JP2014120548A - Method of producing nanowire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III−V族化合物などの半導体からなるナノワイヤをグラフェンやグラファイトなどの炭素層の上に形成するナノワイヤの形成方法に関する。 The present invention relates to a nanowire forming method for forming a nanowire made of a semiconductor such as a III-V group compound on a carbon layer such as graphene or graphite.
径がナノメータスケールの半導体からなるナノワイヤは、光デバイスヘの応用などが検討されている。また、このようなナノワイヤをグラフェンなどの炭素層の上に形成する技術が検討されている。グラフェンは、炭素原子が互いに二次元的に結合して構成された1原子層から数原子層のシート状の物質であり、キャリアが高移動度であるため、高速デバイスの材料として注目されている。また最近では、大面積の単層、あるいは数層のグラフェンシートがロールトゥロール技術で作製されている Nanowires made of nanometer-scale semiconductors have been studied for application to optical devices. In addition, a technique for forming such nanowires on a carbon layer such as graphene has been studied. Graphene is a sheet-like substance with one to several atomic layers composed of carbon atoms two-dimensionally bonded to each other, and has attracted attention as a material for high-speed devices because carriers have high mobility. . Recently, large-area single-layer or several-layer graphene sheets have been produced by roll-to-roll technology.
グラフェンシートは、容易に曲がるプラスチック基板に転写可能であり、伸ばし、また畳むことが可能な、透明な電子,光製品への応用が可能である。このようなグラフェンシートの上に、前述したナノワイヤが成長できれば、例えば、高効率な発光受光素子を、フレキシブルなプラスチック基板に安価で容易に搭載することが可能になるなど、様々な技術への応用が期待される。また、この技術によれば、発光受光素子を、容易に安価な状態で、大面積な領域に搭載することが可能となる。 The graphene sheet can be transferred to a plastic substrate that bends easily, and can be applied to transparent electronic and optical products that can be stretched and folded. If the above-mentioned nanowires can be grown on such a graphene sheet, for example, it will be possible to easily mount a high-efficiency light-emitting / receiving element on a flexible plastic substrate at a low cost, for example, application to various technologies There is expected. Further, according to this technology, the light emitting / receiving element can be easily mounted at a low cost in a large area.
例えば、最近では、ZnOからなるナノワイヤ成長(非特許文献1参照)、GaPからなるナノワイヤ成長(非特許文献2参照)、GaAsからなるナノワイヤ成長(非特許文献2,非特許文献3参照)、InPからなるナノワイヤ成長(非特許文献2参照)、InAsからなるナノワイヤ成長(非特許文献4参照)が報告されている。 For example, recently, nanowire growth made of ZnO (see Non-patent Document 1), nanowire growth made of GaP (see Non-Patent Document 2), nanowire growth made of GaAs (see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3), InP Nanowire growth made of (see Non-Patent Document 2) and nanowire growth made of InAs (see Non-Patent Document 4) have been reported.
一方で、グラフェンは、Ni、Cu、Fe等の金属上に形成することが一般に行われている(非特許文献5参照)。例えば、安価な鉄シート上のグラフェン生成に関しては良好なものが報告されており、727℃の共晶点以下で鉄に含まれる炭素からグラフェンの成膜が起きると考えられている(非特許文献5参照)。他方で、ナノワイヤによる太陽電池自体は作製されているが、例えばInPナノワイヤでは高価なInP基板上に成長して作製されている(非特許文献6参照)。 On the other hand, graphene is generally formed on a metal such as Ni, Cu, or Fe (see Non-Patent Document 5). For example, good graphene production on inexpensive iron sheets has been reported, and it is considered that film formation of graphene occurs from carbon contained in iron below the eutectic point of 727 ° C. (non-patent document) 5). On the other hand, although the solar cell itself by nanowire is produced, for example, InP nanowire is produced by growing on an expensive InP substrate (see Non-Patent Document 6).
しかしながら、上述したような金属基板の上に形成されているグラフェンの上に、ナノワイヤを形成する技術に関しては、これまでなされていなかった。このような基板上へナノワイヤが直接成長できれば、ロールトゥロール技術においてグラフェンからナノワイヤ形成まで一貫して行えるようになるという利点があるが、現在では、上述したような基板を用いることで、安価で簡便な工程により、半導体のナノワイヤを形成する技術が確立されていないという問題があった However, a technique for forming nanowires on graphene formed on a metal substrate as described above has not been made so far. If nanowires can be grown directly on such a substrate, roll-to-roll technology has the advantage that it can be performed consistently from graphene to nanowire formation, but now it is cheaper to use a substrate as described above. There was a problem that the technology to form semiconductor nanowires has not been established by a simple process.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より安価に、より簡便な工程で、半導体のナノワイヤが形成できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to allow semiconductor nanowires to be formed at a lower cost and in a simpler process.
本発明に係るナノワイヤの作製方法は、鉄からなり加熱した基体の上に炭素化合物のガスを供給して基体の表面に炭素層を形成する炭素層形成工程と、炭素層の表面に有機金属気相成長法により半導体のナノワイヤを形成するナノワイヤ形成工程とを少なくとも備える。 The method for producing a nanowire according to the present invention includes a carbon layer forming step of supplying a carbon compound gas onto a heated substrate made of iron to form a carbon layer on the surface of the substrate, and an organic metal gas on the surface of the carbon layer. A nanowire forming step of forming a semiconductor nanowire by a phase growth method.
上記ナノワイヤの作製方法において、ナノワイヤを形成した後で基体を選択的に除去する基体除去工程を備えるようにしてもよい。 The nanowire manufacturing method may include a substrate removing step of selectively removing the substrate after the nanowire is formed.
上記ナノワイヤの作製方法において、ナノワイヤ形成工程の前に、炭素層の表面に、金属微粒子を配置する金属微粒子形成工程を備え、ナノワイヤ形成工程では、金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法によりナノワイヤを形成するようにすればよい。 In the nanowire manufacturing method, a metal fine particle forming step of arranging metal fine particles on the surface of the carbon layer is provided before the nanowire forming step, and in the nanowire forming step, an organic metal vapor phase growth method using the metal fine particles as a catalyst. A nanowire may be formed.
上記ナノワイヤの作製方法において、ナノワイヤ形成工程では、第1導電型の第1ナノワイヤコアを形成し、第1ナノワイヤコアの周囲にアンドープの第2ナノワイヤシェル層を形成し、第2ナノワイヤシェル層の周囲に第2導電型の第3ナノワイヤシェル層を形成するようにしてもよい。 In the nanowire manufacturing method, in the nanowire forming step, a first nanowire core of the first conductivity type is formed, an undoped second nanowire shell layer is formed around the first nanowire core, and the periphery of the second nanowire shell layer is formed. Alternatively, a third nanowire shell layer of the second conductivity type may be formed.
以上説明したように、本発明によれば、鉄からなる基体を用いるようにしたので、より安価に、より簡便な工程で、半導体のナノワイヤが形成できるようになるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, since a base made of iron is used, an excellent effect can be obtained that semiconductor nanowires can be formed at a lower cost and in a simpler process.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤの作製方法を説明する説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view for explaining a method for producing nanowires in an embodiment of the present invention.
まず、ステップS101で、図1の(a)に示すように、鉄からなり加熱した基体101の上に炭素化合物のガスを供給して基体101の上に炭素層102を形成する(炭素層形成工程)。例えば、基体101を600℃程度に加熱し、この状態で、基体101の表面にメタン,アセチレン,およびメタノールなどの炭素化合物のガスを供給することで、炭素層102が形成できる。 First, in step S101, as shown in FIG. 1A, a carbon compound gas is supplied onto a heated base 101 made of iron to form a carbon layer 102 on the base 101 (carbon layer formation). Process). For example, the carbon layer 102 can be formed by heating the substrate 101 to about 600 ° C. and supplying a gas of a carbon compound such as methane, acetylene, and methanol to the surface of the substrate 101 in this state.
ここで、基体101は、板状の基板であってもよく、他の基板の上に形成されたFeの膜であってもよく、棒状であってもよい。また、炭素層102は、例えば、グラフェン,グラファイトの層である。加熱した基体101の表面に炭化化合物のガスを供給すると、基体101の表面に、炭素層102が形成されると共に、基体101表面の鉄が炭素を含有する状態となり、剛性が高く化学的に安定な状態となる。 Here, the substrate 101 may be a plate-like substrate, an Fe film formed on another substrate, or a rod-like substrate. The carbon layer 102 is, for example, a graphene or graphite layer. When carbonized compound gas is supplied to the surface of the heated substrate 101, a carbon layer 102 is formed on the surface of the substrate 101, and the iron on the surface of the substrate 101 contains carbon, which is highly rigid and chemically stable. It becomes a state.
次に、ステップS102で、図1の(b)に示すように、炭素層102の上に有機金属気相成長法により半導体のナノワイヤ103を形成する(ナノワイヤ形成工程)。例えば、Au,Al,Inなどの金属微粒子(不図示)を触媒とした有機金属気相成長法によりナノワイヤ103が形成できる。このナノワイヤ形成技術は、VLS(vapor-liquid-solid)成長法と呼ばれている。また、直径数nmの孔を備えるSiO2などから構成されたマスク層(不図示)を炭素層102の上に形成し、有機金属気相成長法により孔内に露出する炭素層102の上にナノワイヤ103が形成できる。 Next, in step S102, as shown in FIG. 1B, a semiconductor nanowire 103 is formed on the carbon layer 102 by metal organic vapor phase epitaxy (nanowire forming step). For example, the nanowire 103 can be formed by metal organic vapor phase epitaxy using metal fine particles (not shown) such as Au, Al, In, etc. as a catalyst. This nanowire forming technique is called a VLS (vapor-liquid-solid) growth method. Further, a mask layer (not shown) made of SiO 2 or the like having a hole with a diameter of several nm is formed on the carbon layer 102, and on the carbon layer 102 exposed in the hole by metal organic chemical vapor deposition. Nanowires 103 can be formed.
次に、上述した本発明に至った経緯について説明する。発明者らは、金属基板の上にグラフェンを形成し、このグラフェンの上にVLS成長法でInPからなるナノワイヤを作成する調査を行った。図2は、金属として、Ni(a),Cu(b),Fe(c)を用いたときの結果を示す走査型電子顕微鏡写真である。 Next, the background to the above-described present invention will be described. The inventors conducted an investigation of forming graphene on a metal substrate and forming a nanowire made of InP on the graphene by a VLS growth method. FIG. 2 is a scanning electron micrograph showing the results when Ni (a), Cu (b), and Fe (c) are used as metals.
調査では、サファイア基板の上に厚さ100−200nmのNi膜,Cu膜,Fe膜を各々膜形成した基板を用いた。また、よく知られた化学気相成長装置を用いてナノワイヤの形成を行った。
まず、Niの場合はアルゴンガスを120sccm、水素ガスを30sccmで供給した状態で、処理室内の圧力を4666.27Pa(35Torr)とし、また基板温度を900℃まで昇温した後、10sccmの条件でメタンガスを基板の表面に供給し、これを5分間継続した後降温し、Ni膜の上にグラフェンを成長させる。
In the investigation, a substrate in which a Ni film, a Cu film, and an Fe film each having a thickness of 100 to 200 nm were formed on a sapphire substrate was used. In addition, nanowires were formed using a well-known chemical vapor deposition apparatus.
First, in the case of Ni, argon gas is supplied at 120 sccm and hydrogen gas is supplied at 30 sccm, the pressure in the processing chamber is set at 4666.27 Pa (35 Torr), the substrate temperature is raised to 900 ° C., and the condition is 10 sccm. Methane gas is supplied to the surface of the substrate, this is continued for 5 minutes, and then the temperature is lowered to grow graphene on the Ni film.
また、Cuの場合は、水素ガスを50sccmで供給した状態で、処理室内の圧力を133.322〜266.644Pa(1〜2Torr)とし、また基板温度を1000℃まで昇温した後、処理室内の圧力を533.288〜666.61Pa(4〜5Torr)とし、10sccmの条件でメタンガスを基板の表面に供給し、これを30分間継続した後降温し、Cu膜の上にグラフェンを成長させる。 In the case of Cu, the hydrogen gas is supplied at 50 sccm, the pressure in the processing chamber is set to 133.322 to 266.644 Pa (1 to 2 Torr), and the substrate temperature is raised to 1000 ° C. The pressure of 533.288 to 666.61 Pa (4 to 5 Torr) is supplied to the surface of the substrate under conditions of 10 sccm. This is continued for 30 minutes, and then the temperature is lowered to grow graphene on the Cu film.
また、Feの場合は、アルゴンガスを120sccm、水素ガスを30sccmで供給した状態で、処理室内の圧力を4666.27Pa(35Torr)とし、また基板温度を950℃まで昇温した後、10sccmの条件でメタンガスを基板の表面に供給し、これ5分間継続した後降温し、Fe膜の上にグラフェンを成膜させる。なお、sccmは流量の単位であり、0℃・1013hPaの流体が1分間に1cm3流れることを示す。 In the case of Fe, argon gas is supplied at 120 sccm and hydrogen gas is supplied at 30 sccm, the pressure in the processing chamber is set at 4666.27 Pa (35 Torr), and the substrate temperature is raised to 950 ° C. Then, methane gas is supplied to the surface of the substrate, and this is continued for 5 minutes, and then the temperature is lowered to form graphene on the Fe film. Note that sccm is a unit of flow rate, and indicates that a fluid at 0 ° C. and 1013 hPa flows 1 cm 3 per minute.
上述したグラフェンを成膜した各々の基板(金属膜)上に直径5−10nmのAu微粒子を分散し、有機金属気相成長法(MOVPE)装置内で水素雰囲気下(10132.472Pa=76Torr)において、温度条件を365℃とし、トリメチルインジウム(TMIn)を5sccm、ターシャリブチルフォスフィン(TBP)を27sccmで、15分間供給した。 Au fine particles having a diameter of 5 to 10 nm are dispersed on each of the above-described substrates (metal films) on which graphene is formed, and in a hydrogen atmosphere (10132.472 Pa = 76 Torr) in a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) apparatus. The temperature conditions were 365 ° C., trimethylindium (TMIn) was supplied at 5 sccm, and tertiary butylphosphine (TBP) was supplied at 27 sccm for 15 minutes.
以上の結果、図2の(a)および図2の(b)に示すように、NiおよびCuの場合には、InPのナノワイヤは形成されなかった。これは、Ni,Cuは、原料ガス、特にV族の原料であるTBPと反応性が高く、グラフェンにある欠陥やドメイン境界等の隙間から侵入したTBPとNi,Cuが反応してしまうため、ナノワイヤ生成には至らなかったためと考えられる。 As a result, as shown in FIGS. 2A and 2B, InP nanowires were not formed in the case of Ni and Cu. This is because Ni and Cu are highly reactive with source gas, particularly TBP, which is a Group V source, and TBP and Ni and Cu that have entered through gaps such as defects and domain boundaries in graphene react. This is probably because nanowires were not produced.
一方、図2の(c)に示すように、Feの場合は、InPナノワイヤが生成できることが確認された。ナノワイヤは、図2の(c)に、針状に撮影されている。Feは、グラフェン層を生成しているときに炭素を含むことで表面に炭素濃度の高い構造(スチール)ができると考えられる。炭素を含む鉄は、剛性が高く化学的にも安定性が高いためTBPとの反応が起こりにくい。このことにより、グラフェン上の金微粒子触媒へTBPが分解したことにより生成されるPの供給が十分に行われ、InPナノワイヤ成長が進んだものと考えられる。このことは、他のナノワイヤの原料ガスにおいても同様であるものと考えられる。 On the other hand, as shown in FIG. 2C, it was confirmed that InP nanowires can be generated in the case of Fe. The nanowire is photographed in a needle shape in FIG. Fe is considered to have a structure (steel) with a high carbon concentration on the surface by including carbon when the graphene layer is formed. Since iron containing carbon has high rigidity and high chemical stability, reaction with TBP hardly occurs. As a result, it is considered that the P generated by the decomposition of TBP into the gold fine particle catalyst on graphene was sufficiently supplied, and the InP nanowire growth was advanced. This is considered to be the same for other nanowire source gases.
以上のように、Feからなる基体の表面にグラフェンなどの炭素層を形成した状態であれば、炭素層の上に、InPなどの半導体のナノワイヤが安定して形成できるようになる。 As described above, if a carbon layer such as graphene is formed on the surface of a substrate made of Fe, semiconductor nanowires such as InP can be stably formed on the carbon layer.
次に、実施例を用いてより詳細に説明する。 Next, it demonstrates in detail using an Example.
[実施例1]
はじめに、実施例1について図3A〜図3Eを用いて説明する。図3A〜図3Eは、本発明の実施の形態における実施例1のナノワイヤの作製方法を説明する各工程における状態を模式的に示す断面図である。
[Example 1]
First, Example 1 will be described with reference to FIGS. 3A to 3E. FIG. 3A to FIG. 3E are cross-sectional views schematically showing states in respective steps for explaining the manufacturing method of the nanowire of Example 1 in the embodiment of the present invention.
まず、図3Aに示すように、Feからなる基板201を用意し、基板201を600℃まで加熱し、この状態で基板201の表面にメタノールを導入し、飽和蒸気圧下でグラフェン202を形成する。上記条件によれば、一般に、600℃以上の温度でFeの表面にグラフェンが形成可能である。グラフェン202を形成した後の表面は、薄く白色化されている。次いで、直径10nmのAu微粒子を含むコロイド溶液を滴下してAu微粒子211をグラフェン202上に分散する。 First, as shown in FIG. 3A, a substrate 201 made of Fe is prepared, the substrate 201 is heated to 600 ° C., methanol is introduced into the surface of the substrate 201 in this state, and graphene 202 is formed under saturated vapor pressure. According to the above conditions, in general, graphene can be formed on the surface of Fe at a temperature of 600 ° C. or higher. The surface after the graphene 202 is formed is thinly whitened. Next, a colloidal solution containing Au fine particles having a diameter of 10 nm is dropped to disperse the Au fine particles 211 on the graphene 202.
次に、基板201を有機金属気相成長法(MOVPE)装置の処理室内に搬入して設置して、基板温度条件を370℃とし、TMInをP1×10-6mol/min、TBPを1.2×10-3mol/min、ジターシャルブチル硫黄(DTBS)を5×10-8mol/minで15分間導入し、図3Bに示すように、グラフェン202の上にn−InPからなる第1ナノワイヤコア203を形成する。 Next, the substrate 201 is carried into a processing chamber of a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) apparatus, and the substrate temperature condition is set to 370 ° C., TMIn is set to P1 × 10 −6 mol / min, and TBP is set to 1. 2 × 10 −3 mol / min and di-tert-butyl sulfur (DTBS) were introduced at 5 × 10 −8 mol / min for 15 minutes, and as shown in FIG. 3B, a first n-InP layer was formed on graphene 202. A nanowire core 203 is formed.
引き続いて、同じ処理室内で、基板温度条件を420℃とし、今度は、TMInを2×10-6mol/min,TBPを1.2×10-3mol/minで1分間導入し、図3Cに示すように、アンドープのInP(i−InP)からなる第2ナノワイヤシェル層204を形成する。第2ナノワイヤシェル層204は、第1ナノワイヤコア203の周囲に形成する。 Subsequently, the substrate temperature condition was set to 420 ° C. in the same processing chamber, and this time, TMIn was introduced at 2 × 10 −6 mol / min and TBP at 1.2 × 10 −3 mol / min for 1 minute. As shown in FIG. 2, a second nanowire shell layer 204 made of undoped InP (i-InP) is formed. The second nanowire shell layer 204 is formed around the first nanowire core 203.
引き続いて、同じ処理室内で、基板温度条件を420℃とし、今度は、TMInを2×10-6mol/min,TBPを1.2×10-3mol/min、ジエチルジンク(DEZn)を5×10-7mol/minで10間導入し、図3Cに示すように、p−InPからなる第3ナノワイヤシェル層205を形成する。これらのことにより、pin型のコア・シェルナノワイヤが作製できる。なお、図は、基板201の一部を示しており、1つのナノワイヤの部分を例示している。実際には、複数のナノワイヤがグラフェン202の表面に形成される。 Subsequently, in the same processing chamber, the substrate temperature condition was set to 420 ° C. This time, TMIn was 2 × 10 −6 mol / min, TBP was 1.2 × 10 −3 mol / min, and diethyl zinc (DEZn) was 5 Introducing 10 × 10 −7 mol / min for 10 minutes, a third nanowire shell layer 205 made of p-InP is formed as shown in FIG. 3C. By these things, a pin-type core-shell nanowire can be produced. The figure shows a part of the substrate 201 and illustrates a part of one nanowire. In practice, a plurality of nanowires are formed on the surface of the graphene 202.
次に、図3Dに示すように、第1ナノワイヤコア203,第2ナノワイヤシェル層204,第3ナノワイヤシェル層205からなるコア・シェルナノワイヤをポリイミドからなる樹脂層206で埋め込む。次に、酸素を用いた反応性イオンエッチングにより樹脂層206をエッチバックし、図3Eに示すように、コア・シェルナノワイヤ(第3ナノワイヤシェル層205)の先端を露出させる。次いで、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明電極材料をスパッタ法などにより蒸着することで、透明電極207を形成する。これらのことにより、pin構造のダイオード素子が得られ、この素子を用いることで、ダイオード特性として整流特性、また、光起電力による電流の増加が期待される。 Next, as shown in FIG. 3D, the core / shell nanowire made of the first nanowire core 203, the second nanowire shell layer 204, and the third nanowire shell layer 205 is embedded with a resin layer 206 made of polyimide. Next, the resin layer 206 is etched back by reactive ion etching using oxygen, and the tip of the core-shell nanowire (third nanowire shell layer 205) is exposed as shown in FIG. 3E. Next, the transparent electrode 207 is formed by vapor-depositing a transparent electrode material such as ITO (Indium Tin Oxide) by a sputtering method or the like. As a result, a diode element having a pin structure can be obtained. By using this element, it is expected that the diode characteristic is a rectifying characteristic and that an increase in current due to the photovoltaic power is expected.
[実施例2]
次に、実施例2について図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態における実施例2のナノワイヤの構成を示す斜視図である。
[Example 2]
Next, Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the nanowire of Example 2 in the embodiment of the present invention.
図4に示すように、SUS430(ステンレス鋼材)からなる直径250μmの棒状とした基体301の表面にグラフェン302が形成され、グラフェン302の表面に、複数のナノワイヤ303が形成されている。ナノワイヤ303は、Au微粒子311を触媒とした有機金属気相成長法により形成されている。 As shown in FIG. 4, graphene 302 is formed on the surface of a rod-shaped substrate 301 made of SUS430 (stainless steel) having a diameter of 250 μm, and a plurality of nanowires 303 are formed on the surface of graphene 302. The nanowire 303 is formed by a metal organic chemical vapor deposition method using Au fine particles 311 as a catalyst.
例えば、所定の処理室内で、基体301を800℃まで加熱し、ここにエチレンガスを導入してグラフェン302を形成する。次いで、基体301を処理室より搬出した後、直径10nmのAu微粒子を含むコロイド溶液に浸し、Au微粒子311をグラフェン302の表面に分散させて付着させる。次に、よく知られた有機金属気相成長法(MOVPE)装置の処理室内に基体301を搬入して設置し、温度条件を370℃とし、トリメチルガリウム(TMGa)を1×10-6mol/minターシャリブチルアルシン(TBAs)を1.2×10-3mol/minで処理室内に導入し、この状態を15分間維持することで、グラフェン302の表面に、GaAsからなる複数のナノワイヤ303が形成できる。 For example, the base 301 is heated to 800 ° C. in a predetermined treatment chamber, and ethylene gas is introduced into the graphene 302 to form the graphene 302. Next, after the substrate 301 is carried out of the processing chamber, it is immersed in a colloidal solution containing Au fine particles having a diameter of 10 nm, and Au fine particles 311 are dispersed and attached to the surface of the graphene 302. Next, the substrate 301 is carried in a processing chamber of a well-known metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) apparatus, the temperature condition is 370 ° C., and trimethyl gallium (TMGa) is 1 × 10 −6 mol / mol. By introducing min tertiary butylarsine (TBAs) into the processing chamber at 1.2 × 10 −3 mol / min and maintaining this state for 15 minutes, a plurality of nanowires 303 made of GaAs are formed on the surface of the graphene 302. Can be formed.
このように、3次元的な形状のグラフェン302の表面であっても、ナノワイヤ303が形成できる。また、この状態とすることで、単位領域あたりに、より多くのナノワイヤを形成することが可能となり、ナノワイヤで形成される電子、光デバイスをより多く集積させることが期待される。また、例えば、硫酸などの酸を用いることで、グラフェンおよびGaAsなどの半導体に対し、Feを選択的にエッチング除去することができる。従って、硫酸などの酸処理により基体301を選択的に除去し(基体除去工程)、グラフェン302を中空のチューブ構造とすることが可能である。中空とすることで、例えば、より多くの方向からの光が取り込めるようになる。 Thus, the nanowire 303 can be formed even on the surface of the graphene 302 having a three-dimensional shape. Moreover, by setting it as this state, it becomes possible to form more nanowires per unit area | region, and it is anticipated that more electronic and optical devices formed with nanowires will be integrated. Further, for example, by using an acid such as sulfuric acid, Fe can be selectively removed by etching from a semiconductor such as graphene and GaAs. Therefore, the substrate 301 can be selectively removed by an acid treatment such as sulfuric acid (substrate removal step), and the graphene 302 can have a hollow tube structure. By making it hollow, for example, light from more directions can be taken in.
以上に説明したように、本発明によれば、Feからなる基体の表面にグラフェンなどの炭素層を形成してナノワイヤを形成するようにしたので、より安価に、より簡便な工程で、半導体のナノワイヤが形成できるようになる。また、本発明によれば、フレキシブルなデバイスをボトムアップ的で容易に、また大面積で安価に、かつ結晶性良く作製することができるため、様々な分野に普及可能である。 As described above, according to the present invention, since a nanowire is formed by forming a carbon layer such as graphene on the surface of a substrate made of Fe, the semiconductor can be manufactured at a lower cost and in a simpler process. Nanowires can be formed. In addition, according to the present invention, a flexible device can be easily manufactured in a bottom-up manner, with a large area at a low cost, and with good crystallinity, and thus can be widely used in various fields.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述では、半導体として、III−V族化合物半導体を例に説明したが、これに限るものではなく、シリコン,窒化物半導体など他の半導体であっても同様である。また、実施例2では、中心部をn型とし、周辺部をp型としたが、中心部をn型とし、周辺部をp型としてもよい。また、ITOの代わりにグラフェンを用いるようにしてもよい。この場合、他の金属基板を用いて作製したグラフェンを貼り付け、金属基板を選択的にエッチング除去することで形成すればよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, in the above description, a group III-V compound semiconductor has been described as an example of the semiconductor, but the semiconductor is not limited to this, and the same applies to other semiconductors such as silicon and nitride semiconductors. In the second embodiment, the central portion is n-type and the peripheral portion is p-type. However, the central portion may be n-type and the peripheral portion may be p-type. Further, graphene may be used instead of ITO. In this case, graphene manufactured using another metal substrate may be attached and the metal substrate may be selectively removed by etching.
101…基体、102…炭素層、103…ナノワイヤ。 101 ... Substrate, 102 ... Carbon layer, 103 ... Nanowire.
Claims (4)
前記炭素層の表面に有機金属気相成長法により半導体のナノワイヤを形成するナノワイヤ形成工程と
を少なくとも備えることを特徴とするナノワイヤの作製方法。 A carbon layer forming step of supplying a carbon compound gas on a heated substrate made of iron to form a carbon layer on the surface of the substrate;
And a nanowire forming step of forming a semiconductor nanowire on the surface of the carbon layer by metal organic vapor phase epitaxy.
前記ナノワイヤを形成した後で前記基体を選択的に除去する基体除去工程を備えることを特徴とするナノワイヤの作製方法。 In the manufacturing method of the nanowire of Claim 1,
A method of producing a nanowire, comprising a substrate removing step of selectively removing the substrate after forming the nanowire.
前記ナノワイヤ形成工程の前に、前記炭素層の表面に、金属微粒子を配置する金属微粒子形成工程を備え、
前記ナノワイヤ形成工程では、前記金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法により前記ナノワイヤを形成することを特徴とするナノワイヤの作製方法。 The method for producing a nanowire according to claim 1 or 2,
Prior to the nanowire forming step, a metal fine particle forming step of arranging metal fine particles on the surface of the carbon layer,
In the nanowire forming step, the nanowire is formed by metal organic vapor phase epitaxy using the metal fine particles as a catalyst.
前記ナノワイヤ形成工程では、第1導電型の第1ナノワイヤコアを形成し、前記第1ナノワイヤコアの周囲にアンドープの第2ナノワイヤシェル層を形成し、前記第2ナノワイヤシェル層の周囲に第2導電型の第3ナノワイヤシェル層を形成する
ことを特徴とするナノワイヤの作製方法。 In the manufacturing method of the nanowire of any one of Claims 1-3,
In the nanowire forming step, a first conductivity type first nanowire core is formed, an undoped second nanowire shell layer is formed around the first nanowire core, and a second conductivity is formed around the second nanowire shell layer. Forming a third nanowire shell layer of the mold.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018022762A (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 日本電信電話株式会社 | Semiconductor nanowire laser and method of manufacturing the same |
US10347791B2 (en) | 2015-07-13 | 2019-07-09 | Crayonano As | Nanowires or nanopyramids grown on graphitic substrate |
US10714337B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-07-14 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
US10861696B2 (en) | 2010-12-13 | 2020-12-08 | Norwegian University Of Science And Technology | Compositions comprising epitaxial nanowires on graphene substrates and methods of making thereof |
US11239391B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-02-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanostructure |
US11257967B2 (en) | 2012-06-21 | 2022-02-22 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Solar cells |
US11261537B2 (en) | 2013-06-21 | 2022-03-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | III-V or II-VI compound semiconductor films on graphitic substrates |
US11594657B2 (en) | 2015-07-13 | 2023-02-28 | Crayonano As | Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011110694A (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-09 | Samsung Electronics Co Ltd | Composite structure of graphene and nanostructure, and method for manufacturing the same |
JP2011201735A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Fujitsu Ltd | Method for producing graphene film and method for manufacturing semiconductor device |
JP2011224749A (en) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Nanostructure and method of manufacturing the same |
WO2012080252A1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanowire epitaxy on a graphitic substrate |
-
2012
- 2012-12-14 JP JP2012273155A patent/JP5876408B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011110694A (en) * | 2009-11-25 | 2011-06-09 | Samsung Electronics Co Ltd | Composite structure of graphene and nanostructure, and method for manufacturing the same |
JP2011201735A (en) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Fujitsu Ltd | Method for producing graphene film and method for manufacturing semiconductor device |
JP2011224749A (en) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Nanostructure and method of manufacturing the same |
WO2012080252A1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-06-21 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanowire epitaxy on a graphitic substrate |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6015043904; Daiyu Kondo, 外6名: 'Low-Temperature Synthesis of Graphene and Fabrication of Top-Gated Field Effect Transistors without' Applied Physics Express Vol. 3, 20100212, pp. 025102-1〜025102-3 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10861696B2 (en) | 2010-12-13 | 2020-12-08 | Norwegian University Of Science And Technology | Compositions comprising epitaxial nanowires on graphene substrates and methods of making thereof |
US11257967B2 (en) | 2012-06-21 | 2022-02-22 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Solar cells |
US11261537B2 (en) | 2013-06-21 | 2022-03-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | III-V or II-VI compound semiconductor films on graphitic substrates |
US10347791B2 (en) | 2015-07-13 | 2019-07-09 | Crayonano As | Nanowires or nanopyramids grown on graphitic substrate |
US11264536B2 (en) | 2015-07-13 | 2022-03-01 | Crayonano As | Nanowires or nanopyramids grown on a graphene substrate |
US11594657B2 (en) | 2015-07-13 | 2023-02-28 | Crayonano As | Nanowires/nanopyramids shaped light emitting diodes and photodetectors |
US10714337B2 (en) | 2015-07-31 | 2020-07-14 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
US11450528B2 (en) | 2015-07-31 | 2022-09-20 | Crayonano As | Process for growing nanowires or nanopyramids on graphitic substrates |
JP2018022762A (en) * | 2016-08-03 | 2018-02-08 | 日本電信電話株式会社 | Semiconductor nanowire laser and method of manufacturing the same |
US11239391B2 (en) | 2017-04-10 | 2022-02-01 | Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) | Nanostructure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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