專利名稱：納米線隧道二極管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體隧道ニ極管并且具體地涉及使用納米線制造的隧道ニ極管。
背景技術：
隧道ニ極管從Leo Esaki發(fā)明它起的半個世紀內(nèi)受到持續(xù)的關注。然而盡管認為隧道ニ極管具有與晶體管抗 衡的前景，但是它在現(xiàn)實應用中遠未實現(xiàn)這點。隧道ニ極管的功能基于電荷載流子(charge carrier)的帶間隧穿。隧道ニ極管在它的最簡單形式中由接觸的不同摻雜類型的兩個退化摻雜半導體材料層組成。下文，n++將表示利用施主(donor)的退化摻雜并且p++將表示利用受主(acceptor)的退化摻雜。圖I示意地圖示了當跨越由這些層組成的結(jié)施加電壓(V)時經(jīng)過隧道ニ極管的電流(A)。當正向偏置時，電流先隨著電壓增加上至峰電壓Vp而增加上至峰電流IP，其中電壓進一步增加上至谷電壓Vv造成電流減少下至谷電流Iv。由于退化摻雜在結(jié)的每側(cè)上的半導體材料，所以費米能級(Fermi IeveI)將對于n++側(cè)而言在導帶(conduction band)中，并且對于p++側(cè)而言在價帶(valence band)中。這造成在結(jié)的每側(cè)上的電荷載流子具有相同能量和相反電荷，由此允許電荷載流子的隧穿和后續(xù)湮滅。圖2在a) -d)中分別示意地圖示了用于圖I中所示點A-D的能帶圖。E。為導帶能量，Ev為價帶能量，Ef為費米能級能量，EFn和Efp分別為在施加電壓時用于結(jié)的n型和p型側(cè)的費米能級能量。隨著電壓增加，在EFn與Efp之間的能量差將指引經(jīng)過結(jié)的隧穿。隧穿率與在導帶與價帶之間的帶隙產(chǎn)生的勢魚(barrier)的高度以及勢魚的厚度兩者呈負指數(shù)縮放。厚度由耗盡區(qū)域?qū)挾冉o定，該寬度由材料中的摻雜濃度給定。電子和空穴質(zhì)量對于隧穿率而言也是重要的。在點A，在零電壓，結(jié)作為歐姆電阻來運轉(zhuǎn)，并且與之類似，電阻與隧穿率成反比。在點B，在VP，在結(jié)上施加的電壓造成導帶中的自由電子與價帶中的自由空穴在相同能量的最大重疊。在這一點，電流處于局部最大值并且當電壓如點C舉例示出的那樣進一歩增加時，這一重疊減少并且電流減少。然而在電壓如在點D舉例示出的那樣甚至更高時，達到正常ニ極管在正向偏置域中的情形，其中電壓增加伴隨有電流増加。電流隨著電壓增加而減少意味著結(jié)表現(xiàn)負微分電阻(NDR)。這是使得隧道ニ極管的發(fā)明受到如此關注的特征并且已經(jīng)允許應用于若干不同領域中。隧道ニ極管已經(jīng)用于振蕩器、放大器、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管以及壓力計和發(fā)光二極管。針對隧道ニ極管的其他應用是在低功率存儲器単元(所謂的隧穿SRAM)中和在用標準CMOSエ藝單體集成的鎖存器中以及用于單體集成的多結(jié)太陽能電池中的互連。雖然在許多應用中有大量潛在益處，但是隧道ニ極管的使用由于無法令人滿意的性能(主要歸因于制作中的技術壁壘)而有限。現(xiàn)有技術的隧道ニ極管的制作普遍基于外延薄膜生長以及光刻和蝕刻，并且因此隧道ニ極管主要由基于Si、Ge和GaAs的材料制成并且可擴展性有限。
化合物半導體隧道ニ極管(諸如由GaAs制成的那些隧道ニ極管)不容易集成于優(yōu)選硅襯底上。然而這已經(jīng)用復雜和昂貴的加工(諸如在圖案化的襯底上的晶片鍵合或者變質(zhì)生長)得到示范。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述內(nèi)容，本發(fā)明的ー個目的是提供ー種改進的隧道ニ極管。因此提供一種用于制造隧道ニ極管的新方式。這一新方式涉及生長包括摻雜半導體材料的納米線，摻雜半導體材料形成隧道ニ極管或者隧道ニ極管的至少部分。根據(jù)本發(fā)明的ー種隧道ニ極管包括形成PU結(jié)的P摻雜半導體區(qū)域和n摻雜半導體區(qū)域。pn結(jié)在軸向或者核殼(core-shell)配置中至少部分形成于納米線內(nèi)。優(yōu)選地，p摻雜半導體區(qū)域包括與n摻雜半導體區(qū)域的退化摻雜n++段相鄰的退化摻雜p++段?？梢赃x擇隧道ニ極管的半導體材料使得它們在結(jié)的兩側(cè)上相同，即同質(zhì)結(jié)器件。 也有可能在結(jié)的不同側(cè)上具有不同半導體材料，即異質(zhì)結(jié)器件。在這ー情況下，有不同類型的材料組合從而產(chǎn)生類型I (跨騎間隙)或者類型II (交錯間隙)組合，其中在P++段上生長n++段或者在n++段上生長p++段。另ー可能性是組合材料使得用于結(jié)的一側(cè)上的材料的導帶能量低于用于結(jié)的另一側(cè)上的材料的價帶能量。這是無需退化參照的類型III (斷裂間隙)異質(zhì)結(jié)。納米線幾何結(jié)構允許經(jīng)由表面的應カ弛豫(strain relaxation),從而允許比用于薄膜生長廣泛得多的異質(zhì)結(jié)構組合范圍，因為實質(zhì)上去除了針對晶格匹配(latticematching)的要求。這打開使用類型II和類型III材料組合的可能性，這些材料組合是現(xiàn)有技術不能形成的。這些材料組合由于減少的隧道勢壘高度而具有好得多的性能的前景。此外，可以利用在結(jié)的ー側(cè)或者兩側(cè)上形成量子井的異質(zhì)結(jié)構，從而形成所謂的共振帶間隧道ニ極管。減少的晶格未匹配要求也打開利用現(xiàn)有技術不容易制造的在半導體襯底上的化合物半導體(諸如在Si上的III-V半導體)生長。本發(fā)明提供由從Ga、P、In、As的組選擇的化合物半導體材料制成的隧道ニ極管，由此形成類型I (跨騎間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管或者類型II (交錯間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管。通過引入基于Sb的化合物半導體可以形成類型III (斷裂間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管。這些隧道ニ極管類型改進隧道ニ極管的傳輸性質(zhì)。在納米線中，Sb含量可以增加至現(xiàn)有技術中不可能的水平(即ニ元(binary )、三元(ternary )、四元(quaternary )和五元(quinary )基于Sb的化合物可以被形成并且與其他半導體化合物組合，但是晶格未匹配可能明顯)。這樣的高Sb含量將在很多現(xiàn)有技術器件中(特別對于光電器件而言)有害，因為將在高Sb含量的區(qū)域中吸收光。也提供一種制造隧道ニ極管的方法。該方法包括以下步驟提供半導體襯底；并且在半導體襯底上生長納米線，由此形成至少部分在納米線I內(nèi)的包括P摻雜半導體區(qū)域4和n摻雜半導體區(qū)域5的pn結(jié)6。對于新興的納米線光電伏(photovoltaics)領域,隧道ニ極管是用于使納米線多結(jié)太陽能電池成為可能的所需構件塊。因此提供ー種包括根據(jù)本發(fā)明的隧道ニ極管的多結(jié)太陽能電池。由于本發(fā)明而有可能引入更容易受來自摻雜的能帶彎曲(band bending)影響的更低帶隙材料。本發(fā)明的又一優(yōu)點是有可能使用具有能帶對準的材料組合，該能帶對準給予或者至少支持通過摻雜產(chǎn)生隧道ニ極管。本發(fā)明的又一優(yōu)點是有可能選擇高度易于受到p或者n摻雜影響的材料以便制作
隧道ニ極管。納米線的基本特征是窄的橫向尺寸和外延(潛在無缺陷)生長。納米線生長的由下至上(bottom-up)方式容易可縮放至更小直徑并且避免在基于蝕刻的由上至下(top-down)エ藝中經(jīng)常引起的缺陷。 在從屬權利要求中限定本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點和新穎特征將從在與附圖和權利要求結(jié)合考慮時的對本發(fā)明的下文詳細描述中變得清楚。


現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例
圖I示意地圖示了用于隧道ニ極管的VI曲線；
圖2a_d示意地圖示了代表隧道ニ極管點的不同性質(zhì)的用于不同點(A) - (D)的能帶圖，在(A)中為歐姆電阻，在(B)中為電流最大值，在(C)中為負微分電阻并且在(D)中為正向偏置的正常ニ極管；
圖3示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的在軸向配置中的納米線隧道ニ極管；
圖4示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的在核殼配置中的納米線隧道ニ極管；
圖5示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的不同隧道ニ極管配置；
圖6示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于隧道ニ極管的不同材料組合的 圖7示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的不同III-V化合物隧道ニ極管結(jié)；
圖8示意地圖示了根據(jù)本發(fā)明的包括Sb的不同化合物隧道ニ極管結(jié)；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的例I的生長エ藝的示意 圖10示出了依據(jù)根據(jù)本發(fā)明的例I的經(jīng)過有光(實線)和無光(點劃線)的單個納米線的電流測量；
圖11示出了由n型InP制成的納米線異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管的SEM圖片(左)和用于單個納米線的VI曲線(右)。
具體實施例方式出于本申請的目的，術語納米線將解釋為如下結(jié)構，該結(jié)構實質(zhì)上在它的寬度或者直徑上為納米尺度。這樣的結(jié)構也常稱為納米晶須、納米棒等。在襯底上納米線形成的基本エ藝是通過在美國專利號7，335，908中描述的粒子輔助的生長或者所謂的VLS(蒸汽-液體-固體)機制以及公知的不同類型的化學束外延和氣相外延方法。然而本發(fā)明并不限于這樣的納米線或者VLSエ藝。用于生長納米線的其他適當方法在本領域中已知并且例如在國際申請?zhí)朩O 2007/102781中被示出。由此得出可以生長納米線而不使用粒子作為催化齊U。因此也包括選擇性生長的納米線和納米結(jié)構、蝕刻的結(jié)構、其他納米線和由納米線制作的結(jié)構。參照圖3-4，根據(jù)本發(fā)明的隧道ニ極管包括形成pn結(jié)6的p摻雜半導體區(qū)域4和n摻雜半導體區(qū)域5。pn結(jié)6在軸向或者核殼配置中至少部分地形成于納米線I內(nèi)。優(yōu)選地，如下文說明的那樣，P摻雜半導體區(qū)域4包括與n摻雜半導體區(qū)域5的退化摻雜n++段5’相鄰的退化摻雜p++段4’。然而不限于此。在原理上，隧道ニ極管的功能如在背景技術中描述的那樣。在操作期間，隧道ニ極管必須連接到在隧道ニ極管的端部布置的端子，以便在隧道ニ極管上施加電壓。納米線I從半導體襯底3的上表面生長，并且當半導體襯底3形成隧道ニ極管的或者包括隧道ニ極管的半導體器件的部分時，納米線I在與表面的法線方向平行的方向上或者按照與表面的預定傾斜關系從半導體襯底3突出。襯底3可以僅為用于納米線I的無源載體或者是包括隧道ニ極管的電路的部分(例如作為連接端子之一運轉(zhuǎn)或者形成pn結(jié)的部分)。如從這些例子理解的那樣，半導體襯底3本身必須摻雜或者在上表面配備有摻雜或者傳導層。這樣的層普遍稱為緩沖層。參照圖3，具有軸向配置的隧道ニ極管至少包括在從半導體襯底3的上表面突出的納米線I內(nèi)的退化摻雜n++段5’上外延生長的退化摻雜p++段4’。 參照圖4，具有核殼配置的隧道ニ極管包括外延生長為殼8的退化摻雜P++段4’，該殼8包圍納米線核9的退化摻雜n++段4’的至少一部分。圖3和圖4圖示了一個實施例，其中納米線I電連接到襯底3并且電介質(zhì)層布置于上表面上，然而不限于此。可選地，圖3和圖4的納米線I包括不同摻雜和/或者組成的附加段，這些段沿著納米線的長度布置和/或在核殼配置中徑向包圍納米線的至少一部分以便形成與諸如場效應晶體管、光電檢測器、發(fā)光二極管等不同半導體器件相似的功能部分。參照圖5，隧道ニ極管的半導體材料可以被選擇成在結(jié)的兩側(cè)上相同(即形成如圖5a中示意地所示的同質(zhì)結(jié))或者在結(jié)的不同側(cè)上具有不同的半導體材料(即形成如圖5b_f中示意地所示的異質(zhì)結(jié))。在這ー情況下，有不同類型的材料組合，從而產(chǎn)生類型I (跨騎間隙)或者類型II (交錯間隙)組合，其中n++段生長于p++段上或者p++段生長于n++段上。另一可能性是組合材料使得用于在結(jié)的一側(cè)之上的材料的導帶能量低于用于在結(jié)的另ー側(cè)上的材料的價帶能量，從而產(chǎn)生類型III (斷裂間隙)異質(zhì)結(jié)。結(jié)可以包括不同組成的ー些中間層(即段4’、5’中的至少一段在與另一段4’、5’相鄰的端部中包括子段)，只要這未明顯影響隧穿性質(zhì)。由于比用于現(xiàn)有技術的薄膜生長的可能異質(zhì)結(jié)構組合范圍更寬的異質(zhì)結(jié)構組合范圍，所以對摻雜的要求適度，并且對于ー些異質(zhì)結(jié)構組合，無需退化摻雜。通常需要102°-1021cm_3的摻雜。盡管示出了在軸向配置中形成隧道的段，但是圖5中所示異質(zhì)結(jié)構組合也適用于核殼配置。參照圖5b，在一個實施例中，隧道ニ極管至少包括外延連接到退化摻雜P++段4’的退化摻雜n++段5’。在這ー實施例的一個實施中，類型I或者類型II的異質(zhì)結(jié)構結(jié)由InGaAsP材料形成。圖7中所不類型I異質(zhì)結(jié)為p++ GaP/n++ InAs、p++ GaP/n++ GaAs和 p++ InP/n++ InAs，并且圖 7 中所tk類型 11 異質(zhì)結(jié)為 P++ GaP/n++ InP-, p++ GaAs/n++InAs 和 p++ GaAs/n++ InP，其優(yōu)選組合為類型 I p++ InP/n++ InAs 和類型 II p++ GaP/n++ InP、p++ GaAs/n++ InAs^Pp++ GaAs/n++ InP0參照圖6，用于隧道ニ極管的適當半導體材料包括但不限于來自Ga、P、In, As, Sb組的ニ元、三元、四元和五元化合物半導體的組合?；衔锇雽w也可以包括Al。舉例說明的材料的帶隙 Eg 為 GaP 2.78eV、GaAs I. 42eV、GaSb 0. 73eV、InP 1.35eV、InAs 0. 36eV、InSb 0. 17eV。圖6的圖表和圖7_8的例子給出用于隧道ニ極管的適當異質(zhì)結(jié)構組合的概況。隊在圖8中示意地所示的包括基于Sb的材料的異質(zhì)結(jié)構組合特別感興趣。優(yōu)選化合物半導體組合為類型I組合n++ InAs/p++ GaP和n++ InAs/p++ InP以及類型II組合n++InP/p++ GaP、n++ InP/p++ GaAs、n++ InP/p++ GaSb、n++ InAs/p++ GaAs 和 n++ InSb/P++ GaSb。更多優(yōu)選組合為類型III組合n或者i型InAs/p或者i型GaSb和n或者i型InAs/p或者i型InSb。在圖表中，優(yōu)選組合由“ + ”標記指示，并且更優(yōu)選材料由“++”標記指示。參照圖5c，在一個實施例中，隧道ニ極管至少包括外延連接到退化摻雜P++段4’的退化摻雜n++段5’。在這ー實施例的一個實施中，異質(zhì)結(jié)構結(jié)由InGaAsSbP材料形成。圖8 中所不類型 I 異質(zhì)結(jié)為 p++ GaP/n++ GaSb、p++ GaP/n++ InSb、p++ GaAs/n++ GaSb、p++InP/n++ InSb 和 p++ GaAs/n++ InSb0 圖 8 中所不類型 II 異質(zhì)結(jié)為 p++ InP/n++ GaSb 和p++ GaSb/n++ InSb。圖 8 中所不類型 III 異質(zhì)結(jié)為 p++ InAs/n++ GaSb 和 p++ InAs/n++InSb。如上文提到的那樣，對用于這些類型III異質(zhì)結(jié)段的摻雜的要求與現(xiàn)有技術相比是 適度的。參照圖5d_f，根據(jù)本發(fā)明的包括由相鄰退化摻雜段形成的異質(zhì)結(jié)的隧道ニ極管可以包括與退化摻雜段結(jié)合的不同摻雜和/或組成的一個或者多個附加段。例如如圖5d_e中所示，具有明顯更低摻雜水平、可選為不同材料組成的n/p摻雜段與n++/p++退化摻雜段相鄰放置，或者如圖5f中所示，具有明顯更低摻雜水平、可選為不同材料組成的n和p摻雜段分別與n++和p++退化摻雜段相鄰放置?；旧?，用于生長納米線的適當方法在本領域中已知并且例如在通過引用而結(jié)合的PCT申請中TO 2007/102781中被示出。根據(jù)本發(fā)明的一種用于制造隧道ニ極管的方法包括以下步驟
提供半導體襯底3;并且
在半導體襯底3上生長納米線1，由此形成至少部分在納米線I內(nèi)的包括p摻雜半導體區(qū)域4和n摻雜半導體區(qū)域5的pn結(jié)6。通過供應適當前驅(qū)體氣體(precursor gas)來開始納米線生長?？梢酝ㄟ^在生長期間改變這些氣體的濃度或者組成來變化材料組成。生長步驟優(yōu)選地還包括至少退化摻雜P摻雜區(qū)域4的p++段4’和n摻雜區(qū)域5的n++段5’的步驟。摻雜可以通過在生長期間在氣相中供應摻雜物來實現(xiàn)。用于形成包括由InGaAsSbP材料制成的化合物半導體的納米線、納米線段的適當前驅(qū)體氣體包括但不限于AsH3、TBP、TBAs, TMIn, TMGa, TEGa, TESb和TMSb。用于摻雜的適當氣體包括但不限于DMZn、DEZn, TESn, H2S和H2Se。例I
在這一例子中，示范同質(zhì)結(jié)隧道ニ極管。另外，該例示范在InP納米線中的充當光電伏電池的兩個ニ極管如何與隧道ニ極管單體接觸。納米線依據(jù)根據(jù)現(xiàn)有技術的技術成核(nucleate)于Si襯底上，并且然后繼續(xù)納米線的生長，這包括以下步驟
I.向生長反應器供應前驅(qū)體分子TMIn、PH3和TESn。TMIn和PH3是用于InP的前驅(qū)，而從TESn前驅(qū)體混合Sn，從而產(chǎn)生InP的n摻雜。向氣體混合物添加小HCl流量以去除納米線的側(cè)壁上的任何生長。在線的整個生長內(nèi)維持該流量。
2.關斷TESn的流量并且生長無故意摻雜的短區(qū)域。3.向生長反應器中的氣體混合物添加DEZn流量以實現(xiàn)外質(zhì)(extrinsic) p摻雜區(qū)域。4.調(diào)大(turn up) DEZn流量以增加Zn的混合，從而產(chǎn)生具有明顯更高摻雜水平的分節(jié)。這是隧道ニ極管的第一分節(jié)。選擇DEZn流量使得僅少量増加就將產(chǎn)生納米線的外延生長的損失。因此盡 管InP的表面釘扎(pirming)，DEZn足以達到退化摻雜，其有利于n型摻雜而不是p型摻雜。5.對于隧道ニ極管的第二層，完全關斷DEZn流量，并且代之以立即接通大TESn流量。由于Sn可以混入InP納米線中達到很高水平而未損失外延生長，所以盡管充當摻雜原子緩沖體的Au種子粒子，也有可能實現(xiàn)摻雜中的突然改變。由于InP的表面釘扎和高Sn流量，所以可用Sn的僅小部分需要混于納米線中以實現(xiàn)n型退化摻雜并且由此避免Au中的緩沖效果的延遲。6.減少TESn流量并且向線添加具有更低摻雜濃度的n摻雜InP分節(jié)。7.關斷TESn流量，并且生長無故意摻雜的短區(qū)域。8.向生長反應器中的氣體混合物添加DEZn流量以實現(xiàn)外質(zhì)p摻雜區(qū)域。生長溫度在整個エ藝內(nèi)保持于420°C。在圖9中利用InP納米線的對應摻雜分節(jié)示出了生長エ藝的示意圖。這一生長過程產(chǎn)生近似5 ii m高和60nm寬的納米線。從硅襯底斷裂單個線，并且產(chǎn)生與線的每端的金屬接觸。通過根據(jù)施加的電壓測量經(jīng)過線的電流來考察這ー器件。可以在圖10中看見測量數(shù)據(jù)。將經(jīng)過線的電流保持于OA而需要的施加電壓稱為開路電壓(V。。)。對于這一器件，對于該實驗的光條件，這是I. 26V。相對高的Vre證實隧道ニ極管的功能，因為如果兩個整流ニ極管未經(jīng)過隧道ニ極管串聯(lián)接觸，則這將是不可能的。這ー器件類型稱為串聯(lián)(tandem)光電伏電池。例2
在這一例子中，在InP襯底上生長類型II異質(zhì)結(jié)InP-GaAs納米線。應當注意,這是ー種材料組合，該材料組合對于外延薄膜生長而沒有在歸因于InP與GaAs之間的大晶格未匹配的InP-GaAs界面之后很快形成缺陷而言是不可能的。交錯間隙材料組合降低結(jié)中的隧道勢魚。圖11示出了由n型InP (線的下部)和p型GaAs (線的上部)組成的納米線異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管的SEM圖片(左)。制作圖11的結(jié)構包括以下步驟
I.通過向生長反應器供應TMIn、PH3和TESn來開始線的生長。TMIn和PH3是用于InP的前驅(qū)體，而從TESn前驅(qū)體混合Sn，從而產(chǎn)生InP的退化n摻雜。生長溫度為420°C。2.停止TMIn、PH3和TESn的流量并且代之以添加TMGa、AsH3和DEZn的流量。這產(chǎn)生退化P摻雜GaAs分節(jié)。相對低的生長溫度與AsH3、DEZn和TMGa之間的比的組合產(chǎn)生GaAs的不明顯側(cè)壁生長。另外，DEZn流量被選擇成盡可能高而又維持外延生長。這與GaAs比n型更易于摻雜p型一起造成摻雜類型的很突然改變。在納米線生長中，從基于P的材料向基于As的切換可能極為突然。Au種子粒子未如In那樣多地延遲Ga的混合。這些效果造成在隧道ニ極管的兩個分節(jié)之間的組成突然改變。
通過斷裂單接線并且接觸每端來考察這ー器件的功能。可以在圖Z中(右)看見根據(jù)施加電壓經(jīng)過單個線的電流。對于NDR區(qū)域18的電壓范圍，器件示出了負微分電阻特性。由此，這ー器件在III-V納米線中作為異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管運轉(zhuǎn)。上文描述中的材料g在于作為例子。材料的實際選擇將依賴于詳細分析和實驗以實現(xiàn)理想帶隙、所需電壓-電流性能等。然而用于襯底的適當材料包括但不限于Si、Ge、SiGe、GaAs、GaP、GaAs、InAs、InP、GaN、Al2O3' SiC、GaSb, ZnO, InSb、SOI (絕緣體上硅)、CdS, ZnSe, CdTe0用于納米線和納米線段的適當材料包括但不限于GaInAsPSb、GaAsSb> InAsSb>GaPSb、InPSb、GaAsPSb、InAsPSb、InGaAsP、InGaAsSb、InGaPSb、InGaAsPSb、AlGaInN、AlInP、BN、GaInP、GaSb、GaAs、GaAsP、GaAlInP、GaN、GaP、GaInAs、GaInN、GaAlInP、GaAlInAsP、GalnSb、Ge、InAs、InN、InP、InAsP、InSb、Si、ZnO?？赡艿氖┲鲹诫s物為 Si、Sn、Te、Se、S 等并且受體摻雜物為Zn、Fe、Mg、Be、Cd等。根據(jù)關于化學式的普遍命名法，由元素A和元素B構成的ニ元化合物在本申請中普遍表示為AB。然而，這應當被解釋為AA_X，其中0〈x〈l。這同樣適用于三元、四元和五元化合物。然而當在一般上下文中提到時(諸如在引用InGaAsSbP材料時)0彡x彡I。盡管已經(jīng)結(jié)合當前視為最實際和優(yōu)選實施例的內(nèi)容描述了本發(fā)明，但是將理解本發(fā)明并不限于公開的實施例，恰好相反，它g在于覆蓋所附權利要求書內(nèi)的各種修改和等同布置。
權利要求
1.ー種隧道ニ極管，包括形成pn結(jié)(6)的p摻雜半導體區(qū)域(4)和n摻雜半導體區(qū)域(5)，其特征在于所述pn結(jié)(6)的至少部分形成于納米線(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求I所述的隧道ニ極管，其中所述納米線(I)由ー種或者多種化合物半導體材料、優(yōu)選為III-V半導體材料制成。
3.根據(jù)權利要求I或者2所述的隧道ニ極管，其中所述納米線(I)從半導體襯底(3)突出，所述半導體襯底(3)優(yōu)選為硅襯底。
4.根據(jù)權利要求1-3中的任ー權利要求所述的隧道ニ極管，其中所述p摻雜半導體區(qū)域(4)包括退化摻雜p++段(4’)，并且所述n摻雜半導體區(qū)域(5)包括退化摻雜n++段(5 ’)，所述退化摻雜段(4 ’，5 ’)之一外延生長于所述退化摻雜段(4’，5’)的另ー個上。
5.根據(jù)權利要求4所述的隧道ニ極管，其中所述退化摻雜段(4’，5’)生長于核殼配置中。
6.根據(jù)權利要求4所述的隧道ニ極管，其中所述退化摻雜段(4’，5’)生長于軸向配置中。
7.根據(jù)權利要求2-6中的任ー權利要求所述的隧道ニ極管，其中所述半導體材料在所述pn結(jié)(6)的兩側(cè)上相同，由此形成同質(zhì)結(jié)。
8.根據(jù)權利要求2-6中的任ー權利要求所述的隧道ニ極管，其中在所述pn結(jié)(6)的不同側(cè)上的所述半導體材料不同，由此形成異質(zhì)結(jié)。
9.根據(jù)權利要求8所述的隧道ニ極管，其中所述p摻雜半導體區(qū)域(4)和所述n摻雜半導體區(qū)域(5)包括由從Ga、P、In、As的組中選擇的半導體材料形成的化合物半導體材料，由此形成類型I (跨騎間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管或者類型II (交錯間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管。
10.根據(jù)權利要求8所述的隧道ニ極管，其中所述p摻雜半導體區(qū)域(4)和所述n摻雜半導體區(qū)域(5)包括由從Ga、P、In、As、Sb的組中選擇的半導體材料形成的化合物半導體材料，并且所述區(qū)域中的至少ー個包括基于Sb的化合物半導體，由此形成類型I (跨騎間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管或者類型II (交錯間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管或者類型III (斷裂間隙)異質(zhì)結(jié)隧道ニ極管。
11.根據(jù)權利要求9或者10所述的隧道ニ極管，其中至少ー種化合物半導體材料包括Al。
12.根據(jù)權利要求10所述的隧道ニ極管，其中所述p摻雜半導體區(qū)域(4)在所述pn結(jié)(6)的ー側(cè)上包括GaSb，并且所述n摻雜半導體區(qū)域(5)在所述pn結(jié)(6)的另ー側(cè)上包括InAs0
13.根據(jù)權利要求10所述的隧道ニ極管，其中所述p摻雜半導體區(qū)域(4)在所述pn結(jié)(6)的ー側(cè)上包括InSb，并且所述n摻雜半導體區(qū)域(5)在所述pn結(jié)(6)的另ー側(cè)上包括InAs0
14.根據(jù)權利要求8所述的隧道ニ極管，其中所述異質(zhì)結(jié)由與所述異質(zhì)結(jié)的所述段(4’，5’)之一外延接觸的功能段應カ補償。
15.一種多結(jié)太陽能電池，包括構成光吸收部分的至少ー個納米線，其中所述納米線至少包括由根據(jù)任一前述權利要求所述的隧道ニ極管分離的第一半導體段和第二半導體段，所述第一和第二半導體段適于分別在太陽光譜的第一和第二預定波長區(qū)域中吸收光。
16.一種用于制造化合物半導體材料的隧道ニ極管的方法，包括以下步驟 提供半導體襯底(3);并且 在所述半導體襯底(3)上生長納米線(I )，由此形成至少部分在納米線(I)內(nèi)的包括p摻雜半導體區(qū)域(4)和n摻雜半導體區(qū)域(5)的pn結(jié)(6)。
17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述生長步驟包括以下步驟至少退化摻雜p摻雜區(qū)域(4)的p++段(4’)和n摻雜區(qū)域(5)的n++段(5’)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種隧道二極管及其制造方法。隧道二極管包括形成至少部分在納米線(1)內(nèi)的pn結(jié)(6)的p摻雜半導體區(qū)域(4)和n摻雜半導體區(qū)域(5)。優(yōu)選地，納米線(1)由形成同質(zhì)結(jié)或者異質(zhì)結(jié)隧道二極管的一種或者多種化合物半導體材料制成。異質(zhì)結(jié)隧道二極管可以是類型I(跨騎間隙)、類型II(交錯間隙)或者類型III(斷裂間隙)。
文檔編號B82B1/00GK102656700SQ201080058846
公開日2012年9月5日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2009年10月22日
發(fā)明者博格斯特雷姆 M., 赫爾林 M., 費爾特 S. 申請人:索爾伏打電流公司