[发明专利]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

说明书

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。