(57)【要約】【課題】小型で安定した電力を得ることができる化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、発電装置及び電源装置を提供する。【解決手段】化合物半導体装置１００は、第１導電型のナノワイヤセグメント１０１及び第１導電型のナノワイヤセグメント１０３に電気的に接続された金属電極１２１と、第２導電型のナノワイヤセグメント１０２に電気的に接続された金属電極１２２と、第１導電型のナノワイヤセグメント１０５に電気的に接続された金属電極１２３と、を有する。ナノワイヤセグメント１０１とナノワイヤセグメント１０２とがトンネル接合し、ナノワイヤセグメント１０３とナノワイヤセグメント１０４とがトンネル接合する。【選択図】図１
2020021776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第１のナノワイヤセグメントと、前記第１のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメントと、を有する第１のナノワイヤと、
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第３のナノワイヤセグメントと、前記第３のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメントと、前記第４のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメントと、を有する第２のナノワイヤと、
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第１の金属電極と、
前記第２のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第２の金属電極と、
前記第５のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第３の金属電極と、
を有し、
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがトンネル接合し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがトンネル接合することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントは同一の材料から構成され、
前記第２のナノワイヤセグメント及び前記第４のナノワイヤセグメントは同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがバックワードダイオードを構成し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがバックワードダイオードを構成し、
前記第４のナノワイヤセグメントと前記第５のナノワイヤセグメントとが順方向ダイオードを構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第６のナノワイヤセグメントと、前記第６のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第７のナノワイヤセグメントと、前記第７のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第８のナノワイヤセグメントと、前記第８のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第９のナノワイヤセグメントと、前記第９のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第１０のナノワイヤセグメントと、を有する第３のナノワイヤと、
前記第１０のナノワイヤセグメントに接続された第４の金属電極と、
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置と、
一方の端子が前記第１の金属電極に接続され、他方の端子が前記第２の金属電極に接続されたアンテナと、
前記第２のナノワイヤに集光するレンズと、
を有することを特徴とする発電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発電装置と、
前記第１のナノワイヤを含む第１の電力源に接続された第１のキャパシタと、
前記第２のナノワイヤを含む第２の電力源に接続された第２のキャパシタと、
出力端子の接続先を前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの間で切り替えるスイッチと、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項７】
基板の上方に、第１導電型の第１のナノワイヤセグメント及び第１導電型の第３のナノワイヤセグメントを互いに離間して成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第４のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第１の金属電極を形成する工程と、
前記第２のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第２の金属電極を形成する工程と、
前記第５のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第３の金属電極を形成する工程と、
を有し、
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがトンネル接合し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがトンネル接合することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントを同一の材料から構成し、
前記第２のナノワイヤセグメント及び前記第４のナノワイヤセグメントを同一の材料から構成することを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、発電装置及び電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーハーベスティングにより、環境に存在するエネルギーから発電する装置が注目されている。特に、物のインターネット（Internet  of  Things：ＩｏＴ）に用いられるＩｏＴセンサの自立電源向けに小型の発電装置の実現が期待されている。従来、ナノワイヤを用いた太陽電池及びナノワイヤを用いた電波発電装置が提案されている。
【０００３】
しかしながら、ＩｏＴセンサにおいては、昼夜を問わず安定した電力が必要とされるところ、これらの従来の装置では、小型で安定した電力を得ることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２４８０７号
【特許文献２】特開２００６−２６１６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は、小型で安定した電力を得ることができる化合物半導体装置、化合物半導体装置の製造方法、発電装置及び電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一形態によれば、基板と、前記基板の上方に形成され、第１導電型の第１のナノワイヤセグメントと、前記第１のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメントと、を有する第１のナノワイヤと、前記基板の上方に形成され、第１導電型の第３のナノワイヤセグメントと、前記第３のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメントと、前記第４のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメントと、を有する第２のナノワイヤと、前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第１の金属電極と、前記第２のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第２の金属電極と、前記第５のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第３の金属電極と、を有し、前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがトンネル接合し、前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがトンネル接合する化合物半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、小型で安定した電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る化合物半導体装置を示すエネルギーバンド図である。
【図３】第２の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。
【図４】第２の実施形態に係る化合物半導体装置を示すエネルギーバンド図である。
【図５Ａ】第２の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図５Ｂ】第２の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図５Ｃ】第２の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図６】第３の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。
【図７Ａ】第３の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図７Ｂ】第３の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図７Ｃ】第３の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図７Ｄ】第３の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図８】第４の実施形態に係る発電装置を示す模式図である。
【図９】第５の実施形態に係る電源装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。
【００１０】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態は、ナノワイヤを備えた化合物半導体装置に関する。図１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置を示すエネルギーバンド図である。図２（ａ）は、第１のナノワイヤのエネルギーバンドを示し、図２（ｂ）は、第２のナノワイヤのエネルギーバンドを示す。
【００１１】
図１に示すように、第１の実施形態に係る化合物半導体装置１００は、基板１５１と、基板１５１の上方に形成された第１のナノワイヤ１３１と、基板１５１の上方に形成された第２のナノワイヤ１３２と、を有する。第１のナノワイヤ１３１は、第１導電型の第１のナノワイヤセグメント１０１と、第１のナノワイヤセグメント１０１上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメント１０２と、を有する。第２のナノワイヤ１３２は、第１導電型の第３のナノワイヤセグメント１０３と、第３のナノワイヤセグメント１０３上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメント１０４と、第４のナノワイヤセグメント１０４上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメント１０５と、を有する。化合物半導体装置１００は、更に、第１のナノワイヤセグメント１０１及び第３のナノワイヤセグメント１０３に電気的に接続された第１の金属電極１２１と、第２のナノワイヤセグメント１０２に電気的に接続された第２の金属電極１２２と、第５のナノワイヤセグメント１０５に電気的に接続された第３の金属電極１２３と、を有する。第１のナノワイヤ１３１及び第２のナノワイヤ１３２は、例えばIII-V族化合物半導体から構成される。
【００１２】
図２（ａ）に示すように、第１のナノワイヤセグメント１０１と第２のナノワイヤセグメント１０２とはトンネル接合する。第１のナノワイヤセグメント１０１の伝導帯の下端と第２のナノワイヤセグメント１０２の価電子帯の上端とが等しいことが好ましく、第１のナノワイヤセグメント１０１と第２のナノワイヤセグメント１０２との接合がタイプII又はタイプIIIのヘテロ接合であってもよい。
【００１３】
図２（ｂ）に示すように、第３のナノワイヤセグメント１０３と第４のナノワイヤセグメント１０４とはトンネル接合する。第３のナノワイヤセグメント１０３の伝導帯の下端と第４のナノワイヤセグメント１０４の価電子帯の上端とが等しいことが好ましく、第３のナノワイヤセグメント１０３と第４のナノワイヤセグメント１０４との接合がタイプII又はタイプIIIのヘテロ接合であってもよい。第４のナノワイヤセグメント１０４と第５のナノワイヤセグメント１０５との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００１４】
なお、第１のナノワイヤ１３１及び第２のナノワイヤ１３２の本数は特に限定されない。
【００１５】
このように構成された化合物半導体装置１００では、第１のナノワイヤ１３１は、第１の金属電極１２１と第２の金属電極１２２との間で整流ダイオードとして機能することができる。そして、整流ダイオードは、電波発電装置に用いることができる。マイクロ波等の環境電波は昼夜を問わず存在しているため、電波発電装置は一定の電力を常時出力することができる。また、第２のナノワイヤ１３２に光が照射されると、第４のナノワイヤセグメント１０４及び第５のナノワイヤセグメント１０５は、その接合界面が電荷分離構造となる太陽電池として機能し、電力を生成する。このとき、第３のナノワイヤセグメント１０３と第４のナノワイヤセグメント１０４とがトンネル接合しているため、太陽電池にて生じた電力はほとんどそのまま第１の金属電極１２１及び第３の金属電極１２３から取り出すことができる。太陽光は豊富なエネルギーを含んでいるため、太陽電池は大きな電力を出力することができる。
【００１６】
化合物半導体装置１００では、これら電波発電装置に好適な整流ダイオード及び太陽電池を単一の基板１５１上に配置することができる。従って、化合物半導体装置１００を用いることで、小型で安定した電力を生成する発電装置を実現することができる。なお、従来の電波発電装置及び太陽電池を単に１つのパッケージに配置したとしても、第１の実施形態ほど小型化することはできない。
【００１７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、ナノワイヤを備えた化合物半導体装置に関する。図３は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。図４は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置を示すエネルギーバンド図である。図４（ａ）は、第１のナノワイヤのエネルギーバンドを示し、図４（ｂ）は、第２のナノワイヤのエネルギーバンドを示す。
【００１８】
図３に示すように、第２の実施形態に係る化合物半導体装置２００には、周辺領域２９１、電波発電領域２９２及び光電変換領域２９３が設けられている。基板２５１上にｎ型半導体層２５２が形成されている。例えば、基板２５１は半絶縁性（semi-insulating：ＳＩ）−ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板であり、ｎ型半導体層２５２は、厚さが１００ｎｍ〜３００ｎｍのｎ型ＧａＡｓ層である。ｎ型半導体層２５２上に開口部２５４及び２５５を備えた成長マスク２５３が形成されている。開口部２５４は電波発電領域２９２及び光電変換領域２９３に複数個ずつ形成されており、開口部２５５は周辺領域２９１に形成されている。例えば、成長マスク２５３は、厚さが４０ｎｍ〜６０ｎｍのシリコン窒化膜であり、開口部２５４の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。開口部２５５内に、ｎ型半導体層２５２に接触する第１の金属電極２２１が形成されている。
【００１９】
電波発電領域２９２は、開口部２５４を通じて基板２５１の上方に成長した複数の第１のナノワイヤ２３１を有する。例えば、第１のナノワイヤ２３１の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。第１のナノワイヤ２３１は、ｎ型のナノワイヤセグメント２０１と、ナノワイヤセグメント２０１上のｐ型のナノワイヤセグメント２０２と、ナノワイヤセグメント２０２上のｎ型のナノワイヤセグメント２０６と、を有する。第１のナノワイヤ２３１上に金属膜２５６が形成されている。金属膜２５６は、例えば直径が２０ｎｍ〜１００ｎｍの金（Ａｕ）膜である。
【００２０】
図４（ａ）に示すように、ナノワイヤセグメント２０１とナノワイヤセグメント２０２とはトンネル接合する。ナノワイヤセグメント２０１とナノワイヤセグメント２０２との接合はタイプIIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント２０２とナノワイヤセグメント２０６との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００２１】
光電変換領域２９３は、開口部２５４を通じて基板２５１の上方に成長した複数の第２のナノワイヤ２３２を有する。例えば、第２のナノワイヤ２３２の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。第２のナノワイヤ２３２は、ｎ型のナノワイヤセグメント２０３と、ナノワイヤセグメント２０３上のｐ型のナノワイヤセグメント２０４と、ナノワイヤセグメント２０４上のｎ型のナノワイヤセグメント２０５と、を有する。第２のナノワイヤ２３２上にも金属膜２５６が形成されている。
【００２２】
図４（ｂ）に示すように、ナノワイヤセグメント２０３とナノワイヤセグメント２０４とはトンネル接合する。ナノワイヤセグメント２０３とナノワイヤセグメント２０４との接合はタイプIIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント２０４とナノワイヤセグメント２０５との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００２３】
例えば、ナノワイヤセグメント２０１及び２０３は、ｎ型不純物として硫黄（Ｓ）を含み、長さが０．１μｍ〜０．５μｍのｎ型ＩｎＡｓナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント２０２及び２０４は、ｐ型不純物として亜鉛（Ｚｎ）を含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｐ型ＧａＡｓＳｂナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント２０６及び２０５は、ｎ型不純物としてＳを含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｎ型ＧａＡｓナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント２０１及び２０３におけるｎ型不純物の濃度は１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。例えば、ナノワイヤセグメント２０２及び２０４におけるｐ型不純物の濃度は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。例えば、ナノワイヤセグメント２０６及び２０５におけるｎ型不純物の濃度は１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３である。このようなｐ型ＧａＡｓＳｂのナノワイヤセグメント２０４とｎ型ＧａＡｓのナノワイヤセグメント２０５との組み合わせは、吸収帯に赤外光領域を含んだ順方向ダイオードとして機能し、特に赤外光を用いた発電に好適である。また、ナノワイヤセグメント２０１とナノワイヤセグメント２０２との組み合わせ、及びナノワイヤセグメント２０３とナノワイヤセグメント２０４との組み合わせはバックワードダイオードとして機能する。
【００２４】
ｎ型のナノワイヤセグメント２０１は第１のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント２０２は第２のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント２０３は第３のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント２０４は第４のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント２０５は第５のナノワイヤセグメントの一例である。
【００２５】
周辺領域２９１、電波発電領域２９２及び光電変換領域２９３に、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２を覆うようにして樹脂膜２６０が形成されている。例えば、樹脂膜２６０はベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の樹脂膜である。
【００２６】
樹脂膜２６０に、周辺領域２９１にて、第１の金属電極２２１を露出する開口部２６１が形成されている。樹脂膜２６０に、電波発電領域２９２にて、厚さ方向でナノワイヤセグメント２０２の途中まで到達する溝２６２が形成されている。溝２６２内にナノワイヤセグメント２０２の側面の一部に接触する第２の金属電極２２２が形成されている。第２の金属電極２２２はナノワイヤセグメント２０６の側面にも接触する。樹脂膜２６０に、光電変換領域２９３にて、厚さ方向でナノワイヤセグメント２０５の途中まで到達する溝２６３が形成されている。溝２６３内にナノワイヤセグメント２０５の側面の一部に接触する第３の金属電極２２３が形成されている。
【００２７】
第１の金属電極２２１はｎ型半導体層２５２を介してナノワイヤセグメント２０１及び２０３に電気的に接続されている。第２の金属電極２２２は直接ナノワイヤセグメント２０２に接しており、ナノワイヤセグメント２０２に電気的に接続されている。第３の金属電極２２３は直接ナノワイヤセグメント２０５に接しており、ナノワイヤセグメント２０５に電気的に接続されている。例えば、第１の金属電極２２１、第２の金属電極２２２及び第３の金属電極２２３は、Ｐｔ膜及びその上のＡｕ膜からなる積層膜を含む。
【００２８】
このように構成された化合物半導体装置２００では、第１のナノワイヤ２３１は、第１の金属電極２２１と第２の金属電極２２２との間で整流ダイオードとして機能することができる。また、化合物半導体装置２００に太陽光が照射されると、ナノワイヤセグメント２０４及び２０５は、その接合界面が電荷分離構造となる太陽電池として機能し、電力を生成する。このとき、ナノワイヤセグメント２０３とナノワイヤセグメント２０４とがトンネル接合しているため、太陽電池にて生じた電力はほとんどそのまま第１の金属電極２２１及び第３の金属電極２２３から取り出すことができる。
【００２９】
従って、化合物半導体装置２００を用いることで、小型で安定した電力を生成する発電装置を実現することができる。
【００３０】
なお、ナノワイヤセグメント２０４とナノワイヤセグメント２０５との間にノンドープのｉ型のＧａＡｓ層が設けられていてもよい。ｉ型のＧａＡｓ層が設けられることで、第２のナノワイヤ２３２における不純物による太陽光の吸収が抑制され、優れた光電変換効率を得ることができる。ナノワイヤセグメント２０２とナノワイヤセグメント２０６との間にノンドープのｉ型のＧａＡｓ層が設けられていてもよい。
【００３１】
次に、第２の実施形態に係る化合物半導体装置２００の製造方法について説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、第２の実施形態に係る化合物半導体装置２００の製造方法を示す断面図である。
【００３２】
先ず、図５Ａ（ａ）に示すように、基板２５１上にｎ型半導体層２５２としてｎ型ＧａＡｓ層を形成する。ｎ型半導体層２５２は、例えば有機金属化学気相成長（metal  organic  chemical  vapor  deposition：ＭＯＣＶＤ）法により成長させることができる。例えば、Ｇａの原料にトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用い、Ａｓの原料にアルシン（ＡｓＨ３）を用いる。また、ｎ型不純物の原料に硫化水素（Ｈ２Ｓ）を用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。次いで、ｎ型半導体層２５２上に成長マスク２５３としてシリコン窒化膜を形成する。
【００３３】
その後、図５Ａ（ｂ）に示すように、成長マスク２５３に開口部２５４を形成する。続いて、開口部２５４内に、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２の触媒として、例えば円板状の金属膜２５６としてＡｕ膜を形成する。例えば、開口部２５４及び金属膜２５６は、電子線（electron  beam：ＥＢ）リソグラフィ及びリフトオフプロセスによって形成することができる。このようにして、基板２５１、成長マスク２５３及び金属膜２５６を備えた結晶成長用の基板が得られる。
【００３４】
次いで、図５Ｂ（ｃ）に示すように、第１のナノワイヤ１３１及び第２のナノワイヤ２３２を基板２５１の上方に成長させる。例えば、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２は、ＭＯＣＶＤ法によりＶＬＳ（vapor-liquid-solid）モードで成長させることができる。
【００３５】
第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２の成長では、ｎ型のナノワイヤセグメント２０１及び２０３を成長させ、その上にｐ型のナノワイヤセグメント２０２及び２０４を成長させ、その上にｎ型のナノワイヤセグメント２０６及び２０５を成長させる。例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント２０１及び２０３はｎ型ＩｎＡｓナノワイヤセグメントであり、ｐ型のナノワイヤセグメント２０２及び２０４はｐ型ＧａＡｓＳｂナノワイヤセグメントであり、ｎ型のナノワイヤセグメント２０６及び２０５はｎ型ＧａＡｓナノワイヤセグメントである。
【００３６】
例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント２０１及び２０３は４００℃〜４５０℃の温度で成長させる。ｎ型のナノワイヤセグメント２０１及び２０３の成長では、例えば、Ｉｎの原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用いる。また、ｎ型不純物の原料にＨ２Ｓを用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。Ｓ濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３とする。
【００３７】
例えば、ｐ型のナノワイヤセグメント２０２及び２０４は５００℃〜５５０℃の温度で成長させる。ｐ型のナノワイヤセグメント２０２及び２０４の成長では、例えば、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用い、Ｓｂの原料にトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を用いる。また、ｐ型不純物の原料にジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用い、ｐ型不純物としてＺｎをドーピングする。Ｚｎ濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００３８】
例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント２０６及び２０５は５００℃〜５５０℃の温度で成長させる。ｎ型のナノワイヤセグメント２０６及び２０５の成長では、例えば、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用いる。また、ｎ型不純物の原料にＨ２Ｓを用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。Ｓ濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３とする。
【００３９】
第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２の成長後、図５Ｂ（ｄ）に示すように、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２を覆う樹脂膜２６０として、ＢＣＢの樹脂膜を形成する。
【００４０】
次いで、図５Ｃ（ｅ）に示すように、樹脂膜２６０に開口部２６１並びに溝２６２及び２６３を形成する。また、開口部２６１に繋がる開口部２５５を成長マスク２５３に形成する。開口部２６１、溝２６２及び２６３並びに開口部２５５は、例えばリソグラフィ、レジストのパターニング及びドライエッチングにより形成することができる。
【００４１】
その後、図５Ｃ（ｆ）に示すように、開口部２５５及び２６１内に第１の金属電極２２１を形成し、溝２６２内に第２の金属電極２２２を形成し、溝２６３内に第３の金属電極２２３を形成する。例えば、第１の金属電極２２１、第２の金属電極２２２及び第３の金属電極２２３の形成では、Ｐｔ膜及びその上のＡｕ膜からなる積層膜を形成する。
【００４２】
このようにして、化合物半導体装置２００を製造することができる。
【００４３】
なお、樹脂膜２６０の形成前に、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２の側面上に保護膜を形成することが好ましい。保護膜としては、例えば厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜を原子層堆積（atomic  layer  deposition：ＡＬＤ）法により形成することができる。この保護膜は、後に、溝２６２及び２６３内で除去すれば、第２の金属電極２２２はナノワイヤセグメント２０２及び２０６に接触することができ、第３の金属電極２２３はナノワイヤセグメント２０５に接触することができる。
【００４４】
また、第１の金属電極２２１、第２の金属電極２２２及び第３の金属電極２２３の形成後に樹脂膜２６０を除去してもよい。樹脂膜２６０を除去することにより、寄生容量を低減することができる。
【００４５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、ナノワイヤを備えた化合物半導体装置に関する。図６は、第３の実施形態に係る化合物半導体装置を示す断面図である。
【００４６】
図６に示すように、第３の実施形態に係る化合物半導体装置３００には、周辺領域３９１、電波発電領域３９２、光電変換領域３９３及び光電変換領域３９４が設けられている。基板２５１上にｎ型半導体層２５２が形成されている。ｎ型半導体層２５２上に開口部２５４及び２５５を備えた成長マスク２５３が形成されている。開口部２５４は電波発電領域３９２、光電変換領域３９３及び光電変換領域３９４に複数個ずつ形成されており、開口部２５５は周辺領域３９１に形成されている。開口部２５５内に、ｎ型半導体層２５２に接触する第１の金属電極３２１が形成されている。
【００４７】
電波発電領域３９２は、開口部２５４を通じて基板２５１の上方に成長した複数の第１のナノワイヤ３３１を有する。例えば、第１のナノワイヤ３３１の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。第１のナノワイヤ３３１は、ｎ型のナノワイヤセグメント３０１と、ナノワイヤセグメント３０１上のｐ型のナノワイヤセグメント３０２と、ナノワイヤセグメント３０２上のｎ型のナノワイヤセグメント３１１と、を有する。第１のナノワイヤ３３１は、更に、ナノワイヤセグメント３１１上のトンネル接合層３４１と、トンネル接合層３４１上のｐ型のナノワイヤセグメント３１２と、ナノワイヤセグメント３１２上のｎ型のナノワイヤセグメント３１３と、を有する。第１のナノワイヤ３３１上に金属膜２５６が形成されている。
【００４８】
ナノワイヤセグメント３０１とナノワイヤセグメント３０２とはトンネル接合する。ナノワイヤセグメント３０１とナノワイヤセグメント３０２との接合はタイプIIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３０２とナノワイヤセグメント３１１との接合はタイプIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３１２とナノワイヤセグメント３１３との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００４９】
光電変換領域３９３は、開口部２５４を通じて基板２５１の上方に成長した複数の第２のナノワイヤ３３２を有する。例えば、第２のナノワイヤ３３２の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。第２のナノワイヤ３３２は、ｎ型のナノワイヤセグメント３０３と、ナノワイヤセグメント３０３上のｐ型のナノワイヤセグメント３０４と、ナノワイヤセグメント３０４上のｎ型のナノワイヤセグメント３０５と、を有する。第２のナノワイヤ３３２は、更に、ナノワイヤセグメント３０５上のトンネル接合層３４２と、トンネル接合層３４２上のｐ型のナノワイヤセグメント３１４と、ナノワイヤセグメント３１４上のｎ型のナノワイヤセグメント３１５と、を有する。第２のナノワイヤ３３２上にも金属膜２５６が形成されている。
【００５０】
ナノワイヤセグメント３０３とナノワイヤセグメント３０４とはトンネル接合する。ナノワイヤセグメント３０３とナノワイヤセグメント３０４との接合はタイプIIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３０４とナノワイヤセグメント３０５との接合はタイプIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３１４とナノワイヤセグメント３１５との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００５１】
光電変換領域３９４は、開口部２５４を通じて基板２５１の上方に成長した複数の第３のナノワイヤ３３３を有する。例えば、第３のナノワイヤ３３３の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍである。第３のナノワイヤ３３３は、ｎ型のナノワイヤセグメント３０６と、ナノワイヤセグメント３０６上のｐ型のナノワイヤセグメント３０７と、ナノワイヤセグメント３０７上のｎ型のナノワイヤセグメント３０８と、を有する。第３のナノワイヤ３３３は、更に、ナノワイヤセグメント３０８上のトンネル接合層３４３と、トンネル接合層３４３上のｐ型のナノワイヤセグメント３０９と、ナノワイヤセグメント３０９上のｎ型のナノワイヤセグメント３１０と、を有する。
第３のナノワイヤ３３３上にも金属膜２５６が形成されている。
【００５２】
ナノワイヤセグメント３０６とナノワイヤセグメント３０７とはトンネル接合する。ナノワイヤセグメント３０６とナノワイヤセグメント３０７との接合はタイプIIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３０７とナノワイヤセグメント３０８との接合はタイプIIのヘテロ接合である。ナノワイヤセグメント３０９とナノワイヤセグメント３１０との接合はタイプIIのヘテロ接合である。
【００５３】
例えば、ナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６は、ｎ型不純物としてＳを含み、長さが０．１μｍ〜０．５μｍのｎ型ＩｎＡｓナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント３０２、３０４及び３０７は、ｐ型不純物としてＺｎを含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｐ型ＡｌＧａＳｂナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８は、ｎ型不純物としてＳを含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｎ型ＩｎＧａＰナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０９は、ｐ型不純物としてＺｎを含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｐ型ＧａＡｓＳｂナノワイヤセグメントである。例えば、ナノワイヤセグメント３１３、３１５及び３１０は、ｎ型不純物としてＳを含み、長さが０．５μｍ〜１．０μｍのｎ型ＧａＡｓナノワイヤセグメントである。このようなｐ型ＡｌＧａＳｂのナノワイヤセグメント３０４とｎ型ＩｎＧａＰのナノワイヤセグメント３０５との組み合わせは、吸収帯に可視光領域を含んだ順方向ダイオードとして機能し、特に可視光を用いた発電に好適である。また、ｐ型ＧａＡｓＳｂのナノワイヤセグメント３０９とｎ型ＧａＡｓのナノワイヤセグメント３１０との組み合わせは、吸収帯に赤外光領域を含んだ順方向ダイオードとして機能し、特に赤外光を用いた発電に好適である。また、ナノワイヤセグメント３０１とナノワイヤセグメント３０２との組み合わせ、ナノワイヤセグメント３０３とナノワイヤセグメント３０４との組み合わせ、及びナノワイヤセグメント３０６とナノワイヤセグメント３０７との組み合わせはバックワードダイオードとして機能する。
【００５４】
トンネル接合層３４１〜３４３は、ナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８よりも高濃度でｎ型不純物を含むｎ型ＩｎＧａＰ層と、その上に形成され、ナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０８よりも高濃度でｐ型不純物を含むｐ型ＧａＡｓＳｂ層との積層体である。これらｎ型ＩｎＧａＰ層とｐ型ＧａＡｓＳｂ層とはトンネル接合している。
【００５５】
ｎ型のナノワイヤセグメント３０１は第１のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント３０２は第２のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント３０３は第３のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント３０４は第４のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント３０５は第５のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント３０６は第６のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント３０７は第７のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント３０８は第８のナノワイヤセグメントの一例である。ｐ型のナノワイヤセグメント３０９は第９のナノワイヤセグメントの一例である。ｎ型のナノワイヤセグメント３１０は第１０のナノワイヤセグメントの一例である。
【００５６】
周辺領域３９１、電波発電領域３９２、光電変換領域３９３及び光電変換領域３９４に、第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３を覆うようにして樹脂膜３６０が形成されている。例えば、樹脂膜３６０はＢＣＢの樹脂膜である。
【００５７】
樹脂膜３６０に、周辺領域３９１にて、第１の金属電極３２１を露出する開口部３６１が形成されている。樹脂膜３６０に、電波発電領域３９２にて、厚さ方向でナノワイヤセグメント３０２の途中まで到達する溝３６２が形成されている。溝３６２内にナノワイヤセグメント３０２の側面の一部に接触する第２の金属電極３２２が形成されている。第２の金属電極３２２はナノワイヤセグメント３１２及び３１３並びにトンネル接合層３４１の側面にも接触する。樹脂膜３６０に、光電変換領域３９３にて、厚さ方向でナノワイヤセグメント３１４の途中まで到達する溝３６３が形成されている。溝３６３内にナノワイヤセグメント３１４の側面の一部に接触する第３の金属電極３２３が形成されている。第３の金属電極３２３はナノワイヤセグメント３１５の側面にも接触する。樹脂膜３６０に、光電変換領域３９４にて、厚さ方向でナノワイヤセグメント３１０の途中まで到達する溝３６４が形成されている。溝３６４内にナノワイヤセグメント３１０の側面の一部に接触する第４の金属電極３２４が形成されている。
【００５８】
第１の金属電極３２１はｎ型半導体層２５２を介してナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６に電気的に接続されている。第２の金属電極３２２は直接ナノワイヤセグメント３０２に接しており、ナノワイヤセグメント３０２に電気的に接続されている。第３の金属電極３２３はナノワイヤセグメント３１４及びトンネル接合層３４２を介してナノワイヤセグメント３０５に電気的に接続されている。第４の金属電極３２４は直接ナノワイヤセグメント３１０に接しており、ナノワイヤセグメント３１０に電気的に接続されている。例えば、第１の金属電極３２１、第２の金属電極３２２、第３の金属電極３２３及び第４の金属電極３２４は、Ｐｔ膜及びその上のＡｕ膜からなる積層膜を含む。
【００５９】
このように構成された化合物半導体装置３００では、第１のナノワイヤ３３１は、第１の金属電極３２１と第２の金属電極３２２との間で整流ダイオードとして機能することができる。また、化合物半導体装置３００に可視光、例えば室内の発光ダイオード（light  emitting  diode：ＬＥＤ）照明の光が照射されると、ナノワイヤセグメント３０４及び３０５は、その接合界面が電荷分離構造となる太陽電池として機能し、電力を生成する。このとき、ナノワイヤセグメント３０３とナノワイヤセグメント３０４とがトンネル接合しているため、太陽電池にて生じた電力はほとんどそのまま第１の金属電極３２１及び第３の金属電極３２３から取り出すことができる。同様に、第３のナノワイヤ３３３においても、第１の金属電極３２１及び第４の金属電極３２４から電力を取り出すことができる。更に、化合物半導体装置３００に太陽光が照射されると、ナノワイヤセグメント３０９及び３１０は、その接合界面が電荷分離構造となる太陽電池として機能し、電力を生成する。このとき、ナノワイヤセグメント３０６とナノワイヤセグメント３０７とがトンネル接合し、ナノワイヤセグメント３０８とナノワイヤセグメント３０９との間にトンネル接合層３４３が設けられているため、太陽電池にて生じた電力はほとんどそのまま第１の金属電極３２１及び第４の金属電極３２４から取り出すことができる。
【００６０】
従って、化合物半導体装置３００を用いることで、小型で安定した電力を生成する発電装置を実現することができる。また、赤外光のみならず可視光を利用することもできるため、より広範囲の光環境に対応することができる。
【００６１】
なお、ナノワイヤセグメント３０９とナノワイヤセグメント３１０との間にノンドープのｉ型のＧａＡｓ層が設けられていてもよい。ｉ型のＧａＡｓ層が設けられることで、第３のナノワイヤ３３３における不純物による太陽光の吸収が抑制され、優れた光電変換効率を得ることができる。ナノワイヤセグメント３１２とナノワイヤセグメント３１３との間、及びナノワイヤセグメント３１４とナノワイヤセグメント３１５との間にノンドープのｉ型のＧａＡｓ層が設けられていてもよい。
【００６２】
また、ナノワイヤセグメント３０４とナノワイヤセグメント３０５との間にノンドープのｉ型のＩｎＧａＰ層が設けられていてもよい。ｉ型のＩｎＧａＰ層が設けられることで、第２のナノワイヤ３３２における不純物による可視光の吸収が抑制され、優れた光電変換効率を得ることができる。ナノワイヤセグメント３０２とナノワイヤセグメント３１１との間、及びナノワイヤセグメント３０７とナノワイヤセグメント３０８との間にノンドープのｉ型のＩｎＧａＰ層が設けられていてもよい。
【００６３】
次に、第３の実施形態に係る化合物半導体装置３００の製造方法について説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、第３の実施形態に係る化合物半導体装置３００の製造方法を示す断面図である。
【００６４】
先ず、図７Ａに示すように、化合物半導体装置２００の製造方法と同様に、基板２５１上にｎ型半導体層２５２を形成し、ｎ型半導体層２５２上に成長マスク２５３を形成し、成長マスク２５３に開口部２５４を形成し、開口部２５４内に金属膜２５６を形成する。
【００６５】
次いで、図７Ｂに示すように、第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３を基板２５１の上方に成長させる。例えば、第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２は、ＭＯＣＶＤ法によりＶＬＳモードで成長させることができる。
【００６６】
第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３成長では、先ず、ｎ型のナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６を成長させる。次いで、ナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６の上にｐ型のナノワイヤセグメント３０２、３０４及び３０７を成長させ、その上にｎ型のナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８を成長させる。その後、ｎ型のナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８の上にトンネル接合層３４１、３４２及び３４３を成長させ、その上にｐ型のナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０９を成長させ、その上にｎ型のナノワイヤセグメント３１３、３１５及び３１０を成長させる。
【００６７】
例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６はｎ型ＩｎＡｓナノワイヤセグメントである。例えば、ｐ型のナノワイヤセグメント３０２、３０４及び３０７はｐ型ＡｌＧａＳｂナノワイヤセグメントである。例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８はｎ型ＩｎＧａＰナノワイヤセグメントである。例えば、トンネル接合層３４１〜３４３は、高濃度で不純物を含むｎ型ＩｎＧａＰ層及びｐ型ＧａＡｓＳｂ層の積層体である。例えば、ｐ型のナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０９はｐ型ＧａＡｓＳｂナノワイヤセグメントである。例えば、ｎ型のナノワイヤセグメント３１３、３１５及び３１０はｎ型ＧａＡｓナノワイヤセグメントである。
【００６８】
ｎ型のナノワイヤセグメント３０１、３０３及び３０６の成長では、例えば、Ｉｎの原料にＴＭＩｎを用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用いる。また、ｎ型不純物の原料にＨ２Ｓを用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。
【００６９】
ｐ型のナノワイヤセグメント３０２、３０４及び３０７の成長では、例えば、Ａｌの原料にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用い、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ｓｂの原料にＴＭＳｂを用いる。また、ｐ型不純物の原料にＤＥＺｎを用い、ｐ型不純物としてＺｎをドーピングする。
【００７０】
ｎ型のナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８の成長では、例えば、Ｉｎの原料にＴＭＩｎを用い、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ｐの原料にホスフィン（ＰＨ３）を用いる。また、ｎ型不純物の原料にＨ２Ｓを用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。ｎ型のナノワイヤセグメント３１１、３０５及び３０８の成長の後に、Ｈ２Ｓの供給量を上げ、トンネル接合層３４１〜３４３のｎ型ＩｎＧａＰ層を形成する。
【００７１】
ｐ型のナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０９の成長では、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用い、Ｓｂの原料にＴＭＳｂを用いる。また、ｐ型不純物の原料にＤＥＺｎを用い、ｐ型不純物としてＺｎをドーピングする。ｐ型のナノワイヤセグメント３１２、３１４及び３０９の成長の前に、ＤＥＺｎの供給量を上げ、トンネル接合層３４１〜３４３のｐ型ＧａＡｓＳｂ層を形成する。
【００７２】
ｎ型のナノワイヤセグメント３１３、３１５及び３１０の成長では、例えば、Ｇａの原料にＴＥＧａを用い、Ａｓの原料にＡｓＨ３を用いる。また、ｎ型不純物の原料にＨ２Ｓを用い、ｎ型不純物としてＳをドーピングする。
【００７３】
第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３の成長後、図７Ｃに示すように、第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３を覆う樹脂膜３６０として、ＢＣＢの樹脂膜を形成する。次いで、樹脂膜３６０に開口部３６１並びに溝３６２、３６３及び３６４を形成する。また、開口部３６１に繋がる開口部２５５を成長マスク２５３に形成する。開口部３６１、溝３６２〜３６４並びに開口部２５５は、例えばリソグラフィ、レジストのパターニング及びドライエッチングにより形成することができる。
【００７４】
その後、図７Ｄに示すように、開口部２５５及び３６１内に第１の金属電極３２１を形成し、溝３６２内に第２の金属電極３２２を形成し、溝３６３内に第３の金属電極３２３を形成し、溝３６４内に第４の金属電極３２４を形成する。例えば、第１の金属電極３２１、第２の金属電極３２２、第３の金属電極３２３及び第４の金属電極３２４の形成では、Ｐｔ膜及びその上のＡｕ膜からなる積層膜を形成する。
【００７５】
このようにして、化合物半導体装置２００を製造することができる。
【００７６】
なお、樹脂膜３６０の形成前に、第１のナノワイヤ３３１、第２のナノワイヤ３３２及び第３のナノワイヤ３３３の側面上に保護膜を形成することが好ましい。保護膜としては、例えば厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜をＡＬＤ法により形成することができる。この保護膜は、後に、溝３６２〜３６４内で除去すれば、第２の金属電極３２２はナノワイヤセグメント３０２及び３１１〜３１４に接触することができ、第３の金属電極３２３はナノワイヤセグメント３１４及び３１５に接触することができ、第４の金属電極３２４はナノワイヤセグメント３１０に接触することができる。
【００７７】
また、第１の金属電極３２１、第２の金属電極３２２、第３の金属電極３２３及び第４の金属電極３２４の形成後に樹脂膜３６０を除去してもよい。樹脂膜３６０を除去することにより、寄生容量を低減することができる。
【００７８】
また、各ナノワイヤセグメントの材料は第２及び第３の実施形態のものに限定されない。また、基板の材料も第２及び第３の実施形態のものに限定されない。ただし、光が基板側からナノワイヤに入射してくる場合は、基板の材料には太陽電池として機能するナノワイヤが吸収する光に対して透明なものを用いることが好ましい。化合物半導体装置の製造過程で、光を吸収する基板を用いる場合は、例えば、樹脂膜でナノワイヤを固定した後に、当該基板からナノワイヤ及び樹脂膜等を剥離し、光に対して透明な基板に貼り付けることが好ましい。可視光領域から赤外光領域までの範囲で透明な材料として、ＧａＰが挙げられる。
【００７９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、第２の実施形態に係る化合物半導体装置２００を含む発電装置に関する。図８は、第４の実施形態に係る発電装置を示す模式図である。
【００８０】
第４の実施形態に係る発電装置４００は、図８に示すように、化合物半導体装置２００、レンズ４０１及びアンテナ４０２を有する。例えば、レンズ４０１はフレネルレンズであり、アンテナ４０２は金属アンテナである。化合物半導体装置２００は、レンズ４０１の平坦面４０１ａでレンズ４０１の焦点となる部分に、基板２５１の裏面が接触するように貼り付けられている。また、アンテナ４０２は、平坦面４０１ａの化合物半導体装置２００の周辺に設けられている。
【００８１】
アンテナ４０２は端子４０２ａ及び４０２ｂを有する。端子４０２ａに配線４１１及び４２１が接続され、端子４０２ｂに配線４１２及び４２２が接続されている。配線４１１は第１の金属電極２２１に接続され、配線４１２は第２の金属電極２２２に接続されている。また、第３の金属電極２２３には配線４１３が接続されている。例えば、配線４２１及び４１１を通じて第１の金属電極２２１に接地電位が供給される。
【００８２】
このような発電装置４００では、化合物半導体装置２００にレンズ４０１側から光又は電波のエネルギー源４５０が入射してくると、第１のナノワイヤ２３１や第２のナノワイヤ２３２を通じて発電が行われる。すなわち、発電装置４００は、光及び電波をハーベスティングすることができる。
【００８３】
基板２５１には、例えばＧａＰ等の可視光領域から赤外光領域に透明な材料を用いることが好ましい。また、化合物半導体装置２００の製造過程で、光吸収に影響を及ぼす基板上に第１のナノワイヤ２３１及び第２のナノワイヤ２３２を成長させた場合には、当該基板から剥離して、上記のような透明な材料の基板に貼り付けてもよい。
【００８４】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、第４の実施形態に係る発電装置４００を含む電源装置に関する。図９は、第５の実施形態に係る電源装置を示す回路図である。
【００８５】
第５の実施形態に係る電源装置５００は、電波５１１を受けて電力を生成する電力源５０１及び光５１２を受けて電力を生成する電力源５０２を有する。電力源５０１及び５０２は蓄電部５２０に接続されている。蓄電部５２０は、電力源５０１に接続されたキャパシタ５２１及び電力源５０２に接続されたキャパシタ５２２を有する。蓄電部５２０は、キャパシタ５２１と出力端子５３０との間に接続されたスイッチ５２３及びキャパシタ５２２と出力端子５３０との間に接続されたスイッチ５２４を有する。スイッチ５２３及び５２４は、出力端子５３０の接続先をキャパシタ５２１とキャパシタ５２２との間で切り替える。電力源５０１は、発電装置４００の配線４２１と配線４２２との間の部分を含む。電力源５０２は、発電装置４００の配線４２１と配線４１３との間の部分を含む。
【００８６】
電源装置５００は、電波発電素子として機能する電力源５０１により生成された電力をキャパシタ５２１に蓄電し、太陽電池として機能する電力源５０２により生成された電力をキャパシタ５２２に蓄電する。スイッチ５２３及び５２４は互いに排他的にオン／オフし、一方から出力端子５３０に電力が伝達される。例えば、出力端子５３０にはＩｏＴセンサが接続され、このＩｏＴセンサは電池等を用いることなく動作することができる。
【００８７】
なお、環境にもよるが、電力源５０１の発電量は１μＷ〜１０μＷ、電力源５０２の発電量は０．１ｍＷ〜１ｍＷであるため、キャパシタ５２２の容量がキャパシタ５２１の容量より大きいことが好ましい。
【００８８】
第５の実施形態では、電力源５０１及び５０２が同一のセンサ駆動電源となるが、これらが異なる用途に用いられてもよい。例えば、発電量の大きい電力源５０２により生成された電力を通信機器に供給するように構成してもよい。
【００８９】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００９０】
（付記１）
基板と、
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第１のナノワイヤセグメントと、前記第１のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメントと、を有する第１のナノワイヤと、
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第３のナノワイヤセグメントと、前記第３のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメントと、前記第４のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメントと、を有する第２のナノワイヤと、
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第１の金属電極と、
前記第２のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第２の金属電極と、
前記第５のナノワイヤセグメントに電気的に接続された第３の金属電極と、
を有し、
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがトンネル接合し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがトンネル接合することを特徴とする化合物半導体装置。
（付記２）
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントは同一の材料から構成され、
前記第２のナノワイヤセグメント及び前記第４のナノワイヤセグメントは同一の材料から構成されていることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
（付記３）
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがバックワードダイオードを構成し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがバックワードダイオードを構成し、
前記第４のナノワイヤセグメントと前記第５のナノワイヤセグメントとが順方向ダイオードを構成することを特徴とする付記１又は２に記載の化合物半導体装置。
（付記４）
前記基板の上方に形成され、第１導電型の第６のナノワイヤセグメントと、前記第６のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第７のナノワイヤセグメントと、前記第７のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第８のナノワイヤセグメントと、前記第８のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第９のナノワイヤセグメントと、前記第９のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第１０のナノワイヤセグメントと、を有する第３のナノワイヤと、
前記第１０のナノワイヤセグメントに接続された第４の金属電極と、
を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
（付記５）
前記第６のナノワイヤセグメントは、前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントと同一の材料から構成され、
前記第７のナノワイヤセグメントは、前記第２のナノワイヤセグメント及び前記第４のナノワイヤセグメントと同一の材料から構成され、
前記第８のナノワイヤセグメントは、前記第５のナノワイヤセグメントと同一の材料から構成され、
前記第９のナノワイヤセグメントのバンドギャップは前記第７のナノワイヤセグメントのバンドギャップと相違し、
前記第１０のナノワイヤセグメントのバンドギャップは前記第８のナノワイヤセグメントのバンドギャップと相違することを特徴とする付記４に記載の化合物半導体装置。
（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置と、
一方の端子が前記第１の金属電極に接続され、他方の端子が前記第２の金属電極に接続されたアンテナと、
前記第２のナノワイヤに集光するレンズと、
を有することを特徴とする発電装置。
（付記７）
前記基板が前記レンズの平坦面に貼り付けられていることを特徴とする付記６に記載の発電装置。
（付記８）
付記６又は７に記載の発電装置と、
前記第１のナノワイヤを含む第１の電力源に接続された第１のキャパシタと、
前記第２のナノワイヤを含む第２の電力源に接続された第２のキャパシタと、
出力端子の接続先を前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの間で切り替えるスイッチと、
を有することを特徴とする電源装置。
（付記９）
基板の上方に、第１導電型の第１のナノワイヤセグメント及び第１導電型の第３のナノワイヤセグメントを互いに離間して成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第２のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメント上の第２導電型の第４のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第４のナノワイヤセグメント上の第１導電型の第５のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第１の金属電極を形成する工程と、
前記第２のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第２の金属電極を形成する工程と、
前記第５のナノワイヤセグメントに電気的に接続される第３の金属電極を形成する工程と、
を有し、
前記第１のナノワイヤセグメントと前記第２のナノワイヤセグメントとがトンネル接合し、
前記第３のナノワイヤセグメントと前記第４のナノワイヤセグメントとがトンネル接合することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
（付記１０）
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第３のナノワイヤセグメントを同一の材料から構成し、
前記第２のナノワイヤセグメント及び前記第４のナノワイヤセグメントを同一の材料から構成することを特徴とする付記９に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００９１】
１００、２００、３００：化合物半導体装置
１０１〜１０５、２０１〜２０６、３０１〜３１０：ナノワイヤセグメント
１２１〜１２３、２２１〜２２３、３２１〜３２４：金属電極
１３１、１３２、２３１、２３２、３３１〜３３３：ナノワイヤ
１５１、２５１：基板
４００：発電装置
５００：電源装置
【図１】
2020021776.tif 000003
【図２】
2020021776.tif 000004
【図３】
2020021776.tif 000005
【図４】
2020021776.tif 000006
【図５Ａ】
2020021776.tif 000007
【図５Ｂ】
2020021776.tif 000008
【図５Ｃ】
2020021776.tif 000009
【図６】
2020021776.tif 000010
【図７Ａ】
2020021776.tif 000011
【図７Ｂ】
2020021776.tif 000012
【図７Ｃ】
2020021776.tif 000013
【図７Ｄ】
2020021776.tif 000014
【図８】
2020021776.tif 000015
【図９】
2020021776.tif 000016