[发明专利]半导体纳米结构和制造方法及其应用

权利要求书

1.一种半导体纳米结构，其特征在于，包括单晶硅衬底、介质薄膜、第一缓冲层、半导体籽晶材料、第二缓冲层和半导体纳米功能区；所述介质薄膜形成于所述单晶硅衬底上；所述单晶硅衬底上具有图形化窗口，所述第一缓冲层形成于所述图形化窗口中的单晶硅衬底上，所述半导体籽晶材料层形成于所述第一缓冲层上；所述第二缓冲层和半导体纳米功能区形成于所述介质薄膜上。

2.根据权利要求1所述的半导体纳米结构，其特征在于，所述半导体籽晶材料、第二缓冲层与半导体牺牲层为同一种材料，并包括以下任意一种材料：锗、磷化镓、砷化镓、磷化铟、砷化铟、锑化镓、锑化铟、氮化镓、氮化铝、氮化铟以及它们的多元合金。

3.根据权利要求1所述的半导体纳米结构，其特征在于，所述介质薄膜层包括以下任意一种或几种材料：氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物和金属氮化物。

4.根据权利要求1所述的半导体纳米结构，其特征在于，所述介质薄膜的厚度大于所述单晶硅衬底上的图形化窗口宽度的1.41倍。

5.根据权利要求1所述的半导体纳米结构，其特征在于，所述第一缓冲层的晶格常数介于所述单晶硅和半导体籽晶材料之间，其包括以下任意一种材料：SiGe合金、Ge半导体、III-V族半导体以及它们的多元合金。

6.根据权利要求1所述的半导体纳米结构，其特征在于，所述半导体纳米功能区包括以下任意一种材料或几种材料：锗、磷化镓、砷化镓、磷化铟、砷化铟、锑化镓、锑化铟、氮化镓、氮化铝、氮化铟、以及它们的多元合金，或者包括以下任意一种或几种结构的功能组合：半导体P-N结、半导体异质结、半导体量子阱、半导体超晶格、半导体光波导和半导体光反射器。

7.一种半导体纳米结构的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

步骤10：在单晶硅衬底上形成介质薄膜层；

步骤20：通过图形化介质薄膜层，在单晶硅衬底上形成图形化窗口；

步骤30：在所述单晶硅衬底上的图形化窗口中选择性外延第一缓冲层；

步骤40：在所述第一缓冲层上选择性外延半导体籽晶材料，并形成侧向外延过生长区

步骤50：刻蚀所述侧向外延过生长区，从而形成与所述介质薄膜层表面垂直的半导体籽晶材料侧向晶面；

步骤60：在所述半导体籽晶材料侧向晶面上选择性外延第二缓冲层；

步骤70：在所述第二缓冲层上依次选择性外延半导体纳米功能区和半导体牺牲层；

步骤80：平坦化所述半导体籽晶材料、半导体纳米功能区和半导体牺牲层的顶部，保留垂直于介质薄膜表面的侧向外延部分；

步骤90：湿法选择性腐蚀所述半导体籽晶材料、第二缓冲层和半导体牺牲层，在介质薄膜上形成半导体纳米结构。

8.根据权利要求7所述的半导体纳米结构的制造方法，其特征在于，所述半导体纳米功能区的化学腐蚀特性与半导体籽晶材料、第二缓冲层、半导体牺牲层均不相同，通过湿法选择性腐蚀方法将半导体籽晶材料、第二缓冲层与半导体牺牲层去除，而不损伤半导体纳米功能区。

9.根据权利要求7所述的半导体纳米结构的制造方法，其特征在于，所述步骤30、步骤40、步骤60和步骤70中所述选择性外延的方法包括：金属有机化学气相沉积和超高真空化学气相沉积。

10.一种由半导体纳米结构制造的器件，其特征在于，所述半导体纳米结构应用于下列器件的功能部件：场效应晶体管、双极晶体管、共振隧穿二极管、肖特基二极管、光发射器件、光探测器、光波导、光调制器、光学耦合器和光学开关。