JP5626847B2 - Nanostructure and manufacturing method thereof - Google Patents

Nanostructure and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP5626847B2
JP5626847B2 JP2010098644A JP2010098644A JP5626847B2 JP 5626847 B2 JP5626847 B2 JP 5626847B2 JP 2010098644 A JP2010098644 A JP 2010098644A JP 2010098644 A JP2010098644 A JP 2010098644A JP 5626847 B2 JP5626847 B2 JP 5626847B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diode
semiconductor
substrate
semiconductor nanowire
mol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010098644A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011224749A (en
Inventor
功太 舘野
功太 舘野
国強 章
国強 章
後藤 秀樹
秀樹 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2010098644A priority Critical patent/JP5626847B2/en
Publication of JP2011224749A publication Critical patent/JP2011224749A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5626847B2 publication Critical patent/JP5626847B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544Solar cells from Group III-V materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

本発明は、ナノ構造体およびその製造方法に関し、特に基板にコア・シェル型の半導体ナノワイヤが形成されたナノ構造体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a nanostructure and a manufacturing method thereof, and more particularly to a nanostructure in which a core / shell type semiconductor nanowire is formed on a substrate and a manufacturing method thereof.

近年、地球規模での環境意識の高まりとともに、太陽電池や発光ダイオードなどのエネルギー資源の節約に役立つデバイスが急速に普及してきている。なかでも、そのエネルギー効率の高さから、直接遷移型の化合物半導体を用いたデバイスの開発が積極的になされている。   In recent years, with an increase in environmental awareness on a global scale, devices that help save energy resources such as solar cells and light-emitting diodes are rapidly spreading. In particular, the development of devices using direct transition type compound semiconductors has been actively conducted because of its high energy efficiency.

たとえば、太陽電池のなかでも、バンドギャップの異なる複数のダイオード(セル)を重ね合わせた多接合型太陽電池は、太陽光の広い波長帯の光をセルごとに分割して吸収するので、より高い変換効率を達成することができると期待され、積極的な開発がなされている。このような多接合型太陽電池の一つとして、GaInPセル、GaInAsセル、Geセルという三つのセルを接合した3接合型太陽電池において、41%という極めて高い変換効率が得られたことも報告されている(たとえば、非特許文献1参照)。   For example, among solar cells, a multi-junction solar cell in which a plurality of diodes (cells) having different band gaps are superimposed is divided and absorbs light of a wide wavelength band of sunlight for each cell. It is expected that conversion efficiency can be achieved, and active development has been made. As one of such multi-junction solar cells, it has been reported that an extremely high conversion efficiency of 41% was obtained in a three-junction solar cell in which three cells, a GaInP cell, a GaInAs cell, and a Ge cell are joined. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、コア・シェル型の半導体ナノワイヤを用いた太陽電池も報告されている(たとえば、非特許文献2参照)。このコア・シェル型の半導体ナノワイヤを用いた太陽電池では、光の吸収領域は軸方向に長くでき、かつ、動径方向に少数キャリアの拡散長以内で再結合の影響が小さくなるように薄い膜を形成できるので、従来のものと比べて吸収効率のさらなる向上が期待できる。また、たとえ積層する半導体ナノワイヤの材料の格子定数に差があるときでも、半導体ナノワイヤ同士が接続されるので、さほどひずみを生じず、電気の損失が少ないという点でも有効である。   A solar cell using a core / shell type semiconductor nanowire has also been reported (for example, see Non-Patent Document 2). In the solar cell using the core-shell type semiconductor nanowire, the light absorption region can be elongated in the axial direction, and a thin film is formed so that the influence of recombination is reduced within the minority carrier diffusion length in the radial direction. Therefore, further improvement in absorption efficiency can be expected as compared with the conventional one. Further, even when there is a difference in the lattice constants of the semiconductor nanowire materials to be laminated, the semiconductor nanowires are connected to each other, so that it is effective in that there is little distortion and there is little electric loss.

コア・シェル型の半導体ナノワイヤの製造方法としては、たとえば金属触媒を用いて製造するVLS(Vapor−Liquid−Solid:気相−液相−固相)法などが挙げられる。VLS法による結晶成長方法は、1960年代にAu微粒子とSi半導体を材料として確認されている(たとえば、非特許文献3参照)。AuとSiとが合金化したときにはSiの融点が単体のものと比べて著しく低下し、特に共晶点においてはSiの融点が400℃近くまで低下する。このため、Au微粒子の近辺ではSiが液体となって原料となるSiが効率よく分解され、Siが過飽和状態となってLPE(Liquid Phase Epitaxy:液相エピタキシ)と同様にエピタキシャル成長が起きることを利用している。   As a method for producing a core / shell type semiconductor nanowire, for example, a VLS (Vapor-Liquid-Solid) method using a metal catalyst may be mentioned. The crystal growth method by the VLS method has been confirmed in the 1960s using Au fine particles and Si semiconductors (for example, see Non-Patent Document 3). When Au and Si are alloyed, the melting point of Si is significantly lower than that of a simple substance, and particularly at the eutectic point, the melting point of Si is lowered to nearly 400 ° C. For this reason, in the vicinity of the Au fine particles, Si is converted into a liquid and Si as a raw material is efficiently decomposed, and Si is supersaturated to cause epitaxial growth similar to LPE (Liquid Phase Epitaxy). doing.

このVLS法は、シリコンを材料とした半導体ナノワイヤを成長させる場合に限られず、化合物を材料とした化合物半導体ナノワイヤを成長させる場合にも応用できる。また、化合物半導体ナノワイヤを成長させる方法はVLS法以外に、たとえば選択成長法などがある。いずれの方法でも、成長条件を変えることによって軸方向および動径方向へ結晶を成長させ、コア・シェル型の構造をもつ化合物半導体ナノワイヤを製造することができるが、化合物半導体ナノワイヤを複数段にわたって積層しようとする場合には選択成長法は用いることができず、VLS法により化合物半導体ナノワイヤを成長させる必要がある。   This VLS method is not limited to the case of growing semiconductor nanowires made of silicon, but can be applied to the case of growing compound semiconductor nanowires made of a compound. In addition to the VLS method, a method for growing compound semiconductor nanowires includes, for example, a selective growth method. Either method can produce compound semiconductor nanowires with a core-shell structure by growing crystals in the axial and radial directions by changing the growth conditions. However, compound semiconductor nanowires are stacked in multiple layers. In this case, the selective growth method cannot be used, and it is necessary to grow the compound semiconductor nanowire by the VLS method.

W. Guter et al., Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 223504.W. Guter et al. , Appl. Phys. Lett. 94 (2009) 223504. B. M. Kayes et al., J. Appl. Phys. 97 (2005) 114302.B. M.M. Kays et al. , J. et al. Appl. Phys. 97 (2005) 114302. R.S. Wagner and W.C. Ellis, APL 4 (1964) 89.R. S. Wagner and W.W. C. Ellis, APL 4 (1964) 89.

ところで、半導体ナノワイヤ、例えば、コア・シェル型の半導体ナノワイヤ(セル)を積層して多接合型太陽電池や多接合型発光ダイオードなどのデバイスを製造しようとした場合、次のような問題が生じる。すなわち、半導体ナノワイヤ320,340の二つを接合する部分にはキャリア濃度が高いトンネル接合膜330を設ける必要があるが、図11に示すように、トンネル接合膜330が基板310と電気的に接触するとトンネル接合膜330から基板310へリーク電流が流れてしまう。この場合、デバイスを構成するセルのうちそのトンネル接合膜330よりも下層にあるセル、すなわち半導体ナノワイヤ320が機能しなくなってしまい、半導体ナノワイヤを積層した意図が没却されてしまう。   By the way, when it is going to manufacture devices, such as a multi-junction type solar cell and a multi-junction type light emitting diode, by laminating semiconductor nanowires, for example, core-shell type semiconductor nanowire (cell), the following problems arise. That is, it is necessary to provide a tunnel junction film 330 having a high carrier concentration at a portion where two semiconductor nanowires 320 and 340 are joined, but the tunnel junction film 330 is in electrical contact with the substrate 310 as shown in FIG. As a result, a leak current flows from the tunnel junction film 330 to the substrate 310. In this case, the cells below the tunnel junction film 330 among the cells constituting the device, that is, the semiconductor nanowires 320 do not function, and the intention of stacking the semiconductor nanowires is lost.

そこで、本発明は、積層された半導体ナノワイヤからなるデバイスの製造に適したナノ構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the nanostructure suitable for manufacture of the device which consists of laminated | stacked semiconductor nanowire, and its manufacturing method.

本発明に係るナノ構造体は、基板と、前記基板の上にこの基板と垂直に形成された半導体ナノワイヤと、この半導体ナノワイヤの一部を覆う絶縁体とを備え、前記半導体ナノワイヤの上部は、前記絶縁体に覆われていないことを特徴とするものである。   A nanostructure according to the present invention includes a substrate, a semiconductor nanowire formed perpendicularly to the substrate on the substrate, and an insulator covering a part of the semiconductor nanowire, and the upper portion of the semiconductor nanowire includes: It is not covered with the insulator.

また、本発明に係るナノ構造体において、前記半導体ナノワイヤは、コア・シェル型の半導体ナノワイヤであるものとしてもよい。   In the nanostructure according to the present invention, the semiconductor nanowire may be a core-shell type semiconductor nanowire.

さらに、本発明に係るナノ構造体において、前記半導体ナノワイヤは、ダイオードを構成するものとしてもよい。   Furthermore, in the nanostructure according to the present invention, the semiconductor nanowire may constitute a diode.

また、本発明に係るナノ構造体において、前記半導体ナノワイヤは、それぞれ1つのダイオードを含む半導体ナノワイヤをトンネル接合膜を介して複数本直列接続した半導体ナノワイヤの集合体とされ、前記複数のダイオードは、互いにバンドギャップの異なる材料からなる。 Further, the nanostructure according to the present invention, the semiconductor nanowires are respectively the semiconductor nanowires comprising one diode and semiconductor nanowires assemblies and a plurality of serially connected via a tunnel junction film, before Symbol plurality of diodes , ing from materials of different band gap from each other.

さらに、本発明に係るナノ構造体において、前記絶縁体は、抵抗率が1.0×108[Ω・m]以上、かつ、屈折率が2.0以下であるものとしてもよい。 Furthermore, in the nanostructure according to the present invention, the insulator may have a resistivity of 1.0 × 10 8 [Ω · m] or more and a refractive index of 2.0 or less.

また、本発明に係るナノ構造体において、前記絶縁体は、シリコン、チタンの酸化物もしくは窒化物の少なくともいずれか1つからなるものとしてもよい   In the nanostructure according to the present invention, the insulator may be made of at least one of silicon, an oxide or a nitride of titanium.

本発明に係るナノ構造体の製造方法は、VLS法によって基板の上にこの基板と垂直に半導体ナノワイヤを形成する第1工程と、前記半導体ナノワイヤの上部を除いてその半導体ナノワイヤを絶縁体で覆う第2工程と、を備えることを特徴とするものである。   The method of manufacturing a nanostructure according to the present invention includes a first step of forming a semiconductor nanowire on a substrate perpendicularly to the substrate by a VLS method, and covering the semiconductor nanowire with an insulator except for an upper portion of the semiconductor nanowire. And a second step.

また、本発明に係るナノ構造体の製造方法において、前記第1工程を前記第2工程とを交互に行い、半導体ナノワイヤを、それぞれ1つのダイオードを含む半導体ナノワイヤをトンネル接合膜を介して複数本直列接続した半導体ナノワイヤの集合体とし、複数のダイオードを、互いにバンドギャップの異なる材料からなる状態に形成するIn the method for producing nano-structure according to the present invention, have a row the first step alternating with said second step, a semiconductor nanowire, a semiconductor nanowire including each one diode through a tunnel junction film more A series of semiconductor nanowires connected in series is formed, and a plurality of diodes are formed of materials having different band gaps .

さらに、本発明に係るナノ構造体の製造方法において、前記第2工程は、前記半導体ナノワイヤを絶縁体で覆う工程と、前記絶縁体の一部を除去して前記半導体の一部を露出させる工程とを有するものとしてもよい。   Furthermore, in the method for manufacturing a nanostructure according to the present invention, the second step includes a step of covering the semiconductor nanowire with an insulator, and a step of removing a part of the insulator to expose a part of the semiconductor It is good also as having.

本発明によれば、基板の上にこの基板と垂直に形成された半導体ナノワイヤの上部が露出しているので、この上部にさらに別の半導体ナノワイヤが積層されたナノ構造体を製造することができる。この際、半導体ナノワイヤがその上部を除いて絶縁体によって覆われているので、半導体ナノワイヤが他の部位との間でいたずらにショートしてしまうことを抑制できる。
また、半導体ナノワイヤはその軸方向に積層されるので、たとえ積層する半導体の格子定数に差があるときでも、その界面は高々半導体ナノワイヤの径によって規定される面積となる。したがって、半導体結晶内に生じるひずみを抑えて良好に接続することができる。
さらに、複数の半導体ナノワイヤを積層して、多段構造を有する太陽電池や発光ダイオードなどのデバイスを製造した場合には、絶縁膜によってリーク電流の発生が抑えられるので、複数の波長の光を電気に変換できる太陽電池や、複数の波長の光を放射することのできる発光ダイオードなど高機能のデバイスが得られる。
According to the present invention, since the upper part of the semiconductor nanowire formed perpendicularly to the substrate is exposed on the substrate, a nanostructure in which another semiconductor nanowire is laminated on the upper part can be manufactured. . At this time, since the semiconductor nanowire is covered with the insulator except for the upper portion thereof, it is possible to suppress the semiconductor nanowire from being accidentally short-circuited with other parts.
In addition, since the semiconductor nanowires are stacked in the axial direction, even if there is a difference in the lattice constant of the stacked semiconductors, the interface has an area defined by the diameter of the semiconductor nanowires at most. Therefore, it is possible to connect well while suppressing strain generated in the semiconductor crystal.
Furthermore, when a plurality of semiconductor nanowires are stacked to produce a device such as a solar cell or a light-emitting diode having a multi-stage structure, the generation of leakage current is suppressed by the insulating film, so that light of multiple wavelengths can be electrically High-performance devices such as solar cells that can be converted and light-emitting diodes that can emit light of a plurality of wavelengths can be obtained.

本発明の実施の形態1に係る太陽電池の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池の一構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows one structure of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池を製造する際に第1ダイオードを形成したときに撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph image | photographed when forming the 1st diode when manufacturing the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る太陽電池を製造する際に第1ダイオードおよび第2ダイオードを形成したときに撮影したSEM写真である。It is the SEM photograph image | photographed when forming the 1st diode and the 2nd diode when manufacturing the solar cell which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードの一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one structural example of the light emitting diode which concerns on Embodiment 2 of this invention. 従来の半導体ナノワイヤが積層された太陽電池の一構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of 1 structure of the solar cell by which the conventional semiconductor nanowire was laminated | stacked.

本発明に係るナノ構造体は、基板上に成長させた第1の半導体ナノワイヤをいったんシリコン絶縁膜で覆ったあと、このシリコン絶縁膜の一部を除去して第1の半導体ナノワイヤの上部を露出させ、露出した第1の半導体ナノワイヤの上部にさらに新たな半導体ナノワイヤ(第2の半導体ナノワイヤ)を成長させることによって得ることができる。半導体ナノワイヤはVLS法を用いて成長させることができる。
以下、本発明の実施の形態1,2として、ナノ構造体をそれぞれ太陽電池および発光素子にそれぞれ用いた場合を例に、図面を参照しながら詳細に説明する。
In the nanostructure according to the present invention, the first semiconductor nanowire grown on the substrate is once covered with a silicon insulating film, and then a part of the silicon insulating film is removed to expose the upper portion of the first semiconductor nanowire. Then, a new semiconductor nanowire (second semiconductor nanowire) is further grown on the exposed first semiconductor nanowire. Semiconductor nanowires can be grown using the VLS method.
Hereinafter, as Embodiments 1 and 2 of the present invention, a case where nanostructures are respectively used for a solar cell and a light emitting element will be described in detail with reference to the drawings.

[実施の形態1]
まず、本発明の実施の形態1に係る太陽電池は、基板上にコア・シェル型の半導体ナノワイヤをその軸線方向に積層した構造を有する。図1は、太陽電池の半導体ナノワイヤの軸線方向の沿った断面図である。
本実施の形態に係る太陽電池は、図1に示すように、基板110と、基板110の上に形成された第1の半導体ナノワイヤ120と、このトンネル接合膜130を介して第1の半導体ナノワイヤに接続された、第2の半導体ナノワイヤ140と、これらを覆うシリコン樹脂膜114(絶縁体に相当)と、透明電極150と,電極160と、外部負荷170とを備えている。
このうち、第1の半導体ナノワイヤ120および第2の半導体ナノワイヤ140は、後述するように、いずれもコア・シェル型の半導体ナノワイヤであり、それぞれ第1ダイオード120および第2ダイオード140を形成している。
なお、第2の半導体ナノワイヤ140の上部には、Au微粒子112が配置されている。このAu微粒子112は、Auからなる直径約20nm程度の微粒子であり、VLS法によって半導体ナノワイヤ120,140およびトンネル接合膜130を形成した際に用いられたものである。
[Embodiment 1]
First, the solar cell according to Embodiment 1 of the present invention has a structure in which core-shell type semiconductor nanowires are stacked on a substrate in the axial direction. FIG. 1 is a cross-sectional view along the axial direction of a semiconductor nanowire of a solar cell.
As shown in FIG. 1, the solar cell according to the present embodiment includes a substrate 110, a first semiconductor nanowire 120 formed on the substrate 110, and the first semiconductor nanowire via the tunnel junction film 130. , A second semiconductor nanowire 140 connected thereto, a silicon resin film 114 (corresponding to an insulator) covering these, a transparent electrode 150, an electrode 160, and an external load 170.
Among these, the first semiconductor nanowire 120 and the second semiconductor nanowire 140 are both core-shell type semiconductor nanowires, as will be described later, and form the first diode 120 and the second diode 140, respectively. .
Note that Au fine particles 112 are disposed on the second semiconductor nanowire 140. The Au fine particles 112 are fine particles having a diameter of about 20 nm made of Au, and are used when the semiconductor nanowires 120 and 140 and the tunnel junction film 130 are formed by the VLS method.

ここで、基板110は、p−InP半導体からなる基板であり、その表面は(111)B方向を向いている。
第1の半導体ナノワイヤ(第1ダイオード)120は、コア・シェル型のナノワイヤであり、その中心から外側に向かって順に、p−InP層120a,i−InAsP層120b,n−InP層120cを有する、pin構造のダイオードである。
第2の半導体ナノワイヤ(第2ダイオード)140も、同様に、コア・シェル型のナノワイヤであり、その中心から外側に向かって順に、p−GaP層140a,i−GaAsP層140b,n−GaP層140cを有する、pin構造をもつダイオードである。
トンネル接合膜130は、比較的不純物の濃度の高いn+−InP層130aおよびp+−GaP層130bから構成されており、第1ダイオード120のn−InP層120cと第2ダイオード140のp−GaP層140aとを電気的に接続する役割を果たしている。
シリコン樹脂膜114は、シリコン樹脂からなり、その絶縁作用により、各構成部品、例えば、トンネル接合膜130が基板110等と導通することを抑えている。また、シリコン樹脂膜114は、光学的に透明であることから、外部から到達した光は、シリコン樹脂膜114によって遮断されることなく、第1ダイオード120および第2ダイオード140に到達することができる。
透明電極150は、ITO(酸化インジウム・スズ)膜からなり、太陽電池の陰極として、外部負荷170と接続される。
電極160は、基板110とオーミック接続する金属からなり、太陽電池の陽極として、外部負荷170と接続される。
Here, the substrate 110 is a substrate made of a p-InP semiconductor, and the surface thereof faces the (111) B direction.
The first semiconductor nanowire (first diode) 120 is a core-shell type nanowire, and includes a p-InP layer 120a, an i-InAsP layer 120b, and an n-InP layer 120c in order from the center toward the outside. , A pin structure diode.
Similarly, the second semiconductor nanowire (second diode) 140 is a core-shell type nanowire, and the p-GaP layer 140a, the i-GaAsP layer 140b, and the n-GaP layer sequentially from the center toward the outside. This is a diode having a pin structure having 140c.
The tunnel junction film 130 includes an n + -InP layer 130 a and a p + -GaP layer 130 b having a relatively high impurity concentration, and the n − InP layer 120 c of the first diode 120 and the p − of the second diode 140. It plays the role of electrically connecting the GaP layer 140a.
The silicon resin film 114 is made of silicon resin, and its insulating action prevents each component, for example, the tunnel junction film 130 from conducting with the substrate 110 or the like. Further, since the silicon resin film 114 is optically transparent, light that has reached from the outside can reach the first diode 120 and the second diode 140 without being blocked by the silicon resin film 114. .
The transparent electrode 150 is made of an ITO (indium tin oxide) film, and is connected to an external load 170 as a cathode of the solar cell.
The electrode 160 is made of a metal that is in ohmic contact with the substrate 110, and is connected to the external load 170 as an anode of the solar cell.

図2は、上述した本実施の形態に係る太陽電池のバンド構造を示す図である。図2に示すように、InP系の材料からなる第1ダイオード120は、比較的長い波長の光を電気に変換することができる一方、GaP系の材料からなる第2ダイオード140は、比較的短い波長の光を電気に変換することができる。さらには、シリコン樹脂膜114によって、リーク電流の発生が抑えられるので、これら複数のダイオードが1つの太陽電池の構成要素として機能する。したがって、太陽電池全体としての変換効率は、これら2つのダイオードを有することによって向上する。   FIG. 2 is a diagram showing a band structure of the solar cell according to the above-described embodiment. As shown in FIG. 2, the first diode 120 made of an InP-based material can convert light having a relatively long wavelength into electricity, while the second diode 140 made of a GaP-based material is relatively short. Wavelength light can be converted into electricity. Further, since the generation of leakage current is suppressed by the silicon resin film 114, the plurality of diodes function as a component of one solar cell. Therefore, the conversion efficiency of the whole solar cell is improved by having these two diodes.

以上の説明においては、直列に接続された複数の半導体ナノワイヤ(ダイオード)からなる1本の太陽電池セルを中心に説明したが、本発明に係るナノ構造体を利用した太陽電池としては、図3に示すように、基板上に複数の太陽電池セル116を並べて太陽電池セルアレイの形態としてもよいことは言うまでもない。   In the above description, the description has focused on one solar cell made of a plurality of semiconductor nanowires (diodes) connected in series. However, as a solar cell using the nanostructure according to the present invention, FIG. It goes without saying that a plurality of solar cells 116 may be arranged on a substrate to form a solar cell array as shown in FIG.

次に、本実施の形態に係るナノ構造体の製造方法について、図4〜図7を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing a nanostructure according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図4(a)に示すように、基板110の上にAu微粒子112を形成する。具体的な方法としては、たとえばAuの蒸着とアニールによって自己形成させる方法や、電子ビーム描画を用いてパターニングする方法、Au微粒子112を含む溶液を塗布する方法などがあげられる。   First, as shown in FIG. 4A, Au fine particles 112 are formed on the substrate 110. Specific methods include, for example, a method of self-forming by vapor deposition and annealing of Au, a method of patterning using electron beam drawing, and a method of applying a solution containing Au fine particles 112.

次いで、図4(b)に示すように、Au微粒子112の下にp−InP層120aを形成する。これは、よく知られているVLS法を用いて行なうことができ、たとえば、基板110を有機金属気相成長法(MOVPE)装置内に設置し、380℃でTMIn(トリメチルインジウム)を1×10-5 mol/min、PH3(フォスフィン)を6×10-4 mol/min、DEZn(ジエチルジンク)を1×10-6 mol/minの割合で5分間導入してp−InPナノワイヤを成長させることができる。 Next, as illustrated in FIG. 4B, a p-InP layer 120 a is formed under the Au fine particles 112. This can be performed using a well-known VLS method. For example, the substrate 110 is placed in a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) apparatus, and TMIn (trimethylindium) is 1 × 10 ° C. at 380 ° C. -5 mol / min, PH 3 (phosphine) 6 × 10 −4 mol / min and DEZn (diethyl zinc) are introduced at a rate of 1 × 10 −6 mol / min for 5 minutes to grow p-InP nanowires be able to.

続いて、図4(c)に示すように、半導体ナノワイヤである柱状のp−InP層120aの一部および少なくともその近傍の基板110の表面を覆うシリコン樹脂膜114aを形成する。このとき、p−InP層120aの上部を含む部分をシリコン樹脂膜114aから露出させておく。これは、たとえば、MOVPE装置から取り出した基板110にシリコン樹脂を塗布してp−InP層120aを埋め込み、200℃に加熱して固化した後、アセトンなどの有機溶剤を用いて、またはエッチングによりシリコン樹脂の表面部分を除去し、p−InP層120aの上部を露出させることにより実現できる。   Subsequently, as shown in FIG. 4C, a silicon resin film 114a covering a part of the columnar p-InP layer 120a that is a semiconductor nanowire and at least the surface of the substrate 110 in the vicinity thereof is formed. At this time, a portion including the upper portion of the p-InP layer 120a is exposed from the silicon resin film 114a. For example, a silicon resin is applied to the substrate 110 taken out from the MOVPE apparatus, the p-InP layer 120a is embedded, heated to 200 ° C. and solidified, and then silicon is etched using an organic solvent such as acetone or by etching. This can be realized by removing the surface portion of the resin and exposing the upper portion of the p-InP layer 120a.

次いで、図5(d)に示すように、シリコン樹脂膜114aから露出したp−InP層120aをコアとして、i−InAsP層120bおよびn−InP層120cを形成し、pin型の第1ダイオード120を完成させる。
具体的には、基板110を、再びMOVPE装置内に設置し、温度を430℃に設定し、TMInを1×10-5mol/min、PH3を5×10-4mol/min、AsH3を1×10-4mol/minの割合で導入したまま5分待つことによってi−InAsP層120bを形成することができる。その後、TMInを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、Si26(ジシラン)を1×10-6mol/minの割合で導入したまま5分待つことによってn−InP層120cを動径方向に成長させることができる。
図8は、このようにして形成した第1ダイオード120のSEM写真である。図8から、第1ダイオード120が基板110に対して垂直に形成される様子がみてとれる。
なお、以上のようにして形成されたpin型の第1ダイオード120においては、p−InP層120aは、基板110と接続されている一方、i−InAsP層120bおよびn−InP層120cは、シリコン樹脂膜114aによって、基板110から絶縁されている。
Next, as shown in FIG. 5D, the i-InAsP layer 120b and the n-InP layer 120c are formed using the p-InP layer 120a exposed from the silicon resin film 114a as a core, and the pin-type first diode 120 is formed. To complete.
Specifically, the substrate 110 is placed in the MOVPE apparatus again, the temperature is set to 430 ° C., TMIn is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 5 × 10 −4 mol / min, AsH 3. The i-InAsP layer 120b can be formed by waiting for 5 minutes while introducing at a rate of 1 × 10 −4 mol / min. Thereafter, TMIn is introduced at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is introduced at a rate of 6 × 10 −4 mol / min, and Si 2 H 6 (disilane) is introduced at a rate of 1 × 10 −6 mol / min. As a result, the n-InP layer 120c can be grown in the radial direction.
FIG. 8 is an SEM photograph of the first diode 120 formed as described above. From FIG. 8, it can be seen that the first diode 120 is formed perpendicular to the substrate 110.
In the pin-type first diode 120 formed as described above, the p-InP layer 120a is connected to the substrate 110, while the i-InAsP layer 120b and the n-InP layer 120c are made of silicon. It is insulated from the substrate 110 by the resin film 114a.

続いて、図5(e)に示すように、第1ダイオード120を覆うシリコン樹脂膜114bを形成する。このとき、第1ダイオード120の上部は、シリコン樹脂膜114bから露出させておく。これは、上述したように、シリコン樹脂の塗布と有機溶剤またはエッチングによる除去を組み合わせればよい。   Subsequently, as shown in FIG. 5E, a silicon resin film 114b covering the first diode 120 is formed. At this time, the upper part of the first diode 120 is exposed from the silicon resin film 114b. As described above, this may be a combination of application of silicon resin and removal by organic solvent or etching.

次いで、図5(f)に示すように、第1ダイオード120の上部に、n+−InP層130aおよびp+−GaP層130bからなるトンネル接合膜130を形成する。たとえば、MOVPE装置内に設置し、550℃でTMInを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、Si26を1×10-4mol/minの割合でを導入して20秒待つことによってn+−InP層130aを形成する。その後、TMGaを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、DEZnを1×10-4mol/minの割合で導入して20秒待つことによってp+−GaP層130bを形成することができる。
このようにして形成されたトンネル接合膜130は、シリコン樹脂膜114a,114bによって基板110から絶縁されている。
Next, as illustrated in FIG. 5F, a tunnel junction film 130 including an n + -InP layer 130 a and a p + -GaP layer 130 b is formed on the first diode 120. For example, in a MOVPE apparatus, TMIn is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 6 × 10 −4 mol / min, and Si 2 H 6 is 1 × 10 −4 mol / min at 550 ° C. Then, after waiting for 20 seconds, the n + -InP layer 130a is formed. Thereafter, TMGa is introduced at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is introduced at a rate of 6 × 10 −4 mol / min, DEZn is introduced at a rate of 1 × 10 −4 mol / min, and then waiting for 20 seconds, p + -GaP Layer 130b can be formed.
The tunnel junction film 130 formed in this way is insulated from the substrate 110 by the silicon resin films 114a and 114b.

続いて、図6(g)に示すように、トンネル接合膜130の上にp−GaP層140aを形成する。たとえば、基板110をMOVPE装置内に設置し、490℃でTMGaを1×10-5mol/min、とPH3を6×10-4mol/min、DEZnを1×10-6mol/minの割合で導入して5分待つことによってp−GaP層140aを形成することができる。 Subsequently, as illustrated in FIG. 6G, a p-GaP layer 140 a is formed on the tunnel junction film 130. For example, the substrate 110 is placed in a MOVPE apparatus, TMGa is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 6 × 10 −4 mol / min, and DEZn is 1 × 10 −6 mol / min at 490 ° C. The p-GaP layer 140a can be formed by introducing at a rate and waiting for 5 minutes.

次いで、図6(h)に示すように、トンネル接合膜130およびp−GaP層140aの一部(根本部分)を覆うシリコン樹脂膜114cを形成する。このときp−GaP層140aの上部を含む部分をシリコン樹脂膜114cから露出させておく。これは、上述したように、シリコン樹脂の塗布と有機溶剤またはエッチングによる除去を組み合わせればよい。   Next, as shown in FIG. 6H, a silicon resin film 114c is formed to cover the tunnel junction film 130 and a part (root part) of the p-GaP layer 140a. At this time, the portion including the upper portion of the p-GaP layer 140a is exposed from the silicon resin film 114c. As described above, this may be a combination of application of silicon resin and removal by organic solvent or etching.

続いて、図7(i)に示すように、シリコン樹脂膜114cから露出したp−GaP層140aをコアとして、i−GaAsP層140bおよびn−GaP層140cを形成し、pin型の第2ダイオード140を完成させる。
具体的には、基板110を再びMOVPE装置内に設置し、温度を530度に設定して、TMGaを1×10-5mol/min、PH3を5×10-4mol/min、AsH3を1×10-4mol/minの割合でを導入して5分待つことによってi−GaAsP層140bを形成することができる。その後、TMGaを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、Si26を1×10-6mol/minを導入して5分待つことによってn−GaP層140cを動径方向に成長させることができる。
図9は、このようにして形成した第1ダイオード120および第2ダイオード140のSEM写真である。図9から、第1ダイオード120および第2ダイオード140が積層されて形成される様子がみてとれる。
なお、以上のようにして形成されたpin型の第2ダイオード140においては、p−GaP層140aはトンネル接合膜130と接続されている一方、i−GaAsP層140bおよびn−GaP層140cは、シリコン樹脂膜114a、114b、114cによって、基板110、第1ダイオード120、トンネル接合膜130から絶縁されている。
また、シリコン樹脂膜114a、114b、114cは、2.0より小さい屈折率を有することにより、光はダイオードを形成する半導体ナノワイヤまで到達することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 7I, the i-GaAsP layer 140b and the n-GaP layer 140c are formed using the p-GaP layer 140a exposed from the silicon resin film 114c as a core, and a pin-type second diode is formed. 140 is completed.
Specifically, the substrate 110 is again placed in the MOVPE apparatus, the temperature is set to 530 degrees, TMGa is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 5 × 10 −4 mol / min, AsH 3. Can be formed at a rate of 1 × 10 −4 mol / min and wait for 5 minutes to form the i-GaAsP layer 140b. Thereafter, TMGa is introduced at 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is introduced at 6 × 10 −4 mol / min, Si 2 H 6 is introduced at 1 × 10 −6 mol / min, and n-GaP is waited for 5 minutes. The layer 140c can be grown in the radial direction.
FIG. 9 is an SEM photograph of the first diode 120 and the second diode 140 formed as described above. From FIG. 9, it can be seen that the first diode 120 and the second diode 140 are stacked.
In the pin-type second diode 140 formed as described above, the p-GaP layer 140a is connected to the tunnel junction film 130, while the i-GaAsP layer 140b and the n-GaP layer 140c are The silicon resin films 114a, 114b, and 114c are insulated from the substrate 110, the first diode 120, and the tunnel junction film 130.
Further, since the silicon resin films 114a, 114b, and 114c have a refractive index smaller than 2.0, light can reach the semiconductor nanowires that form the diode.

最後に、図7(j)に示すように、透明電極150および電極160を形成して、太陽電池が得られる。これらの電極間には外部負荷170が接続される。   Finally, as shown in FIG. 7 (j), the transparent electrode 150 and the electrode 160 are formed to obtain a solar cell. An external load 170 is connected between these electrodes.

以上説明したように、本実施の形態に係る太陽電池によれば、第1ダイオード120の上部にトンネル接合膜130を介して第2ダイオード140を積層した構造をとることにより、比較的長い波長の光を第1ダイオード120で電気に変換するとともに、比較的短い波長の光を第2ダイオード140で電気に変換することができるので、変換率を向上させることができる。この際、基板110,第1ダイオード120,トンネル接合膜130,および第2ダイオード140の間の随所にシリコン樹脂膜114が形成されているので、いたずらにショートすることを抑制できる。また、第1ダイオード120および第2ダイオード140はいずれもコア・シェル型の半導体ナノワイヤであるため、積層する半導体の格子定数に差があるときでも、半導体ナノワイヤ同士が接続されることにより、さほどひずみを生じることなく良好に接続することができる。   As described above, according to the solar cell according to the present embodiment, a structure having the second diode 140 laminated on the first diode 120 via the tunnel junction film 130 has a relatively long wavelength. Since light can be converted into electricity by the first diode 120 and light having a relatively short wavelength can be converted into electricity by the second diode 140, the conversion rate can be improved. At this time, since the silicon resin film 114 is formed everywhere between the substrate 110, the first diode 120, the tunnel junction film 130, and the second diode 140, it is possible to suppress an accidental short circuit. In addition, since both the first diode 120 and the second diode 140 are core / shell type semiconductor nanowires, even when there is a difference in the lattice constant of the stacked semiconductors, the semiconductor nanowires are connected to each other, so It is possible to connect well without generating.

なお、上述した本実施の形態では、第1ダイオード120および第2ダイオード140という二つのダイオードを積層した2段接合型の太陽電池として説明したが、3つ以上のダイオードを積層するものとしてもよい。   In the above-described embodiment, the two-stage junction solar cell in which two diodes, the first diode 120 and the second diode 140, are stacked. However, three or more diodes may be stacked. .

また、上述した本実施の形態では、基板110をそのまま用いたが、エッチング等の方法により基板110のみを除去し、残った部材を導電性膜の付いたガラス基板やPET(ポリエチレンテレフタレート)基板等に貼り付けることも可能である。   In the above-described embodiment, the substrate 110 is used as it is. However, only the substrate 110 is removed by a method such as etching, and the remaining members are a glass substrate with a conductive film, a PET (polyethylene terephthalate) substrate, or the like. It is also possible to paste on.

さらに、上述した本実施の形態では、太陽電池の形態として説明したが、半導体ナノワイヤが基板の上に形成されるとともに、絶縁体によって覆われているナノ構造体の形態としてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the solar cell is described. However, the semiconductor nanowire may be formed on the substrate and may be a nanostructure covered with an insulator.

[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2に係る発光ダイオードについて説明する。
本実施の形態に係る発光ダイオードは、コア・シェル型の半導体ナノワイヤからなるダイオードを備えている。図10は、本実施の形態に係る発光ダイオードの半導体ナノワイヤの軸線方向に沿った断面図である。本実施の形態に係る発光ダイオードは、図10に示すように、コア・シェル型の第1の半導体ナノワイヤ(第1ダイオード)220,第2の半導体ナノワイヤ(第2ダイオード)240,および第3の半導体ナノワイヤ(第3ダイオード)260を積層した3接合型の構造となっており、これら3つのダイオードがトンネル接合膜230,250により接合されている。実施の形態1に係る太陽電池では外部負荷170が接続されていたのに対し、本実施の形態に係る発光ダイオードでは電源290が接続されている点が大きく異なっている。
第1ダイオード220,第2ダイオード240,および第3ダイオード260の組成を違えることにより、電源290から電流を供給したときに、これら三つのダイオードから互いに波長の異なる光を発光させることができる。
[Embodiment 2]
Next, a light emitting diode according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
The light emitting diode according to the present embodiment includes a diode made of a core / shell type semiconductor nanowire. FIG. 10 is a cross-sectional view along the axial direction of the semiconductor nanowire of the light emitting diode according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, the light-emitting diode according to the present embodiment includes a core / shell type first semiconductor nanowire (first diode) 220, a second semiconductor nanowire (second diode) 240, and a third semiconductor nanowire (second diode) 240. A three-junction structure in which semiconductor nanowires (third diodes) 260 are stacked is formed, and these three diodes are joined by tunnel junction films 230 and 250. In the solar cell according to Embodiment 1, the external load 170 is connected, whereas in the light emitting diode according to the present embodiment, the power source 290 is connected.
By changing the composition of the first diode 220, the second diode 240, and the third diode 260, when current is supplied from the power supply 290, light having different wavelengths can be emitted from these three diodes.

次に、本実施の形態に係る発光ダイオードの製造方法の一例を説明する。
まず、p−InP(111)Bの基板210上にAu微粒子212を塗布し、その後基板210をMOVPE装置内に設置し、380℃でTMInを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、DEZnを1×10-6mol/minの割合で導入してp−InP層220aを5分間成長させる。
Next, an example of a method for manufacturing the light emitting diode according to the present embodiment will be described.
First, Au fine particles 212 are coated on a p-InP (111) B substrate 210, and then the substrate 210 is placed in a MOVPE apparatus, and TMIn is 1 × 10 −5 mol / min and PH 3 is 6 at 380 ° C. The p-InP layer 220a is grown for 5 minutes by introducing × 10 −4 mol / min and DEZn at a rate of 1 × 10 −6 mol / min.

次いで、基板210を取り出し、プラズマスパッタリング装置でシリコン酸化膜214aを形成してp−InP層220aを埋め込み、反応性イオンエッチング装置でフッ素イオンによりp−InP層220aの上部を露出させる。   Next, the substrate 210 is taken out, a silicon oxide film 214a is formed by a plasma sputtering apparatus and the p-InP layer 220a is embedded, and an upper portion of the p-InP layer 220a is exposed by fluorine ions by a reactive ion etching apparatus.

再度、基板210をMOVPE装置内に設置して温度を430℃に設定し、TMIn 1×10-5をmol/min、PH3を6×10-4mol/minの割合で導入して5分待つことによってi−InP層220b、続いて、TMInを1×10-5mol/min、PH3を3×10-4mol/min、AsH3を3×10-4mol/minの割合で1分、TMInを1×10-5 mol/min、PH3を6×10-4mol/minの割合で5分導入して第1の活性層のInP/InAsP/InP層220bを成長し、さらにTMInを1×10-5mol/min、PH3 を6×10-4mol/min、Si26を1×10-6mol/minの割合で導入してn−InP層220cを5分動径方向に成長して第1ダイオード220を作製した。
この第1ダイオード220においては、p−InP層220aは基板210と接続されている一方、i−InAsP層220bおよびn−InP層220cは基板210からシリコン酸化膜214aにより絶縁されている。
Again, the substrate 210 was placed in the MOVPE apparatus, the temperature was set to 430 ° C., TMIn 1 × 10 −5 was introduced at a rate of mol / min, and PH 3 was introduced at a rate of 6 × 10 −4 mol / min for 5 minutes. By waiting, the i-InP layer 220b, followed by TMIn at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 at 3 × 10 −4 mol / min, and AsH 3 at a rate of 3 × 10 −4 mol / min. Then, TMIn is introduced at a rate of 1 × 10 −5 mol / min and PH 3 at a rate of 6 × 10 −4 mol / min for 5 minutes to grow an InP / InAsP / InP layer 220b of the first active layer, TMIn was introduced at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 at a rate of 6 × 10 −4 mol / min, and Si 2 H 6 at a rate of 1 × 10 −6 mol / min to form the n-InP layer 220c for 5 minutes. The first diode 220 was fabricated by growing in the radial direction.
In the first diode 220, the p-InP layer 220a is connected to the substrate 210, while the i-InAsP layer 220b and the n-InP layer 220c are insulated from the substrate 210 by the silicon oxide film 214a.

次に、基板220を取り出し、プラズマスパッタリング装置でシリコン酸化膜214bを蒸着して第1ダイオード220を埋め込み、反応性イオンエッチング装置でフッ素イオンにより第1ダイオード220の上部を露出させる。   Next, the substrate 220 is taken out, a silicon oxide film 214b is deposited by a plasma sputtering apparatus to embed the first diode 220, and an upper portion of the first diode 220 is exposed by fluorine ions by a reactive ion etching apparatus.

続いて、MOVPE装置内で550℃でTMInを1×10-5mol/minとPH3 を6×10-4mol/min、Si26を1×10-4mol/minの割合で導入して20秒待ち、TMGaを1×10-5mol/min、PH3を6×10-4mol/min、DEZnを1×10-4mol/minの割合で導入して20秒成長させることによりn+/p+のトンネル接合膜230を形成する。 Subsequently, TMIn was introduced into the MOVPE apparatus at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 at 6 × 10 −4 mol / min, and Si 2 H 6 at a rate of 1 × 10 −4 mol / min at 550 ° C. Waiting for 20 seconds, introducing TMGa at a rate of 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 at a rate of 6 × 10 −4 mol / min, and DEZn at a rate of 1 × 10 −4 mol / min, and growing for 20 seconds. As a result, an n + / p + tunnel junction film 230 is formed.

引き続き同様の手順を繰り返すことで第2ダイオード240とトンネル接合膜250、第3ダイオード260を形成する。ここで、第2の活性層であるi−InAsP層240bの原料供給量は、TMInを1×10-5mol/min、PH3を4×10-4mol/min、AsH3を2×10-4mol/min、第3の活性層であるi−InAsP層260bでは、TMInを1×10-5mol/min、PH3を5×10-4mol/min、AsH3を1×10-4mol/minとすればよい。 The second diode 240, the tunnel junction film 250, and the third diode 260 are formed by repeating the same procedure. Here, the raw material supply amount of the i-InAsP layer 240b as the second active layer is as follows: TMIn is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 4 × 10 −4 mol / min, and AsH 3 is 2 × 10. -4 mol / min, in the i-InAsP layer 260b as the third active layer, TMIn is 1 × 10 −5 mol / min, PH 3 is 5 × 10 −4 mol / min, and AsH 3 is 1 × 10 − What is necessary is just 4 mol / min.

最後に、表面をITO(酸化インジウム・スズ)膜で覆って透明電極270を作製し、電極280との間に電源290を設けることによって、本実施の形態に係る3接合型の発光ダイオードが得られる。第1の活性層であるi−InAsP層220b、第2の活性層であるi−InAsP層240b、第3の活性層であるi−InAsP層260bの組成をそれぞれ違えているため、それぞれの発光ピーク波長は異なる。したがって全体の発光は波長帯が1.1〜1.7mmと幅の広い特性を示す。ここでは材料としてInAsP系を用いたが、III族をAl、Ga、In、V族をN、P、As、Sb等に変えたIII−V族化合物やII−VI族化合物等であってもよい。シリコン酸化膜214a〜eが2.0より小さい屈折率を有することにより、ダイオードから放射される光はシリコン酸化膜214を透過できる。   Finally, a transparent electrode 270 is manufactured by covering the surface with an ITO (indium tin oxide) film, and a power supply 290 is provided between the transparent electrode 280 and the three-junction light-emitting diode according to this embodiment is obtained. It is done. The i-InAsP layer 220b as the first active layer, the i-InAsP layer 240b as the second active layer, and the i-InAsP layer 260b as the third active layer have different compositions. The peak wavelength is different. Accordingly, the entire light emission has a wide characteristic with a wavelength band of 1.1 to 1.7 mm. Here, the InAsP system is used as the material, but III-V group compounds or II-VI group compounds in which the group III is changed to Al, Ga, In, the group V is changed to N, P, As, Sb, etc. Good. Since the silicon oxide films 214a to 214e have a refractive index smaller than 2.0, light emitted from the diode can pass through the silicon oxide film 214.

なお、上述した実施の形態1,2では、それぞれ絶縁体としてシリコン樹脂膜114,シリコン酸化膜214を用いるものとして説明したが、絶縁作用をもつとともに、光を透過させるものであれば、たとえばチタンを含んだ酸化物や窒化物などを用いてもよい。この場合、抵抗率が1.0×108[Ω・m]以上、かつ、屈折率が2.0以下であるものを用いるのが望ましい。 In the first and second embodiments described above, the silicon resin film 114 and the silicon oxide film 214 are used as the insulators. However, any material can be used as long as it has an insulating function and transmits light. Oxides, nitrides, and the like containing bismuth may be used. In this case, it is desirable to use one having a resistivity of 1.0 × 10 8 [Ω · m] or more and a refractive index of 2.0 or less.

本発明は、太陽電池や発光ダイオードの製造産業などに利用可能である。   The present invention can be used in the manufacturing industry of solar cells and light emitting diodes.

110…基板、112…Au微粒子、114,114a〜c…シリコン樹脂膜、116…太陽電池セル、120…第1ダイオード(第1の半導体ナノワイヤ)、120a…p−InP層、120b…i−InAsP層、120c…n−InP層、130…トンネル接合膜、130a…n+−InP層、130b…p+−GaP層、140…第2ダイオード(第2の半導体ナノワイヤ)、140a…p−GaP層、140b…i−GaAsP層、140c…n−GaP層、150…透明電極、160…電極、170…外部負荷、210…基板、212…Au微粒子、214,214a〜e…シリコン酸化膜、220…第1ダイオード、220a…p−InP層、220b…i−InAsP層、220c…n−InP層、230…トンネル接合膜、230a…n+−InP層、230b…p+−InP層、240…第2ダイオード、240a…p−InP層、240b…i−InAsP層、240c…n−InP層、250…トンネル接合膜、260…第3ダイオード、260a…p−InP層、260b…i−InAsP層、260c…n−InP層、270…透明電極、280…電極、290…電源、310…基板、320,340…ナノワイヤ、330…トンネル結合膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... Board | substrate, 112 ... Au fine particle, 114, 114a-c ... Silicone resin film, 116 ... Solar cell, 120 ... 1st diode (1st semiconductor nanowire), 120a ... p-InP layer, 120b ... i-InAsP Layer, 120c ... n-InP layer, 130 ... tunnel junction film, 130a ... n + -InP layer, 130b ... p + -GaP layer, 140 ... second diode (second semiconductor nanowire), 140a ... p-GaP layer 140b ... i-GaAsP layer, 140c ... n-GaP layer, 150 ... transparent electrode, 160 ... electrode, 170 ... external load, 210 ... substrate, 212 ... Au fine particles, 214, 214a to e ... silicon oxide film, 220 ... First diode, 220a ... p-InP layer, 220b ... i-InAsP layer, 220c ... n-InP layer, 230 ... tunnel junction film 230a ... n + -InP layer, 230b ... p + -InP layer, 240 ... second diode, 240a ... p-InP layer, 240b ... i-InAsP layer, 240c ... n-InP layer, 250 ... tunnel junction film, 260 3rd diode 260a ... p-InP layer 260b ... i-InAsP layer 260c ... n-InP layer 270 ... transparent electrode 280 ... electrode 290 ... power source 310 ... substrate 320,340 ... nanowire 330 ... tunnel coupling film.

Claims (6)

基板と、
前記基板の上にこの基板と垂直に形成された半導体ナノワイヤと、
この半導体ナノワイヤの一部を覆う絶縁体と
を備え、
それぞれ1つのダイオードを含む前記半導体ナノワイヤをトンネル接合膜を介して複数本直列接続した前記半導体ナノワイヤの集合体とされ、
複数の前記ダイオードは、互いにバンドギャップの異なる材料からなり、
前記半導体ナノワイヤの頭頂部は、前記絶縁体に覆われていない
ことを特徴とするナノ構造体。
A substrate,
Semiconductor nanowires formed perpendicular to the substrate on the substrate;
An insulator covering a part of the semiconductor nanowire,
A plurality of the semiconductor nanowires each including one diode connected in series via a tunnel junction film, and an assembly of the semiconductor nanowires,
The plurality of diodes are made of materials having different band gaps,
The top of the semiconductor nanowire is not covered with the insulator. Nanostructure characterized by the above-mentioned.
請求項1に記載されたナノ構造体において、
前記半導体ナノワイヤは、コア・シェル型の半導体ナノワイヤである
ことを特徴とするナノ構造体。
The nanostructure of claim 1, wherein
The said semiconductor nanowire is a core-shell type semiconductor nanowire. The nanostructure characterized by the above-mentioned.
請求項1または2記載されたナノ構造体において、
前記絶縁体は、抵抗率が1.0×108[Ω・m]以上、かつ、屈折率が2.0以下で
ある
ことを特徴とするナノ構造体。
The nanostructure according to claim 1 or 2 ,
The insulator resistivity of 1.0 × 10 8 [Ω · m ] or more, and wherein a refractive index of 2.0 or less to Luna Bruno structure.
請求項1乃至のいずれかに記載されたナノ構造体において、
前記絶縁体は、シリコン、チタンの酸化物もしくは窒化物の少なくともいずれか1つからなる
ことを特徴とするナノ構造体。
The nanostructure according to any one of claims 1 to 3 ,
The insulator is silicon, features and be Luna Roh structure that consists of at least one of oxides or nitrides of titanium.
VLS法によって基板の上にこの基板と垂直に半導体ナノワイヤを形成する第1工程と、
前記半導体ナノワイヤの頭頂部を除いてその半導体ナノワイヤを絶縁体で覆う第2工程と、
を備え
前記第1工程を前記第2工程とを交互に行い、
前記半導体ナノワイヤを、それぞれ1つのダイオードを含む半導体ナノワイヤをトンネル接合膜を介して複数本直列接続した半導体ナノワイヤの集合体とし、複数の前記ダイオードを、互いにバンドギャップの異なる材料からなる状態に形成することを特徴とするナノ構造体の製造方法。
A first step of forming semiconductor nanowires perpendicular to the substrate on the substrate by a VLS method;
A second step of covering the semiconductor nanowire with an insulator except for the top of the semiconductor nanowire;
Equipped with a,
Alternately performing the first step and the second step;
The semiconductor nanowires are formed as an assembly of semiconductor nanowires in which a plurality of semiconductor nanowires each including one diode are connected in series via a tunnel junction film, and the plurality of diodes are formed in a state made of materials having different band gaps. method for producing a nano-structure, characterized in that.
請求項記載されたナノ構造体の製造方法において、
前記第2工程は、
前記半導体ナノワイヤを絶縁体で覆う工程と、
前記絶縁体の一部を除去して前記半導体の一部を露出させる工程と
を有することを特徴とするナノ構造体の製造方法。
The method for producing a nanostructure according to claim 5 , wherein
The second step includes
Covering the semiconductor nanowire with an insulator;
And a step of removing a part of the insulator to expose a part of the semiconductor.
JP2010098644A 2010-04-22 2010-04-22 Nanostructure and manufacturing method thereof Active JP5626847B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010098644A JP5626847B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Nanostructure and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010098644A JP5626847B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Nanostructure and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011224749A JP2011224749A (en) 2011-11-10
JP5626847B2 true JP5626847B2 (en) 2014-11-19

Family

ID=45040751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010098644A Active JP5626847B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Nanostructure and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5626847B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130106690A (en) * 2012-03-20 2013-09-30 삼성전자주식회사 White light emitting diode
JP5876408B2 (en) * 2012-12-14 2016-03-02 日本電信電話株式会社 Fabrication method of nanowire
JP6083254B2 (en) * 2013-02-21 2017-02-22 富士通株式会社 Optical semiconductor device and manufacturing method thereof
KR102075985B1 (en) 2013-10-14 2020-02-11 삼성전자주식회사 Nano sturucture semiconductor light emitting device
KR20180133436A (en) * 2016-05-04 2018-12-14 글로 에이비 Integrated multicolor direct viewing display comprising LEDs of different colors and method of manufacturing the same
JP6947386B2 (en) * 2017-06-29 2021-10-13 学校法人 名城大学 Semiconductor light emitting element and manufacturing method of semiconductor light emitting element

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7977568B2 (en) * 2007-01-11 2011-07-12 General Electric Company Multilayered film-nanowire composite, bifacial, and tandem solar cells
KR20090054260A (en) * 2007-11-26 2009-05-29 삼성전기주식회사 Solar cell
JP2010028092A (en) * 2008-07-16 2010-02-04 Honda Motor Co Ltd Nanowire solar cell and producing method of the same
EP2419938A2 (en) * 2009-04-15 2012-02-22 Sol Voltaics AB Multi-junction photovoltaic cell with nanowires
JP2011135058A (en) * 2009-11-30 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd Solar cell element, color sensor, and method of manufacturing light emitting element and light receiving element

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011224749A (en) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5458694A (en) Multispectral photovoltaic component comprising a stack of cells, and method of manufacture
US7488890B2 (en) Compound solar battery and manufacturing method thereof
EP2509119B1 (en) Light emitting element and method for manufacturing same
JP3056467B2 (en) Semiconductor device manufacturing substrate, method of manufacturing the same, photoelectric conversion device, and method of manufacturing the same
JP5626847B2 (en) Nanostructure and manufacturing method thereof
US20110240099A1 (en) Photovoltaic nanowire device
JP2010118666A (en) Alternative substrate of inversion altered multi-junction solar battery
US7906354B1 (en) Light emitting nanowire device
JP2010263217A (en) Inverted multijunction solar cell with group iv/iii-v hybrid alloy
TW200941741A (en) Heterojunction subcells in inverted metamorphic multijunction solar cells
JP2010080888A (en) Method for manufacturing solar cell, and solar cell
CN102651416A (en) Three-knot laminated GaAs laser photovoltaic battery and preparation method thereof
CN106025798A (en) Heterojunction semiconductor laser and manufacturing method thereof
US20220367749A1 (en) Semiconductor optical device and method of producing the same
US8273640B2 (en) Integrated semiconductor nanowire device
JP6060652B2 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
JP6888859B2 (en) Multi-stack laminated laser solar cell and its manufacturing method
TWI496314B (en) Compound semiconductor solar cell manufacturing laminated body, compound semiconductor solar cell and manufacturing method thereof
CN104269740B (en) A kind of laser and preparation method thereof
JP5763603B2 (en) Photovoltaic device and manufacturing method thereof
JP4986056B2 (en) Condensing photoelectric converter
JP5851872B2 (en) Method for producing compound semiconductor solar cell
KR20140036080A (en) Iii-v group compound solar cell and method for preparing the same
JP6100468B2 (en) Photocell and production method of photovoltaic cell
KR101892279B1 (en) Compound semiconductor solar cel and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111031

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20111031

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121101

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140121

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140313

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140924

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140925

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5626847

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150