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_4

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化2的过程中被引发。
[010。 为了形成所述至少一个纳米线2的Ga的使用是有利的,因为氮化过渡金属层(并 且因而的成核层)的面屯、立方结构或六方结构有利于GaN的外延附生。由氮化嫁制成的纳 米线,其晶体结构是沿着图3的轴C或轴[0001]定向的六方结构(纤维锋矿结构),可容易 地从所述成核层成核。可选地,纳米线还可由ZnO、InN或SiC制成。
[0102] 为了实现优化的纳米线生长,优选过渡金属层是很少娃化的。如果衬底基于娃, 根据W下两种情况,可能会设及过渡金属层的娃化现象;在过渡金属的沉积步骤的过程中, 和/或当希望氮化过渡金属层W界定成核层时。第一种情况可解释如下。实际上,在高温 (大约1000°C)下,娃化化合物MSi2的形成得到促进(M是使用的过渡金属)。在该些娃化 物中,只有来自V族的过渡金属的氮化物(VSi2、NbSis、化Si2)及娃化铭(化Si2)形成六方 结构的结晶相,它们对于氮化嫁纳米线的生长来说是潜在有利的(如果沿着轴C结构化的 话)。但是,该些六方相和氮化嫁之间的晶格参数"a" (3.19A)的失调是如此之大,分别是对于VSi2、NbSi2、l'aSi2、CrSi2来说的-30%、-36%、-33%和-25%,W致于GaN的外延 附生是高度不可能的。典型地,六方化合物VSi2、NbSis、化Si2、&Si2的晶格参数"a"分别 为是;4.57 A、4.97 A、4.78A和4.28A。因而,由下面的材料形成子类别;Ti、V、Cr、 Nb、Ta、Mo,即其与Si具有高的内扩散系数的金属,该意味着新MSis相的快速生长动力。例 如,&在850°C下具有1.5Xl〇-7cmVs的与Si的内扩散系数,即在15分钟内大约11.6ym 的扩散长度,而在大约l〇〇°C下,该个扩散长度下降为在15分钟内大约80nm。由于W上所 述的原因,如果沉积的过渡金属选自化、V或Ti,则其优先在低于100°C的温度下沉积W限 制来源于衬底1的娃的扩散。对于Nb来说,在15分钟内的Nb-Si内扩散长度是分别对于 800°C和700°C来说的12皿和2皿。佩因而可在一直到700-750°C的高温下沉积,而没有或 者具有非常少的娃化现象。其它材料;与Nb相比具有较小的与Si的内扩散系数的Zr、Hf 和化因而可从环境温度一直到最多750°C-800°C而容易地沉积。过量娃化的影响是无法在 随后获得足够厚度的氮化过渡金属层。换言之,总的来说,当衬底1由娃制成时,过渡金属 层的沉积步骤被设置为使得娃在沉积的过渡金属层中的内扩散小于lOnm和/或保持至少 2nm的未娃化的过渡金属层的薄片。实际上,该种未娃化的薄片是与衬底1相对的,并且旨 在形成氮化过渡金属层。在图7中,标号6表示初始沉积在衬底1上的过渡金属层,在该层 的沉积过程中,该个层6的薄片7可被娃化,W使得只有层6的部分8由纯过渡金属组成, 其可用于通过氮化形成成核层。在第二种情况下,该氮化步骤可能需要在1050°C下操作数 分钟。为此,将优选使用N&作为氮化气体,因为借助于其高氮化能力,氮化反应速率高于娃 化反应速率。实际上,在理想的情况下,寻求在氮化步骤的过程中在沉积的过渡金属层6中 形成至少一个氮化过渡金属层9 (图8),所述氮化金属层9的厚度有利地是2nm-50皿。为 了限制产生新娃化化合物,该氮化步骤将被优化。实际上,在该氮化步骤之后,可W理解,如 图8中所示,寻求通过沉积过渡金属6产生的层可包含在所述过渡金属的沉积过程中获得 的第一娃化过渡金属层7、与第一娃化过渡金属层7连续沉积的第二娃化过渡金属层10W 及由图7的层8的氮化产生的成核层9。任选地,还可能的是,纯过渡金属的残余层11保持 夹在层9和层10之间,该至少部分地取决于过渡金属的沉积厚度。
[0103] 由对第一种和第二种情况的解释可知,如果衬底1由娃制成,则本领域技术人员 将能够根据要沉积的过渡金属的类型、过渡金属的沉积温度、过渡金属沉积步骤的持续时 间W及氮化步骤的持续时间来确定被沉积的过渡金属层的厚度,W使得能够获得预定厚度 的氮化过渡金属层。换言之,在衬底1基于娃时,过渡金属层6的沉积步骤可包括确定要沉 积的过渡金属层6的厚度的预先步骤,所述确定厚度的步骤包括:根据所使用的过渡金属 W及沉积温度确定在未来沉积过渡金属层6的过程中娃在该过渡金属层6中的第一扩散长 度的步骤;确定在未来氮化过渡金属层6的步骤的过程中娃在该过渡金属层6中的第二扩 散长度的步骤。所述要沉积的过渡金属层6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6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。
[0104] 优选地,衬底1的优势晶体结构是至少在衬底1和过渡金属层6之间的界面处是 定向[100]的晶体结构。该尤其使得能够降低生产成本。
[0105] 通常,衬底1将有利地在沉积过渡金属层6之前制备。为此,该方法可在过渡金 属层6的沉积步骤之前包括旨在接受过渡金属层6的沉积物的衬底1的表面的脱氧步骤。 更特别地,娃的表面的该个脱氧步骤可通过化学途径(HF浴)或者通过物理途径(通过在 衬底1上施加偏压的表面"蚀刻")来进行。该使得尤其能够去除二氧化娃天然氧化物层 (Si〇2),而该氧化物层是将电子注入到成核层和氮化嫁纳米线中的"隔离"屏障。
[0106] 优选地,在其各种实施方案中如上所述的生长方法可在形成如上所述的器件的范 围内使用。
[0107] 因而,本发明还可设及用于生产器件(例如,如上所述的器件)的方法,包括实施 如上已经描述的生长方法的步骤,尤其是在其各种实施方案和实施方式中所描述的。
[010引而且,该生产方法还可包括与衬底1相对的纳米线2的至少一个末端化的第一种 类型的电渗杂步骤。该第一种类型优选是n型渗杂。另外,该方法还包括在与衬底1相对 的纳米线2的该末端化处形成与第一种类型相反的第二种类型的电渗杂的元件5的步骤。 该种第二种类型的渗杂优选是P型的。因而,纳米线2的末端化和与此末端化相连的渗 杂的元件5可形成旨在发光的二极管的结。该种结优选是同质结,即纳米线2和相连的渗 杂元件5基于相同的材料,例如氮化嫁。异质结的实施也是可能的,例如可使用n-渗杂纳 米线形式的化0,然后添加基于化0的量子井,并且使用由P电渗杂GaN制成的元件9。实 际上,P渗杂化0目前是困难的。
[0109] 该生产方法还可包括形成处于纳米线2和第二种类型的电渗杂元件5之间的界面 处的量子井的步骤。
[0110] 根据图6的实施方案的一种可选替代方案,该氮化步骤包括第一氮化子步骤化1, 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(即第一流量可等于第二流量)注入来进行。
[0111] 图6的该种可选方案在图9中示出。因而,在图9中,温度T1是400°C-105(rC(或 者1400°C),尤其是500°C-800°C并且优选等于600°C。
[0112] 第一子步骤化1出于清楚的原因被分为两个步骤;步骤1和步骤2。
[0113] 在图9的步骤1中,观察到温度升高,一直到T1 (即第一温度)。运载气体是馬、 馬+&或H2,优选馬。注入的氮化气体可W是氨气(N&)并且该注入可W在Tamb(表示环境温 度)至T1开始;尤其是从200°C起的温度开始。Tamb到T1的温度升高坡度大于rC/min,尤 其等于1°C/sec。在此步骤1的过程中,氨气流量可W是l〇XV/18sccm至4000XV/18sccm, 尤其等于1200XV/18sccm(其中V是W升表示的室体积)。通常,氨气与氮气的流量之比 (NH3/N2)可W是 0. 0005 % 至 100 %,优选 0. 0055 % 至 22 %,并且尤其等于6.6%。
[0114] 在图9的步骤2中,进行在T1下的退火。运载气体是馬、馬+&或H2,优选馬。注 入的氮化气体可W是氨气(畑3)。氨气流量可W是l〇XV/18sccm至4000XV/18sccm,尤其 等于1200XV/18sccm(其中V是W升表示的室体积)。通常,氨气与氮气的流量之比(N&Z 馬)可W是0.0005%至100%,优选0.0055%至22%并且尤其等于6. 6%。优选地,在畑3 下的退火时间大于1秒,尤其是5分钟至30分钟。
[0115] 第二子步骤化2出于清楚的原因被分成S个步骤:步骤3、步骤4和步骤5。优选 地,第二温度T2是400°C-1050°C(或1400°C),尤其是500°C-1000°C并且优选等于800°C。 在步骤3中(如果T1声T2的话,否则该方法直接进入到步骤4),存在温度上升,一直到 T2。运载气体是馬、馬+&或H2,优选馬。注入的氮化气体可W是氨气(畑3)。从T1 一直到 T2的温度升高坡度大于rC/min并且尤其等于rC/sec。氨气流量可W是l〇XV/18sccm 至4000XV/18sccm,尤其等于1200XV/18sccm(其中V是W升表示的室体积)。通常,氨气 与氮气的流量之比(NH3/N2)可W是0. 0005 %至100 %,优选0. 0055 %至22
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