[发明专利]异质晶体半导体器件及其制作方法

说明书

关于联邦赞助研究或研发的声明

不可获得(N/A)。

技术领域

本发明涉及纳米技术。具体地，本发明涉及异质晶体半导体器件以 及将该半导体器件的非单晶半导体层与单晶半导体纳米结构进行集成。

背景技术

在历史上，高性能半导体器件(尤其是那些带有p-n结的半导体器 件)包括一种或多种半导体材料的单晶。除了其它方面，将这种单晶材 料用于半导体器件基本消除了电荷载流子(例如，空穴和电子)在晶粒 边界处的散射，所述晶粒边界存在于诸如多晶半导体材料的非单晶半导 体材料中。这种散射不利地减小电荷载流子的漂移迁移率和扩散，并且 导致诸如晶体管和太阳能电池之类的器件的性能恶化(例如，电阻增 加)。即使当在单个器件中(例如在异质结构或异质结器件中)一起采 用不同的半导体材料时，单晶半导体材料通常是基于其相应的晶格结构 选择的以确保所实现的结构整体上基本是单晶结构。类似地，纳米结构 包括但不限于纳米线和纳米点，它们一般是从单晶衬底上成核和生长 的，以部分地利用这种衬底的晶格的均匀性质，该衬底的晶格的均匀性 质提供为将纳米结构生长为单晶而所需的晶体信息。

近来，具体在太阳能电池应用中，无定形(amorphous)以及其它 基本非单晶半导体材料已开始受到关注。虽然这种非单晶半导体材料具 有与多晶粒边界相关联的缺点，但是与其单晶对应物相比其制造能够廉 价许多。在许多应用中，由非单晶材料生产半导体器件的较低成本比可 能产生的任何性能损失更重要。而且，将非单晶半导体材料用于异质结 构能够增加可以使用的材料的可能组合，原因在于晶格失配对于非单晶 半导体而言不大令人关注。

例如，替代用于集成电路中的导体迹线的金属或除了该金属之外， 通常使用重掺杂多晶硅(Si)，其中重掺杂基本克服了与来自多晶粒边 界的载流子散射相关联的增加的电阻率。类似地，在太阳能电池中通常 使用多晶Si，其中其相对较低的成本比与多晶材料的性质相关联的性能 降低更重要。无定形半导体材料类似地应用于太阳能电池以及用于其中 成本通常凌驾于性能关注之上的各种光学显示应用的薄膜晶体管(TFT) 中。不幸的是，将非单晶半导体材料与单晶半导体材料有效组合以实现 基于半导体结的器件和异质结构或异质结器件的能力通常很少得以成 功，部分是由于将单晶层结合到非单晶层对该单晶层的物理属性具有破 坏性影响。

发明内容

在本发明的一些实施例中，提供了一种异质晶体半导体器件。该异 质晶体半导体器件包括具有非单晶结构的第一半导体材料的第一层。该 异质晶体半导体器件还包括包含纳米结构的纳米结构层。该纳米结构是 具有单晶结构的半导体材料。该纳米结构与第一层中的微晶体 (crystallite)成为一体。

在本发明的其它实施例中，提供了一种异质晶体半导体器件。该异 质晶体半导体器件包括：具有第一能带间隙的第一非单晶半导体材料的 第一层；和具有第二能带间隙的第二非单晶半导体材料的第二层。该异 质晶体半导体器件还包括纳米结构层，该纳米结构层包括具有第三能带 间隙的单晶半导体材料的纳米结构。该纳米结构层的纳米结构与第一层 和第二层中的一个中的微晶体成为一体。纳米结构层位于第一层和第二 层之间。该异质晶体半导体器件还包括到第一层和第二层的分离电接 触。该纳米结构可由所述分离电接触电访问(accessible)。

在本发明的其它实施例中，提供了一种制作异质晶体半导体器件的 方法。制作方法包括在衬底的表面上形成第一非单晶半导体材料的第一 层。制作方法还包括从第一层中的微晶体生长单晶半导体材料的纳米结 构使得该纳米结构与该微晶体成为一体。

本发明的某些实施例具有其它特征，所述其它特征是除了上文描述 的特征之外和代替上文描述的特征中的一者或两者。下面参照附图详述 本发明的一些实施例的这些及其他特征。

附图说明

可以参照以下详细描述并结合附图，更容易理解本发明的实施例的 各个特征，附图中相同的参考数字指代相同的结构元件，且其中：

图1A-1B示出了根据本发明的各个实施例的异质晶体半导体器件的 侧视图；

图2A-2B示出了根据本发明的其他各个实施例的异质晶体半导体器 件的侧视图；