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_2

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种实施方式,
[0048]-图7和8表不用于制备成核层的不同步骤,
[0049]-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】
[0050]W下所述的器件与现有技术的不同之处尤其在于所使用的并且介于纳米线和衬 底之间的材料。
[005。 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=维结构。该一个或多个横向尺寸是5nm-2.Sum。在某些实施方案中,横向尺寸 可小于或等于大约1ym,优选100nm-300nm。在某些实施方案中,每个纳米线的高度可W大 于或等于500皿,优选为1ym-50ym。
[0052]如图1中所示,电子器件4包含衬底1、至少一个半导体纳米线2和介于衬底1和 所述纳米线2之间的缓冲层3。缓冲层3至少部分地由从其延伸出纳米线2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。术语"延伸"是指纳米线2具有在两个纵向末端2a、化之间限定的长度,第一纵向末端 2a与该氮化过渡金属层接触,而第二纵向末端化远离该氮化过渡金属层。优选地,第二纵 向末端化在该氮化过渡金属层的远端。
[0053] 该种氮化过渡金属层的选择使得能够赋予所述氮化过渡金属层W金属类型的导 电特性和陶瓷类型的耐火性。在原理上相互对抗性的该些(金属/耐火性)性能可通过上 述的氮化过渡金属实现。实际上,耐火性可通过其烙点与大于大约1800°C的温度相关的材 料实现,对于W上所针对的过渡金属氮化物来说就是该种情况。另外,该种氮化过渡金属层 有利地能够起到纳米线生长过程中的成核层的作用,W获得沿着基本上垂直于衬底1的轴 C定向的纳米线。术语"基本上垂直于"是指精确地垂直于或者W上下10°垂直于。尽管 如此,该种上下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。
[0054] 鹤尽管与铭和钢处于口捷列夫周期表中的同一族,但其被排除在该清单之外,因 为其在高温下具有不足的稳定性特性,该不能使纳米线有效生长。换言之,如果氮化过渡金 属层基于鹤的话,该种器件4将无法获得,或者将具有极大的缺陷。
[00巧]而且,氮化铁也被排除在外,因为在其沉积的过程中,其会引起层结构中的缺陷, 使得无法实现纳米线的最佳生长。由此,器件4将会有更大的可能性是有缺陷的。
[0056] 尤其是,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:
[0057]-该化学计量化合物具有50 %至小于100 %的过渡金属比例,
[0058]-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,
[0059] -对于氮浓度的容限AN为小于或等于10% (目P,该化学计量化合物的最小氮浓 度和最大氮浓度的差小于或等于10%,该个值在本领域中也被称作化学计量偏差),该个 容限使得能够确保该化学计量化合物的化学和热稳定性。
[0060] 对于基于Zr的化合物,所考虑的化合物是cfc结构的一氮化物ZrN,其具有 40% -50%的N浓度。
[00川对于基于Hf的化合物,所考虑的化合物是六方结构的町馬(氮浓度为40% )W及cfc结构的HfN(N浓度为42. 8% -52. 8% )。
[0062]对于基于V的化合物,所考虑的化合物是六方结构的VsN(氮浓度为27 % -32 % ), W及cfc结构的VN(N浓度为41. 9% -50% )。
[0063] 对于基于Nb的化合物,所考虑的化合物是六方结构的NbaN(氮浓度是 30 % -34 % ),六方结构的Nb4Ns(N浓度是42 % -45 % ),W及六方或cfC结构的NbN(氮浓 度是 48% -51.4% )。
[0064] 对于基于化的化合物,所考虑的化合物是六方结构的TasN(氮浓度是25 %-33 %) W及六方或cfc结构的TaN(N浓度是48% -50% )。
[0065] 对于基于化的化合物,所考虑的化合物是六方结构的化2NW及六方结构的化N。
[0066] 对于基于Mo的化合物,所考虑的化合物是六方结构的M02NW及六方或cfc结构 的MoN。
[0067] 对于其中金属浓度接近50%的一氮化物,可在一定程度上变化氮浓度,同时保持 化合物的稳定状态;该种变化被记为AN(对应于W上所针对的小于或等于10%的范围)。 如果an过大,则相关结构可被认为是有缺陷的。该归因于W下的事实;通常,一氮化物结 构由两种亚网络构成:金属原子占据面屯、立方定向的第一亚网络,而氮原子占据全部或者 部分(尤其取决于组成)金属网络的八面体位点W形成第二但偏移的面屯、立方亚网络,尤 其是偏移a/2,"a"表示cfc结构的晶格参数。在氮化铁的特定情况中,稳定态的组成可W 在TilN。.e和TilNl.l之间(或者N浓度为37.5%-52.4%,即15%的AN)。该个AN的数 值意味着对于Tii\e来说,氮亚网络是有空隙的,并且对于TiiNi.i来说,金属亚网络是有空 隙的。作为对比;对于氮化饥来说,稳定态的N浓度范围为41. 9% -50%,即8. 1%的AN; 对于氮化魄来说,稳定态的N浓度范围为48% -51. 4%,即3. 4%的AN;对于氮化粗来说, 稳定态的N浓度范围为48 % -50 %,即2 %的AN;对于氮化铭来说,稳定态的N浓度范围为 49. 5% -50%,即0.5%的AN;对于氮化钢来说,稳定态的N浓度范围为29% -35. 4%,即 6. 4%的AN;对于氮化給来说,稳定态的氮浓度是42. 8%-52. 8%,即10%的AN;对于氮 化错来说,稳定态的浓度范围是40% -50%,即10%的AN。
[0068] 有利地,纳米线2由氮化嫁制成。氮化嫁是用于形成光电子器件的良好候选物。实 际上,该种由氮化嫁制成的纳米线2使得能够形成光纳米发射器。GaN基量子井能够W围绕 纳米线的壳形式添加或者W纳米线轴(轴向结构)的连续性方式添加。取决于该些GaN基 量子井的组成,光发射的光谱范围可覆盖从紫外延伸到红外的大波长范围。
[0069] 优选地,缓冲层3是导电的,W允许衬底1的至少一个导电部分与纳米线2之间的 电接触。衬底1在其整体上也可W是导电的并且可例如由n-渗杂的娃制成。
[0070] 根据一种特定的实施方案,纳米线2的远离衬底1的末端化根据第一种类型进行 电渗杂(例如n型的),并且该器件包含处于纳米线2的远离衬底1的末端化处的第二种 类型(例如P型)的渗杂的导电元件5,W形成电结。该种电结优选是电致发光二极管的 结。被渗杂W与纳米线2的末端化形成结的元件5可在所述末端化处至少部分地覆盖纳 米线2。优选地,渗杂元件5形成围绕纳米线2的末端化的护套。
[0071] 优选地,器件4包含处于纳米线2和渗杂的导电元件5之间的界面处的量子井(未 示出)。
[0072] 该器件可包含纳米线2的极化元件100,W允许在所述纳米线处产生光波。因而 可W理解,该器件可W是光电子器件。极化元件包含用于产生穿过该器件的电流所需的装 置。在图1的具体实例中,极化元件100可包含与渗杂的导电元件5直接接触的第一电接 触100a、与衬底1直接接触的第二电接触10化W及能量源100c。该使得能够例如注入电 子和空穴,W引起它们在纳米线2的区域Z1中的重组。
[0073] 而且,在光电子器件的范围内,量子井可在需要时形成限制区域W提高纳米线2 的发射效率。
[0074]已经提供了基于一个纳米线2的实例,当然,该器件4可包含从氮化金属层延伸的 多个纳米线,W例如形成像素矩阵。元件5则可全部彼此之间电联接。
[00巧]如上所述的器件可有利地至少部分地通过W下所述的方法制成。
[0076] 通常,在图2和3中,用于生长至少一个半导体纳米线2的方法包括在衬底1上产 生至少部分地由用于纳米线2生长的成核层形成的缓冲层3的步骤(图2),W及从该成核 层生长纳米线2的步骤(图3)。在图2和3的实例中,缓冲层3由成核层构成。尤其是,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。换言之,还可考虑该成核层由所述的氮化过渡金属层构成。为了优化该生 长,该个成核/氮化过渡金属层可具有2nm并且优选2nm-50nm的最小厚度。
[0077] 另外,如上所提及的,该缓冲层的产生可使得其是导电的,W允许该衬底的至少一 个导电部分与所述至少一个纳米线之间的电接触。
[0078] 该种缓冲层3可通过任何类型的沉积技术来制备。如此获得的氮化过渡金属层 (即成核层)还使得能够借助于所使用的过渡金属而具有比A1N基成核层更小的间隙,而 A1N基成核层迄今为止已经非常广泛地被用作成核层。因而,当衬底1基于娃时,根据本发 明的缓冲层3在其与衬底1的界面处所具有的势垒与使用A1N的情况相比更易于跨越,该 在希望极化从衬底1开始的一个或多个纳米线时是有利的。
[0079] 根据第
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