專利名稱：：氮化物納米線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及基于氮化物半導(dǎo)體納米線的半導(dǎo)體器件及通過(guò)生長(zhǎng)制造其的方法。氮化物半導(dǎo)體納米線可被用作例如二極管、LED、LD和晶體管。本發(fā)明具體地涉及制造具有有限的橫向生長(zhǎng)、豎直的GaN納米線的方法。
背景技術(shù)：
：在半導(dǎo)，件中，特別是在光電器件中使用氮化物半導(dǎo)體，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里受到重要的關(guān)注，這不僅是由于其實(shí)現(xiàn)部件在傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料無(wú)法達(dá)到的波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)起作用的潛在可能性。在1990年，氮化物半導(dǎo)體生長(zhǎng)上取得了兩項(xiàng)突破制造高質(zhì)量的GaN膜和實(shí)現(xiàn)p-型GaN。這些之后，藍(lán)和綠LED以及激光二極管實(shí)現(xiàn)商品化，并且開(kāi)始報(bào)道基于A1N的UVLED。對(duì)于高電壓和高溫度應(yīng)用的晶體管和其它電子器件，氮化物基半導(dǎo)體也是被關(guān)注的。GaN膜通常由工業(yè)級(jí)MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)。為了實(shí)現(xiàn)可接受的膜質(zhì)量，在如NH3與TMG(三甲基鎵)的高前體流速、以及因此在高分壓下，執(zhí)行該生長(zhǎng)。通常使用的測(cè)量稱為"V/m比率"，其涉及前體元素的摩爾流，例如麗3與TMG之間的摩爾比率。該用于GaN膜生長(zhǎng)的V/m比率在1000-10000范圍內(nèi)。然而，今天頂級(jí)的GaN膜仍具有非常高的缺陷密度。在這樣的背景下，1-維結(jié)構(gòu)，即基于氮化物的納米線，吸引了研究者的大量關(guān)注。對(duì)于納米線生長(zhǎng)，己經(jīng)f隨了一些方法，如VLS、模板-限制生長(zhǎng)以及氧化-輔助生長(zhǎng)。GaN的選擇性區(qū)域生長(zhǎng)自1990年已MT泛研究，以便斷氐GaN膜中的失配密度。從點(diǎn)-圖案化的GaN開(kāi)口，Akasaka等人證明具有直徑5pm的GaN體生長(zhǎng)[l]。最近，Hersee等人報(bào)道了j頓選擇性區(qū)域生長(zhǎng)制造了尺寸為221nm的GaN線陣歹l」[2]。其描述了必須使用脈沖生長(zhǎng)來(lái)生長(zhǎng)GaN納米線以限制該橫向生長(zhǎng)。脈沖生長(zhǎng)也稱作遷移增強(qiáng)生長(zhǎng)。該方法可描述為兩步方法，包括初始的納米線生長(zhǎng)步驟，稱為選擇性生長(zhǎng)步驟，其中提供兩種前體氣體。該初始生長(zhǎng)步馬fe后是第二步驟脈沖生長(zhǎng)，其中此時(shí)提供一種前體氣體。
發(fā)明內(nèi)容報(bào)道的成就說(shuō)明該技術(shù)具有巨大潛力，但需要改進(jìn)以提供可以制造外延豎直-直立的、而無(wú)例如堆疊缺陷和錯(cuò)位的結(jié)晶缺陷的GaN納米線的方法，并且提供的方法非常適于按比例提高到工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種方法和半導(dǎo)體器件，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。鄉(xiāng)過(guò)權(quán)利要求1限定的方法以及權(quán)利要求15限定的半導(dǎo)觸件來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的氮化物基半導(dǎo)體納米線在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，即所述納米線不會(huì)在靠近基部處表現(xiàn)出堆疊缺陷。優(yōu)選地，該晶體結(jié)構(gòu)是六方晶系。在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同晶體結(jié)構(gòu)的納米線，可通過(guò)下面描述的根據(jù)本發(fā)明的方纟妹制造。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)件包括氮化物半導(dǎo)體納米線，每個(gè)在該納米線的整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。該多個(gè)納米線中的大部分應(yīng)該僅有一種晶體結(jié)構(gòu)。甚至到m地，半導(dǎo)#^件的納米線的至少9(^均具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。甚至更,地，半導(dǎo)件的納米線的99%均具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。具有多個(gè)納米線的半導(dǎo)條件，例如LED器件，可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法制造。根據(jù)本發(fā)明生長(zhǎng)氮化物基半導(dǎo)體納的方法利用基于CVD的選擇性區(qū)域生長(zhǎng)技術(shù)。在納米線生長(zhǎng)步驟中存在氮源和金屬-有機(jī)源，并且至少該氮源在納米線生長(zhǎng)步驟中流速為持續(xù)的。本發(fā)明方法禾,的v/m比率明顯低于通常與氮化物基半導(dǎo)體生長(zhǎng)相關(guān)的v/m比率。本發(fā)明方法的實(shí)施例包括前面描述的納米線生長(zhǎng)階段之后的平面生長(zhǎng)階段。該平面生長(zhǎng)階段利用的v/in比率明顯高于該納米線生長(zhǎng)階段的v/m比率。該平面生長(zhǎng)階段導(dǎo)致之前生長(zhǎng)的納米線開(kāi)始橫向生長(zhǎng)，以便該納米線至少部分地由新層圍住。該平面生長(zhǎng)可使用不同材料成分、摻雜等重復(fù)進(jìn)行，得到殼狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，結(jié)合了一個(gè)或多個(gè)殼層的納米線形成了LED的pn結(jié)。同樣，以相同方式可以制造其它有源半導(dǎo)體電子和光電器件，例如晶體管。本發(fā)明方法提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該氮化物半導(dǎo)體納米線不具有結(jié)晶缺陷，例如可能長(zhǎng)出的位錯(cuò)和堆疊缺陷。因此，可以制造包括很多個(gè)納米線的氮化物半導(dǎo)條件，其具有非常低量的有缺陷的納米線。根據(jù)本發(fā)明方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，納米線的總生^I度明顯高于現(xiàn)有技術(shù)中生長(zhǎng)氮化物納米線的方法。已經(jīng)證明生^I度為200nm/min。根據(jù)本發(fā)明的方法，禾傭低v/m比率和《鵬流量，與可比較的現(xiàn)有方法相比，具有更低的材料消耗。另外，搟賣(mài)的V/ffl比率使得與脈沖生長(zhǎng)方法相比，更易于優(yōu)化生長(zhǎng)條件。根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)還在于結(jié)構(gòu)包括兩種以上的元素，例如三元合成物，如InGaN。在納米線中JOTInGaN將很有利，因?yàn)榭山档完P(guān)于殼層的應(yīng)力。然而，InGaN是熱不穩(wěn)定材料，需要NH3流來(lái)防止In-N鍵分離。因此，利用中斷NH3流的現(xiàn)有技術(shù)方法不適于制造InGaN納織。在本發(fā)明的方法中，禾,持續(xù)的氮源流，例如,3，這些效應(yīng)被消除或者至少被降低。根據(jù)本發(fā)明的方法基于MOCVD技術(shù)。MOCVD在工^i:使用，并且該方法非常適于工4J^及生產(chǎn)。本發(fā)明的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中進(jìn)行限定。當(dāng)結(jié)合附圖與權(quán)禾頓求理解本發(fā)明隨后的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征將變得明了?，F(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明tt實(shí)施例，其中圖1示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的納米線；圖2a示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的方法，以及圖2b是根據(jù)本發(fā)明方法的流程圖3a-b是根據(jù)本發(fā)明的納米線結(jié)構(gòu)的SEM圖像；圖4a-b示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的包含于納米結(jié)構(gòu)LED器件中的納米結(jié)構(gòu)LED的實(shí)施例；圖5a-c示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)LED器件的實(shí)施例；圖6示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的納，生長(zhǎng)設(shè)備。圖7a-b是SEM-圖像，圖示出未提供納職的生長(zhǎng)剝牛的結(jié)果；圖8a-b是SEM-圖像，圖示出生長(zhǎng)斜牛的結(jié)果，其中開(kāi)始形成納米線；圖9a-b是SEM-圖像，圖示出提供納雜的生長(zhǎng)剝牛的結(jié)果；圖10a《是SEM-圖像，圖示出提供納米線的生長(zhǎng)^[牛的結(jié)果；圖1la-c是SEM-圖像，圖示出源摻雜的效果。具體實(shí)施例方式6根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制造方法包括至少一種氮化物半導(dǎo)體納米線，例如GaN納米線。示意地圖示于圖1中的氮化物半導(dǎo)體納米線110，在本文中被定義為直徑小于500nm并且長(zhǎng)度達(dá)到幾個(gè),的基本上為柱狀的結(jié)構(gòu)。該納米線110在其基部外延itt接于襯底105，該襯底105可包括外延層，例如緊臨于納米線110的GaN層。納雜105ffija例如SiNx的生長(zhǎng)掩模111中的開(kāi)口而突出。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)mi件通常包括多個(gè)納米線110。如圖1中所示，襯底105的表面可表現(xiàn)出一些粗糙度112，其在該圖中被夸大，僅用于說(shuō)明的目的。在下文中，術(shù)語(yǔ)納米線應(yīng)被理解為參照該結(jié)構(gòu)但不限于表面粗糙度，即該納米線開(kāi)始于襯底110上的第一原子層中，或者稱為第一"自由"層。然而，i亥第一層通常位于生長(zhǎng)掩模115的開(kāi)口內(nèi)。該納米線的長(zhǎng)度表示為L(zhǎng)?，F(xiàn)有技術(shù)制造的氮化物納米線通常包括大量的缺陷。前面提到的脈沖選擇生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的進(jìn)步，但該方法會(huì)在M納米線基部處弓胞堆疊缺陷。通常用這種方法制造的納米線在靠近基部處具有從立方晶體結(jié)構(gòu)到六方晶體結(jié)構(gòu)的變化。包括多個(gè)這種納米線的半導(dǎo)體器件將有大部分或全部的納米線表現(xiàn)這禾中缺陷。堆疊缺陷對(duì)納米線的物理特性有影響，如關(guān)于光學(xué)和電學(xué)特性。在如LED的應(yīng)用中，由堆疊缺陷在靠近基部處弓胞的相對(duì)小的畸變也會(huì)妨礙其性能，因?yàn)樵摱询B缺陷增大了電阻。由于該區(qū)域非常小，所以增大的電阻會(huì)明顯影響該LED的性能。根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體納米線在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，即在靠近基部處不會(huì)表現(xiàn)出堆疊缺陷。地，該晶體結(jié)構(gòu)為六邊形。在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同晶體結(jié)構(gòu)的納米線，可利用下面描述的根據(jù)本發(fā)明的方法而制得。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括每一個(gè)在其(該納米線的)整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同晶體結(jié)構(gòu)的納米線105。該多個(gè)納米線中的大部分應(yīng)僅有一種晶體結(jié)構(gòu)。甚至更im他，半導(dǎo)^l件的至少9(^的納米線每個(gè)具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。甚至更4雄地，半導(dǎo)條件的990/^的納機(jī)齡具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。^頓根據(jù)本發(fā)明的方法可以制造具有多個(gè)納米線的半導(dǎo)條件，例如LED器件。根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體納職的方法利用基于CVD的選擇區(qū)域生長(zhǎng)技術(shù)。在納米線生長(zhǎng)步驟中存在氮源和金屬-有機(jī)源，并且在納米線生長(zhǎng)步驟中至少該氮源的流動(dòng)速度為持續(xù)的。本發(fā)明方法中利用的該v/ra比率明顯低于通常與氮化物基半導(dǎo)體生長(zhǎng)相關(guān)的v/m比率。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可直接應(yīng)用到金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)工藝和設(shè)備。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)修正，該方纟去也可應(yīng)用到其他CVD和混合氣相外延(HVPE)基工藝。該方法示意地圖示于圖2a中，以及圖2b的流程圖中，并且包括步驟a)在襯底110上提供生長(zhǎng)掩模115。該襯底例如為GaN，并且該生長(zhǎng)掩模是電介質(zhì)，例如SiNx或SiOx。b)在生長(zhǎng)掩模中制作開(kāi)口113。所述開(kāi)口雌地關(guān)于它們的直徑禾咜們的相對(duì)位置兩者均被良好控制。幾個(gè)本領(lǐng)域中已知的技術(shù)可用于該步驟，包括但不限于電子束光刻(EBL)、納米壓印光刻、光學(xué)光亥似及反應(yīng)離Tt蟲(chóng)刻(REE)或濕法化學(xué)i:暢仿法。i^t地，戶脫開(kāi)口直徑接近100nm并且間距為0.5-5pm。戶腿開(kāi)口限定了將制造的納米線105的位置和直徑。c)通過(guò)基于CVD的工藝生B內(nèi)米線，其中前^M流量是t恭賣(mài)的。調(diào)整該前^H流動(dòng)速度以在生長(zhǎng)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)低過(guò)飽和。v/m比率應(yīng)在1-100的范圍內(nèi)，l^地在1-50的范圍內(nèi)，并且更1^地在5-50的范圍內(nèi)。應(yīng)注意到該v/m比率比用于膜生長(zhǎng)的比率明顯更低。圖3a-b的SEM圖像中圖示了根據(jù)本發(fā)明方法制造的納総。在起始的襯底上iM;PECVD沉積SiNx層GOnm厚)。在隨后的步驟中，通過(guò)電子束光刻、EBL以及反應(yīng)離預(yù)刻、腿制作點(diǎn)狀圖案化的GaN開(kāi)口陣歹lK直徑約100nm)。開(kāi)口之間的間距范圍在0.5-3.2pm，給定的生長(zhǎng)掩模限定了納米線的直徑和位置兩者。之后，經(jīng)處理的樣品被置入水平MOCVD腔內(nèi)以生長(zhǎng)GaN納米線。圖3a進(jìn)一步圖示了可形成具有錐體末端的納米線，其在特定應(yīng)用中是有利的。該方法可包括提高生長(zhǎng)斜牛的不同步驟，圖示為預(yù)處理步驟c')，例如是在納米線生長(zhǎng)步驟c)之前的退火。該預(yù)處理步驟可包括多付步驟。應(yīng)該注意到，盡管該預(yù)處理，例如退火，會(huì)使用一種或多種前體，但根據(jù)本發(fā)明的預(yù)處理步驟不會(huì)導(dǎo)致納米線的生長(zhǎng)。同樣在納米線生長(zhǎng)步驟c)期間可觀察該V/m比率的變化。然而，在納米線生長(zhǎng)步驟期間不應(yīng)中斷前體材料的流動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的納米線可用到多種不同應(yīng)用中。特別重要的應(yīng)用包括電子、8光學(xué)和光電器件，包括但不限于二極管、發(fā)光二極管(LED)、晶體管、光子晶體和探測(cè)器。所述納米線也可以用作結(jié)構(gòu)化組裝模塊(structuralbuildingblock),例如用于形成GaN連續(xù)接合層，其可具有非常低的缺陷密度。申請(qǐng)US10/613071中描述了如何由納米線形成接合層。一種高商業(yè)價(jià)值的應(yīng)用是LED器件，期每作為非限制性實(shí)例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所意識(shí)到的，晶體管和其他電子器件也可以以相同方式制造。根據(jù)本發(fā)明的包括半導(dǎo)體納米線的LED器件示意地圖示在圖4a-b中，并且包括襯底105，其中納米線110從該襯底105外延生長(zhǎng)。該納米線110的一部分被體積元件(volumeelement)115圍住。該體積元件115,外延ilk^接到該納米線110。二極管功能性所需的pn結(jié)形成在該體積元件115中或可選擇地位于納米線110中。在體積元件115上提供頂部接觸，例如在頂部上或在包圍結(jié)構(gòu)的周?chē)獗砻嫔稀？衫缃?jīng)由該襯底，通過(guò)靠近該襯底的專用接觸層或通過(guò)在納米線110下端的包圍接觸，形成的普通底部接觸，而在另一端接觸該納米結(jié)構(gòu)LED100。該納米線110通常具有在50nm至500nm數(shù)量級(jí)的直徑，并且該體積元件直徑在500nm至lO]tim的量級(jí)。該體積元件115或球狀物可具有不同的形狀，以及該體積元件和納米線的組合設(shè)計(jì)，以給出有源區(qū)的不同位置和形狀，給定發(fā)光所需的再?gòu)?fù)合剝牛。該體積元件115可進(jìn)一步J^共高，號(hào)的摻雜，并且電荷載流子被注入到納米線中。圖4a圖示了一種設(shè)計(jì)，其中該傳譯只元件115包括多層的殼狀結(jié)構(gòu)116、117。該體積元件15也可由接觸層118部分圍住。摻雜層117提供p或n區(qū)，并且阱層116包括操作中的有源區(qū)120?？蛇x擇地，該阱可由多個(gè)子層構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)可包括用于增強(qiáng)摻雜特性、改善接觸等的其它層(未示出)。這些結(jié)構(gòu)也稱作核-殼結(jié)構(gòu)。另一種設(shè)計(jì)圖示在圖4b中，其中該納米線110由構(gòu)成體積元件115的過(guò)生長(zhǎng)錐體包圍。與前面類似，該過(guò)生長(zhǎng)錐體可包括多層166、117、118，提供LED功能性所需的摻雜禾曈子阱，導(dǎo)致形成有源區(qū)120。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步生長(zhǎng)步驟包括在納米線上提供過(guò)生長(zhǎng)、或^f只元件。如參照?qǐng)D2b的流程圖的描述，該方^括兩個(gè)階段。第一階段可被認(rèn)為是納米線生長(zhǎng)階段，包括步驟a-c)，其中提供納米線生長(zhǎng)斜牛，即提供低的V/ffl比率。在第二階段中，在與第一階段生紅藝類似的基于CVD的工藝和^ii地在相同的腔中，但生長(zhǎng)參數(shù)調(diào)整為平面生長(zhǎng)，即，v/m比率高于納米線生長(zhǎng)中的V/ffl比率，通常在1000的數(shù)量級(jí)，納米線i!3i體積元件115過(guò)生長(zhǎng)，其通常包括多種不同的層。根據(jù)該實(shí)施例的方法可被看作是納職生長(zhǎng)階段，隨后是平面生長(zhǎng)階段，或橫向生長(zhǎng)階段。該納米線生長(zhǎng)階段形成具有對(duì)于平面生長(zhǎng),理想的表面的納米線，由于所述納米線的偵蝰將是非極性的，稱作01-平面{1-100}。這樣的表面通過(guò)傳統(tǒng)方法制造是非常困難的。在納米線生長(zhǎng)階段之后的平面生長(zhǎng)階段或橫向生長(zhǎng)階段中，在步驟d),e),f)……中利用所述理想的表面來(lái)生長(zhǎng)殼層，形成該LED器件的部件。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識(shí)到的，以相同方式可制造其它器件，如二極管和晶體管。根據(jù)本發(fā)明的方法還可用于包括二種以上元素的結(jié)構(gòu)，例如三元合成物，如InGaN。如圖5a所示，對(duì)于制造高In^fi:的InGaN/GaN核殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)力是嚴(yán)重的問(wèn)題，圖5a中GaN納職510由InGaN殼層515包圍。如圖5b所示，在納職511中也j頓InGaN將降低InGaN殼層中的應(yīng)力。然而，InGaN是熱不穩(wěn)定材料，并且需要NH3流來(lái)防止In-N鍵分離。因此，利用中斷的NH3流的現(xiàn)有技術(shù)的方法可能不適于制造InGaN納米線。在InGaN生長(zhǎng)Mjt下的NH3中斷步驟中，其意味著In-N鍵分離并且In可從晶體中釋放。本發(fā)明提供的使用持續(xù)的納米線生長(zhǎng)，支持更高In含量的InGaN納米線的生長(zhǎng)。傳統(tǒng)的MOCVD或MOVPE設(shè)備對(duì)于執(zhí)行根據(jù)該實(shí)施例的包括納米線生長(zhǎng)階段和緊接隨后的平面生長(zhǎng)階段的方法并不理想。由于氣體供應(yīng)系統(tǒng)的技術(shù)限制，相同的氣體供應(yīng)系統(tǒng)不能以所需精度分別提供與納米線生長(zhǎng)階段和平面生長(zhǎng)階段相關(guān)的低v/m比率禾嘀v/m比率兩者。根據(jù)本發(fā)明的生長(zhǎng)設(shè)備，示意地圖示在圖6中，包括生長(zhǎng)腔610，樣品615被置于其中。m-供應(yīng)系統(tǒng)622包括m-源620以及質(zhì)量流量控制器(MFC)。該V-供應(yīng)系統(tǒng)包括V-源630，V-源630連接到包括低、MMFC633的低源'MV-供應(yīng)線634，以及包括高、臓MFC631的分離的高源、流速V-供應(yīng)線632。該低^ilMFC633適于處理與納米線生長(zhǎng)階段相關(guān)的如NH3的低流速，并且該高流速M(fèi)FC631適于處理與該平面生長(zhǎng)階段相關(guān)的高、M。fflil在兩個(gè)分離的V-供應(yīng)線之間進(jìn)frt刀換，然后從納米線生長(zhǎng)階段進(jìn)行到平面生長(zhǎng)階段，可以在兩個(gè)不同階段中以所需的流速精度進(jìn)行快速改變。如果所需的流速不能由兩個(gè)MFC獲得，那么該裝置當(dāng)然可以被提供更多的分離供應(yīng)線。10本發(fā)明方法的應(yīng)用由下面的實(shí)例說(shuō)明，其應(yīng)看作是非限制性實(shí)例。圖2a-c通雌擇生長(zhǎng)區(qū)域圖示了GaN納職的制超頓序。在藍(lán)寶石、SiC、或Si上的GaN外延膜以及甚至自支持的GaN用作開(kāi)始襯底，在其上通過(guò)PECVD沉積SiNx層(30nm厚)(a)。隨后，EBL和RIE制作點(diǎn)-圖案化的GaN開(kāi)口陣列(直徑約100nm)(b)。所述開(kāi)口間的間距在0.53.2pm范圍內(nèi)。之后，該經(jīng)處理的樣品被置于國(guó)產(chǎn)的水平MOCVD腔中以生長(zhǎng)GaN納米線(c)。該生長(zhǎng)工藝包括初始階段，其中溫度在5仝H中內(nèi)在75sccm的高NH3流速下斜升至生長(zhǎng)區(qū)間900120(TC。該襯底在生長(zhǎng)，退火1辦中。在隨后的納米線生長(zhǎng)階段，該,3箭遞降低至3.0~0.28^111并向腔中引入頂0(三甲基鎵)以開(kāi)始生長(zhǎng)。該操作中使用0.12至1.2|Limol/min之間的低TMG、。根據(jù)本發(fā)明，在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證，該NH3^I是控制A^f述開(kāi)口的生長(zhǎng)形式的關(guān)鍵因素。圖7a-b示出了NH3繊為3.0sccm時(shí)該樣品生長(zhǎng)的SEM圖像。從圖7a的頂視圖，可以看到從所述開(kāi)口的選擇性生長(zhǎng)與報(bào)道的一樣。這里需要詳細(xì)說(shuō)明的一點(diǎn)是，生^t后的橫向尺寸大于l.O,，其遠(yuǎn)大于約100nm的開(kāi)口尺寸。因此，GaN從開(kāi)口長(zhǎng)出之后基本上為橫向生長(zhǎng)。圖7b示出了通過(guò)以35。傾斜該樣品，取得的SEM圖像，離晰:tte現(xiàn)出獲得的是錐體，而非線。戶艦錐體由六個(gè)等效(H01)面限定。該(H01)面的懸掛鍵密度為16.0/nm2，其高于(UOO)面的懸密度(12.1/nm2)以及(0001)面的懸掛鍵密度(11.4/nm2)[3]。根據(jù)這一觀點(diǎn)，當(dāng)GaN長(zhǎng)出所述開(kāi)口后，預(yù)期會(huì)出現(xiàn)(HOO)和(OOOl)面。但是，圖2示出了相反的情況。因此，可能的解釋是(li01)面具有N-極性，當(dāng)NIV臓高時(shí)，其確保了穩(wěn)定性。基于此，對(duì)于生長(zhǎng)由(HOO)面分成±央面(faceted)的GaN線，NH3的3sccm、鵬實(shí)際仍然很高。圖8a-b示出了在NH3、鵬為1.0sccm時(shí)樣品生長(zhǎng)的SEM特性。圖8a的頂視圖像與圖7a的類似。但是圖8b的35。傾斜圖像不同，即在錐體帽的下面開(kāi)始出現(xiàn)(liOO)面的垂直刻面(facet)。這預(yù)示并說(shuō)明該N-極化的(H01)面開(kāi)始不能限定錐體的生長(zhǎng)形式。盡管如此，該橫向尺寸仍比所述開(kāi)口的橫向尺寸大得多，其與圖7中所示的相同。圖9a-b示出了將NH3的流3Iit—步降低至0.5sccm的生長(zhǎng)結(jié)果。盡管它們?nèi)源笥诩s100nm的開(kāi)口尺寸，但該頂視圖(a)和35。傾斜圖像(b)說(shuō)明了在橫向方向上尺寸的縮減。圖％的傾斜圖像也示出了0M垂直刻面。隨著NH3的、M降低至0.2sccm，如圖10a-c所示，真正的GaN納雜開(kāi)始合成，其中(a)是頂視亂(b)和(c)是45。傾斜圖。盡管存在一些晶體大于100nm，但大部分開(kāi)口發(fā)展為具有與開(kāi)口尺寸相同的100nm直徑的線。因此，當(dāng)NH3的流速為0.2sccm時(shí)，還可以很好的控制該橫向生長(zhǎng)。至于氣相生長(zhǎng)，過(guò)飽和的程度決定了占優(yōu)勢(shì)的生長(zhǎng)形態(tài)學(xué)，艮口納米線生長(zhǎng)需要低的過(guò)飽和，而中等過(guò)飽和支持體結(jié)晶生長(zhǎng)。在高的過(guò)飽和下，通過(guò)氣相成核形成粉末[4-5]。根據(jù)此，有理由說(shuō)將NH3的、M斷氐至0.2sccm，可有效地降低過(guò)飽和，其限制了橫向生長(zhǎng)并且使生長(zhǎng)僅在軸向上發(fā)生。這里，在旨生長(zhǎng)過(guò)程中，保持TMG和NH3同時(shí)且持續(xù)地流入該腔內(nèi)來(lái)執(zhí)行全部生長(zhǎng)。然而，現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道的工作似乎表明，對(duì)于獲得納米線生長(zhǎng)，脈沖生長(zhǎng)模式是必需的。基于這里呈現(xiàn)的結(jié)果，很清楚可以通過(guò)持續(xù)的微皿實(shí)現(xiàn)納米線生長(zhǎng)。為了制造GaN納米線，應(yīng)調(diào)整MV艦，以便實(shí)測(cè)氐的過(guò)飽和，或可選擇地描述為實(shí)5艇移增強(qiáng)生長(zhǎng)。已經(jīng)證明CpsMg可提高垂直側(cè)壁面的形成[6]。在圖lla-c中，涉及表1，顯示出如C化Mg的摻雜源可通腿一效應(yīng)潛在地穩(wěn)定納米線的生長(zhǎng)割牛。同樣，其進(jìn)一步示出iM;增加過(guò)飽和/NH3流速，可重新ffiz:錐體生長(zhǎng)。這可用于在橫向生長(zhǎng)階段中提供納米線的橫向生長(zhǎng)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>可以在大范圍的器件中禾,本發(fā)明的方法制造納米線，例如二極管、LED、晶體管，特別是場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。氮化物基電子器件在高電壓和高溫度下的應(yīng)用中是特別重要的。總之，M降低NIVM，可由MOCVD、禾傭從GaN開(kāi)口的選擇性區(qū)域生長(zhǎng)制造GaN納，。生長(zhǎng)GaN納米線的關(guān)鍵點(diǎn)超空審U過(guò)飽和。這在以前僅能M^ffl脈沖生長(zhǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)[2]。在呈現(xiàn)的結(jié)果中，表明脈沖生長(zhǎng)不是必需的方法，而充分地降低MV皿也可以制造納米線。接下來(lái)是在軸向和徑向上利用該方法生長(zhǎng)氮化物異質(zhì)結(jié)的工作。200880002009.9已經(jīng)禾,作為非限帝勝實(shí)例的GaN、腿3和TMG描述了本發(fā)明的方法。本領(lǐng)域技術(shù)人員可明了本方法的原理可應(yīng)用到其它半導(dǎo)體氮化物基納米線的生長(zhǎng)，戶服其它半導(dǎo)體氮化物基納米線例如包括銦或鋁，如AlInGaN。m-NAs、以及m-NP。NH3是方便的并且容易獲得的氮源，但可以利用已知的其它源，如叔-丁基胺N(C4H9)H2(TertbutylamineN(C4H9)H2)1,1-二甲基肼(CH^NNEb(l，l-Dimethylhydrazine(CH3)2NNH2)以及叔丁基月浙CH3)3CNHNH2(Tertbutylhydrazine(CH3)3CNHNH2)。根據(jù)選擇的m-V半導(dǎo)體，不同的源是可用的。不同的源將導(dǎo)致不同的合適的流速值，以便實(shí)測(cè)氐的過(guò)飽和，并因此需要相應(yīng)的調(diào)整該V皿比率。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)前面的教導(dǎo)將會(huì)作出這樣的調(diào)整。參考文獻(xiàn)T.Akasak^YKobayashi，S.Ando,andN.Kobayashi,Appl,Phys.Lett.71(1997)2196.S.D.He腦，X.S叫andX.Wang,NanoLett.6(2006)1808.K.Hiramatsu,K.Nishiyama,A.Motogaito,H.Miyake，YIyecchika^andT.Maeda^Phys.Stat.Sol.(a)176(1999)535.GW.S園,ActaMetalluigic^3(1955)367.YXia,P.Yang，YSun,YWu，B.Mayers,B.Gates,YYin，RKimandH.Y叫Adv.Mater.15(2003)353.B.Beaumont,S.Haffouz，andP.Gibart,Appl.Phys.Letters72(1997)922.權(quán)利要求1、一種利用基于CVD的選擇區(qū)域生長(zhǎng)技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)氮化物基半導(dǎo)體納米線的方法，其中在納米線生長(zhǎng)步驟中存在氮源和金屬-有機(jī)源，該方法特征在于在納米線生長(zhǎng)步驟中，該氮源流速是持續(xù)的。2、根據(jù)權(quán)利要求1的納機(jī)生長(zhǎng)方法，其中在納米線生長(zhǎng)步驟中該金屬-有機(jī)源箭JI是I^賣(mài)的。3、根據(jù)權(quán)利要求2的納職生長(zhǎng)方法，其中該氮源臓與該金屬-有機(jī)源皿之間的關(guān)系，此后稱作v/m-比率，在1-100范圍內(nèi)。4、根據(jù)權(quán)利要求3的納米線生長(zhǎng)方法，其中戶脫^Et間的關(guān)系是這樣的，即該v/m-比率在1-50范圍內(nèi)。5、根據(jù)權(quán)利要求4的納生長(zhǎng)方法，其中戶腿、^t間的關(guān)系是這樣的，即該V/m-比率在5-50范圍內(nèi)。6、根據(jù)權(quán)禾腰求2至5中任一項(xiàng)的納職生長(zhǎng)方法，其中在納米線生長(zhǎng)步驟中該v/m-比率是直定的。7、根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)的納米線生長(zhǎng)方法，其中該氮化物基半導(dǎo)體是GaN，并且該氮源是氨、NH3，并且該金屬-有機(jī)源是三甲基鎵，TMG。8、根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的納米線生長(zhǎng)方法，包括以下步驟-(a)在襯底(110)上掛共生長(zhǎng)掩模(111);-(b)在生長(zhǎng)掩模(111)中制作開(kāi)口(113);-(c)通過(guò)基于CVD的工藝生份內(nèi)米線，其中前，流量是持續(xù)的。9、根據(jù)權(quán)利要求8的納米線生長(zhǎng)方法，進(jìn)一步包gf頁(yè)處理步驟(c')，其中所述前體源流量中的至少一個(gè)是起作用的，但是調(diào)整所述條件以至不會(huì)發(fā)生納米線生長(zhǎng)。10、根據(jù)權(quán)利要求8的納米線生長(zhǎng)方法，其中該預(yù)處理步驟包括退火步驟。11、根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)的納，生長(zhǎng)方法，進(jìn)一步包括在納米線生長(zhǎng)步驟(c)之后，進(jìn)行平面生長(zhǎng)階段，該平面生長(zhǎng)階段包括導(dǎo)致在納米線上形成殼層的至少一個(gè)生長(zhǎng)步驟，其中利用的v/m-比率高于納米線生長(zhǎng)步驟的窗-比率。12、根據(jù)權(quán)禾腰求n的納米線生長(zhǎng)方法，其中該平面生長(zhǎng)步驟的v/m-比率比該納米線生長(zhǎng)步驟的v/ni-比率高至少io倍。13、根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)的納，生長(zhǎng)方法，其中引入，參雜源以穩(wěn)定納米線生長(zhǎng)條件。14、一種氮化物半導(dǎo)體的納米線(110)，該納米線外延地連接襯底(105)并從襯底(105)直立，其特征在于該納米線(110)在其整個(gè)長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。15、一種半導(dǎo)mi件，包括多個(gè)納米線(105)，所述納米線外延itt接襯底(105)并從襯底(105)直立，其特征在于所述納米線中的至少大部分均在它們各自的^^:度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。16、根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)體器件，其中所述納米線的至少90%均在它們各自的旨長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。17、根據(jù)權(quán)禾腰求16的半導(dǎo)體器件，其中所述納米線的至少99%均在它們各自的旨長(zhǎng)度上具有相同的晶體結(jié)構(gòu)。18、根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)件，其中戶皿納，被^^W包括至少一個(gè)殼層(116)的體積元件(115)。19、根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)併器件為L(zhǎng)ED，其中該多個(gè)納米線是單獨(dú)的納米結(jié)構(gòu)的LED，并且與該LED功能性相關(guān)的pn-結(jié)由所述納米線(105)與它們各自的體積元件(115)組合提供。20、根據(jù)權(quán)利要求15的半導(dǎo)條件，其中戶腿納彩戔是GaN。21、根據(jù)權(quán)利要求19和20的半導(dǎo)件，其中所述體積元件包括多個(gè)殼層，并且戶，殼層中的至少一個(gè)是InGaN。全文摘要本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體的生長(zhǎng)，適用于多種半導(dǎo)體器件，例如二極管、LED和晶體管。根據(jù)本發(fā)明的方法，利用基于CVD的選擇性區(qū)域生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體納米線。在納米線生長(zhǎng)步驟中存在氮源和金屬-有機(jī)源，并且在納米線生長(zhǎng)步驟中至少該氮源流速是持續(xù)的。本發(fā)明方法利用的該V/III-比率明顯低于與通常氮化物基半導(dǎo)體生長(zhǎng)相關(guān)的V/III-比率。文檔編號(hào)H01L29/06GK101681813SQ200880002009公開(kāi)日2010年3月24日申請(qǐng)日期2008年1月14日優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日發(fā)明者D·阿索利,W·塞弗特,畢朝霞申請(qǐng)人:昆南諾股份有限公司