 在該加載互鎖中，在200。C將其脫氣約2小時(shí)。然后，允許加載互鎖中的 壓力恢復(fù)到l(T7torr的范圍，接著將基片經(jīng)由緩沖室而傳送到生長(zhǎng)室。
在生長(zhǎng)室中，將基片持續(xù)地暴露于約1.2xl0-s torr的束等效壓力 (BEP)的AS4熔劑。在將Au的薄層沉積到基片上之前，將基片加熱到 約560°C達(dá)10分鐘。通過將16 cc蚶堝加熱到1350°C，然后打開它前面 的閘門達(dá)150秒，來完成Au沉積。在這個(gè)處理中，0.5 urn至2 urn之間 的Au被沉積在基片表面上，然而，厚度估計(jì)有些不確定。
在Au沉積之后，還是在生長(zhǎng)室中，并且在AS4熔劑中，將基片保持 在約560°C達(dá)10分鐘，以使得Au能夠形成納米尺寸的生長(zhǎng)催化粒子。 10分鐘之后，通過打開In閘門而使基片溫度下降到生長(zhǎng)溫度并啟動(dòng)生長(zhǎng)。 在生長(zhǎng)進(jìn)行了幾個(gè)小時(shí)之后，將In閘門關(guān)閉，仍在AS4熔劑中，基片溫度下降到200°C。在基片溫度達(dá)到200。C時(shí)，將基片從MBE系統(tǒng)中移出。將上文所提及的基片溫度從利用MBE系統(tǒng)中的基片生長(zhǎng)位置處的熱 電偶測(cè)得的溫度轉(zhuǎn)換成(據(jù)我們所知最好的)修正了熱電偶誤差的真實(shí)的 基片溫度。在Au沉積過程中，在生長(zhǎng)室中利用熱電偶測(cè)得的基片溫度為 640°C。在片生長(zhǎng)過程中，利用熱電偶測(cè)得的基片溫度為470。C。圖15例示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制造光學(xué)器件的一般過程的流程圖。在第一步驟中，提供基片?？梢栽谇懊娴牟襟E中生長(zhǎng)該基片并將其截 斷、拋光、切割等?？梢蕴峁┳罱K狀態(tài)的基片，使得不需要額外的清潔， 然而通常需要對(duì)基片進(jìn)行清潔151。例如，可以通過退火或脫氣、通過濺 射退火周期(sputter-annealing cycles )、通ii暴露于特定的氣體例如然后 進(jìn)行退火或者賊射退火周期)、通過利用特定氣體來沖洗(可以在加熱基 片的同時(shí)進(jìn)行)、通過濕刻蝕(例如，在HF中刻蝕)然后在清水或酒精 中清洗并在氮?dú)饬髦懈稍?，來清潔基片。作為示例，可以在多個(gè)步驟中對(duì)GaAs (100)基片進(jìn)行脫氣，在幾 百度的溫度(例如，200。C)在第一背景壓力、接著在400。C在第二背景 壓力(通常較低)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)(例如，2小時(shí)至4小時(shí))。接下來可以例如通過VLS生長(zhǎng)iMt基片122上生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在VLS生長(zhǎng)機(jī)制中，首先將催化粒子形式的成核中心沉積到基片153 上。通常，提供Au粒子，其他合適的催化粒子包括但不限于Pt、 Pd、 Ni及Fe?？梢猿练e與幾個(gè)nm (例如，在0.1 nm至0.5 nm之間)相對(duì)應(yīng) 的量?；梢岳绫患訜徇_(dá)特定的時(shí)間(例如，5分鐘至20分鐘)來 調(diào)整催化粒子的分布、尺寸或形狀。并且，在沉積過程中，可以將基片保 持在升高的溫度。通常，可以通過粒子的汽相沉積來提供催化粒子，例如，通過加熱坩 堝。另選的方式包括但不限于膠體粒子沉積技術(shù)及納米壓印光刻技術(shù)。膠 體幾納米壓印光刻都可以在樣片被傳送到生長(zhǎng)室中之前完成。在生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)時(shí)，通常將基片保持在特定的溫度。典型的生長(zhǎng)溫 度范圍是從室溫至800°C。例如，可以通過在400°C至450°C(例如，420°C ) 的基片溫度將基片暴露于As4束及In束來生長(zhǎng)InAs半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。然而， 也可以通過將基片暴露于As2束及In束來生長(zhǎng)InAs半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，然而，基片溫度;5L/或V/III比或其他參數(shù)可能與As4束不同。將基片暴露于生長(zhǎng)材料154(通常以束或氣體的形式)達(dá)一時(shí)間段(例 如，從幾分鐘至幾小時(shí))。在生長(zhǎng)過程中，將基片暴露于相關(guān)材料的熔劑， 例如可以將生長(zhǎng)材料#^入載氣中。調(diào)整不同的熔劑的特定尺寸155，以達(dá) 到碰撞種類的特定比率。作為示例，對(duì)于InAs生長(zhǎng)，可以設(shè)定在3,5與 5.5之間的V/III比。也可以在生長(zhǎng)過程中調(diào)整或改變特定材料。提供了具有np結(jié)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，這可以通過不同的方式來獲得。在 實(shí)施例中，在生長(zhǎng)過程中例如通過控制并調(diào)整熔劑的成分(例如，通it^ 某一時(shí)間點(diǎn)引入新的種類，并可能切斷給定的其他種類)來提供np結(jié)156。 在其他實(shí)施例中，在生長(zhǎng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之后，例如通過摻雜或沉積附加層來 提供np結(jié)157?？梢栽谙乱徊襟E158中將填充物材料提供到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，并可以將 上電極159提供到填充物材料上。在附加的步驟中，可以將電極接觸到電子電路，可以提供外殼等。并且，可以提供附加的步驟或另選的步驟。例如，在基片是絕緣的或 不充分導(dǎo)電的實(shí)施例中，可以將導(dǎo)體層沉積到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與基片的組合系 統(tǒng)上。在沉積之后，可以進(jìn)行刻蝕步驟。對(duì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上的層的刻蝕的速 率通常比對(duì)沉積在基片上的層的刻蝕的速率高。因此，通過在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 脫離所沉積的材料之后停止刻蝕處理，基片處仍存在材料層，由此提供到 結(jié)構(gòu)的電接觸。盡管結(jié)合特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是不應(yīng)當(dāng)以任何方式解釋為本 發(fā)明限于所示出的示例。應(yīng)當(dāng)根據(jù)所附權(quán)利要求書來解釋本發(fā)明的范圍。 在權(quán)利要求書的上下文中，術(shù)語(yǔ)"包括"或"包含"并不排除其他可能的 要素或步驟。同樣，所提及的"一個(gè)"等也不應(yīng)當(dāng)被解釋為排除多個(gè)。權(quán) 利要求書中對(duì)關(guān)于圖中所指示的要素的標(biāo)號(hào)的使用也不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì) 本發(fā)明的范圍的限制。此外，不同的權(quán)利要求中所提及的單獨(dú)的特征可以 有利地組合，并且在不同的權(quán)利要求中提及這些特征并不排除這些特征的 組合是不可能的且不是有利的。20
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)器件，包括-第一電極；-第二電極，所述第一電極或所述第二電極在第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)是至少部分地透明的；-有源元件，其布置在所述第一電極與所述第二電極之間；該有源元件包含從所述第一電極起沿縱向延伸并與所述第一電極及所述第二電極相接觸的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；該有源元件包含np結(jié)；并且其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的高度沿所述縱向，并且寬度及厚度沿所述縱向的正交方向，并且其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分大體上是板形，其中，在位于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少所述部分的下半部處的部分處，寬度充分地大于厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的器件，其中，所述第一電極是V/III族半導(dǎo) 體基片、VI/II族半導(dǎo)體基片、IV族半導(dǎo)體基片或它們的混合物。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第一電極 是透明導(dǎo)體。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第一電極 是與導(dǎo)電電極或半導(dǎo)電電^目接觸的絕緣體。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第一電極 是具有第一層及至少第二電極的分層基片。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)的至少一個(gè)特征尺度在納米范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)實(shí)質(zhì)上是晶體。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)是V/III族半導(dǎo)體、VI/II族半導(dǎo)體、IV族半導(dǎo)體或它們的混合物。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)在可見范圍內(nèi)的吸收率為至少70%。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)在紅外范圍內(nèi)的吸收率為至少70%。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括具有n導(dǎo)電性的n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的p區(qū)，這些區(qū)形成np結(jié)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的器件，其中，提供n導(dǎo)電性或p導(dǎo)電性 的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)并在其上提供相同導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，并且，在其上提供不同導(dǎo)電性的半導(dǎo)體材料，使得所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括或支持具有n導(dǎo)電性 的區(qū)及具有p導(dǎo)電性的區(qū)以形成np結(jié)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)是n導(dǎo)電性或p導(dǎo)電性的，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鄰接具有n導(dǎo)電性或p導(dǎo) 電性的區(qū)，4吏得所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與該區(qū)形成np結(jié)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)包括具有n導(dǎo)電性的多個(gè)n區(qū)及具有p導(dǎo)電性的多個(gè)p區(qū)，4吏得形成 多個(gè)np結(jié)。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)具有第一晶格常數(shù)，并且所述第一電極具有第二晶格常數(shù)或不具有晶格 常數(shù)，所述第一晶格常數(shù)與所述第二晶格常數(shù)不同。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)具有在0.25 eV至2 eV的范圍內(nèi)的帶隙。
17. 根據(jù)前i^L利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第二電極 是透明導(dǎo)體。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第二電極 是與導(dǎo)電電極或半導(dǎo)電電^W目接觸的絕緣體。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述第二電極 是具有第一層及至少第二層的分層基片。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述有源元件 還包含在第二波長(zhǎng)范圍內(nèi)至少部分地透明的填充物元件。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的器件，其中，所述填充物是 SU-8基聚合物材料。
22. —種制造光學(xué)器件的方法，該方法包括 —提供第一電極；-在所述第一電極上提供成核中心；-沉積至少第一材料，以使得形成從所述第一電^沿縱向延伸的 多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，該方法還包括沉積填充物材料。
24. 4艮據(jù)權(quán)利要求22至23中的任一項(xiàng)所述的方法，該方法還包括 提供第二電極，使得所述多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)布置在其間并與所述第二電^M目 接觸。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22至24中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，利用p型 或n型的第一型導(dǎo)電性的第一區(qū)來^^供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少第一區(qū)，并 且其中，利用p型或n型的第二導(dǎo)電性的第二區(qū)來提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的 至少第二區(qū)，所述第一區(qū)與所述第二區(qū)形成np結(jié)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過在生長(zhǎng)過程中沉積第 一材料來提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少第一區(qū)，并且其中，通過在所述生長(zhǎng) 過程中沉積第二材料來提供所述第二材料。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過沉積第一導(dǎo)電性的第 一材料、接著沉積所述第一導(dǎo)電性的第二材料、接著沉積第二導(dǎo)電性的第 三材料，來提供所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少第一區(qū)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，生長(zhǎng)具有第一型導(dǎo)電性的 所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并在后續(xù)步驟中將所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)摻雜材料，使得形成 摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)是第二型導(dǎo)電性的。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述摻雜是通過涂覆步驟 及可選的加熱步驟來完成的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述摻雜是通過將摻雜劑 注入到所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中來完成的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，生長(zhǎng)具有第一型導(dǎo)電性的 所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并在后續(xù)步驟中利用第二型導(dǎo)電性的材料來涂覆所述半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與涂層之間的界面形成所述np結(jié)。
32. —種由根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項(xiàng)所述的器件所提供的光 伏器件。
33. —種由根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項(xiàng)所述的器件所提供的輻 射探測(cè)器。
34. —種由根據(jù)權(quán)利要求1至21中的任一項(xiàng)所述的器件所提供的發(fā)光器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及光學(xué)器件及其制造方法。在實(shí)施例中，本發(fā)明涉及光伏器件或太陽(yáng)能電池。所述光學(xué)器件包括第一電極及第二電極以及布置在所述第一電極與所述第二電極之間的有源元件。所述有源元件包含從所述第一電極起沿縱向延伸并與所述第一電極及所述第二電極相接觸的多個(gè)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；所述有源元件包含np結(jié)。對(duì)于所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的至少一部分大體上是板形或片形。在實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)特征尺度在納米范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)H01L31/0352GK101636846SQ200780049354
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2007年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者馬丁·奧格森 申請(qǐng)人:哥本哈根大學(xué)