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CN104203807A - 具有纳米线的光电子半导体结构以及制造这种结构的方法 - Google Patents

具有纳米线的光电子半导体结构以及制造这种结构的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光电子半导体结构(100)，所述光电子半导体结构(100)包括：包括第一表面(111)的半导体基底(110)、成核层(120)和与所述成核层接触的纳米线(160)，所述成核层(120)由禁能带高于5eV的宽禁带半导体形成。所述成核层(120)覆盖所述第一表面(111)的被称为成核部分的部分，所述第一表面(111)的不被所述成核层(120)覆盖的部分(114)被称为自由部分。所述结构还包括与所述基底(110)的自由部分(114)接触的导电层(141)，所述导电层还围绕所述纳米线(160)的外周与所述纳米线接触。本发明还涉及这种结构(100)的制造方法。

Description

具有纳米线的光电子半导体结构以及制造这种结构的方法
技术领域
本发明涉及电磁辐射的检测、测量和发射的领域以及允许电磁辐射的检测、测量和发射的装置。
近十年在光电子学和源自光电子学的装置方面已经取得了许多进展。这种装置使用了适合于电磁辐射的检测、测量或发射的半导体结构。
在这些结构之中，纳米线基半导体结构无论在接收电磁辐射方面(在检测和测量的情况下)还是在发射电磁辐射方面都呈现了关于可实现效能的巨大的潜能。这些效能足够大以设想在光伏应用中使用这种结构。
不论被用于电磁辐射的检测、测量或发射或用于光伏应用，这种结构可更通常地被称为光电子结构。
上文和文献的剩余部分中的光电子结构被理解为意味着适合于从电信号转化为电磁辐射或适合于从电磁辐射转化为电信号的每种类型的半导体结构。
本发明更具体地涉及一种制造至少一个半导体纳米线的方法和一种光电子半导体结构。
背景技术
纳米线基光电子结构的工业发展和销售仍由于一些技术壁垒而保持受到非常多的限制。
在这些技术壁垒之中，可涉及与纳米线的连接和极化有关的电损耗。
实际上，纳米线基半导体结构通常包括：
-包括第一表面和第二表面的半导体基底，其中，基底具有足以允许高质量极化的多数载流子浓度，
-适合于生长纳米线的成核层，
-数个纳米线，所述数个纳米线的底部与成核层接触，其中，纳米线包括适合于从电信号转化为电磁辐射或适合于从电磁辐射转化为电信号的活动区，
-第一电触头，第一电触头安装在基底的第二表面上以使基底极化，
-第二电触头，第二电触头在与底部相反的端部处与每一个纳米线接触。
因此，通过这种结构，每一个纳米线的活动区的极化通过在第一触头和第二触头之间施加电势差来获得。在操作中并且针对光电子结构，活动区的这种极化允许从电信号转化为电磁辐射或从电磁辐射转化为电信号。
尽管这种结构允许第一电触头和第二电触头的装置使每一个纳米线的活动区极化，但是尽管如此，这种结构牵涉基底/成核层/纳米线界面中的不可忽略的电损耗。
形成基底、成核层和纳米线的底部的材料实际上通常为不同性质的半导体并且在每个界面处形成异质结构。这种类型的界面通常具有高的界面电阻。
当纳米线具有由半导体的氮化物制成的底部时尤其如此。实际上，对于这种类型的纳米线，成核层由氮化铝(aluminum nitride，AlN)制成，成核层为宽带隙半导体(其中，其禁带的能量高于6eV)，成核层具有“半绝缘体”的性能。因此，在这样的材料形成成核层的情况下，基底/成核层和成核层/纳米线层具有高的界面电阻。结果是，通过基底/纳米线界面的每个纳米线的底部的计划导致大的电损耗，电损耗主要与成核层的存在有关。
因此，这种结构需要较高的极化电压以补偿该界面中的损耗，并且因为电压由所述损耗减小，所以这种结构的效率较低。
可注意的是，在光伏类型的结构的情况下，尽管活动区不需要极化，但是第一触头和第二触头是存在的，以连接所述结构，以便收集活动区中产生的能量，并且基底/纳米线界面中的损耗的问题因此还存在于光伏类型的结构。
发明内容
本发明试图弥补这个缺点。
因此，本发明的一个目标在于提供一种包括成核层的纳米线基光电子半导体结构，其中，所述结构在基底和每一个纳米线之间具有界面电阻，所述界面电阻与现有技术的结构相比被降低。
因此，本发明的一个更具体的目标在于提供一种包括成核层的纳米线基光电子半导体结构，所述成核层具有大于5eV的禁能带，其中，所述结构在基底和每一个纳米线之间具有界面电阻，所述界面电阻与包括这种成核层的现有技术的结构相比被降低。
本发明的另一目标在于提供一种纳米线基光电子半导体结构，所述纳米线基光电子半导体结构在所述结构处于操作中时优化了由每一个纳米线的活动区产生的热量的损耗。
为此，本发明涉及一种光电子半导体结构，所述光电子半导体结构包括：
-具有第一表面和第二表面的半导体基底，
-与所述基底的第一表面接触的成核层，所述成核层为具有高于5eV的禁能带的宽禁带半导体，
-与所述成核层接触的纳米线，
其中，所述成核层由至少一个垫形成并且在所述第一表面的被称为“成核”表面的部分上覆盖所述基底的第一表面，其中，所述第一表面的不被所述成核层覆盖的部分被称为“自由”部分，其中，所述结构还包括与所述基底的自由部分接触的导电层，并且其中，所述导电层还在纳米线的外周上与所述纳米线接触。
由于这种导电层与基底和纳米线都接触，这导电层使纳米线能够与由所述成核层提供的接触平行地极化。因此，对于由成核层提供的穿过基底/成核层/纳米线界面的具有高的电损耗的接触，纳米线的极化本质上通过导电层获得，并且与基底/导电层和导电层/纳米线界面有关的电损耗被相应地减少。这导致对于与现有技术中的仅由成核层提供的极化的结构相比的基底/纳米线界面的电损耗被降低。
另外，这种导电层由于由这些多数载流子的热传导而具有热传导特性，当结构处于操作中时，热传导特性使由活动区产生的一部分热量能够被消散。
因此，本发明涉及一种结构，其中，成核层为具有高于5eV的禁能带的宽禁带半导体。
导电层可在纳米线的整个外周上与纳米线接触。
第一表面的自由部分可相对于成核部分凹入一凹入高度，所述凹入高度在1纳米和5微米之间，并且其中，所述凹入高度优选地在1纳米和500纳米之间。
所述第一表面的自由部分的这种凹入使导电层的可与基底接触的部分被增大，其中，所述导电层可在所述自由部分上和由所述自由部分的凹入产生的壁上与所述基底接触。因此，所述导电层和所述基底之间的电界面被优化为具有低的接触电阻。因为纳米线和导电层之间的接触电阻由于导电层在纳米线的外周上的接触而低，导致纳米线和基底之间的电界面被优化并且相应的通路电阻与不包括第一表面的自由部分的这种凹入的半导体结构相比被减小。
所述纳米线可大致覆盖整个成核层。
因此，第一表面的成核部分的区域被尽可能地减小，从而给出最大的自由部分的区域。通过这种方式，获得了用于导电层可接触的第一表面的区域的最大值。
因为成核层可由与纳米线相应的垫形成，纳米线覆盖所述垫。
纳米线在大致平行于基底的第一表面的平面中接触在成核层上，可具有纳米线的与导电层接触的区域的最大横向尺寸，其中，所述导电层在至少等于所述最大横向尺寸除以四的接触高度上与所述纳米线接触。
这种接触高度能够保证，与现有技术的结构相比，导电层与纳米线的外周接触的区域足以提供纳米线和基底之间的界面电阻的最优减小。
纳米线在其与导电层接触的区域中的横向部段可大致为圆形、六边形、三角形、正方形或具有任何其它形状，其中，这种纳米线的最大横向尺寸为这种横向部段的直径或宽度。
所述导电层可主要由耐火材料或由耐火合金制成。
这种耐火材料使导电层在制造所述结构所需的不同的热处理步骤中的特性能够被保证，而不影响其导电特性并且没有修改制造步骤的任何需要。
导电层可主要由选自钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)和包含所述金属的合金的材料制成。
这种材料具有对形成满意质量的导电层所需的质量并且还具有以下优点，当基底由硅制成时，这种材料能够使基底形成为硅化物，从而减小基底和导电层之间的界面电阻。
所述结构可以为如下类型的结构：选自能够发射电磁辐射的结构、能够接收电磁辐射并且将电磁辐射转换为电信号的结构以及光伏类型的结构。
因为基底/纳米线界面中的电损耗由导电层侧存在而被限制，这种结构具有优化的效能。
可进一步提供与基底接触的第一电触头和在所述纳米线的与所述基底相反的末端上与纳米线(130)接触的第二电触头，以便允许纳米线的极化。
半导体结构可意在发射电磁辐射，其中，所述结构包括：
-具有第一表面和第二表面的半导体基底，
-成核层，所述成核层由至少一个垫形成，所述成核层在覆盖基底的第一表面上，其中，所述成核层覆盖第一表面的被称为“成核”表面的部分，并且其中，所述第一表面的剩余部被称为“自由”部分，
-至少一个半导体纳米线，所述至少一个半导体纳米线具有活动区，当纳米线被极化时，所述活动区能够发射电磁辐射，
-在第一表面的自由部分上与基底的第一表面接触的导电层，其中，掩蔽层在所述纳米线的外周的一部分上与所述纳米线接触。
半导体结构可能够接收电磁辐射并且将电磁辐射转换为电信号，其中，所述结构包括：
-具有第一表面和第二表面的半导体基底，
-与所述基底的第一表面接触的成核层，
-包括出现在所述成核层中的至少一个通孔的掩蔽层，
-在每一个孔中的与所述基底的第一表面接触的至少一个半导体纳米线，其中，所述纳米线还具有活动区，所述活动区能够接收电磁辐射并且将电磁辐射转换为电信号，
其中，所述结构还包括在第一表面的自由部分上与基底的第一表面接触的导电层，其中，掩蔽层在所述纳米线的外周的一部分上与所述纳米线接触。
所述结构可包括纳米线的连接构件，其中，第一连接构件被电连接到包括所述第一表面的自由部分的基底的至少一个部分上，其中，第二连接件被安装以至少在与所述基底的第一表面相对的纳米线的端部中将纳米线电连接。
本发明还涉及一种包括至少一个半导体纳米线的光电子半导体结构的制造方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-提供具有第一表面和第二表面的半导体基底，
-形成成核层，所述成核层由至少一个在所述基底的第一表面的被称为“成核”部分的部分上与所述基底的第一表面接触的垫形成，并且其中，所述第一表面的不被所述成核层覆盖的部分被称为“自由”部分，
-形成与所述第一表面的自由部分接触的导电层，
-形成至少一个纳米线，所述至少一个纳米线具有纳米线的与所述成核层的垫接触的被称为“接触”纳米线的部分，并且其中，所述纳米线与所述导电层接触。
由于形成导电层的步骤，这种方法使包括成核层的纳米线基结构能够被制造，所述纳米线基结构与现有技术的不包括导电层的结构相比具有减小的工作电压。
还可包括蚀刻第一表面的自由部分的步骤，使得所述第一表面的自由部分相对于该相同的第一表面的成核部分凹入，其中，所述凹入高度在1纳米和5微米之间并且优选地在1纳米和500纳米之间。
所述自由部分的这种蚀刻步骤能够在形成导电层时提供较大的接触区域，从而使由所述方法获得的结构与不牵涉这种蚀刻福州的制造方法的结构相比能够具有较低的界面电阻。
形成成核层的步骤可包括以下子步骤：
-在整个第一表面上形成成核层，
-选择性地蚀刻所述成核层的一部分，以便释放基底的第一表面的自由部分。
这种子步骤允许在形成成核层之前在基底的整个第一表面上形成与自由部分交替的成核层。
蚀刻第一表面的自由部分的步骤和选择性地蚀刻成核层的一部分的子步骤可在单个蚀刻步骤的过程中被执行。
这种蚀刻步骤在单步骤期间允许首先通过释放自由部分而使成核层形成并且其次使自由部分的凹入形成，从而在形成导电层的步骤期间使所述自由部分和所述导电层之间的接触能够被优化。
形成至少一个纳米线的步骤可包括以下子步骤：
-在导电层上形成被称为“掩蔽”层的层，
-在所述掩蔽层中并且在所述导电层的一部分中形成孔，其中，所述孔出现在所述成核层中以使所述垫露出，
-通过在所述成核层的所述孔出现的垫上选择性地生长而形成纳米线。
对于不适合于纳米线的选择性生长的导电层，纳米线的这种形成步骤使纳米线能够通过防止外周与导电层接触而被形成。
形成至少一个纳米线的步骤可包括以下子步骤：
-在所述导电层中形成孔，其中，所述孔出现在所述成核层中以使所述垫露出，
-通过在所述成核层的垫上选择性地生长而形成纳米线。
形成纳米线的这种步骤使纳米线能够形成，所述纳米线具有与导电层接触的外周，而不需要预先形成掩蔽层，并且其中，所述导电层能够使纳米线在成核层上选择性地生长。
形成至少一个纳米线的步骤可包括以下子步骤：
-在蚀刻第一表面的自由部分和成核层的一部分的步骤之前，在成核层上形成缓冲层，其中，所述缓冲层与所述成核层和所述第一表面的自由部分一起被蚀刻，
-在形成导电层的步骤之后，在所述导电层上形成被称为“掩蔽”层的层，
-在所述掩蔽层中并且在所述导电层的一部分中形成孔，其中，所述孔出现在所述缓冲层中，
-通过在所述缓冲层的所述孔出现的部分上选择性地生长而形成纳米线。
在形成纳米线的步骤之前，成核层上的缓冲层的形成使高质量的纳米线能够被获得，其中，所述纳米线包括相应的缓冲层的部分。实际上，这纳米线具有由具有“2D”层的质量的缓冲层的所述部分形成的底部，其中，所述纳米线的剩余部还具有高质量，这是因为所述纳米线的剩余部由特别适合的层(即，缓冲层)形成。
形成纳米线的步骤可包括以下子步骤：
形成纳米线的第一纵向区域，其中，所述区域大致横向于所述基底的第一表面，并且其中，所述第一区域具有能够抑制意在形成纳米线的剩余部的材料的横向生长的成分，
形成纳米线的剩余部。
因为形成纳米线的步骤为形成由例如氮化镓的半导体氮化物制成的微米线或纳米线的步骤，所述第一区域可包括硅，以便修改所述第一区域，以抑制意在形成所述纳米线的剩余部的材料的横向生长。
附图说明
根据阅读参考附图的仅作为示例给出并且决不以任何方式限制的示例性实施例的说明，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1示出了根据第一实施例的半导体结构的示例，
-图2以图1的结构的一部分的特写视图示出了所述结构的不同的特征尺寸，
-图3A至3H示出了制造图1中示出的半导体结构的不同的步骤，
-图4示出了根据第二实施例的半导体结构，其中，半导体结构包括缓冲层，
-图5示出了根据第三实施例的半导体结构，其中，每一个纳米线都包括轴向式的活动区，
-图6示出了根据第四实施例的半导体结构，其中，结构不包括掩蔽层，并且其中，每一个纳米线的触头部分在其与成核层接触的区域中包括能够抑制横向生长的第一区域。
各个附图的相同的、类似的或等价的部分具有相同的附图标记，以使得易于从一个附图跳到另一个附图。
附图中示出的各个部分不一定按均匀比例示出，以便使附图更易读。
各种可能性(变形和实施例)必须被理解为不相互排斥并且能够相互结合。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的半导体结构100。图1中示出的结构100更具体地为适合于特定应用的半导体结构，特定应用为电磁辐射的发射，电磁辐射的波长在可见范围内，即400纳米和800纳米之间。
当提及特定应用时，在该文献的剩余部分中提到的特征和值仅涉及该应用并且不以任何意义限制本发明的应用领域。
这种半导体结构100包括：
-具有第一表面111和第二表面112的半导体基底110，
-由垫形成的成核层120，成核层120与基底的第一表面接触并且覆盖第一表面111的部分113，成核层120被称为“成核”表面，其中，第一表面的剩余部114被称为“自由部分”，
-与基底110的第一表面111接触的导电层141，
-与导电层141的表面接触的掩蔽层142，掩蔽层142与基底110相对，其中，所述导电层141和所述掩蔽层142包括在成核层120的垫处形成的孔143，
-纳米线130，每一个纳米线130在每种情况下都穿过相应的孔143与成核层120的垫接触，其中，所述纳米线延伸穿过导电层141和掩蔽层142，并且其中，每一个纳米线130具有活动区132，
-反射层160，反射层160在掩蔽层142上形成并且能够反射由纳米线130的活动区132发射的电磁辐射，
-与基底110的第一表面112电接触的第一电触头151，
-与纳米线130电接触的第二电触头152。
术语“半导体纳米线”在上文和整个文献中应当被理解为意味着具有三维尺寸的半导体结构，三维尺寸中的二维尺寸为5纳米和2.5微米之间的同阶的数量级，并且其中，三维尺寸至少等于其它二维尺寸的2倍、5倍或更优选地10倍大。
每一个纳米线130的半径Rwire可被限定为孔143的最大横向尺寸除以2。
图2示出了构成根据第一实施例的结构的层的不同厚度和高度的值。
基底110为适合于生长纳米线130的半导体基底。所述基底在形状上大致平坦。
基底110为允许多数载流子的传导的半导体基底或为金属基底，半导体基底例如为由硅Si、碳化硅SiC、氧化锌ZnO或锗Ge制成的基底。
基底110具有第一类型的导电性。为了限制与基底110和纳米线130之间的抗电阻性有关的电损耗，基底110具有高浓度的多数载流子。
因此，根据图1中示出的特定应用，其中，基底110为硅基底，硅基底的导电性的类型具有为电子的多数载流子，多数载流子的浓度可被选择为大约1019cm-3。
基底110在其第一表面111上具有自由部分114，自由部分114相对于成核部分113内凹。成核部分113和自由部分114分别为基底110的第一表面111的与成核层120接触的部分和基底110的第一表面111的不与成核层120接触的那些部分。
如图2中示出的自由部分114相对于成核部分的凹入高度hrecess在0和5微米之间，并且优选地在1纳米和500纳米之间。
基底在其第二表面上具有第一电触头151。
第一电触头151具有能够使基底111极化的金属层的形式。对于特定应用，第一电触头151由金属制成，所述金属能够形成具有硅的硅化物。第一触头形成了能够使基底极化的第一极化构件。
为了限制纳米线130的结晶失误的浓度，结构100包括成核层120，成核层120由适合于生长纳米线130的材料形成。成核层120能够使一部分的晶格差异被减小，晶格差异可存在于构成基底110的材料和纳米线130与基底110的第一表面111接触的部分的材料之间。关于纳米线130与由半导体氮化物制成的基底110接触的部分，这种材料为例如氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)中的一个。
成核层120由具有高于5eV的禁能带的材料形成，材料例如为氮化铝AlN或氮化硼BN。这种材料特别适合于纳米线的生长，其中，触头部分由氮化镓GaN或氧化锌ZnO形成。
成核层120由垫形成。
术语“垫”在上文和整个文献中被理解为意味着：关于成核层上的并且相互为相同量级的表面中的一个表面，成核层的区域与具有较低的横向尺寸的另一区域分离。
这里，每个垫的横向尺寸针对纳米线的生长而被调整并且因此与纳米线的两个最小尺寸相对应。所以，在直径为50纳米的纳米线的情况下，成核层垫为50纳米直径的垫。
导电层141在基底110的自由部分114上与基底110的第一表面111接触。导电层141在形状上大致平坦，并且孔143被制造为部分地穿过导电层hcontact。
导电层141为由导电材料制成的层。导电层141优选地由耐热材料制成。
如果基底110由硅制成(例如，特定应用的情况下)，导电层141的材料优选地为形成为具有硅的硅化物的材料。在后一种情况下，制成导电层141的材料可选自如下组：所述组包括钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)、钴、铂、钯和包含所述金属的合金。
导电层141的厚度大于基底110的第一表面111的自由部分114的凹入高度hrecess；因此，导电层141从第一表面111伸出被称为“接触”高度hcontact的高度(如图2所示)。接触高度hcontact的值等于导电层141的厚度和凹入高度hrecess之间的差。
接触高度优选地大于或等于纳米线半径Rwire除以二。这种尺寸使高度能够被设置为导电层141与每一个纳米线130接触，接触的区域等于纳米线130的底部的区域。
掩蔽层142延伸至导电层141与基底110相对的表面。掩蔽层142在形状上大致平坦，并且每一个孔143不与导电层141接触的部分被制造为始终穿过掩蔽层142。
掩蔽层142由一材料生产而成，包括纳米线130的一个元件或多个元件在外延生长期间不沉积在该材料上。形成掩蔽层142的材料优选地为绝缘体。对于纳米线160，掩蔽层142可以由氮化镓(氮化镓)、氮化硅(Si3N2)或二氧化硅(SiO2)制成。如图2所示，掩蔽层的厚度hmask可在1纳米和1微米之间。
因此，导电层141和掩蔽层142具有孔143，每一个孔143容纳每一个纳米线130。
每个孔143在成核层120的垫处出现。
每个孔143相对于导电层具有横向部段，横向部段可以大致为圆形、六边形、三角形、正方形或具有任何相似的形状。这种孔的最大横向尺寸(等于相应的纳米线的最大横向尺寸)为这种横向部段的直径或宽度。
每一个纳米线130为沿大致垂直于基底110的第一表面111的方向延长的半导体结构。每个微米线或纳米线130具有通常延伸的圆柱形形状。如图2所示，每一个纳米线130的半径Rwire根据包含纳米线130的半导体结构100的应用来选择。例如，在图1中示出的特定应用中，每个纳米线130的半径大约为500纳米。
每一个纳米线130的高度大于纳米线160的直径的至少2倍或可能5倍或10倍。每一个纳米线130的高度可在100纳米和30微米之间。
每个纳米线130包括与成核层120接触的被称为“触头”部分的部分、与触头部分131接触的活动区132以及与活动区132接触的被称为“极化”部分的部分133。
每个纳米线130的触头部分131与基底110的第一表面接触。每个纳米线130的触头部分131还在其整个外周上与导电层141接触。如已经说明的，导电层141和每个纳米线130的触头部分131之间的电触头在与接触高度hcontact相对应的导电层的厚度上被执行。
如图1所示，包括相应的纳米线130的底部的触头部分131表示大部分相应的纳米线130。
每一个触头部分131主要由第一类型的导电性的直接带隙半导体材料制成。包括每一个纳米线130的触头部分131的半导体材料根据包括纳米线130的半导体结构100的应用而被修改。因此，根据所寻求的应用，包括每一个触头部分131的材料可从包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、InxGa1-xN类型的氧化铟镓和氧化锌(ZnO)的组选择。
可注意，本发明具体适合于包括氮化铝AlN或氧化锌ZnO的触头部分的纳米线。
对于图1中示出的特定应用而言，包括每一个纳米线的触头部分的半导体材料为氮化镓(GaN)。
因此，在图1中示出的特定应用中，每个触头部分131由氮化镓(GaN)制成，并且具有在1.1018和5.1018立方厘米之间的多数载流子浓度。
每一个活动区132与相应的纳米线130的触头部分131接触。每个活动区132为在外周的一部分上和在相应的触头部分131的端部上覆盖触头部分131的层，其中，触头部分131的所述端部为与成核层120相对的一个端部。活动区132同时与一个端部和相应的触头部分131的外周接触，活动区132的这种构造被称为“外壳”构造。
每个活动区132包括半导体结。对于结构100适合于电磁辐射的发射的应用而言，活动区132可为了增大每一个纳米线130的发射效率而包括限制构件，例如多量子阱。
在图1中示出的特定应用中，活动区132由呈InxGax-1N形式的镓铟氮化物形成。根据这一特定应用，多量子阱通过使铟In和镓Ga的两种相对不同的合成物穿过活动区132交替而获得。
因为活动区132被本领域技术人员所熟知，所以在本文中将不更详细地描述活动区132。
每个活动区132在其外外周处与相应的纳米线130的极化部分133接触。
极化部分133使相应的纳米线130能够被接触。
优选地，极化部分133主要由直接带隙半导体材料组成。每一个极化部分133具有第二类型的导电性。
对于图1中示出的本发明的应用而言，每一个极化部分133具有介于1.1017和1.1018立方厘米之间的多数载流子浓度。
每个极化部分133与第二触头152接触，以允许每一个纳米线130的极化。
第二触头152能够允许每一个纳米线130在其极化部分133中极化并且允许由纳米线130发射或接收的电磁辐射经过。
第二触头152为由结构发射或接收的波长的透明的或部分透明的导体材料的层，并且第二触头152能够提供与具有第二类型的导电性的半导体材料接触。因此，第二触头152形成的层可以为镍金(Ni-Au)、铟锡氧化物(ITO)或这些材料的任何堆叠(例如，Ni/ITO)。
第二触头152形成了能够极化每一个纳米线130的一部分的第二极化构件。
结构100还包括放置在掩蔽层142和组成第二触头152的层之间的反射层160。这种反射层160为能够反射在结构100意在操作的波长处的电磁辐射的层。
在图1中示出的特定应用中，反射层160的材料为银(Ag)或铝(Al)，反射层的上层的厚度为50纳米并且优选地大于100纳米。
图3A至3H示出了这种结构100的制造方法。这种制造方法包括步骤，所述步骤在于：
-提供具有第一表面111和第二表面112的半导体基底110，
-在基底110的第一表面111上形成与所述成核层接触的成核层120，
-如图3A所示，应用感光树脂200并且进行平板印刷操作，以便将与第一表面111的自由部分114对应的树脂的部分移除，
-如图3B所示，蚀刻不受树脂200保护的区域，以便释放与成核层的与第一表面的自由部分相应的这些区域，并且以便所述区域可从第一表面111的剩余部凹入一凹入高度hrecess，其中，所述步骤还使成核层120的垫能够被展示，
-在自由部分114上和感光树脂上应用组成导电层141的材料，
-如图3C所示，在导电层141上沉积掩蔽层142，
-移除感光竖直200，以便移除不在自由部分114中的导电层141，
-在整个表面上沉积掩蔽层142，
-在导电层141位于自由部分114中的部分上沉积树脂垫，
-蚀刻掩蔽层142，使得掩蔽层142出现在成核层120中，
-形成穿过孔143并且与成核层120的相应的垫接触的纳米线130的触头部分131，其中，触头部分还在其一部分外周上与导电层141接触(参见图3E)，
-如图3F所示，形成活动区132和每一个纳米线130的极化部分133，其中，这种构造使每个纳米线能够形成，
-如图3G所示，在每一个纳米线130之间沉积与掩蔽层142接触的反射层160，
-如图3H所示，在纳米线130的极化部分和反射层160上形成第二触头152。
在沉积反射层的步骤中，反射层优选地以不保形的方式被沉积。根据这种可能性，层160与掩蔽层142接触的部分于是用树脂保护，以便蚀刻层160沉积在纳米线的上端处的部分。图4示出了根据第二实施例的结构100。根据所述第二实施例的结构100与根据第一实施例的结构100的区别在于，每个纳米线130在其触头部分131中包括由称为“缓冲”层的二维(2D)层形成的区域131a。
缓冲层为在成核层120上生长之前形成的层，成核层120由具体适合于生长纳米线130的触头部分131兵器形成电界面的材料制成，电界面具有拥有较小抗性的纳米线130的所述相同的部分。组成缓冲层134的材料优选地被选择为大致与纳米线130的触头部分131的材料相同。
缓冲层134的厚度在300纳米和5微米之间。
第一表面111的自由部分114相对于第一表面111的剩余部凹入一凹入高度hrecess，凹入高度hrecess大于缓冲层134的厚度。
在所述第二实施例中，接触高度hcontact等于导电层141与缓冲层中形成的纳米线的区域131a接触的高度。
根据所述第二实施例的结构100的制造方法与根据第一实施例的制造方法的区别在于，该制造方法在形成成核层的步骤和应用感光树脂的步骤之间包括形成缓冲层的步骤。
图5示出了根据第三实施例的结构100。根据所述第三实施例的结构100与根据第一实施例的结构100的区别在于，每个活动区132为轴向式的活动区。
这种活动区132与根据上述的两个实施例的活动区的区别在于，这活动区132为相应的触头部分131的延伸，并且所述活动区和相应的触头部分131之间的接触仅在触头部分131的端部处。
根据这种相同的可能性，每个极化部分133也是相应的触头部分131和相应的活动区132的延伸，其中，每个极化部分133和相应的活动区132之间的接触仅在活动区132的端部处。
根据这种可能性的结构100的制造方法与根据第一实施例的结构100的制造方法的区别仅在于形成纳米线130的步骤，所述步骤适合于包括轴向式的活动区132的纳米线130的形成。
图6示出了根据第四实施例的结构100。这种结构100与根据第一实施例的结构100的区别在于，每一个纳米线130的触头部分131包括第一区域131a，第一区域131a能够抑制形成纳米线130的剩余部132、133的材料的横向生长。根据第四实施例的结构100与根据第一实施例的结构的区别在于，根据第四实施例的结构100不包括掩蔽层142，并且根据第四实施例的结构100包括放置在导电层141和反射层160之间的绝缘层170。
在这一实施例中，纳米线130主要由半导体氮化物形成。第一区域131b为在其外周上包括抑制层(未示出)的每一个纳米线130的区域，如在登记号为1152926的法语专利申请中描述的，抑制层由氮化硅形成。所述抑制层的数纳米的厚度使横向生长能够在每个纳米线的第一区域的外周上被抑制，因此防止了活动区132和极化部分133在该区域中的生长。由于其厚度小，抑制层没有很大地影响导电层141和纳米线130的触头部分的外周之间的接触。
绝缘层170为由介电材料制成的层，介电材料例如为二氧化硅SiO2，介电材料在微电子领域中传统地被用于对导电层进行电绝缘。绝缘层170的厚度使得绝缘层170能够与另一个导电层141和反射层160电绝缘，其中，反射层160与第二电触头152直接接触。
根据所述第四实施例的结构100的制造方法与根据第一实施例的结构100的制造方法的区别在于，根据所述第四实施例的结构100的制造方法不包括形成掩蔽层142的步骤；形成触头部分131的步骤包括子步骤，子步骤在于，沉积包括一部分硅的半导体氮化物以便形成触头部分131的第一区域131a；以及根据所述第四实施例的结构100的制造方法包括在形成反射层160的步骤之前在导电层141上形成绝缘层170。

Claims (15)

1.一种光电子半导体结构(100)，包括：
-具有第一表面和第二表面(111，112)的半导体基底(110)，
-与所述基底(110)的第一表面(111)接触的成核层(120)，所述成核层为具有高于5eV的禁能带的宽禁带半导体，纳米线(130)与所述成核层接触，
其中，所述结构(100)的特征在于，所述成核层(120)由至少一个垫形成并且在所述第一表面(111)的被称为“成核”表面的部分(113)上覆盖所述基底(110)的第一表面(111)，其中，所述第一表面(111)的不被所述成核层(120)覆盖的部分(114)被称为“自由”部分，其中，所述结构还包括与所述基底(110)的自由部分(114)接触的导电层(141)，并且其中，所述导电层还在所述纳米线(130)的外周上与所述纳米线接触。
2.根据权利要求1所述的结构(100)，其中，所述第一表面(111)的自由部分(114)相对于所述成核部分(113)凹入一凹入高度(hrecess)，所述凹入高度(hrecess)在1纳米和5微米之间，并且其中，所述凹入高度(hrecess)优选地在1纳米和500纳米之间。
3.根据权利要求1或2所述的结构(100)，其中，所述纳米线(130)大致覆盖整个成核层(120)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的结构，其中，所述纳米线(130)在大致平行于所述基底(100)的第一表面(111)的平面中接触在所述成核层(120)上，具有所述纳米线(130)的与所述导电层(120)接触的区域的最大横向尺寸，其中，所述导电层(141)在至少等于所述最大横向尺寸除以四的接触高度上与所述纳米线接触。
5.根据前述权利要求中任一项所述的结构(100)，其中，所述导电层(141)主要由耐火材料或耐火合金制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构(100)，其中，所述导电层(141)主要由选自如下组的材料制成：所述组包含钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)和包含所述金属的合金。
7.根据前述权利要求中任一项所述的半导体结构(100)，其中，所述结构(100)为选自如下组的类型的结构：所述组包括能够发射电磁辐射的结构、能够接收电磁辐射并且将电磁辐射转换为电信号的结构，以及光伏类型的结构。
8.根据前述权利要求中任一项所述的结构(100)，其中，所述结构进一步包括与所述基底(110)接触的第一电触头(151)和在所述纳米线的与所述基底(110)相反的末端上与所述纳米线(130)接触的第二电触头(152)，以便允许所述纳米线(130)的极化。
9.一种包括至少一个半导体纳米线(130)的光电子半导体结构(100)的制造方法，其中，所述方法包括以下步骤：
-提供具有第一表面和第二表面(111，112)的半导体基底(110)，
-形成成核层(120)，所述成核层(120)由至少一个在所述基底(110)的第一表面(111)的被称为“成核”部分(113)的部分上与所述基底(110)的第一表面(111)接触的垫形成，并且其中，所述第一表面(111)的不被所述成核层(120)覆盖的部分被称为“自由”部分(114)，
-形成与所述第一表面(111)的自由部分(114)接触的导电层(141)，
-形成至少一个纳米线(130)，所述至少一个纳米线(130)具有纳米线的与所述成核层(120)接触的被称为“接触”纳米线的部分，并且其中，所述纳米线在其外周上与所述导电层(141)接触。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述方法进一步提供了蚀刻所述第一表面(111)的自由部分(114)的步骤，使得所述自由部分(114)相对于相同的所述第一表面(111)的所述成核部分(113)凹入一凹入高度(hrecess)，并且其中，所述凹入高度(hrecess)在1纳米和5微米之间并且优选地在1纳米和500纳米之间。
11.根据权利要求9或10所述的制造方法，其中，形成所述成核层(120)的步骤包括以下子步骤：
-在整个第一表面(111)上形成成核层(120)，
-选择性地蚀刻所述成核层(120)的一部分，以便释放所述基底(110)的第一表面(111)的自由部分(114)。
12.根据权利要求10和11所述的制造方法，其中，蚀刻所述第一表面(111)的自由部分(114)的步骤和选择性地蚀刻所述成核层(120)的一部分的子步骤能够在单个蚀刻步骤的过程中被执行。
13.根据权利要求9至12所述的制造方法，其中，形成至少一个纳米线的步骤包括以下子步骤：
-在所述导电层(141)上形成被称为“掩蔽”层(142)的层，
-在所述掩蔽层(142)中并且在所述导电层(141)的一部分中形成孔，其中，所述孔出现在所述成核层(120)中以使所述垫露出，
-通过在所述成核层(120)的微米线或纳米线(130)出现的垫上选择性地生长而形成纳米线。
14.根据权利要求9至12所述的制造方法，其中，形成至少一个纳米线的步骤包括以下子步骤：
-在所述导电层(141)中形成孔(143)，其中，所述孔出现在所述成核层(120)中以使所述垫露出，
-通过在所述成核层(120)的垫上选择性地生长而形成纳米线(130)。
15.根据权利要求12所述的制造方法，其中，形成至少一个纳米线的步骤包括以下子步骤：
-在蚀刻所述第一表面(111)的自由部分(114)和所述成核层(120)的一部分的步骤之前，在所述成核层(120)上形成缓冲层(134)，其中，所述缓冲层与所述成核层(120)和所述第一表面(111)的自由部分一起被蚀刻，
-在形成所述导电层(141)的步骤之后，在所述导电层(141)上形成被称为“掩蔽”层的层(142)，
-在所述掩蔽层(142)中并且在所述导电层(141)的一部分中形成孔(143)，其中，所述孔(143)出现在所述缓冲层(134)中，
-通过在所述缓冲层(134)的所述孔(143)出现的部分上选择性地生长而形成纳米线(130)。
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