配备有过渡金属缓冲层的包含纳米线的电子器件、至少一个纳米线的生长方法以及器件 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体材料的领域并且更特别地设及包含半导体纳米线的器件的领 域。
[0002] 本发明更特别地设及包含衬底、至少一个半导体纳米线和介于该衬底和所述纳米 线之间的缓冲层的器件。
【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(氮化侣）或TiN(氮化铁）。该 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W0 2011/162715中所述的。
[0004] 此文献W0 2011/162715说明，如果能够导致生长的晶体衬底的结晶定向在 "化C1"类型的面屯、立方结构中在方向[111]或者在"六方"结构中在方向[0001]或者沿着 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，则可能沉积下述该样的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W促进由此晶体结构开始的纳米线的生长。
[0007] 而且，成核层不应成为基于纳米线的电致发光纳米二极管的极化的障碍，所述极 化例如通过经由成核层由基材向纳米线注入电子来实施，该纳米线构成纳米二极管的PN 结的N部分。因而必须要找到下述该样的解决方案，对于该解决方案来说该种极化可被优 化，同时在纳米线生长过程中保持或提供新优点。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于提供其纳米线具有良好的结晶定向并且有利地允许该纳米线 的优化极化的器件。
[0009] 此目的通过一种电子器件实现，所述电子器件包含衬底、至少一个半导体纳米线 和介于该衬底和所述纳米线之间的缓冲层，该缓冲层至少部分地由从其延伸出纳米线的氮 化过渡金属层形成，所述氮化过渡金属选自；氮化饥、氮化铭、氮化错、氮化魄、氮化钢，氮化 給或氮化粗，另外，该缓冲层是导电的，W允许该衬底的至少一个导电部分与该纳米线之间 的电接触。
[0010] 有利地，该氮化过渡金属层可W是满足W下条件的过渡金属-氮的化学计量化合 物：
[0011] -该化学计量化合物具有50 %至小于100 %的过渡金属比例，
[0012] -该化学计量化合物具有有利于氮化嫁的外延附生的晶体结构，尤其是面屯、立方 或六方晶体结构，
[0013] -对于氮浓度的容限AN为小于或等于10%。
[0014] 根据一种实施方案，该纳米线由氮化嫁制成。
[0015] 根据一种实施方案，该纳米线的远离衬底的末端根据第一种类型进行电渗杂，并 且该器件包含置于该纳米线的远离衬底的末端处的第二种类型的渗杂的导电元件，W形成 电结（jonction)，尤其是电致发光二极管的结。
[0016] 根据一种优选实施方案，该器件包含处于纳米线与渗杂的导电元件之间的界面处 的量子井。
[0017] 另外，该器件可包含纳米线极化元件W允许在所述纳米线处产生光波。
[0018] 本发明还设及至少一个半导体纳米线的生长方法，包括在衬底上产生至少部分地 由用于纳米线生长的成核层形成的缓冲层的步骤，W及从该成核层生长纳米线的步骤，该 成核层由选自W下的氮化过渡金属的层形成；氮化饥、氮化铭、氮化错、氮化魄、氮化钢，氮 化給或氮化粗。而且，此外，该缓冲层是导电的，W允许该衬底的至少一个导电部分与该纳 米线之间的电接触。
[0019] 根据第一实施方案，该缓冲层由包含氮和选自饥、铭、错、魄、钢、給或粗的过渡金 属的气体混合物气相沉积，尤其是，该缓冲层的沉积在环境温度至400°C的温度下进行。
[0020] 根据第二实施方案，该缓冲层由W下步骤产生；在衬底上沉积选自饥、铭、错、魄、 钢、給或粗的过渡金属的层；氮化沉积的过渡金属层的至少一部分W形成具有旨在用于纳 米线生长的表面的氮化过渡金属层，尤其是，该过渡金属层的沉积在环境温度至400°C的温 度下进行。
[0021] 有利地，并且W通常可应用于该方法的方式，产生该氮化过渡金属层W形成满足 W下条件的过渡金属-氮的化学计量化合物：
[0022] -该化学计量化合物具有50 %至小于100 %的过渡金属比例，
[0023] -该化学计量化合物具有有利于GaN的外延附生的晶体结构，尤其是面屯、立方或 六方晶体结构，
[0024] -对于氮浓度的容限AN为小于或等于10%。
[00巧]根据可应用于第二实施方案的实施方案，进行所述过渡金属层的至少一部分的氮 化步骤，W至少部分地将该过渡金属层的晶体结构改变为面屯、立方晶体结构或者六方晶体 结构，其与氮化过渡金属层相关。
[0026] 有利地，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。
[0027] 根据一种特别的实例，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-105(TC，尤其等于lOOCrC;第二流量是500大 V/8sccm-2500 *V/8sccm，尤其等于500 *V/8sccm;其中V是相应氮化室的W升表示的总 容量。
[0028]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；第二氮化子步骤化2,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。
[0029] 通常地，可W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。
[0030] 优选地，该氮化步骤在处于50毫己-800毫己、尤其是100毫己压力下的氮化室中 进行。
[0031] 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。
[0032] 有利地，该纳米线生长步骤包括注入Ga的步骤，W形成氮化嫁纳米线，所述纳米 线从该成核层的生长表面延伸。
[0033] 根据一种实施方案，在衬底由娃制成时，沉积过渡金属层的步骤被设置为使得娃 在沉积的过渡金属层中的内扩散（interdifTusion)小于lOnm和/或保持至少2nm的未娃 化的过渡金属层的薄片（tranche)。
[0034] 如果沉积的过渡金属选自化或V，则所述过渡金属优选在低于100°C的温度下沉 积。
[00巧]在其中衬底1基于娃的情况下，沉积过渡金属层6的步骤优选包括用于确定要沉 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娃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娃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W及在未来过渡金属层中由确定的第一和第 二扩散长度获得的娃化过渡金属薄片的厚度。
[0036] 根据一种实施方案，该方法可包括其中提供衬底W使得其具有ImQ.cm-lOOmQ. cm的电阻率的步骤。
[0037] 优选地，该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。
[0038] 本发明还设及所述器件的生产方法，包括实施所述生长方法的步骤。
[0039] 该生产方法可有利地包括W下步骤：与衬底相对的纳米线的至少一个末端的第一 种类型的电渗杂；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 的电渗杂的元件。
[0040] 另外，该生产方法可包括形成处于纳米线与第二种类型的电渗杂的元件之间的界 面处的量子井的步骤。
【附图说明】
[0041] 由W下W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W更清楚本发明的其它优点和特性，在附图中：
[0042] -图1示出了根据本发明的电子器件的一种具体实施方案，
[0043] -图2是成核层形成步骤的截面图，
[0044] -图3是从成核层开始的至少一个纳米线的成核步骤的截面图，
[0045]-图4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，
[0046]-图5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，
[0047]-图6详细表示根据本发明的一种实施方案的氮化步骤的一