从在两个步骤中获得的氮化过渡金属层生长至少一个纳米线的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体材料的领域并且更特别地涉及半导体纳米线生长的领域。
[0002] 本发明更特别地涉及用于生长至少一个纳米线的方法。
【背景技术】
[0003] 在纳米线生长领域中，已知的是使用成核层如A1N(氮化铝）或TiN(氮化钛）。这 些层可直接通过LPCVD(低压化学气相沉积）或者通过APCVD(大气压化学气相沉积）沉积， 正如文献WO2011/162715中所述的。
[0004] 此文献WO2011/162715说明，如果能够导致生长的晶体衬底的结晶定向在"NaCl类型的面心立方"结构中在方向[111]或者在"六方"结构中沿着轴"c"定向，则半导体纳 米线具有可受到促进的生长。
[0005] 如果衬底不能正确定向，贝1」可能沉积下述这样的A1N或TiN成核层，该成核层的晶 体结构对于具有六方结构的A1N来说将在方向[0001]具有定向优势，并且对于具有面心立 方（cfc)结构的TiN来说将在方向[111]具有定向优势。
[0006] 由此可知，对于纳米线来说生长载体的结晶定向是重要的。在晶体结构的正确方 向上的优势因而应当被优化以促进由此晶体结构开始的纳米线的生长。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供能够改善一个或多个纳米线的成核层的结晶定向的解决 方案。
[0008] 此目的通过至少一个半导体纳米线的生长方法实现，所述生长方法包括在衬底处 形成用于纳米线生长的成核层的步骤，以及纳米线的生长步骤，尤其是，形成成核层的步骤 包括以下步骤：在衬底上沉积选自Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta的过渡金属的层；氮化该过 渡金属层的至少一部分以形成具有旨在用于纳米线生长的表面的氮化过渡金属层。
[0009] 有利地，进行所述过渡金属层的氮化步骤以至少部分地将该过渡金属层的晶体结 构改变为面心立方晶体结构，尤其是[111]定向，或者六方晶体结构，尤其是[0001]定向或 者沿着与氮化过渡金属层相关的轴"C"的方向定向。
[0010] 根据一种特别的实施方案，该氮化步骤包括：第一氮化子步骤，其至少部分地在第 一温度下通过迫使氮化气体在第一流量下注入来进行；第二氮化子步骤，其至少部分地在 小于或等于第一温度的第二温度下通过迫使氮化气体在与第一流量相同或不同的第二流 量下注入来进行。例如，注入的氮化气体是氨气，并且：第一温度为1000°C -1050°c，尤其 等于 1050°C;第一流量是 500*v/8sccm-2500*v/8sccm，尤其等于 1600*V/8sccm;第二温度 是 950°C-1050°C，尤其等于 1000°C;第二流量是 500*V/8sccm-2500*V/8sccm，尤其等于 480*V/8sccm;并且其中V是相应氮化室的以升表示的总容量。
[0011] 可选地，该氮化步骤包括第一氮化子步骤，其至少部分地在第一温度下通过迫使 氮化气体在第一流量下注入来进行；第二氮化子步骤，其至少部分地在大于或等于第一温 度的第二温度下通过迫使氮化气体在与第一流量相同或不同的第二流量下注入来进行。
[0012] 通常，可以考虑第一温度可小于或大于或等于第二温度，并且优选小于或大于第 二温度。
[0013] 根据一种实施方案，该氮化步骤在处于50毫巴-800毫巴、尤其是100毫巴压力下 的氮化室中进行。
[0014] 例如，该纳米线生长步骤在第二氮化子步骤之后进行，或者在第二氮化子步骤的 过程中被引发。
[0015] 优选地，该纳米线生长步骤包括注入Ga的步骤，以形成氮化镓纳米线，所述纳米 线从该成核层的生长表面延伸。
[0016] 有利地，在衬底由硅制成时，沉积过渡金属层的步骤被设置为使得硅在沉积的过 渡金属层中的内扩散（interdiffusion)小于10nm和/或保持至少2nm的未娃化的过渡金 属层的薄片（tranche)。
[0017] 在沉积的过渡金属选自Cr、V或Ti的情况下，所述过渡金属在低于100°C的温度 下沉积。
[0018] 有利地，在衬底基于硅时，沉积过渡金属层的步骤包括用于确定要沉积的过渡金 属层的厚度的预先步骤，包括：根据所用过渡金属和沉积温度确定在未来沉积过渡金属层 的过程中硅在该过渡金属层中的第一扩散长度的步骤；确定在未来氮化过渡金属层的步骤 的过程中硅在该过渡金属层中的第二扩散长度的步骤；所述要沉积的过渡金属层的厚度取 决于氮化过渡金属层的希望厚度以及在未来过渡金属层中由确定的第一和第二扩散长度 获得的硅化过渡金属薄片的厚度。
[0019] 根据该生长方法的一种实施方案，所述方法包括其中提供衬底以使得其具有 lmD?cm-100mD?cm的电阻率的步骤。
[0020] 有利地，该生长方法在沉积过渡金属层之前包括旨在接受过渡金属层的衬底的表 面的脱氧步骤。
[0021] 另外，所述过渡金属层的沉积步骤和氮化步骤优选在生长步骤之前实施。
[0022] 本发明还涉及用于生产光电子器件的方法，所述方法包括：实施该生长方法的步 骤；与衬底相对的纳米线的至少一个末端的第一种类型的电掺杂；在与衬底相对的纳米线 的该末端处形成与第一种类型相反的第二种类型的电掺杂的元件。另外，这种方法还可包 括形成处于纳米线与第二种类型的电掺杂的元件之间的界面处的量子井的步骤。
【附图说明】
[0023] 由以下以非限制性实例方式给出并且在附图中示出的本发明特定实施方案的描 述可以更清楚本发明的其它优点和特性，在附图中：
[0024] -图1是成核层形成步骤的截面图，
[0025] -图2是从成核层开始的至少一个纳米线的成核步骤的截面图，
[0026] -图3表示用于确认在氮化之前和氮化之后在Nb基过渡金属层中存在的晶体结构 类型的X-射线衍射光谱图，
[0027] -图4表示用于确认在氮化之前和氮化之后在Hf基过渡金属层中存在的晶体结构 类型的X-射线衍射光谱图，
[0028] -图5详细表示根据本发明的一种实施方案的氮化步骤的一种实施方式，
[0029] -图6和7表示用于制备成核层的不同步骤，
[0030] -图8表示用于生产光电子器件的方法的特定实施方案，
[0031] -图9详细表示根据本发明的一种实施方案的氮化步骤的另一实施方式。
【具体实施方式】
[0032] 以下描述的方法与现有技术的区别尤其在于成核层在两个步骤中制备，首先是过 渡金属的沉积，然后是这种过渡金属的至少部分氮化。这种特定的步骤顺序使得能够赋予 成核层以更好的旨在生长纳米线的表面。
[0033] 在说明书的其余部分中的术语"微线（microfil) "或"纳米线（nanofil) "优选表 示其纵向尺寸是一个或多个横向尺寸的至少一倍、优选至少五倍并且更优选至少十倍的延 长形状的三维结构。该一个或多个横向尺寸是5nm-2. 5ym。在某些实施方案中，横向尺寸 可小于或等于大约1um，优选100nm-300nm。在某些实施方案中，每个纳米线的高度可以大 于或等于500nm，优选为1ym-50ym。
[0034] 正如图1所示的，用于生长至少一个半导体纳米线的方法包括在衬底1处形成用 于纳米线生长的成核层2的步骤，以及纳米线3生长的步骤（图2)。当然，纳米线3生长的 步骤能够使纳米线从成核层2开始生长。
[0035] 已经给出了基于纳米线生长的实例，但该生长方法并不限于此唯一的实例，并且 使得能够在该生长步骤的过程中从成核层2开始并排生长多个纳米线。
[0036] 由上文可以理解，成核层2的首要功能在于促进该一个或多个纳米线3的成核。另 外，优选选择此成核层2以保护衬底1免于生长过程中的任何可能的劣化（如果衬底由硅 制成并且纳米线由氮化镓制成时可能会有这些情况），和/或保持高温下的良好稳定性（高 于500°C的温度的情况），和/或赋予良好的导电性能，尤其是当希望极化每个纳米线3并 且经衬底1注入电流时。
[0037] 关于衬底1，该方法以非限制性的方法可包括其中提供衬底1以使得其具有lmQ. cm-100mQ.cm的电阻率的步骤。当希望穿过成核层2极化如上所指的纳米线时，这种电阻 率是有利的。
[0038] 首先应当注意，成核层2在下述情况下时能够促进一个或多个纳米线3的生长，也 即在这些纳米线3大多数以基本上垂直于衬底1的方式（图2中所示的轴C)从这个成核 层2生长时。术语"基本上垂直于"是指精确地垂直于或者以上下10°垂直于。尽管如此， 这种上下10°的略微不定向仍然能够确保实施用于制备更为复杂的器件的后续工艺步骤。
[0039] 因而将寻求在该成核层中具有适应纳米线3生长的结晶定向。而且，如果这种结 晶定向是致密的，即占优势的，这些纳米线3的密度则可增大。
[0040] 为此，成核层的形成步骤包括在衬底1上沉积选自Ti(钛）、V(钒）、Cr(铬）、 Zr(锆）、Nb(铌）、Mo(钼）、Hf(铪）、Ta(钽）的过渡金属的层4的步骤，然后是该过渡金 属层的至少一部分的氮化步骤，以形成氮化