制造半導(dǎo)體微或納米線的方法、包括所述微或納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造用于形成光電結(jié)構(gòu)(10)的至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線的方法。所述方法包括如此步驟，提供半導(dǎo)體襯底(100)、在所述襯底(100)上形成晶態(tài)的所謂緩沖層(110)，所述緩沖層(110)在部分厚度上具有主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成的第一區(qū)(110)，所述方法還包括在所述緩沖層上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線(150)的步驟。本發(fā)明還涉及包括微或納米線(150)的光電結(jié)構(gòu)(10)，以及能夠制造所述結(jié)構(gòu)(10)的方法。
【專利說明】制造半導(dǎo)體微或納米線的方法、包括所述微或納米線的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法
【背景技術(shù)】【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及電磁輻射的檢測、測量和發(fā)射領(lǐng)域，以及用作電磁輻射檢測、測量和發(fā)射的設(shè)備。
[0002]過去十年打上了光電子和源于光電子的設(shè)備迅猛發(fā)展的烙印。這些設(shè)備采用適用于電磁輻射檢測、測量和發(fā)射的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0003]這些結(jié)構(gòu)包括基于微或納米線的如此半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，檢測和測量時(shí)的電磁輻射接收或電磁輻射發(fā)射均有很高的潛在效率。這些效率也足夠高了，以便能夠設(shè)想這些結(jié)構(gòu)用于光伏應(yīng)用。
[0004]無論這些是否用于電磁輻射檢測、測量或發(fā)射，或光伏應(yīng)用，他們更普遍地被稱為光電結(jié)構(gòu)。
[0005]因此，在本文件的上面和剩余部分中，術(shù)語光電結(jié)構(gòu)指適用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁輻射(或反之亦然)的任何類型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0006]更具體地說，本發(fā)明適用于至少一種半導(dǎo)體微或納米線、發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)、能接受電磁輻射且將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，以及光電結(jié)構(gòu)的制造方法。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)狀態(tài)
[0008]基于微或納米線的半導(dǎo)體光電結(jié)構(gòu)通常包括被提供半導(dǎo)體微或納米線和使得所述的微或納米線電連接的裝置的半導(dǎo)體支撐。所述的每個(gè)微或納米線都有作為半導(dǎo)體結(jié)的有源區(qū)，它能夠?qū)崿F(xiàn)電信號(hào)向電磁輻射的轉(zhuǎn)換，或反之亦然。
[0009]該有源區(qū)必須適用于電磁輻射吸收或發(fā)射，以便能夠?qū)崿F(xiàn)電磁輻射向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，或反之亦然。在這兩種情況下，適用特別要求，微或納米線的每個(gè)有源區(qū)至少部分地由一個(gè)或幾個(gè)直接帶隙半導(dǎo)體材料制成。
[0010]直接帶隙半導(dǎo)體材料意味著如此半導(dǎo)體材料，在所述半導(dǎo)體材料的能量色散圖中價(jià)帶最高能量和導(dǎo)帶最低能量的波矢k值大致相同。
[0011]最常用作光電應(yīng)用的直接帶隙半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體氮化物，例如氮化鎵(GaN)。對(duì)于這種有源區(qū)而言，由于微或納米線的制造方法引起的技術(shù)局限，每個(gè)微或納米線與支撐相連的那部分也要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物制成。
[0012]由此，基于微或納米線和有源區(qū)至少部分地由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物制成的光電結(jié)構(gòu)制造方法，包括實(shí)現(xiàn)在襯底上形成微或納米線方法的步驟，其中與襯底相接觸的微或納米線部分是由半導(dǎo)體氮化物制成。
[0013]形成微或納米線的這種方法通常包括如下步驟:
[0014]提供包括第一和第二面的半導(dǎo)體襯底；
[0015]在襯底的第一面上形成所謂的緩沖層，該層由氮化鋁構(gòu)成；[0016]在緩沖層上形成半導(dǎo)體微或納米線，主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物制成的所述微或納米線的所謂接觸部分，該部分為與緩沖層相接觸的微或納米線部分。
[0017]緩沖層的形成步驟是這樣的步驟，雖然對(duì)于與微或納米線形成的恰當(dāng)步驟相結(jié)合的某些類型襯底而言，該步驟是附加的，然而，它通常用來保證微或納米線的晶態(tài)質(zhì)量。
[0018]緩沖層能夠用來形成襯底晶格和微或納米線晶格之間的晶格兼容，由此減少與異質(zhì)外延相關(guān)的限制。對(duì)于微或納米線生長步驟中用到的某些類型的外延過程而言，它也能夠保護(hù)襯底表面防止該表面和形成微或納米線的某些元素之(例如能夠引起襯底表面上缺陷的鎵(Ga)間可能的相互作用。
[0019]一種已知的具有調(diào)整晶格參數(shù)和保護(hù)襯底作用的方法是用氮化鋁(AlN)形成緩沖層。
[0020]然而，雖然這種緩沖層能夠確保高質(zhì)量微或納米線的形成，沒有任何污染襯底的危險(xiǎn)，但是它也有一些缺點(diǎn)。氮化鋁是具有很大帶隙的半導(dǎo)體，因此它具有很低的電導(dǎo)率，由此它像是半絕緣材料。
[0021]所以，這就是襯底和微或納米線之間的緩沖層為什么不能具有很低的電阻。結(jié)果是采用該緩沖層的光電結(jié)構(gòu)通常有較高的工作電壓。
[0022]而且，氮化鋁緩沖層具有鋁極化的成核表面。理想情況是，氮化鎵微或納米線的生長需要氮極化的成核表面。實(shí)際上，除了氮之外的極化，例如鋁極化，必須嚴(yán)格確定微或納米線的生長條件，以避免形成其他類型的結(jié)構(gòu)，例如棱錐結(jié)構(gòu)。因此，氮化鋁緩沖層的使用需要微或納米線制作方法中漫長且昂貴的校準(zhǔn)過程，這樣形成微或納米線的步驟不會(huì)引起棱錐結(jié)構(gòu)的生長而是微或納米線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明的目的是克服這些缺點(diǎn)。
[0024]本發(fā)明的一個(gè)目的是公布在襯底上制造至少一個(gè)微或納米線的方法，該方法能夠提供至少一個(gè)良好晶態(tài)質(zhì)量和與現(xiàn)有技術(shù)方法獲得的微或納米線電阻相比具有更低電阻的微或納米線，不用顧慮用作微或納米線形成步驟的外延生長方法。
[0025]本發(fā)明的另一個(gè)目的是修飾制造至少一個(gè)氮化物半導(dǎo)體微或納米線的方法，其包括在氮極化成核表面上形成微或納米線的步驟，與利用之前技術(shù)方法獲得的微或納米線相t匕，襯底與該微或納米線之間的電阻相對(duì)有所下降。為此，本發(fā)明涉及制造用于形成光電結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線的方法，所述方法包括如下步驟:
[0026]提供包括第一和第二面的半導(dǎo)體襯底；
[0027]在襯底的第一面上形成晶態(tài)層，稱為緩沖層，該緩沖層在至少部分厚度上具有與第二面相接觸的第一區(qū)，該第一區(qū)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成；
[0028]在緩沖層上形成至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線，所述微或納米線的至少一個(gè)部分，稱為接觸部分，主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，所述部分是與緩沖層相接觸的微或納米線部分。
[0029]“主要由氮化鎂構(gòu)成”指包括氮化鎂比例大于或等于95%的構(gòu)成，該比例優(yōu)先大于99%。
[0030]“主要由材料構(gòu)成”也意味著包括所述材料比例大于或等于95%的構(gòu)成，該比例優(yōu)先大于99%。
[0031]由于主要由MgxNy形式氮化鎂構(gòu)成的區(qū)域的存在，及其晶態(tài)質(zhì)量，與半導(dǎo)體襯底，例如硅或碳化硅襯底相比，這種緩沖層能夠使得主要由半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成的至少一個(gè)微或納米線的成長具有良好的晶格參數(shù)匹配，由此，至少一個(gè)微或納米線的成長晶態(tài)缺陷濃度很低。此外，因?yàn)樵搶拥慕麕∮谥凹夹g(shù)中所用緩沖層，所以，與之前技術(shù)中使用的緩沖層相比，該層的層間電阻更低。由此，該層能夠使得制造結(jié)構(gòu)中微或納米線的極化電壓很低，每個(gè)微或納米線和緩沖層之間的層間電阻很低。
[0032]此外，當(dāng)微或納米線具有多數(shù)載流子是電子的第一導(dǎo)電類型時(shí)，緩沖層中氮的相對(duì)比例能夠得以控制，以便緩沖層具有與微或納米線相同的導(dǎo)電類型。
[0033]該緩沖層還允許成核表面的附屬物用于微或納米線的形成，它是氮極化，且因此特別適應(yīng)于半導(dǎo)體氮化物微或納米線的生長。
[0034]微或納米線的接觸部分能夠由氮化鎵構(gòu)成。
[0035]在成核表面上形成微或納米線時(shí)，該方法尤其適合提供氮化鎵微或納米線，其中成核表面顯示氮極化，這尤其適合制造微或納米線，即線型結(jié)構(gòu)。
[0036]實(shí)際上，顯示這種極化的成核層允許獲得線型的微或納米線結(jié)構(gòu)，而不是棱錐型的。由此，這種線型結(jié)構(gòu)或微或納米線示出至少一個(gè)沿m晶面的豎直部分。沿m晶面的豎直部分能夠置于與成核層相接觸的線部分的持平位置上。位于與緩沖層相接觸表面上的微或納米線的接觸部分能夠顯現(xiàn)出氮極化。
[0037]在緩沖層形成步驟中，緩沖層主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
[0038]由此，在緩沖層形成步驟之后，與襯底第一面相對(duì)的緩沖層表面適合微或納米線的生長，不必形成緩沖層的另一個(gè)區(qū)。
[0039]在緩沖層形成步驟中，緩沖層沿其厚度方向至少具有一個(gè)第二區(qū)，其包括襯底第一面相反的緩沖區(qū)表面，所述第二區(qū)主要由氮化鎂之外的其他直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，且實(shí)際優(yōu)選其構(gòu)成與微或納米線的接觸部分相同。
[0040]這種包括緩沖層表面的第二區(qū)能夠提供與形成微或納米線接觸部分材料有良好晶格兼容性的生長表面，由此限制了微或納米線形成步驟中，在微或納米線中產(chǎn)生晶態(tài)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。該第二區(qū)還具有與幾乎等濃度的多數(shù)載流子的微或納米線相同的導(dǎo)電類型，這限制了所述區(qū)和微或納米線之間的層間電阻。
[0041]緩沖層形成步驟是形成厚度在I和IOOnm之間的層的步驟，厚度優(yōu)選在2和10nm。
[0042]這種厚度的緩沖層能夠提供相對(duì)半導(dǎo)體襯底良好的晶格兼容性。這種厚度還限制了采用例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)生長步驟的微或納米線制造方法中的襯底污染風(fēng)險(xiǎn)。
[0043]在緩沖層形成步驟中，第一區(qū)主要由Mg3N2形式的氮化鎂構(gòu)成，優(yōu)選單晶。
[0044]由鎂和氮形成的這種構(gòu)成能夠提供很高晶態(tài)質(zhì)量的緩沖層，用于微或納米線生長。進(jìn)而，這種質(zhì)量的緩沖層能夠提供具有恰當(dāng)?shù)亩鄶?shù)載流子類型和濃度的微或納米線。相似地，單晶緩沖層提供了沿與緩沖層晶面直接相關(guān)的給定方向上微或納米線的生長。
[0045]緩沖層的形成步驟是形成多數(shù)載流子是電子的導(dǎo)電層的步驟，所述半導(dǎo)體氮化物至少形成與緩沖層相同導(dǎo)電類型的接觸部分。
[0046]在至少一個(gè)微或納米線的形成步驟中，形成至少接觸部分的半導(dǎo)體氮化物可從包含氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化銦鎵型InxGai_xN，其中x在O和I之間，以及氮化鎵鋁型AlxInyGa1^N,其中x+y在O和I之間的組中選擇。
[0047]這些半導(dǎo)體氮化物能夠形成適合從紫外至遠(yuǎn)紅外范圍內(nèi)的電磁輻射檢測、測量或發(fā)射的微或納米線。
[0048]至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線的形成步驟包括如下子步驟:
[0049]在緩沖層上沉積所謂的掩膜層，形成掩膜層的材料適于使緩沖層上半導(dǎo)體氮化物能夠選擇性生長，在適宜的半導(dǎo)體氮化物的外延沉積中，掩膜層上沒有任何沉積；
[0050]在掩膜層中形成至少一個(gè)通向緩沖層的開口 ；
[0051]利用選擇性外延沉積，在每個(gè)開口中形成微或納米線。
[0052]相對(duì)于襯底和該襯底中形成的其他結(jié)構(gòu)而言，形成至少一個(gè)微或納米線的這個(gè)步驟使得可能控制每個(gè)微或納米線位置的選擇性的和完美控制的生長成為可能。
[0053]本發(fā)明還涉及為發(fā)射電磁輻射而設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:
[0054]包括第一面和第二面的半導(dǎo)體襯底；
[0055]與第一面相 接觸的晶態(tài)緩沖層；
[0056]至少一個(gè)與緩沖層相接觸的半導(dǎo)體微或納米線，主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成的所述微或納米線的至少一個(gè)所謂的接觸部分，所述接觸部分是與緩沖層相接觸的微或納米線的部分，微或納米線還具有極化時(shí)適宜發(fā)射電磁輻射的有源區(qū)；
[0057]使得微或納米線導(dǎo)的電連接適于極化微或納米線及其有源區(qū)的裝置；
[0058]緩沖層在至少部分厚度具有與襯底第二面相接觸的第一區(qū)，第一區(qū)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
[0059]由此，因?yàn)槊總€(gè)微或納米線良好的晶態(tài)性能，該結(jié)構(gòu)能夠具有良好的發(fā)射效率，然而，因?yàn)槊總€(gè)微或納米線和襯底之間的電阻很低，該結(jié)構(gòu)具有比現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)更低的運(yùn)作電源。
[0060]本發(fā)明還涉及能夠接收電磁輻射且能將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括:
[0061]包括第一面和第二面的半導(dǎo)體襯底；
[0062]與第一面相接觸的晶態(tài)緩沖層；
[0063]至少一個(gè)與緩沖層相接觸的半導(dǎo)體微或納米線，由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成的所述微或納米線的至少一個(gè)所謂的接觸部分，所述接觸部分是與緩沖層相接觸的微或納米線的部分，微或納米線還具有適宜接收電磁輻射且將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的有源區(qū)；
[0064]適宜使得微或納米線能夠?qū)щ娺B接以便追蹤電信號(hào)的導(dǎo)電連接裝置；
[0065]緩沖層在至少部分厚度具有與襯底第二面相接觸的第一區(qū)，第一區(qū)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
[0066]由此，因?yàn)槊總€(gè)微或納米線良好的晶態(tài)性能，該結(jié)構(gòu)具有良好的載流子生光效率，以便電磁輻射的檢測和/或測量，因?yàn)槊總€(gè)微或納米線和襯底之間的電阻很低，電磁輻射可能具有比現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)更低的損耗。
[0067]本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明制造光電結(jié)構(gòu)的方法，所述制造方法包括如下步驟:
[0068]根據(jù)本發(fā)明制造微或納米線的方法形成至少一個(gè)微或納米線；
[0069]形成微或納米線的導(dǎo)電連接方法。[0070]因?yàn)槊總€(gè)微或納米線具有良好的晶態(tài)質(zhì)量，且具有較低的工作電壓，所以該方法能夠?qū)崿F(xiàn)具有良好效率的光電結(jié)構(gòu)，由于主要由氮化鎂構(gòu)成的第一區(qū)的存在，襯底和微或納米線之間的層間電阻較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0071]在閱讀下面的僅供參考且不受限制的示例實(shí)施例后，本發(fā)明將得到更好的理解，參照附圖上:
[0072]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；
[0073]圖2A至2F示出了制造圖1中所示半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的各種步驟；
[0074]圖3A至3F示出了制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)第二個(gè)實(shí)施例中的各種步驟；
[0075]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)可能性的微米線。
[0076]各個(gè)圖形中相同、相似或相等的部分由相同的數(shù)字參考進(jìn)行標(biāo)記，以方便不同圖形間的比較。
[0077]為了是圖形更加易讀，圖中所示的不同部分不必同等比例地畫出來。
【具體實(shí)施方式】
[0078]圖1示意地示出了根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10，其適宜發(fā)射電磁輻射。
[0079]該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10包括:
[0080]第一極化電極171 ；
[0081]包括第一面和第二面100a、b的半導(dǎo)體襯底100，第二面與第一極化電極171相連；
[0082]與襯底100的第一面IOOa相接觸的所謂緩沖層110 ；
[0083]與緩沖層110相接觸的掩膜層120，掩膜層120具有三個(gè)開口 121 ；
[0084]三個(gè)半導(dǎo)體微或納米線150都是通過一個(gè)開口 121與緩沖層110相接觸，每個(gè)微或納米線150包括與緩沖層110相接觸的稱作接觸部分的部分151，與接觸部分151相接觸的有源區(qū)152，以及與有源區(qū)152相接觸的稱作極化部分的部分153。
[0085]極化電極172與每個(gè)微或納米線150在極化部分153處相接觸。
[0086]在本文件的上面和剩余部分中，術(shù)語半導(dǎo)體納或微米線指三維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中兩維具有相同的數(shù)量級(jí)，在5nm和2.5 μ m之間，第三維比其他兩維的最大值還要大至少10倍。
[0087]襯底100是半導(dǎo)體襯底，例如由碳化硅、藍(lán)寶石或鍺構(gòu)成的硅襯底。襯底100大概
是平面。
[0088]襯底100具有第一導(dǎo)電類型。襯底100具有高濃度的多數(shù)載流子，以此來限制與襯底100和納或微米線之間的電阻有關(guān)的電損耗。
[0089]由此，根據(jù)圖1所示的實(shí)施例，其中襯底100是硅襯底，導(dǎo)電類型是大部分載流子是電子，多數(shù)載流子的濃度能夠選為IO19cnT3量級(jí)。
[0090]襯底100的第二面IOOb與第一金屬電極171相接觸。
[0091]第一電極171是導(dǎo)電層,它沿襯底100的第二面IOOb延伸。第一電極171由適于襯底100導(dǎo)電類型的導(dǎo)電材料構(gòu)成，以此產(chǎn)生襯底100和第一電極171之間的歐姆接觸。在圖1所示的實(shí)施例中，襯底100由硅構(gòu)成，其中多數(shù)載流子是電子，形成第一電極100的材料例如是硅化鎳NiS1、鋁Al或鈦Ti。
[0092]襯底100的第一面IOOa與緩沖層110相接觸。
[0093]緩沖層110是半導(dǎo)體層，沿襯底100的第二面IOOa延伸。緩沖層110主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成，換句話說，它是由至少95%氮化鎂構(gòu)成。緩沖層110是晶態(tài)層，優(yōu)選單晶。緩沖層110的厚度在I和IOOnm之間，優(yōu)選在I和IOnm之間。
[0094]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，緩沖層110主要由Mg3N2形式的氮化鎂構(gòu)成。
[0095]為了限制緩沖層110和襯底100之間的層間電阻，襯底100具有第一導(dǎo)電類型。在該第一個(gè)實(shí)施例中，第一導(dǎo)電類型是如下類型，其中多數(shù)載流子是電子，有額外部分的氮，由此緩沖層中多數(shù)載流子的濃度至少等于lX1018cm_3。
[0096]緩沖層具有氮極化(由于其面與襯底100是相對(duì)的)。
[0097]這允許獲得氮化物半導(dǎo)體微或納米線的生長，例如，氮化鎵。線是豎直結(jié)構(gòu)，它包括沿m晶面的豎直部分。由此，豎直部分能夠是與緩沖層110相接觸的部分。掩膜層120延伸至緩沖層110的表面，它與襯底100是相對(duì)的。掩膜層120主要由某種材料構(gòu)成，在其上面構(gòu)成微或納米線150的元素不是在外延沉積中被沉積的。形成微或納米線150掩膜層120的材料可以是砷化鎵(GaAs)、氮化硅(SiN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或二氧化硅(SiO2)。掩膜層120的厚度可以在I至50nm之間。
[0098]掩膜層120包括 三個(gè)貫穿的開口 121，每個(gè)開口 121均在緩沖層110表面上開口。開口 121的形狀近似為圓形，其直徑選擇為微或納米線150直徑的函數(shù)。
[0099]每個(gè)開口 121包含一個(gè)微或納米線150。
[0100]每個(gè)微或納米線150都是沿與緩沖層110表面大致垂直方向上延長的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。通常，每個(gè)微或納米線150都要延長，其形狀為圓柱形。每個(gè)微或納米線150的直徑選擇為包含它們?cè)趦?nèi)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的應(yīng)用函數(shù)。例如，在圖1所示的實(shí)施例中，每個(gè)微或納米線150的直徑都在IOOnm和5 μ m之間。
[0101]每個(gè)微或納米線150的高度比微或納米線150的直徑大至少10倍，在I和50 μ m之間。
[0102]每個(gè)微或納米線150包括與緩沖層110表面相接觸的接觸部分151。
[0103]從圖1中可見，每個(gè)接觸部分151代表相應(yīng)微或納米線150的主要部分。每個(gè)接觸部分151主要由第一導(dǎo)電類型的直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成。其中構(gòu)成接觸部分151的半導(dǎo)體氮化物適宜作為包括微或納米線150的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的應(yīng)用功能。
[0104]由此，在圖1中所示的實(shí)施例中，每個(gè)接觸部分151由氮化鎵構(gòu)成，其多數(shù)載流子濃度在IxlO18和5X1018cm_3之間?；谀繕?biāo)應(yīng)用，每個(gè)接觸部分151的構(gòu)成材料可從包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)和x在O和I之間的InxGapxN型氮化銦鎵，以及x+y在O和I之間的氮化鎵招型AlxInyGa1^N的組中選擇。
[0105]每個(gè)有源區(qū)152與相對(duì)應(yīng)的微或納米線150的接觸部分151相接觸。每個(gè)有源區(qū)152是通過相對(duì)應(yīng)的接觸部分151的邊緣部分和端部覆蓋接觸部分151的層，所述接觸部分151的端部是與緩沖層110相對(duì)的端部。有源區(qū)152與相對(duì)應(yīng)的接觸部分151的一個(gè)端部和外圍同時(shí)接觸，它們的這種配置成為殼型。[0106]有源區(qū)152至少部分地由與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成。
[0107]由此，每個(gè)有源區(qū)152與相對(duì)應(yīng)的接觸部分151形成半導(dǎo)體結(jié)。有源區(qū)152可包括例如多量子阱的限域工具，以此提高每個(gè)微或納米線的發(fā)射效率。
[0108]在圖1中所示的實(shí)施例中，有源區(qū)152由InxGahN形式的鎵和氮化銦構(gòu)成。根據(jù)本實(shí)施例，多量子阱通過有源區(qū)152的厚度，交替銦In和鎵Ga這兩個(gè)不同的相關(guān)組合而獲得。在該實(shí)施例中，每個(gè)有源區(qū)152的多數(shù)載流子的濃度在IxlO16和lX1018cm_3之間，且可沿厚度方向進(jìn)行變化。
[0109]有源區(qū)152是行業(yè)技術(shù)人員眾所周知的，所以不在本實(shí)施例中做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0110]每個(gè)有源區(qū)152圍繞其周圍與相對(duì)應(yīng)的微或納米線的極化部分153相接觸。
[0111]極化部分153使相對(duì)應(yīng)的微或納米線150能夠接觸，還作為如此情況下的電子阻擋層，其中結(jié)構(gòu)10是適宜電磁輻射輻射的結(jié)構(gòu)。
[0112]該電子阻擋層功能使得定位有源區(qū)152中的電子空穴復(fù)合，以增加每個(gè)微或納米線150的發(fā)射效率成為可能。
[0113]極化部分153優(yōu)選主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成。每個(gè)極化部分153都是第二導(dǎo)電類型。在每個(gè)極化部分153中多數(shù)載流子的濃度在IxlO17和lxl018cm_3之間。
[0114]在圖1所示的實(shí)施例中，極化部分153，也作為電子阻擋層，包括由氮化鋁鎵(AlGaN)構(gòu)成，且與有源區(qū)152相接觸的第一區(qū)153a。
[0115]根據(jù)本實(shí)施例，每個(gè)極化部分153還包括與極化部分153的第一區(qū)153a相接觸，由氮化鎵(GaN)構(gòu)成的第二區(qū)153b，由此提供第二電極172和有源區(qū)之間良好的導(dǎo)電接觸。
[0116]通過第二區(qū)153b，每個(gè)極化部分153都與第二電極172相接觸，使每個(gè)微或納米線150都能極化。
[0117]第二電極172適宜使每個(gè)微或納米線150在它們的極化部分153處都能極化，還允許由微或納米線153發(fā)射或接受的電磁輻射通過。
[0118]采用從兩個(gè)不同的臺(tái)階形成的第二電極可獲得這兩個(gè)功能(未示出)，由薄的且至少部分透明的導(dǎo)電層形成的，使得與微或納米線的所有極化部分相接觸的第一臺(tái)階，以及僅覆蓋小部分導(dǎo)電層表面，例如為梳形的第二分布臺(tái)階。為了減小串聯(lián)電阻，第二分布臺(tái)階的厚度高于形成第一臺(tái)階導(dǎo)電層的厚度。
[0119]根據(jù)該配置，第一臺(tái)階可由鎳-金(N1-Au)或氧化銦錫(ITO)形成。該配置的第二臺(tái)階可由鎳-金形成。
[0120]第二電極和第一電極一起形成連接微或納米線150的工具，適宜極化每個(gè)微或納米線150和它們的有源區(qū)153。
[0121]采用圖2A至2F中所示的制作方法等，能夠獲得這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。
[0122]根據(jù)第一實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法包括如下步驟:
[0123]提供半導(dǎo)體襯底100;
[0124]在襯底100的第二面上形成第一電極171，圖2A至2F中未示出；
[0125]如圖2A中所示形成緩沖層110，緩沖層110主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成，所述層是晶態(tài)的；[0126]沉積掩膜層120 ；
[0127]如圖2B中所示，形成穿過掩膜層120的開口 121，開口 121的形成可由光刻子步驟和蝕刻子步驟的組合來獲得；
[0128]如圖2C至2E中所示，在開口 121中形成微或納米線150 ；
[0129]如圖2F中所示，形成與微或納米線150的每個(gè)極化部分153相接觸的第二電極172。
[0130]根據(jù)沉積方法，例如金屬有機(jī)氣相外延、分子束外延、混合氣相外延或活性陰極濺射，采用至少一個(gè)外延沉積子步驟，實(shí)現(xiàn)形成緩沖層110的步驟。
[0131]緩沖層110的沉積方法選作緩沖層110所需的化學(xué)計(jì)量的函數(shù)。由此，對(duì)于Mg3N2型化學(xué)計(jì)量，沉積方法可從例如金屬有機(jī)氣相外延、分子束外延和混合氣相外延的沉積方法中選擇。對(duì)于MgxNy型化學(xué)計(jì)量，沉積方法采用固體鎂目標(biāo)，例如活性陰極濺射和反應(yīng)激光燒蝕。
[0132]微或納米線150的形成步驟可由外延沉積子步驟完成，以便依次形成每個(gè)微或納米線的接觸部分151、有源區(qū)152和極化部分153。
[0133]這些外延沉積子步驟可利用沉積方法，例如金屬有機(jī)氣相外延、分子束外延和混合氣相外延。因?yàn)檫@些子步驟是行業(yè)技術(shù)人員眾所周知的，所以將不在本實(shí)施例中做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0134]圖3A至3F示出了根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的形成方法。該結(jié)構(gòu)不同于根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫彌_層110包括主要由半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成的第二區(qū)112，所述第二區(qū)112包括與襯底100的第一面IOOa相對(duì)的緩沖層110的表面。
[0135]根據(jù)該第二個(gè)實(shí)施例的緩沖層110包括穿過其厚度，與襯底100的第二面IOOa相接觸的第一區(qū)111，以及包括緩沖層110表面的第二區(qū)112。
[0136]緩沖層110的第一區(qū)111與根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的緩沖層110具有相同的性能。
[0137]緩沖層110的第二區(qū)112主要由第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成。為了優(yōu)化微或納米線150形成步驟中微或納米線150的生長，緩沖層110的這個(gè)第二區(qū)具有與微或納米線150的接觸部分151大致相同的成份。緩沖層110的第二區(qū)112的厚度在Inm至I μ m之間，優(yōu)選IOOnm的量級(jí)。
[0138]如圖3A和3B中所示，因?yàn)榫彌_層110的形成步驟包括緩沖層110沉積中沉積材料的改變，以便依次形成第一和第二區(qū)111、112，所以根據(jù)第二個(gè)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法與根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法不同。如圖3C至3F中所示，制作方法中剩下的步驟與根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例制造結(jié)構(gòu)方法中的步驟相同。
[0139]圖4示出了發(fā)明的一種可能，其中微或納米線的有源區(qū)152*是軸向式有源區(qū)152*，而不是殼型有源區(qū)。這些有源區(qū)152*與根據(jù)前述兩個(gè)實(shí)施例的有源區(qū)不同，因?yàn)樗鼈冄叵鄬?duì)應(yīng)接觸部分的延伸方向分布，且所述有源區(qū)152*和相對(duì)應(yīng)接觸部分151之間的接觸僅在接觸部分151的端部。
[0140]根據(jù)這種可能性，每個(gè)極化部分153*也沿相對(duì)應(yīng)接觸部分151和有源區(qū)152*的延伸方向分布，每個(gè)極化部分153*和相對(duì)應(yīng)有源區(qū)152*之間的接觸僅只在有源區(qū)152*的端部處。
[0141]根據(jù)這種可能制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的方法和根據(jù)第一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法之間僅有的區(qū)別在于微或納米線的形成步驟，其適宜包括軸向式有源區(qū)的微或納米線的形成。
[0142]在上述各種實(shí)施例或可能中，微或納米線150是采用有開口 121的掩膜層120，通過選擇性生長而獲得的微或納米線。然而，在不偏離本發(fā)明的范圍下，借由催化劑或自組織生長，通過局部生長也能夠形成微或納米線150。
[0143]雖然上述各種實(shí)施例或可能性對(duì)于適宜發(fā)射電磁輻射的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10是可行的，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員很容易地就能夠?qū)υ摪雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)10修改，用來接收電磁輻射和將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。通過修改每個(gè)微或納米線150的有源區(qū)152和將恰當(dāng)?shù)臉O化加載到半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)修改。實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的修改，以形成用于電磁輻射測量或檢測的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10，或用于光伏應(yīng)用的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10?？稍诓怀霰景l(fā)明的范圍下，進(jìn)行這些修改。
[0144]雖然在上述不同實(shí)施例和可能性中第一導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子是電子，但是在不超出本發(fā)明的范圍下，第一導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子可能是空穴，在這種情況下，第二導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子是電子。
【權(quán)利要求】
1.用于形成光電結(jié)構(gòu)(10)的至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線(150)的制造方法，其中，所述制造方法包括以下步驟: 提供包括第一和第二面(100a，b)的半導(dǎo)體襯底(100)； 在所述襯底(100)的所述第一面(IOOa)上形成稱為緩沖層的晶態(tài)層，所述緩沖層(110)在至少部分厚度上具有與所述第二面(IlOa)相接觸的第一區(qū)(110，111)，所述第一區(qū)(110，111)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成； 在所述緩沖層(110)上形成所述至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線(150)，所述微或納米線(150)的至少一個(gè)部分(151)稱為接觸部分，主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，所述部分(151)是所述微或納米線(150)的與所述緩沖層(110)接觸的部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述微或納米線的所述接觸部分由氮化鎵構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，在所述緩沖層的形成步驟中形成的緩沖層(Iio)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，在所述緩沖層(110)的形成步驟中，所述緩沖層(110)沿其厚度方向至少具有一個(gè)第二區(qū)(112)，所述第二區(qū)(112)包括與所述襯底(100)所述第一面(IOOa)相反的緩沖區(qū)(110)表面，所述第二區(qū)(112)主要由氮化鎂之外的直接帶隙半 導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，且優(yōu)選具有與所述微或納米線(150)的所述接觸部分(151)實(shí)際上相同的成份。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的制造方法，其中，所述緩沖層(110)的形成步驟是形成厚度在I和IOOnm之間的層的步驟，所述厚度優(yōu)選在2和IOnm之間。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的制造方法，其中，在所述緩沖層(110)的形成步驟中，所述第一區(qū)主要由Mg3N2形式的氮化鎂構(gòu)成，優(yōu)選單晶。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的制造方法，其中，所述緩沖層(110)的形成步驟是形成多數(shù)載流子是電子的導(dǎo)電層的步驟，所述半導(dǎo)體氮化物至少形成具有與所述緩沖層(110)相同的導(dǎo)電類型的所述接觸部分(151)。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的制造方法，其中，在至少一個(gè)微或納米線(150)的形成步驟中，形成至少所述接觸部分(151)的所述直接帶隙半導(dǎo)體氮化物是從包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、其中x在O和I之間的氮化銦鎵型InxGal_xN、和其中x+y在O和I之間的氮化鎵招型AlxInyGal_x_yN的組中選擇。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的制造方法，其中，所述至少一個(gè)半導(dǎo)體微或納米線(150)的形成步驟包括如下子步驟: 在所述緩沖層(110)上沉積所謂的掩膜層(120)，形成所述掩膜層(120)的材料適于在所述半導(dǎo)體氮化物的合適的外延沉積期間，在所述緩沖層(110)上使所述半導(dǎo)體氮化物能夠選擇性生長而在所述掩膜層(120)上沒有任何沉積； 在所述掩膜層(120)中形成至少一個(gè)通向所述緩沖層(110)的開口(121)； 利用選擇性外延沉積，在每個(gè)開口(121)中形成微或納米線(150)。
10.為發(fā)射電磁輻射而設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(10)，包括: 包括第一面和第二面(100a，b)的半導(dǎo)體襯底(100)； 與所述第一面(IOOa)相接觸的晶態(tài)緩沖層(110)；至少一個(gè)與所述緩沖層(110)相接觸的半導(dǎo)體微或納米線(150)，所述微或納米線(150)的至少一個(gè)所謂的接觸部分(151)主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，所述接觸部分(151)是所述微或納米線(150)的與所述緩沖層(110)相接觸的部分，所述微或納米線(150)還具有適于在極化時(shí)發(fā)射電磁輻射的有源區(qū)(152)； 使得所述微或納米線(150)的電連接適于極化所述微或納米線(150)及其有源區(qū)(152)的裝置，； 其中，所述緩沖層(110)在至少部分厚度上具有與所述襯底的所述第二面(IOOb)相接觸的第一區(qū)(110，111)，所述第一區(qū)(110，111)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
11.能夠接收電磁輻射且能將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(10)，所述結(jié)構(gòu)(10)包括: 包括第一面和第二面(100a，b)的半導(dǎo)體襯底(100)； 與所述第一面(IOOa)相接觸的晶態(tài)緩沖層(110)； 至少一個(gè)與所述緩沖層(110)相接觸的半導(dǎo)體微或納米線(150)，所述微或納米線的至少一部分稱為接觸部分(151)，主要由直接帶隙半導(dǎo)體氮化物構(gòu)成，所述接觸部分(151)是所述微或納米線(150)的與所述緩沖層(110)相接觸的部分，所述微或納米線(150)還具有適于接收電磁輻射且將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的有源區(qū)(152)； 適于使得所述微或納米線(150)能夠電連接以便追蹤所述電信號(hào)的電連接裝置； 其中，所述緩沖層(110)在至少部分厚度上具有與所述襯底(100)的所述第二面(IOOa)相接觸的第一區(qū)，所述第一區(qū)(110，111)主要由MgxNy形式的氮化鎂構(gòu)成。
12.制造光電結(jié)構(gòu)(10)的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)是根據(jù)權(quán)利要求10或11的結(jié)構(gòu)，所述制造方法包括如下步驟: 根據(jù)權(quán)利要求1的制造微或納米線(150)的方法形成至少一個(gè)微或納米線(150)； 形成用于所述微或納米線(150)的電連接裝置。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK104011883SQ201280063612
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月20日
【發(fā)明者】阿梅利耶·迪賽涅, 菲利普·吉萊, 弗朗索瓦·馬丁 申請(qǐng)人:法國原子能及替代能源委員會(huì)