JP2018056377A - Electronic device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイス及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electronic device and a manufacturing method thereof.
無線通信をはじめとする、電波を受信する電子デバイスとして、トンネル接合を有するp−n半導体からなるバックワードダイオードが用いられている。損失を抑えて高周波を扱うために、バックワードダイオードは、通常、p−n半導体積層薄膜をメサ状に加工して小型化することで低容量化している。バックワードダイオードの電極としては、表面側電極に対してエアブリッジ構造(エアブリッジ電極)が用いられる。 A backward diode made of a pn semiconductor having a tunnel junction is used as an electronic device that receives radio waves such as wireless communication. In order to suppress a loss and handle a high frequency, a backward diode is usually reduced in capacity by processing a pn semiconductor laminated thin film into a mesa shape and reducing the size. As an electrode of the backward diode, an air bridge structure (air bridge electrode) is used with respect to the surface side electrode.
バックワードダイオード部分の周波数特性を上げる方法として、従来のマイクロメートルオーダーサイズのメサ状のバックワードダイオードに代えて、直径がサブミクロンスケールの縦型のバックワード型のナノワイヤダイオードが提案されている。このバックワード型のナノワイヤダイオードでは、メサ状のバックワードダイオードに比較して、p−n接合面積が大幅な低減される。 As a method for improving the frequency characteristics of the backward diode part, a vertical backward type nanowire diode having a diameter of submicron has been proposed in place of the conventional mesa-shaped backward diode of micrometer order size. In this backward-type nanowire diode, the pn junction area is significantly reduced as compared with a mesa-shaped backward diode.
しかしながら、従来型のエアブリッジ電極をバックワード型のナノワイヤダイオードにそのまま適用しようとすると、以下のような問題が生じる。
先ず、基板上に立設された極めて細いナノワイヤダイオードの頭頂部と基板上との間に延伸するエアブリッジ電極を形成することは、製造プロセス上、極めて困難である。更に、このようなエアブリッジ電極を形成した場合、エアブリッジ電極の応力や重みによる大きな負荷がナノワイヤダイオードにかかり、ナノワイヤダイオードの強度が保たれない、或いは著しい特性劣化をもたらす。
However, when the conventional air bridge electrode is applied to the backward nanowire diode as it is, the following problems occur.
First, it is extremely difficult in the manufacturing process to form an air bridge electrode extending between the top of a very thin nanowire diode standing on the substrate and the substrate. Further, when such an air bridge electrode is formed, a large load due to the stress and weight of the air bridge electrode is applied to the nanowire diode, and the strength of the nanowire diode cannot be maintained, or the characteristics are significantly deteriorated.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、十分な機械強度を有し、高周波特性に優れたナノワイヤダイオードを備えた信頼性の高い電子デバイスを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a highly reliable electronic device including a nanowire diode having sufficient mechanical strength and excellent high frequency characteristics.
電子デバイスの一態様は、ナノワイヤダイオードと、前記ナノワイヤダイオードから離間しており、表面が絶縁膜で被覆された複数のナノワイヤからなるナノワイヤ集合体と、前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端部と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端部とを架橋する電極とを含む。 One aspect of the electronic device is electrically connected to a nanowire diode, a nanowire assembly that is separated from the nanowire diode and has a surface covered with an insulating film, and the top of the nanowire diode. And an electrode that bridges the other end contacting the insulating film at the top of at least a part of the nanowires constituting the nanowire aggregate.
電子デバイスの製造方法の一態様は、ナノワイヤダイオードと、前記ナノワイヤダイオードから離間しており、複数の縦型のナノワイヤが各々離間して設けられたナノワイヤ集合体とを形成する工程と、前記ナノワイヤ集合体の前記ナノワイヤの表面を絶縁膜で被覆する工程と、前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端とを架橋する電極を形成する工程とを含む。 One aspect of a method for manufacturing an electronic device includes a step of forming a nanowire diode and a nanowire assembly spaced apart from the nanowire diode and provided with a plurality of vertical nanowires separated from each other, and the nanowire assembly Covering the surface of the nanowire of the body with an insulating film; one end electrically connected to the top of the nanowire diode; and the top of the top of the nanowire constituting the nanowire assembly. Forming an electrode for bridging the other end in contact with the film.
本発明によれば、十分な機械強度を有し、高周波特性に優れたナノワイヤダイオードを備えた信頼性の高い半導体装置が実現する。 According to the present invention, a highly reliable semiconductor device including a nanowire diode having sufficient mechanical strength and excellent high frequency characteristics is realized.
(第1の実施形態)
本実施形態では、電子デバイス及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(First embodiment)
In the present embodiment, an electronic device and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the drawings.
[電子デバイスの構成]
図1は、第1の実施形態による電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が斜視図、(b)が平面図、(c)が断面図である。図1(c)では、図面の見易さを考慮して、下部電極の一部の図示を省略している。
[Configuration of electronic device]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to the first embodiment, in which (a) is a perspective view, (b) is a plan view, and (c) is a cross-sectional view. In FIG. 1C, the illustration of a part of the lower electrode is omitted in consideration of the visibility of the drawing.
この電子デバイスは、例えば半絶縁性の基板1の上方にn型半導体層2及び成長用マスク10を介して、バックワード型のナノワイヤダイオード3、ナノワイヤ集合体4、下部電極5、及び上部電極6を有して構成されている。ナノワイヤダイオード3及び下部電極5は、n型半導体層2と電気的に接続されている。図1(a)では、成長用マスク10の図示を省略している。
The electronic device includes, for example, a
バックワード型のナノワイヤダイオード3は、例えばn−InGaAsであるn型ナノワイヤ3aと例えばp−GaAsSbであるp型ナノワイヤ3bとがpn接合してなる縦型構造のナノワイヤである。ナノワイヤダイオードとしては、pn接合の代わりに、i型の半導体を介するpin接合に構成しても良い。
The backward-
ナノワイヤ集合体4は、表面が絶縁膜4bで被覆された複数の縦型構造のナノワイヤ4aが集合してなるものである。各ナノワイヤ4aは、ナノワイヤダイオード3と同時に形成され、ナノワイヤダイオード3と同じ材質及び形状とされており、それぞれ離間して立設されている。各ナノワイヤ4aは、表面が絶縁膜4bで被覆されているため、ナノワイヤダイオード3の電気的特性に影響を及ぼすことはない。各ナノワイヤ4aは、ナノワイヤダイオード3と同様の構造であることから、両者は同じ高さとされており、絶縁膜4bの厚み分だけナノワイヤダイオード3よりも高くされている。各ナノワイヤをナノワイヤダイオード3と別工程で形成し、ナノワイヤダイオード3とは異なるナノワイヤの構造としても良い。
The
下部電極5は、例えば金(Au)を材料として、n型半導体層2上に形成されている。ナノワイヤダイオード3は、下部電極5に接触して立設されて下部電極4と電気的に接続されている。
The
上部電極6は、ナノワイヤダイオード3の頭頂部に電気的に接続された一端部6aと、ナノワイヤ集合体4を構成する少なくとも一部のナノワイヤ4aの頭頂部の絶縁膜4bに接触固定された他端部6bとを架橋するエアブリッジ構造の電極である。他端部6bが上部電極6の電極パッドとされている。上部電極6の一端部6aと他端部6bとの間の下方には、空隙6cが形成されている。ナノワイヤ集合体4は、エアブリッジ構造の上部電極6の他端部6bを支持する支持部材として機能する。そのため、上部電極6の一端部6aと他端部6bとの間の第1距離は、ナノワイヤ集合体4において隣り合うナノワイヤ4a間の第2距離よりも大きい。
The
ここで、本実施形態による電子デバイスの奏する作用効果について、比較例との比較に基づいて説明する。図2は、当該作用効果を説明するための斜視図であり、(a)が比較例の電子デバイスを、(b)が本実施形態の電子デバイスをそれぞれ示している。 Here, the effect which the electronic device by this embodiment show | plays is demonstrated based on a comparison with a comparative example. 2A and 2B are perspective views for explaining the function and effect, in which FIG. 2A shows an electronic device of a comparative example, and FIG. 2B shows an electronic device of the present embodiment.
比較例の電子デバイスは、基板101の上方にn型半導体層102を介して、バックワード型のナノワイヤダイオード103、下部電極104、及び上部電極105を有して構成されている。
ナノワイヤダイオード103及び下部電極104は、本実施形態のナノワイヤダイオード3及び下部電極50と同様に形成されている。上部電極105は、ナノワイヤダイオード103の頭頂部に電気的に接続された一端部105aと、n型半導体層102上に接触固定された他端部105bとを架橋するエアブリッジ構造の電極である。上部電極105の一端部105aと他端部105bとの間の下方には、空隙105cが形成されている。
The electronic device of the comparative example includes a backward nanowire diode 103, a
The nanowire diode 103 and the
鋭意検討により、比較例における電子デバイスの特性劣化をもたらす負荷の主要因が、ナノワイヤダイオード103に対して働く下向きの応力成分であることが見出された。比較例においては、上部電極105の電極パッドである他端部105bが、基板101の表面に形成されていることで、上部電極105はナノワイヤダイオード103上の一端部105aから斜め下方向に引き出される。その結果、上部電極105の収縮時に下向きの応力が働き、当該応力がナノワイヤダイオード103に対して曲げ応力として作用する。
Through intensive studies, it has been found that the main factor of the load that causes the characteristic deterioration of the electronic device in the comparative example is a downward stress component acting on the nanowire diode 103. In the comparative example, the
これに対して、本実施形態の電子デバイスでは、ナノワイヤ集合体4を設けることにより、ナノワイヤダイオード3の頭頂部よりも絶縁膜3bの厚み分だけ高い位置に他端部6bの電極パッドが配置される。上部電極6は、ナノワイヤダイオード3の頭頂部からナノワイヤ集合体4の頭頂部に架けて架橋形成される。この構造では、図2(b)のように、下向きの応力成分が消失し、ナノワイヤダイオード3に曲げ応力が印加されることはない。
On the other hand, in the electronic device of the present embodiment, by providing the
本実施形態の電子デバイスでは、ナノワイヤ集合体4が複数のナノワイヤ4aで構成されており、ナノワイヤダイオード3のみならず各ナノワイヤ4aも弾性変形することが可能である。そのため、ナノワイヤダイオード3に対する横方向成分の応力負荷も大幅に低減する。
In the electronic device of the present embodiment, the
以上のように、本実施形態では、ナノワイヤダイオード3に曲げ応力が印加されることがなく、横方向成分の応力負荷も大幅に低減する。この構成により、横断面積が小さいナノワイヤダイオード3の優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオード3の充分な機械的強度をもたらす高性能な電子デバイスが実現する。
As described above, in this embodiment, bending stress is not applied to the
[電子デバイスの製造方法]
次いで、本実施形態による電子デバイスの製造方法について説明する。図3〜図4は、本実施形態による電子デバイスの製造方法を工程順に示す概略断面図である。図3及び図4の各図では、図面の見易さを考慮して、下部電極の一部の図示を省略している。
[Electronic device manufacturing method]
Next, the method for manufacturing the electronic device according to the present embodiment will be described. 3 to 4 are schematic cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the electronic device according to the present embodiment in the order of steps. In each of FIGS. 3 and 4, a part of the lower electrode is not shown for easy viewing.
先ず、図3(a)に示すように、基板11上にn型半導体層12、成長マスク13、及び成長触媒14を順次形成する。
詳細には、例えば半絶縁性(SI)−GaAs(111)Bの基板11を用意する。基板11上に、例えば有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により、例えばn−InGaAs層を100nm程度の厚みに成長する。n型不純物のドーピングには、例えばSiを用い、Si濃度を例えば1×1018〜1×1020cm-3程度とすれば良い。以上により、基板11上にn型半導体層12が形成される。
First, as shown in FIG. 3A, an n-
Specifically, for example, a semi-insulating (SI) -GaAs (111)
次に、例えばCVD法によりSiNを50nm程度の厚みに堆積する。SiNにおけるナノワイヤの成長箇所となる部分に、リソグラフィ及びエッチングによって開口13a及び複数の開口13bを形成する。開口13aはナノワイヤダイオードが、複数の開口13bはナノワイヤ集合体のナノワイヤが形成される箇所である。開口13a,13bは同一のサイズ及び形状に形成される。各開口13bは、間隔が1μm〜10μm程度で開口数が例えば9〜100程度とする。このように複数の開口13bを形成することにより、後に形成されるエアブリッジ構造の上部電極の他端部となる電極パッドを10×10〜100×100μm2程度のサイズに形成することができる。開口13a,13b間の距離は、例えば10μm〜100μm程度とする。以上により、成長マスク13が形成される。
Next, SiN is deposited to a thickness of about 50 nm by, eg, CVD. An opening 13a and a plurality of
次に、成長マスク13の開口12a内に成長触媒14となる金属材料を堆積する。金属材料のディスク直径は、20nm〜100nm程度のものが好ましく、金属材料には、例えば金(Au)を用いる。
Next, a metal material to be a
続いて、図3(b)に示すように、バックワード型のナノワイヤダイオード15及び複数のナノワイヤ16を同一工程で形成する。
詳細には、例えば有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、例えばn−InGaAs15aとp−GaAsSb15bとからなるヘテロ接合ナノワイヤを、例えば成長温度450℃〜550℃程度で成長する。原料には、トリメチインジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEGa)、アルシン(AsH3)、トリメチルアンチモン(TMSb)を用いる。n型のドーピングには、成長時に硫化水素(H2S)を供給することによって硫黄(S)をドーピングする。S濃度は、例えば1×1018〜1×1020cm-3とする。p型不純物のドーピングには、成長時にジエチル亜鉛(DEZn)を供給することによって亜鉛(Zn)をドーピングする。Zn濃度は例えば1×1018〜1×1020cm-3とする。ドーピング濃度及びバンドギャップを適切に制御することにより、トンネル接合が形成され、バックワードダイオードとして機能させることができる。以上により、成長マスク13の開口13aにはナノワイヤダイオード15が、複数の開口13bにはナノワイヤ集合体となる複数のナノワイヤ16が夫々形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the
Specifically, a heterojunction nanowire made of, for example, n-
続いて、図3(c)に示すように、複数のナノワイヤ16の夫々を被覆する絶縁膜17を形成する。
詳細には、先ず成長触媒14をエッチングにより除去する。
次に、ナノワイヤダイオード15を覆い、複数のナノワイヤ16を露出させる開口を有するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、例えば原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)法により、絶縁材料として例えばAl2O3を5nm程度の厚みに堆積する。薬液処理又は灰化処理によりレジストマスク及びその上のAl2O3を除去する。以上により、複数のナノワイヤ16の夫々を被覆する絶縁膜17が形成される。絶縁膜17で被覆された複数のナノワイヤ16により、ナノワイヤ集合体18が構成される。
Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, an insulating
Specifically, the
Next, a resist mask is formed that covers the
続いて、図3(d)に示すように、下部電極19を形成する。
詳細には、先ずリソグラフィ及びエッチングにより成長マスク13に開口13cを形成する。
次に、ナノワイヤダイオード15及びナノワイヤ集合体18を覆い、開口13cを含む下部電極の形成予定箇所を開口するレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、例えば蒸着法により電極金属、ここでは金(Au)を堆積する。薬液処理又は灰化処理によりレジストマスク及びその上のAuを除去する。以上により、ナノワイヤダイオード15と電気的に接続された下部電極19が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3D, the
Specifically, first, an opening 13c is formed in the
Next, a resist mask is formed which covers the
続いて、図4(a)に示すように、基板11の全面を覆う樹脂21を形成する。
続いて、図4(b)に示すように、樹脂21の表面からナノワイヤダイオード15の頭頂部及びナノワイヤ集合体18のうちの所期のナノワイヤ16の頭頂部が露出するように、樹脂21の表面を研磨する。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, a
Subsequently, as illustrated in FIG. 4B, the surface of the
続いて、図4(c)に示すように、上部電極22を形成する。
詳細には、樹脂21の表面全面に例えば蒸着法により電極金属、ここでは金(Au)を堆積する。リソグラフィ及びエッチングによりAuを加工する。以上により、樹脂21上に上部電極22が形成される。上部電極22は、一端部22aがナノワイヤダイオード15の頭頂部に電気的に接続され、他端部22bがナノワイヤ集合体18のうちの所期のナノワイヤ16の頭頂部上の絶縁膜17に接触固定されて、一端部22aと他端部22bとの間を延伸している。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the
Specifically, an electrode metal, here gold (Au), is deposited on the entire surface of the
続いて、図4(d)に示すように、不要な樹脂21を除去する。これにより、上部電極22の一端部22aと他端部22bとの間の下方には、空隙22cが形成され、上部電極22がエアブリッジ構造となる。以上のようにして、本実施形態の電子デバイスが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4D,
本実施形態によれば、ナノワイヤ集合体18の各ナノワイヤ16をナノワイヤダイオード15と同一工程で同時形成することができる。そのため、工程数を増加させることなく、容易にナノワイヤ集合体18を形成することができる。
According to the present embodiment, the
本実施形態においては、ナノワイヤダイオード15は、1本のナノワイヤで構成されているが、これに限定されるものではなく、複数のヘテロ接合ナノワイヤからなるナノワイヤダイオードを用いても良い。ナノワイヤダイオード15及びナノワイヤ集合体18のナノワイヤ16の構成材料としては、n−InGaAsとp−GaAsSbとのヘテロ接合に制限されるものではなく、既知の構成を用いることができる。例えば、p−GaSb/i−GaAs/n−InAsのような構造も用いることができる。結晶成長を複数回行うことで、ナノワイヤダイオードとナノワイヤ集合体のナノワイヤの材料として、相異なる材料を用いることもできる。この場合、ナノワイヤ集合体のナノワイヤの材料としては、InPやGaAs、InN等のIII−V族化合物半導体に加え、SiやGe等のIV族半導体も用いることが可能である。基板についても同様の選択が可能である。また、ダイオード構造もバックワード型のナノワイヤダイオードに限定されるものではなく、例えばショットキーバリア型のナノワイヤダイオードを用いることも可能である。
In the present embodiment, the
(変形例)
以下、第1の実施形態の諸変形例について説明する。
(Modification)
Hereinafter, various modifications of the first embodiment will be described.
−変形例1−
図5は、第1の実施形態の変形例1による電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が断面図である。図5(b)では、図面の見易さを考慮して、下部電極の一部の図示を省略している。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
-Modification 1-
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of an electronic device according to
この電子デバイスは、第1の実施形態と同様に、例えば半絶縁性の基板1の上方にn型半導体層2及び成長用マスク10を介して、バックワード型のナノワイヤダイオード3、ナノワイヤ集合体4、下部電極5、及び上部電極6を有して構成されている。更に、他のナノワイヤとして、中間ナノワイヤ31が設けられている。ナノワイヤダイオード3及び下部電極5は、n型半導体層2と電気的に接続されている。
Similar to the first embodiment, this electronic device includes a
中間ナノワイヤ31は、ナノワイヤ集合体4のナノワイヤ4aと同じ材質及び形状とされており、上部電極6の一端部6aと他端部6bとの間の空隙6cに立設けられている。中間ナノワイヤ31は、ナノワイヤ集合体4のナノワイヤ4aと同様に、表面が絶縁膜32で被覆されている。上部電極6は、ナノワイヤダイオード3の頭頂部に電気的に接続された一端部6aと、ナノワイヤ集合体4を構成する少なくとも一部のナノワイヤ4aの頭頂部の絶縁膜4bに接触固定された他端部6bとを架橋するエアブリッジ構造の電極である。本実施形態では、一端部6aと他端部6bとの間において、上部電極6の裏面が中間ナノワイヤ31の頭頂部の絶縁膜32に接触固定されて補強されている。
The
中間ナノワイヤ31は、ナノワイヤダイオード3及びナノワイヤ集合体4のナノワイヤ4aと同一工程で形成される。中間ナノワイヤ31は、ナノワイヤ4aの絶縁膜4bによる被覆と同一工程で絶縁膜32により被覆される。
The
変形例1の電子デバイスでは、ナノワイヤダイオード3に曲げ応力が印加されることがなく、横方向成分の応力負荷も大幅に低減する。この構成により、横断面積が小さいナノワイヤダイオード3の優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオード3の充分な機械的強度をもたらす高性能な電子デバイスが実現する。
In the electronic device of
エアブリッジ構造の上部電極の架橋距離が長くなると、上部電極の自重によりエアブリッジ部分に撓みが生じる。そのため、上部電極をナノワイヤダイオードとほぼ同じ長さのナノワイヤで支えたとしても、ナノワイヤダイオードに下向きの応力が発生することがある。変形例1では、上部電極6のエアブリッジ部分を中間ナノワイヤ31で支持することにより、上部電極6の撓みを抑制し、良好なナノワイヤダイオードが得られる。ナノワイヤダイオード3との距離及びナノワイヤ4aとの距離を1μm〜10μm程度となるように中間ナノワイヤ31を配置することにより、支持部としての充分な効果が得られる。
When the bridge distance of the upper electrode of the air bridge structure is increased, the air bridge portion is bent due to the weight of the upper electrode. Therefore, even if the upper electrode is supported by a nanowire having substantially the same length as the nanowire diode, downward stress may be generated in the nanowire diode. In the first modification, the air bridge portion of the
−変形例2−
図6は、第1の実施形態の変形例2による電子デバイスの概略構成を示す模式図であり、(a)が平面図、(b)が断面図である。図6(b)では、図面の見易さを考慮して、下部電極の一部の図示を省略している。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
-Modification 2-
6A and 6B are schematic views illustrating a schematic configuration of an electronic device according to
この電子デバイスは、例えば半絶縁性の基板1の上方にn型半導体層2及び成長用マスク10を介して、バックワード型のナノワイヤダイオード3、ナノワイヤ集合体41、下部電極5、及び上部電極6を有して構成されている。ナノワイヤダイオード3及び下部電極5は、n型半導体層2と電気的に接続されている。
The electronic device includes, for example, a
ナノワイヤ集合体41は、表面が絶縁膜41bで被覆された複数の縦型構造のナノワイヤ41aが集合してなるものである。各ナノワイヤ41aは、表面が絶縁膜41bで被覆されているため、ナノワイヤダイオード3の電気的特性に影響を及ぼすことはない。各ナノワイヤ41aは、ナノワイヤダイオード3と同じ材質であるが、ナノワイヤダイオード3よりも高く(長く)形成されている。
The
上部電極6は、ナノワイヤダイオード3の頭頂部に電気的に接続された一端部6aと、ナノワイヤ集合体41を構成する少なくとも一部のナノワイヤ41aの頭頂部の絶縁膜41bに接触固定された他端部6bとを架橋するエアブリッジ構造の電極である。ナノワイヤ集合体41のナノワイヤ41aがナノワイヤダイオード3よりも高く形成されているため、上部電極6は、一端部6aから他端部6bに架けて徐々に上がる斜面が形成される。
The
ナノワイヤダイオード3とナノワイヤ41aとは、異なる工程で結晶成長を分けて行って形成しても良いが、例えばナノワイヤダイオード3とナノワイヤ41aとで直径を変えることにより、同一工程で同時形成することも可能である。例えば、ナノワイヤダイオード3の直径を例えば50nm程度、ナノワイヤ41aの直径を100nm程度とし、原料の分解効率がマスク被覆率で制限されるような温度である450℃付近の低温成長条件で結晶成長する。すると、開口面積が大きく、半導体表面が露出したナノワイヤ41aの方がナノワイヤダイオード3よりも成長速度が速くなり、その結果、高さの異なるナノワイヤダイオード3及びナノワイヤ41aを同一工程で形成することができる。
The
変形例2の電子デバイスでは、ナノワイヤダイオード3に曲げ応力が印加されることがなく、横方向成分の応力負荷も大幅に低減する。この構成により、横断面積が小さいナノワイヤダイオード3の優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオード3の充分な機械的強度をもたらす高性能な電子デバイスが実現する。
In the electronic device of
変形例2では、ナノワイヤ集合体41のナノワイヤ41aをナノワイヤダイオード3よりも高く形成する。これにより、ナノワイヤダイオード3への下向き応力成分の印加が完全に消失する。また、ナノワイヤダイオード3の近傍にこれよりも高いナノワイヤ集合体41が配置されるために、ナノワイヤダイオード3の頭頂部及び上部電極6が保護される。
In the second modification, the
−変形例3−
図7は、第1の実施形態の変形例3による電子デバイスの概略構成を示す平面図である。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
-Modification 3-
FIG. 7 is a plan view illustrating a schematic configuration of an electronic device according to
この電子デバイスは、第1の実施形態と同様に、例えば半絶縁性の基板1の上方にn型半導体層2及び成長用マスク10を介して、バックワード型のナノワイヤダイオード3、ナノワイヤ集合体4、下部電極5、及び上部電極6を有して構成されている。更に、他のナノワイヤ集合体として、ナノワイヤダイオード3の周囲を取り囲むように、複数、ここでは3つのナノワイヤ集合体51,52,53が設けられている。ナノワイヤダイオード3及び下部電極5は、n型半導体層2と電気的に接続されている。
Similar to the first embodiment, this electronic device includes a
ナノワイヤ集合体51〜53は、ナノワイヤ集合体4と共に、ナノワイヤダイオード3の四方を囲むように配置されている。ナノワイヤ集合体51〜53は、ナノワイヤ集合体4と同様の構造、即ちナノワイヤ集合体4のナノワイヤ4aと同じ材質で同じ本数のナノワイヤ51a,52a,53aが絶縁膜51b,52b,53bで被覆されている。ナノワイヤ集合体51〜53は、ナノワイヤ集合体4と同じ配列形態で配置されて構成されている。なお、この形態に限定されるものではなく、ナノワイヤ集合体の配置の仕方や他のナノワイヤ集合体のナノワイヤの材質・形状等について、適宜変更が可能である。
The nanowire aggregates 51 to 53 are arranged so as to surround the four sides of the
変形例3の電子デバイスでは、ナノワイヤダイオード3に曲げ応力が印加されることがなく、横方向成分の応力負荷も大幅に低減する。この構成により、横断面積が小さいナノワイヤダイオード3の優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオード3の充分な機械的強度をもたらす高性能な電子デバイスが実現する。
In the electronic device of
変形例3では、ナノワイヤ集合体51〜53がナノワイヤ集合体4と共に、ナノワイヤダイオード3を囲むように配置されている。この構成により、電子デバイスが転倒等した場合でも、ナノワイヤダイオード3の頭頂部及び上部電極6がナノワイヤ集合体4,51〜53により保護され、ダメージを受けることが防止される。
In
(第2の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態又は諸変形例の1種による電子デバイスであるダイオード構造を備えた、いわゆる超大容量無線通信システムの電波受信機を例示する。図8は、本実施形態による電波受信機の概略構成を示す模式図である。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a radio wave receiver of a so-called ultra-high capacity wireless communication system including a diode structure that is an electronic device according to the first embodiment or one of various modifications is illustrated. FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the radio wave receiver according to the present embodiment.
この電波受信機は、受信アンテナ61、受信アンテナ61に接続されたローノイズアンプ62、ローノイズアンプ62に接続されたダイオード63、ローノイズアンプ62に接続されたインダクタ64、及び出力端子65を備えて構成されている。ダイオード63は、第1の実施形態又は諸変形例の1種によるダイオード構造である。 The radio wave receiver includes a receiving antenna 61, a low noise amplifier 62 connected to the receiving antenna 61, a diode 63 connected to the low noise amplifier 62, an inductor 64 connected to the low noise amplifier 62, and an output terminal 65. ing. The diode 63 has a diode structure according to one type of the first embodiment or various modifications.
ナノワイヤダイオードは、従来のダイオードよりも接合容量が小さいため、テラヘルツ波帯領域までの電波を受信することができる。ダイオード63に、ナノワイヤダイオードの優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオードの充分な機械的強度をもたらす高性能なダイオード構造を適用することにより、信頼性の高い超大容量無線通信ネットワークシステムが実現する。 Since the nanowire diode has a smaller junction capacitance than a conventional diode, it can receive radio waves up to the terahertz wave band region. By applying to the diode 63 a high-performance diode structure that provides sufficient mechanical strength of the nanowire diode without impairing the excellent high frequency characteristics of the nanowire diode, a highly reliable ultra-high capacity wireless communication network system is realized. .
(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態又は諸変形例の1種による電子デバイスであるダイオード構造を備えた、いわゆるIoT(Internet of Things)センサの発電機を例示する。図9は、本実施形態による発電機の概略構成を示す模式図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a generator of a so-called IoT (Internet of Things) sensor including a diode structure that is an electronic device according to the first embodiment or one of various modifications is illustrated. FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the generator according to the present embodiment.
この発電機は、受信アンテナ71、受信アンテナ71と接続されたダイオード72、ダイオード72と接続された平滑キャパシタ73、ダイオード72と接続された電圧一定化回路74、及び出力端子75を備えて構成されている。
The generator includes a receiving antenna 71, a
受信アンテナ71は、エネルギーとして例えばマイクロ波を受信するアンテナである。ダイオード72は、第1の実施形態又は諸変形例の1種によるダイオード構造であり、受信アンテナ71から入射したマイクロ波を全波整流する。平滑キャパシタ73により、安定したDC(直流)出力が得られる。電圧一定化回路74は、DC出力を一定値にする。出力端子75は、IoTセンサの電源に接続されており、一定値とされたDC出力が当該電源に供給される。
The receiving antenna 71 is an antenna that receives, for example, microwaves as energy. The
本実施形態による発電機では、ダイオード72に、ナノワイヤダイオードの優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオードの充分な機械的強度をもたらす高性能なダイオード構造が適用される。この構成により、エネルギー変換効率が向上し、マイクロ波等の微小電力の高効率なハーベスティングに寄与する。これにより、低電力で動作可能なIoTセンサを、電池等を用いることなく高効率に駆動することができる。
In the power generator according to the present embodiment, a high-performance diode structure that provides sufficient mechanical strength of the nanowire diode without impairing the excellent high-frequency characteristics of the nanowire diode is applied to the
以下、電子デバイス及びその製造方法、並びに電波受信機及び発電機の諸態様について、付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the electronic device, the manufacturing method thereof, the radio wave receiver, and the generator will be collectively described as appendices.
(付記1)ナノワイヤダイオードと、
前記ナノワイヤダイオードから離間しており、表面が絶縁膜で被覆された複数のナノワイヤからなるナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端部と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端部とを架橋する電極と
を含むことを特徴とする電子デバイス。
(Supplementary note 1) Nanowire diode,
A nanowire assembly consisting of a plurality of nanowires separated from the nanowire diode and having a surface coated with an insulating film;
An electrode that cross-links one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end in contact with the insulating film of at least a part of the top of the nanowire constituting the nanowire aggregate. An electronic device comprising:
(付記2)前記電極の前記一端部と前記他端部の間の第1距離は、前記ナノワイヤ集合体において隣り合う前記ナノワイヤ間の第2距離よりも大きいことを特徴とする付記1に記載の電子デバイス。 (Supplementary note 2) The first distance between the one end portion and the other end portion of the electrode is larger than a second distance between adjacent nanowires in the nanowire assembly. Electronic devices.
(付記3)前記電極の前記一端部と前記他端部の間に、表面を他の絶縁材料で覆われた他のナノワイヤが配置されており、
前記他のナノワイヤは、頭頂部の前記他の絶縁材料を介して前記電極と接触していることを特徴とする付記1又は2に記載の電子デバイス。
(Supplementary Note 3) Between the one end portion and the other end portion of the electrode, another nanowire whose surface is covered with another insulating material is disposed,
The electronic device according to
(付記4)前記ナノワイヤ集合体を構成する前記ナノワイヤは、前記ナノワイヤダイオードよりも高いことを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の電子デバイス。 (Additional remark 4) The said nanowire which comprises the said nanowire aggregate | assembly is higher than the said nanowire diode, The electronic device of any one of Additional remarks 1-3 characterized by the above-mentioned.
(付記5)前記ナノワイヤダイオードの周囲に、複数の他のナノワイヤが各々離間して設けられた他のナノワイヤ集合体が少なくとも1つ設けられていることを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の電子デバイス。
(Supplementary note 5) Any one of
(付記6)ナノワイヤダイオードと、前記ナノワイヤダイオードから離間しており、複数の縦型のナノワイヤが各々離間して設けられたナノワイヤ集合体とを形成する工程と、
前記ナノワイヤ集合体の前記ナノワイヤの表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端とを架橋する電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
(Appendix 6) A step of forming a nanowire diode and a nanowire assembly spaced apart from the nanowire diode and provided with a plurality of vertical nanowires separated from each other;
Coating the surface of the nanowire of the nanowire assembly with an insulating film;
Forming an electrode that bridges one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end contacting the insulating film at the top of at least a part of the nanowire constituting the nanowire aggregate; A method for manufacturing an electronic device, comprising:
(付記7)前記電極の前記一端部と前記他端部の間の第1距離は、前記ナノワイヤ集合体において隣り合う前記ナノワイヤ間の第2距離よりも大きいことを特徴とする付記6に記載の電子デバイスの製造方法。 (Supplementary note 7) The first distance between the one end portion and the other end portion of the electrode is larger than a second distance between the adjacent nanowires in the nanowire assembly. Electronic device manufacturing method.
(付記8)前記電極の前記一端部と前記他端部の間に他のナノワイヤを形成し、
前記ナノワイヤ集合体の前記ナノワイヤと共に、前記他のナノワイヤの表面を前記絶縁膜で被覆することを特徴とする付記6又は7に記載の電子デバイスの製造方法。
(Appendix 8) Forming another nanowire between the one end and the other end of the electrode,
The method of manufacturing an electronic device according to
(付記9)前記ナノワイヤ集合体を構成する前記ナノワイヤは、前記ナノワイヤダイオードよりも高いことを特徴とする付記6〜8のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。 (Additional remark 9) The said nanowire which comprises the said nanowire aggregate | assembly is higher than the said nanowire diode, The manufacturing method of the electronic device of any one of Additional remark 6-8 characterized by the above-mentioned.
(付記10)前記ナノワイヤダイオードの周囲に、複数の他のナノワイヤが各々離間して設けられた他のナノワイヤ集合体を少なくとも1つ形成することを特徴とする付記6〜9のいずれか1項に記載の電子デバイスの製造方法。
(Supplementary note 10) In any one of
(付記11)受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続された増幅器と、
前記増幅器と接続されたダイオード構造と、
前記増幅器と接続されたインダクタと
を含み、
前記ダイオード構造は、
ナノワイヤダイオードと、
前記ナノワイヤダイオードから離間しており、表面が絶縁膜で被覆された複数のナノワイヤからなるナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端部と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端部とを架橋する電極と
を含むことを特徴とする電波受信装置。
(Supplementary note 11) a receiving antenna;
An amplifier connected to the receiving antenna;
A diode structure connected to the amplifier;
An inductor connected to the amplifier;
The diode structure is
Nanowire diodes,
A nanowire assembly consisting of a plurality of nanowires separated from the nanowire diode and having a surface coated with an insulating film;
An electrode that cross-links one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end in contact with the insulating film of at least a part of the top of the nanowire constituting the nanowire aggregate. A radio wave receiving apparatus comprising:
(付記12)受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続されたダイオード構造と、
前記ダイオードと接続された平滑キャパシタと、
前記ダイオードと接続された電圧一定化回路と、
を含み、
前記ダイオード構造は、
ナノワイヤダイオードと、
前記ナノワイヤダイオードから離間しており、表面が絶縁膜で被覆された複数のナノワイヤからなるナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端部と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端部とを架橋する電極と
を含むことを特徴とする発電装置。
(Supplementary note 12) a receiving antenna;
A diode structure connected to the receiving antenna;
A smoothing capacitor connected to the diode;
A voltage stabilizing circuit connected to the diode;
Including
The diode structure is
Nanowire diodes,
A nanowire assembly consisting of a plurality of nanowires separated from the nanowire diode and having a surface coated with an insulating film;
An electrode that cross-links one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end in contact with the insulating film of at least a part of the top of the nanowire constituting the nanowire aggregate. A power generator characterized by including.
1,11,101 基板
2,12,102 n型半導体層
3,15,103 ナノワイヤダイオード
3a n型ナノワイヤ
3b p型ナノワイヤ
4,18,41,51,52,53 ナノワイヤ集合体
4a,16,41a,51a,52a,53a ナノワイヤ
4b,17,32,51b,52b,53b 絶縁膜
5,19,104 下部電極
6,22,105 上部電極
6a,22a,105a 一端部
6b,22b,105b 他端部
6c,22c,105c 空隙
10,13 成長用マスク
13a,13b 開口
14 成長触媒
15a n−InGaAs
15b p−GaAsSb
21 樹脂
31 中間ナノワイヤ
61,71 受信アンテナ
62 ローノイズアンプ
63,72 ダイオード
64 インダクタ
65,75 出力端子
73 平滑キャパシタ
74 電圧一定化回路
1, 11, 101
15b p-GaAsSb
21
Claims (10)
前記ナノワイヤダイオードから離間しており、表面が絶縁膜で被覆された複数のナノワイヤからなるナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端部と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端部とを架橋する電極と
を含むことを特徴とする電子デバイス。 Nanowire diodes,
A nanowire assembly consisting of a plurality of nanowires separated from the nanowire diode and having a surface coated with an insulating film;
An electrode that cross-links one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end in contact with the insulating film of at least a part of the top of the nanowire constituting the nanowire aggregate. An electronic device comprising:
前記他のナノワイヤは、頭頂部の前記他の絶縁材料を介して前記電極と接触していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子デバイス。 Between the one end portion and the other end portion of the electrode, another nanowire whose surface is covered with another insulating material is disposed,
The electronic device according to claim 1, wherein the other nanowire is in contact with the electrode through the other insulating material at the top of the head.
前記ナノワイヤ集合体の前記ナノワイヤの表面を絶縁膜で被覆する工程と、
前記ナノワイヤダイオードの頭頂部に電気的に接続された一端と、前記ナノワイヤ集合体を構成する少なくとも一部の前記ナノワイヤの頭頂部の前記絶縁膜に接触する他端とを架橋する電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。 Forming a nanowire diode and a nanowire assembly spaced apart from the nanowire diode and provided with a plurality of vertical nanowires separated from each other;
Coating the surface of the nanowire of the nanowire assembly with an insulating film;
Forming an electrode that bridges one end electrically connected to the top of the nanowire diode and the other end contacting the insulating film at the top of at least a part of the nanowire constituting the nanowire aggregate; A method for manufacturing an electronic device, comprising:
前記ナノワイヤ集合体の前記ナノワイヤと共に、前記他のナノワイヤの表面を前記絶縁膜で被覆することを特徴とする請求項6又は7に記載の電子デバイスの製造方法。 Forming another nanowire between the one end and the other end of the electrode;
The method of manufacturing an electronic device according to claim 6 or 7, wherein a surface of the other nanowire is covered with the insulating film together with the nanowire of the nanowire aggregate.
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