JP2012513115A - ナノ構造デバイス - Google Patents

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Abstract

本発明によると、ナノ構造デバイスは、基板から突き出した第１ナノワイヤ群を有し、第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれは少なくとも一つのＰＮ又はＰＩＮ接合を有する。第１接触は、前記第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有する前記ＰＮ又はＰＩＮ接合の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、前記第１側面へと電気的に接続されている。第２接触手段は、前記基板から突き出した第２ナノワイヤ群を含み、前記ＰＮ又はＰＩＮ接合の第２側面との電気的な接続を提供するように設けられている。

Description

本発明は、ナノワイヤを含むナノ構造デバイスに関する。特に、本発明は、ナノ構造ＬＥＤに関する。
ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ダイオード、太陽電池、検出器のようなナノワイヤに基づく半導体デバイスは、半導体ナノワイヤや、シリコンやサファイヤ、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮのような基板の表面の上に形成された半導体ナノワイヤのアレイを含む。しばしば、平面型のバッファ層が前記基板の上に最初に成長させられ、その後、半導体ナノワイヤや半導体ナノワイヤのアレイが、前記バッファ層の表面の上に成長させられる。前記バッファ層は前記ナノワイヤの成長のためのベース層として用いられる。さらに、これは電流を転送する層となりうる。
ナノワイヤを基板の上に形成する基本的な工程として、パーティクルによる補助によって成長させる方法や、ＵＳ７３３５９０８に記載のＶＬＳ（気体‐液体‐固体）メカニズムと呼ばれる方法の他、化学ビームエピタキシーや気相成長法のような、異なるタイプの方法がよく知られている。しかし、本発明は、このようなナノワイヤやＶＬＳの工程に限られない。ナノワイヤを成長させる他の好適な方法が本分野において知られており、例えば、国際出願ＷＯ２００７／１０４７８１において開示されている。以下、反応を促進させるものとしてのパーティクルを使用することなく、ナノワイヤが成長されうることを辿る。
成長の前に、基板又はバッファ層の表面が、どこにナノワイヤを成長させるかを決めるため、リソグラフィによりパターン形成され、又は用意されている。ウエハ全体にわたって成長条件を一様にするため、ウエハの全エリアを均一にパターン形成するとよい。
機能的な半導体デバイスは典型的には、活性領域、および接触が提供される１以上の領域を含む。電流転送手段としてのバッファ層及び／又は基板を利用するデバイスにとって、バッファ層や基板を電気的に接触させることは必須である。従来技術の解決方法では、活性領域のみに選択的にナノワイヤを成長させる、又は、その後に、接触領域からナノワイヤを選択的に除去して、バッファ層や基板の平坦な表面を露出する必要がある。しかし、標準的な工程をナノワイヤの除去に適用することは、典型的なエッチング工程はこの種の構造には効率よく機能せず、また、選択的にナノワイヤを成長させることは、成長条件が一様でなくなるため難しい。本発明は、これらの制限を回避する解決策を提供する。
前述に鑑みて、本発明の一つの目的は、独立項において明示されるように、少なくとも先行技術の欠点のいくつかを克服しうるナノ構造デバイスと、その製造方法を提供することである。
本発明によるナノ構造デバイスは、基板から突き出した第１ナノワイヤ群を含み、この第１ナノワイヤ群が有するナノワイヤのそれぞれは、例えば１つのＰＮ又はＰＩＮ接合を含む。第１接触手段が、第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有するＰＮ又はＰＩＮ接合の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、この第１側面へと電気的に接続するように設けられる。さらに、このナノ構造デバイスは、基板から突き出したナノワイヤを有する第２ナノワイヤ群を含む第２接触手段を有し、また、導電性を有する材料を、任意に、さらに有する。第２接触手段は、第１ナノワイヤ群に含まれるＰＮ又はＰＩＮ接合の第２側面へと電気的に接続するように、設けられる。
本発明の一つの目的は、ナノワイヤ構造、特にナノワイヤＬＥＤの接触に関する問題を解決することであり、すなわち、本発明は端子の直接的な接触を可能とするため、プロセス統合の改善と製造時間の短縮が可能である。特に、本発明は、基板全体にわたって同一の製造工程と一様の成長条件を利用することを可能とし、例えば、端における影響を最小限に留め、複雑なナノワイヤの除去工程を回避する。さらに、本発明は、バッファ層又は基板から電気的に接触される垂直なナノワイヤを有するナノ構造デバイスの全てに適用することが可能である。
本発明の実施形態は、独立項において明示されている。本発明のその他の目的、利点、および優れた特徴は、添付の図面や請求項と併せて、本発明の実施形態を記した以下の詳細な説明により明らかになるであろう。
推奨される本発明の実施形態は、以下、添付の図面を参照して記される。
放射状ＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 放射状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 放射状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 放射状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 放射状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 放射状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図 ナノ構造ＬＥＤを形成する方法を含む工程 軸状のＰＮ接合を有し、第２接触手段がバッファ層および第２ナノワイヤ群の底部と電気的に接触された、接触されたナノワイヤＬＥＤの断面概略図
以下では、ナノ構造デバイスの接触は、主に、ナノ構造ＬＥＤの項目について記されるが、これに限られない。従来技術におけるこの種のナノ構造デバイスは、ＵＳ７３９６６９６やＷＯ２００８４８７０４より知られている。
本分野において、通常、ナノワイヤはその直径がナノメートル寸法である一次元構造として解釈される。ナノワイヤという単語が示唆するように、縦方向のサイズは制約されないのに対して、横方向のサイズはナノスケールである。このような一次元のナノ構造は、共通して、ナノウィスカ、一次元ナノ要素、ナノロッド、ナノチューブ等とも呼ばれる。一般的に、ナノワイヤは、それぞれ３００ｎｍより大きくない、少なくとも二次元のものを有すると考えられる。しかし、ナノワイヤは、約１μｍまでの直径又は幅を有しうる。ナノワイヤの一次元性は、独特の物理的、光学的、および電気的な特性を提供する。これらの特性は、例えば、量子力学的効果を利用したデバイスの形成において、又は結晶格子の大きく違うことにより通常は結合され得ない組織的に異なる材料のヘテロ構造の形成において用いられうる。ナノワイヤという単語が示唆するように、この一次元性は、細長い形状にしばしば関連付けられる。しかし、ナノワイヤは、細長くない形状をとらずに、独特の特性のいくつかから利益を得られうる。例として、さらなる製造工程において欠陥のない型を提供するため、又は基板材料と他の材料の間にリンクを形成するため、比較的大きな欠陥密度を有する基板の材料の上に、細長くない形状のナノワイヤが形成され得る。それ故、本発明は長細い形状のナノワイヤに限定されない。ナノワイヤは、多様な断面形状を有すため、直径は効率的なものを参照するように図られる。
ここで例示するＬＥＤ、ＦＥＴ、ダイオード、および検出器のようなナノ構造デバイスは、色々な方法で設けられた１つ又はそれ以上のＰＮ又はＰＩＮ接合に基づく。ＰＮ接合とＰＩＮ接合の違いは、後者は広い活性領域を有することである。広い活性領域は、Ｉ領域において再結合の確率を高くしうる。ナノ構造デバイスにおけるＰＩＮ接合は、放射状又は軸状となりうる。本発明による実施形態は、発明の範囲を逸脱することなく、これら両方に適用されうる。
図１にＬＥＤと共に概略的に示すように本発明の実施形態の一つのナノ構造デバイスにおいて、第１ナノワイヤ群１０１が基板１００から突き出しており、第１ナノワイヤ群１０１に含まれるナノワイヤのそれぞれはＰＮ又はＰＩＮ接合１５０を有する。第１接触手段は、第１ナノワイヤ群１０１に含まれるナノワイヤのそれぞれのＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第１側面を少なくとも部分的に取り囲み、この第１側面へと電気的に接続される。第２接触手段は、基板１００から突き出した第２ナノワイヤ群１０２を含み、ＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第２側面へと電気的に接続するように設けられる。つまり、基板１００から突き出した第２ナノワイヤ群１０２は、ＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第２側面への電気的な接続を提供するように設けられる。
誘電性又は絶縁性の層（不図示）がナノワイヤ１０１間の間隙の底部に存在し得、存在する場合は、ナノワイヤ１０１の成長時において成長マスクとして用いられうる。この誘電性又は絶縁性の層は、ナノワイヤの成長前からの結果として既にそこに存在しなかった場合は、第１接触１０５とバッファ層１２０間との電気的な接触を避けるため、第１ナノワイヤ群のナノワイヤ間の間隙に付加されることを要する。さらに、仮に、第１ナノワイヤ群のナノワイヤ間の間隙に、誘電性又は絶縁性の層がナノワイヤの成長から既に存在したとしても、第１接触１０５とバッファ層１２０間の適切な電気的な絶縁を達成するため、他の誘電性又は絶縁性の層が、既に存在する絶縁層の上部に付加されることを要しうる。第１接触１０５とバッファ層との電気的な接触は、図１から解釈されうるように、結果として短絡しうる。
第１接触手段および第２接触手段の両方を含む接触は、金属や半導体であってもよい。金属の場合は、それは高い導電性を有する金属となり得、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｃｕ等、又はこれらの合金であってもよい。半導体材料の場合は、それは導電性を要し、高濃度ドープ（約１０１６［ｃｍ−３］以上）された材料によって達成される。この半導体は、例えば、高濃度ドープされたＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等でもよい。
ナノワイヤの成長時における実施形態の一つにおいては、基板１００又はバッファ層１２０（以下、単にバッファ層１２０という）の上にマスク９０が堆積されうる。マスク９０は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、およびＡｌ２Ｏ３のような誘電性かつ絶縁性の材料であることが望ましく、例えばリソグラフィによってパターン形成され、マスク９０においてナノワイヤを成長させる領域を特徴づける。ナノワイヤの成長後は、ナノワイヤ間の間隙におけるバッファ層１２０をマスクが未だ覆っている。第２ナノワイヤ群１０２のナノワイヤ間の間隙におけるマスク９０を除去し、続いて接触層を堆積することにより、バッファ層１２０への電気的な接触が、直接的に形成されうる。第２接触手段１０２を、バッファ層１２０との直接的な電気的な接触とすることによって、第１ナノワイヤ群１０１に含まれるナノワイヤの中心部への接触もまた形成される。マスク層を除去する方法は、容易に使用され得、例えばＨＦやＨＣｌを用いたウェットエッチング、又はＣＦ４やＳＦ６を他の反応性ガスと共に用いたドライエッチングを含む。仮に、使用された成長方法がナノワイヤを成長させるためにマスク層９０を要さない場合は、第１ナノワイヤ群のナノワイヤ間において誘電性又は絶縁性の層を付加することにより、第１接触とバッファ層１２０との電気的な絶縁が設けられることが望ましい。たとえ、誘電性又は絶縁性の層が第１ナノワイヤ群のナノワイヤ間に既に存在しても、この層は他の誘電性又は絶縁性の層によって補完されることを要しうる。
図１に示すように、ナノワイヤを取り囲むＰＮ又はＰＩＮ接合は、ナノワイヤの中心部１１０と接触する内側の層としての、ＰＮ又はＰＩＮ接合１５０のＮ側面１９０と共に、放射状に成長する。以下、ＰＩＮ接合１５０という表現は、他に指定のない限りは、ＰＮおよびＰＩＮ接合１５０を含むものとする。
図１に示す本発明による実施形態のナノ構図ＬＥＤにおいて、ナノワイヤが基板１００から突き出している。基板１００は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、石英、ガラス、ＧａＮ、その他ナノワイヤの成長に適した材料でありうる。基板１００は、ナノワイヤの成長にとってよりよいバッファ層１２０に覆われることも可能である。バッファ層１２０は、基板の材料と異なる材料であってもよい。バッファ層１２０は、所望のナノワイヤの材料と適合するように選ばれることが望ましく、従って、その製造工程における後のナノワイヤのための成長の下地を形成する。適合とは、ナノワイヤとバッファ層１２０の格子定数がナノワイヤの成長を許容するように、バッファ層１２０が選択されることをいう。ナノワイヤの成長は、上で引用した文献（ＵＳ７３９６６９６およびＷＯ２００８０４８７０４）に記載された新しい方法によって達成され得、よく知られたマスク技術によってＰＩＮ接合１５０を有するナノワイヤを得る。ナノワイヤは、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等、最も一般的なものはIII〜V族の半導体であるが、いかなる半導体材料であってもよい。
ナノワイヤが第２接触手段によって接触されうるいくつかの方法があり、これらは接触方法と接触材料に依存する。堆積又は成長の方法は、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等のような半導体材料による接触層を成長させるＣＶＤ法でもよい。一方で、ＰＶＤ法は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、その他の適度な高電導率を有する材料のような金属接触材料の堆積に優れている。期待する物性を示す合金も使われうる。
第２接触手段は、つまり、第２ナノワイヤ群１０２であり、放射状のＰＮ接合について成長したナノワイヤの場合は、第１ナノワイヤ群１０１の中心部１１０に接触するように意図され、軸状のＰＮ接合について成長したナノワイヤの場合は、第１ナノワイヤ群の底部に接触するように意図され、使用された堆積又は成長の方法に応じて、ナノワイヤの上部が接触材料に覆われ得、ナノワイヤ間の下に接触材料が広がって半分覆われ得、又は、第２ナノワイヤ群１０２に含まれるナノワイヤの表面領域が接触材料による接触を欠くところが実質的に無いように十分に覆われうる。
本発明の実施形態の一つにおいて、第１接触手段はＰＩＮ接合１５０のＰ側面１８０へ接続されており、第２接触手段は第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤが有するＰＩＮ接合１５０のＮ側面１９０へ接続された第２ナノワイヤ群を含む。第２接触は、ナノワイヤの中心部１１０、又は第１ナノワイヤ群１０１に含まれる軸状に成長したＰＮ又はＰＩＮ接合の底部に電気的に接続され、いくつかの方法で設けられうる。この実施形態において、第１ナノワイヤ群と第２ナノワイヤ群は、基板上に並列に製造されることが望ましく、これにより、ナノワイヤは最初に成長の後は実質的に同じである。第２接触は、ＰＩＮ接合１５０を形成する層の上部の第２ナノワイヤ群１０２を覆い得、又はＰＩＮ接合１５０の１つ以上の層は、第２接触の堆積又は成長に先んじて、除去され得、バッファ層１２０への改善された電気的な接触を提供する。本発明の実施形態の一つにおいて、図２ａ〜２ｅに示されるように、第１ナノワイヤ群に含まれるＰＩＮ接合１５０に含まれる実質的にすべての層は、第２ナノワイヤ群１０２から完全に取り除かれている。これは、エッチングによりなされ得、ナノワイヤの中心部と第２接触との間で広く接触することにより非常に良い電気的な接触を提供する。ナノワイヤの中心部を取り囲む１つ以上の層は、ナノワイヤの中心部と同じ伝導性か、又は本来の固有特性（本来の固有特性とは、ここでは、Ｐ型又はＮ型のいずれの強い内蔵チャージも有さないが、ある程度は中性である）を有するが、その接触の特性を損なうことなく、ナノワイヤの中心部に残されうる。
さらに、第２ナノワイヤ群を取り囲む層を取り除くに際して、ナノワイヤの中心部においても、ある程度のエッチングが起こりうる。極端な場合は、ナノワイヤの小さい部分のみがバッファ層の基板上に残されうる。しかし、接触させる前にナノワイヤを部分的にエッチングすることは、ナノワイヤを接触させる目的で使用する可能性を損なわない。
第２接触は、従って、バッファ層とのみ物理的な接触を形成することにより、又は、さらに、第２ナノワイヤ群のナノワイヤの中心部と物理的な接触を形成することにより、バッファ層又は基板と電気的に接触されうる。ＰＩＮ接合を形成する層が第２ナノワイヤ群から取り除かれていないとき、活性領域はＮ型の接触材料とバッファ層との間の接触となり、第２ナノワイヤ群のＰＩＮ接合は電気的に不活性であり、従って、第２接触によって短絡される。従って、ＰＩＮ接合を形成する層によって覆われるナノワイヤ上の全ての表面領域は、実質的には電気的に不活性でもある。この状況は、図１から分かる。ＰＩＮ接合を形成する層が取り除かれたときは、接触領域が大きく増え、ナノワイヤ上の表面領域が電気的に活性化し、図２ａに示すようにバッファ層に電荷の伝導をもたらす。
図２ｂにおいて、状況を示すが、第２ナノワイヤ群１０２からＰＩＮ接合１５０を含むすべての層が完全に取り除かれ、第２ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤの上に堆積された第２接触は、ナノワイヤの中心部と電気的な接触をする。しかし、物理的条件や堆積技術によっては、時に、ナノワイヤ間の間隙の底部に到達することが難しいことがあり、従って、第２接触はこの領域においてバッファ層まで広がらないことがある。この場合、電気的な接触は第２ナノワイヤ郡に含まれるナノワイヤの上部のみに優先的に形成される。同様のことが第１ナノワイヤ郡において起こり得、起きた場合は、接触材料に覆われた第１ナノワイヤ郡に含まれるナノワイヤの一部だけが電気的に活性となりうる。
図２ｃにおいて、ほかの状況を示すが、ナノワイヤ間の間隙は少なくとも部分的に絶縁材料によって埋められ、そして第１ナノワイヤ郡および第２ナノワイヤ郡に含まれるナノワイヤの上部のみが接触されている。さらに、ナノワイヤ間の間隙は、絶縁材料によって半分が埋められ得、これにより、例えば図２ｄに示すように、ナノワイヤの底部と上部の間のどこかの基準まで、絶縁材料はナノワイヤ間の間隙を埋める。それから、接触材料はナノワイヤ間の間隙の残りを埋め得、図示するように絶縁材料と接触しうる。
さらに、接触させる工程は、ナノワイヤの輪郭を辿るように接触材料がナノワイヤに適合する状況となり得、図２ｅに示すようにナノワイヤ間の間隙が残る。
さらに、本発明の他の実施形態の概略を示す図４のように、本発明によるナノワイヤの接触方法を、軸状のＰＮ接合を含むナノワイヤに適用した。この場合は、ＰＮ接合の第１側面の一例に対応する、第１ナノワイヤ郡からのナノワイヤの上部は、第１接触手段により接触される。ＰＮ接合の第２側面の一例に対応する、第１ナノワイヤ郡からのナノワイヤの底部は、第２接触手段を介してバッファ層を通して接触される。
本発明の他の実施形態において、ナノワイヤと接触する一つの方法は、第２ナノワイヤ郡１０２のナノワイヤの上部におけるＰＩＮ接合を部分的に取り除くことである。即ち、第２ナノワイヤ郡のナノワイヤの上部を開けて、ナノワイヤの中心部を露出させる。これは、第２ナノワイヤ郡１０２の中心部１１０と、第２接触手段の第２接触と、の直接的な電気的な接触を可能にする。第２ナノワイヤ郡１０２のナノワイヤの上部は、エッチングや化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去されうる。
さらに、エッチングにより、第２ナノワイヤ群のナノワイヤ間の間隙におえるバッファ層１２０を覆う如何なる層を除去することも可能である。これはこれらナノワイヤ間の間隙におけるバッファ層を露出させ、従って、バッファ層１２０をこの間隙における第２接触と接触することを可能にする。これは、第２接触とバッファ層１２０との間の直接的な電気的な接触を提供する。さらに、適切なエッチレシピを採用することにより、第２ナノワイヤ郡１０２の中心部１１０、および第２ナノワイヤ郡の間のバッファ層１２０は、共に露出されうる。これは、図２ａに示すように第２接触を設けるために非常に広い領域を提供し、適切な電気的な接触を保証する助けになる。
図３の本発明の実施形態の一つの概略図に示すように、ナノ構造ＬＥＤを形成する方法は、例えばシリコンのような半導体基板となりうる基板１００を用意する工程と、基板１００の上に第１ナノワイヤ郡１０１および第２ナノワイヤ郡１０２を形成する、又は、ナノワイヤの形成に先んじて基板上にバッファ層１２０を形成し、続いて第１ナノワイヤ郡１０１および第２ナノワイヤ郡１０２を形成する工程と、ナノワイヤのそれぞれにナノワイヤの中心部１１０を取り囲むようにＰＮ又はＰＩＮ接合１５０を形成する工程と、第１ナノワイヤ郡１０１に含まれるナノワイヤのそれぞれが有するＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、この第１側面へと電気的に接続する第１接触手段を形成する工程と、基板１００から突き出した第２ナノワイヤ郡１０２を含み、第１ナノワイヤ郡のＰＮ又はＰＩＮ接合の第２側面へと電気的に接続するように設けられた第２接触手段を形成する工程と、を含む。
本発明の他の実施形態において、第２ナノワイヤ郡１０２に含まれるナノワイヤのそれぞれの上部における所定の領域を取り除く方法はエッチングを含む。これは、化学的なエッチングでもよいし、所望の特性に基づく物理的なエッチングでもよい。エッチングは、薬浴をもちいたウェットエッチングでもよいし、真空装置を用いたドライエッチングでもよい。
本発明のさらに他の実施形態において、第２ナノワイヤ郡１０２に含まれるナノワイヤのそれぞれの上部における所定の領域を取り除く方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含む。
ナノワイヤがＮ型の材料である例によって本発明の実施形態が図示されている一方、Ｐ型の材料のナノワイヤの中心部を用いることも可能であり、その場合は内側の層としてＰ側面を有しうる。
少なくとも一つの端子が与えられ、基板又はバッファ層を通ってナノワイヤの底部を介して電気的に接触されるならば、本発明は如何なるナノ構造デバイスにも適応することが明らかに可能であるが、実施形態は、放射状又は軸状に成長したＰＩＮ接合を含むデバイスの接触の例を示す。多くの半導体デバイスは１つ以上のＰＩＮ接合を含むところ、このナノワイヤ技術は、ＰＩＮ接合を含む多様な半導体デバイス、又は２つ若しくはそれ以上のＰＩＮ接合を組み合わせたいくつかの接合を含むデバイスの形成を可能とする。
ナノ構造デバイスの実施形態の一つにおいて、ナノワイヤのそれぞれが放射状のＰＮ又はＰＩＮ接合を含む第１ナノワイヤ群が、バッファ層１２０から突き出している。第１接触手段は、第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有するＰＮ又はＰＩＮ接合の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、この第１側面へと電気的に接続された第１接触を含む。第２接触手段は、バッファ層１２０を介して、ＰＮ又はＰＩＮ接合の第２側面へと電気的に接続するように設けられている。
この記載において、「ＰＩＮ接合１５０の第１側面」とはＰ側面をさし、「ＰＩＮ接合１５０の第２側面」とはＮ側面をさす。しかしながら、このことは本発明の範囲を逸脱しない範囲で、変更されることが可能である。
第１接触手段と第２接触手段を含む接触のための接触材料の適切な選択は、性能を向上させる。接触材料は、望ましくは、接触する材料との良いオーミック接触が形成されうるべきである。即ち、接触の電流‐電圧（Ｉ−Ｖ）特性は予測可能な線形の特性であるべきである。仮にこれらＩ−Ｖ特性が非線形で非対称であると、接触部の動作はいわゆるダイオードのような動作となり、接触として期待しえない。半導体材料上の接触は、一般に、蒸発のスパッタリングのような物理気相成長（ＰＶＤ）法を用いて堆積されるが、化学気相成長（ＣＶＤ）法も使われうる。半導体上の金属接触に使用される好適な材料は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｕ、又はＰｄである。しかし、これらの金属の合金もまた使われうる。これらの金属や合金の特性は、高い導電性と、総合材料系との適合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｙｓｔｅｍ）と、を有する。高濃度ドープされた半導体材料のような非金属の接触材料もまた使われうる。
本発明の実施形態の一つにおいて、ナノ構造デバイスの形成方法は、以下の工程を含む。
３０１では、基板を用意する。
３０２では、基板上に第１ナノワイヤ群および第２ナノワイヤ群を形成する。
３０３では、ナノワイヤのそれぞれの少なくとも一部を覆う放射状のＰＮ又はＰＩＮ接合を形成する。
３０４では、第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有するＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、第１側面へと電気的に接触する第１接触手段を形成する。
３０５では、バッファ層１２０および第２ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤの上部を介して、放射状のＰＮ又はＰＩＮ接合１５０の第２側面へと電気的に接続するように設けられた第２接触を含む第２接触手段を形成する。これは、第２ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤの中心部の上部が、利用しやすい必要があることを意味する。これをする第１の方法は、ナノワイヤの上部に開口をのこしつつ、ナノワイヤの表面領域の外周の十分な部分を覆って、ナノワイヤ上にＰＮ接合１５０を選択的に形成することである。
これをする第２の方法は、ナノワイヤの全円周の表面領域の上にＰＮ接合１５０を形成し、その後、第２ナノワイヤ群のナノワイヤの上部におけるＰＮ接合１５０に含まれる層を取り除き、ナノワイヤの中心部を露出させることである。これは例えば、エッチングによってなされうる。用いられる材料系によって、真空系や適切な気体を用いたドライエッチング、又は適切な液体を用いたウェットエッチングが使用されうる。ナノワイヤの円周の表面を覆うＰＮ接合１５０は、それゆえ、第１接触手段によって接触され得、露出されたナノワイヤの中心部を含むナノワイヤの上部は、それゆえ、第２接触によって接触されうる。第２接触は、従って、ナノワイヤの上部と、同様にナノワイヤの中心部と接触しているバッファ層１２０と接触するように設けられうる。それにもかかわらず、他の第２ナノワイヤ群と接触する方法は、それを取り囲む層から第２ナノワイヤ群のナノワイヤを除去し、そして、第２ナノワイヤ群のナノワイヤを少なくとも部分的に取り囲む第２接触を形成することである。
本発明の他の実施形態において、ナノワイヤの上部におけるＰＮ接合１５０を形成する層を取り除く方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を含む。ＣＭＰにおいて、ナノメータの大きさの非常に小さい研磨剤の粒を、問題となっている材料系に適用させた化学薬品混合液とともに含むスラリーが、ナノワイヤの上部における材料を、機械的かつ化学的に除去するため、用いられる。これにより、非常に滑らかな表面となり、ナノワイヤの上部においてナノワイヤの中心部を露出させる。
第１ナノワイヤ群のナノワイヤの上部は前述の方法で露出されうることが望ましくあるべきである。
本発明の実施形態の一つにおいて、ナノ構造デバイスはＬＥＤであり、また、ナノワイヤＬＥＤは、ナノワイヤの上部又は底部から発光するように図られており、そして、このことは接触材料を選択するときに考慮すべきことである。底部が発光するナノワイヤＬＥＤの場合は、上部の接触材料は銀やアルニウムのような反射層となり得、しかし上部が発光するナノワイヤＬＥＤの場合は、上部の接触材料は透明であることを要する。金属のうち銀は、光学スペクトルの可視領域において最も良い反射係数を有するが、しかし、一定の構造によりキャッピングされていないと、通常大気のなかでは腐食ダメージをみせる傾向が強い。Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、又は他の適切な誘電材料が、キャッピング層として用いられうる。アルミニウムは可視領域において、銀よりはいくらか少ない反射性のインデックス（ａ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）を有するが、しかし乾燥した通常大気のなかでは良い腐食耐性を示す。デバイスの信頼性を向上させるため、上述の誘電材料のキャッピングが、やはり望ましいであろう。上部の透明な接触層の場合は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）か、他の透明な化合物、又は高い導電性と透過性を有する高濃度ドープされた半導体が、用いられうる。
本発明は、現在、最も実用的で望ましい実施形態となるものに関連して記載されたが、本発明はこの開示された実施形態に限られるものではないことは言うまでもないことである。それどころか、添付の特許請求の範囲の範囲内であれば多様な修正や等価な変更を含むものである。

Claims (19)

  1. 基板（１００）から突き出した第１ナノワイヤ群（１０１）と第１接触手段と、を含むナノ構造デバイスであって、
    前記第１ナノワイヤ群（１０１）に含まれるナノワイヤのそれぞれは、少なくとも一つのＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）を有し、
    前記第１接触手段は、前記第１ナノワイヤ群（１０１）に含まれるナノワイヤのそれぞれが有する前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、前記第１側面へと電気的に接続し、
    第２接触手段が、前記基板（１００）から突き出した第２ナノワイヤ群（１０２）を含み、前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の第２側面への電気的な接続を提供するように設けられている、
    ことを特徴とするナノ構造デバイス。
  2. 前記基板（１００）は前記ナノワイヤに隣接するバッファ層（１２０）を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のナノ構造デバイス。
  3. 前記第２接触手段は、前記第２ナノワイヤ群（１０２）に含まれる前記ナノワイヤを少なくとも部分的に取り囲む第２接触を含む、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のナノ構造デバイス。
  4. 前記第２接触は、前記バッファ層（１２０）及び／又は前記基板（１００）と直接的に電気的に接触し、
    前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の前記第２側面への前記電気的な接続が、少なくとも部分的に前記バッファ層（１２０）及び／又は前記基板（１００）を介して、提供される、
    ことを特徴とする請求項３に記載のナノ構造デバイス。
  5. 前記第２接触は、前記第２ナノワイヤ群（１０２）に含まれる前記ナノワイヤのそれぞれの前記中心部とは電気的に分離され、それによって、
    前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の前記第２側面への前記電気的な接続が、実質的に前記バッファ層（１２０）及び／又は前記基板（１００）を介して、提供される、
    ことを特徴とする請求項４に記載のナノ構造デバイス。
  6. 前記第１ナノワイヤ群と前記第２ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれは、中心部、および前記中心部を少なくとも部分的に取り囲む外郭層を有し、それによって、
    前記外郭層はＰＮ又はＰＩＮ接合を形成する、
    ことを特徴とする請求項５に記載のナノ構造デバイス。
  7. 前記第２接触は、前記第２ナノワイヤ群（１０２）に含まれる前記ナノワイヤの前記中心部（１１０）と電気的に接触し、
    前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の前記第２側面への前記電気的な接続が、少なくとも部分的に前記中心部を介して、提供される、
    ことを特徴とする請求項３又は４に記載のナノ構造デバイス。
  8. 前記第２接触は、前記バッファ層（１２０）又は前記基板（１００）から電気的に絶縁され、それによって、
    前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の前記第２側面への前記電気的な接続が、前記第２接触から、前記第２ナノワイヤ群の前記ナノワイヤの前記中心部を介して、前記バッファ層（１２０）及び／又は前記基板（１００）まで、および前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の前記第２側面まで、延びる伝導経路を介して、提供される、
    ことを特徴とする請求項７に記載のナノ構造デバイス。
  9. 前記第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有する前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）は、動作時に、電荷キャリアが再結合して発光するための光の活性領域を提供し、
    ＬＥＤデバイスとしてのナノ構造デバイスの機能を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のナノ構造デバイス。
  10. 前記第１ナノワイヤ群と前記第２ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれは、同じ製造工程において同時に成長する、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のナノ構造デバイス。
  11. 前記第１接触手段は、Ｐ側面に接続され、
    前記第２接触手段は、Ｎ側面に接続される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のナノ構造デバイス。
  12. 前記ナノワイヤの中心部は、前記第２ナノワイヤ群の端部において露出されて接触される、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のナノ構造デバイス。
  13. ナノ構造デバイスを製造する方法であって、
    基板（１００）を用意する工程（３０１）と、
    第１ナノワイヤ群（１０１）と第２ナノワイヤ群（１０２）を、前記基板（１００）、又は前記基板（１００）の上のバッファ層（１２０）の上に成長させる工程（３０２）と、
    前記第１ナノワイヤ群と前記第２ナノワイヤ群に含まれる前記ナノワイヤのそれぞれにＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）を形成する工程（３０３）と、
    前記第１ナノワイヤ群（１０１）に含まれるナノワイヤのそれぞれが有する前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の第１側面を少なくとも部分的に取り囲んで、前記第１側面へと電気的に接続する第１接触を形成する工程（３０４）と、
    前記第２ナノワイヤ群（１０２）に含まれる前記ナノワイヤを少なくとも部分的に取り囲む第２接触を形成し、これによって、前記第２接触が前記ＰＮ又はＰＩＮ接合（１５０）の第２側面への電気的な接続を形成する工程（３０５）と、を含む、
    ことを特徴とする方法。
  14. 前記成長させる工程は、前記ナノワイヤを取り囲む外郭層を成長させる工程を含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
  15. 前記第２接触を形成する工程は、前記第２ナノワイヤ群の上を囲う層から前記ナノワイヤを除去する工程と、前記第２ナノワイヤ群に含まれる前記ナノワイヤを少なくとも部分的に取り囲む第２接触を形成する工程と、を含む、
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
  16. 前記第２接触は、前記バッファ層（１２０）及び／又は前記基板（１００）と直接的に接触する、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
  17. 前記第１ナノワイヤ群と前記第２ナノワイヤ群は、同じ製造工程において同時に形成される、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
  18. 前記ナノワイヤの中心部は、前記第２ナノワイヤ群（１０２）の端部において露出される、
    ことを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
  19. 前記第１ナノワイヤ群と前記第２ナノワイヤ群に含まれる前記ナノワイヤの所定の部分は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）及び／又はエッチングによって除去される、
    ことを特徴とする請求項１８に記載のナノ構造デバイスを製造する方法。
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