(57)【要約】【課題】シリコンナノワイヤ、シリコンナノワイヤを含む半導体素子及びシリコンナノワイヤの製造方法を提供する。【解決手段】  （ａ）シリコン基板の表面に規則的に形成された複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝を形成させるステップと、（ｂ）基板上にナノワイヤ形成のための触媒作用を行う物質を塗布して金属層を形成させるステップと、（ｃ）金属層を加熱することによって、基板の表面の微細な溝内に金属層を凝集化して触媒を形成させるステップと、（ｄ）触媒と基板との間にナノワイヤを成長させるステップと、を含むシリコンナノワイヤの製造方法である。【選択図】図２
2006239857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シリコン基板の表面に規則的に形成された複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝を形成させ、前記基板内に第１型ドーパントでドーピングされた第１ドーピング領域及び前記第１ドーピング領域と前記基板表面との間に第２型ドーパントでドーピングされた第２ドーピング領域を形成させるステップと、
（ｂ）前記基板上にナノワイヤの形成のための触媒作用を行う物質を塗布して金属層を形成させるステップと、
（ｃ）前記金属層を加熱することによって、前記基板表面の微細な溝内に前記金属層を凝集化して触媒を形成させるステップと、
（ｄ）熱処理によって前記触媒と前記基板との間にナノワイヤを成長させるステップと、を含むことを特徴とするシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記（ａ）ステップは、
前記基板の表面を酸化してシリコン酸化層を形成させることによって微細な溝の構造を形成するステップと、
前記シリコン酸化層を除去することによって前記微細な溝の構造を露出させるステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記（ｂ）ステップの前記金属層は、遷移金属のうち少なくとも何れか一つを塗布することによって形成することを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記金属層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＦｅよりなる群から選らばれた少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項３に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記（ｄ）ステップは、工程温度及び雰囲気圧力を調節して、前記触媒と前記基板との間にナノワイヤを形成させることを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記（ｄ）ステップの前記熱処理は、前記触媒と前記基板との共融温度以上の温度で実施することを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記ナノワイヤを形成した後、酸化工程を実施して前記ナノワイヤの側部に酸化層を形成させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記第１型ドーパントは、ｐ型ドーパントであり、前記第２ドーパントは、ｎ型ドーパントであることを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記第１型ドーパントは、ｎ型ドーパントであり、前記第２型ドーパントは、ｐ型ドーパントであることを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１０】
前記（ｄ）ステップは、
前記ナノワイヤを成長させつつ、前記ナノワイヤに第１型ドーピング領域と第２型ドーピング領域とが接合したｐ−ｎ接合構造に形成させることを特徴とする請求項１に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
ナノワイヤにおいて、
第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域からなるｐ−ｎ接合構造を有し、
金属触媒が形成されたことを特徴とするシリコンナノワイヤ。
【請求項１２】
前記金属触媒は、遷移金属のうち少なくとも何れか一つの物質を含むことを特徴とする請求項１１に記載のシリコンナノワイヤ。
【請求項１３】
前記金属触媒は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＦｅよりなる群から選ばれた少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１２に記載のシリコンナノワイヤ。
【請求項１４】
表面の一部領域に複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝の構造を有する半導体基板と、
前記微細な溝構造内に形成され、前記基板の上方に延び、第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域が形成されたｐ−ｎ接合構造を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの端部に形成された金属触媒と、を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項１５】
前記マイクロキャビティ形態を含む微細な溝は、前記基板の表面に規則的な配列及び分布を有して形成されてなることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１６】
前記ナノワイヤの側部に形成された酸化層をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１７】
前記それぞれの微細な溝の構造から垂直方向に形成されたナノワイヤの間に形成された中間層をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１８】
前記金属触媒は、遷移金属のうち少なくとも何れか一つの物質を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【請求項１９】
前記金属触媒は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ及びＦｅよりなる群から選ばれた少なくとも一つの物質を含むことを特徴とする請求項１８に記載の半導体素子。
【請求項２０】
前記半導体基板の前記ナノワイヤが形成されていない領域に形成された第１電極及び前記ナノワイヤの上部に形成された第２電極を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンナノワイヤ、シリコンナノワイヤを含む半導体素子及びシリコンナノワイヤの製造方法に係り、さらに詳細には、シリコンナノワイヤを形成する場合、ナノワイヤ形成のための核生成領域のサイズ及びその分布を精密に制御したｐ−ｎ接合構造を含むナノワイヤ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ナノワイヤは、ナノ技術分野で広く研究されており、レーザのような光素子、トランジスタ及びメモリ素子などの多様な分野に広く応用されている次世代技術である。現在、ナノワイヤに使われる材料には、シリコン、亜鉛酸化物及び発光半導体であるガリウム窒化物などがある。現在、ナノワイヤの製造技術は、ナノワイヤの長さ及び幅を調節できるレベルまで発展している。
【０００３】
従来のナノ発光素子の場合、量子ドットまたは量子ドットを利用したナノ発光素子が使われている。量子ドットを使用した有機ＥＬ（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌｉｔｈｔ）の場合、放射再結合の効率は非常に高いが、キャリア注入効率が非常に低いという短所がある。量子ウェルを利用したＧａＮ  ＬＥＤの場合、放射再結合の効率及びキャリア注入効率が比較的高いが、一般的に使用するサファイア基板との結晶構造の差による欠陥が発生して、大面積のものを生産することが非常に難しく、製造コストも比較的高いという短所がある。しかし、ナノワイヤを利用したナノ発光素子の場合、放射再結合の効率が非常に高く、キャリア注入効率が比較的高い。また、その製造工程が簡単であり、基板とほぼ同じ結晶構造を有するように形成できて、大面積に形成させることが容易であるという長所がある。
【０００４】
図１Ａないし図１Ｄは、従来の技術によるナノワイヤの製造方法であるＶａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ（ＶＬＳ）方法を示す図面である。
【０００５】
図１Ａを参照すれば、まず、基板１１を設ける。基板１１は、広く使われるシリコン基板を利用する。
【０００６】
次いで、図１Ｂを参照すれば、基板１１上にＡｕのような金属を塗布して金属層１２を形成する。
【０００７】
次いで、図１Ｃを参照すれば、約５００℃で熱処理工程を実施すると、金属層１２の物質の凝集化が進んで触媒１３を形成する。このとき、形成された触媒１３は、それぞれそのサイズが一定でなく、ランダムなサイズを有する。
【０００８】
前述したように、触媒１３を形成させた後、図１Ｄに示されるように、触媒１３を核生成位置としてナノワイヤ１４を形成させる。ここで、ナノワイヤ１４は、前記触媒１３にシリコン水素化合物であるシラン（ＳｉＨ４）を供給して、触媒１３の位置において工程温度でシランのＳｉ元素の核生成を誘導して形成させる。シランを供給し続ければ、図１Ｄに示されるように、触媒１３の下部で連続的にナノワイヤを成長させることができる。
【０００９】
前述したように、ナノワイヤは、シランのような原料ガスの供給量を適切に調節することによって、所望の長さに容易に形成できる。しかし、ナノワイヤの成長は、触媒１３の直径及びその分布に制限されるので、ナノワイヤの正確な厚さ及びその分布は調節し難いという問題点がある。また、このようなナノワイヤドーピングは、供給ガスとドーピング物質を混合することによって可能であるが、ｐ−ｎ接合構造にすることができないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、シリコンナノワイヤの直径及び分布を調節して成長させ、結果的に精密なサイズ及び分布が調節されたｐ−ｎ接合構造を含むシリコンナノワイヤ、シリコンナノワイヤを含む半導体素子及びシリコンナノワイヤの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、（ａ）シリコン基板の表面に規則的に形成された複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝を形成させ、前記基板内に第１型ドーパントでドーピングされた第１ドーピング領域及び前記第１ドーピング領域と前記基板表面との間に第２型ドーパントでドーピングされた第２ドーピング領域を形成させるステップと、（ｂ）前記基板上にナノワイヤの形成のための触媒作用を行う物質を塗布して金属層を形成させるステップと、（ｃ）前記金属層を加熱することによって、前記基板表面の微細な溝内に前記金属層を凝集化して触媒を形成させるステップと、（ｄ）熱処理によって前記触媒と前記基板との間にナノワイヤを成長させるステップと、を含むことを特徴とするシリコンナノワイヤの製造方法、に関する。
【００１２】
また本発明は、ナノワイヤにおいて、第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域からなるｐ−ｎ接合構造を有し、金属触媒が形成されたことを特徴とするシリコンナノワイヤ、に関する。
【００１３】
さらに本発明は、表面の一部領域に複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝の構造を有する半導体基板と、前記微細な溝構造内に形成され、前記基板の上方に延び、第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域が形成されたｐ−ｎ接合構造を有するナノワイヤと、前記ナノワイヤの端部に形成された金属触媒と、を含むことを特徴とする半導体素子、に関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、そのサイズ及び分布の調節されたマイクロキャビティ形態を含む微細な溝が形成された基板上にナノワイヤを製造することによって、形成されるナノワイヤの幅及び分布を微細な溝の形態及び分布に限定して製造できる。
【００１５】
これを応用して、ナノワイヤ内にｐ−ｎ接合構造を非常に簡単に形成させ、放射再結合の効率が非常に高く、キャリア注入効率が比較的高いナノ発光素子や電子素子として使われるナノサイズのｐ−ｎ接合ダイオードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、前記課題を達成するために、（ａ）シリコン基板の表面に規則的に形成された複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝を形成させ、前記基板内に第１型ドーパントでドーピングされた第１ドーピング領域及び前記第１ドーピング領域と前記基板表面との間に第２型ドーパントでドーピングされた第２ドーピング領域を形成させるステップと、（ｂ）前記基板上にナノワイヤ形成のための触媒作用を行う物質を塗布して金属層を形成させるステップと、（ｃ）前記金属層を加熱することによって、前記基板表面の微細な溝内に前記金属層を凝集化して触媒を形成させるステップと、（ｄ）熱処理によって前記触媒と前記基板との間にナノワイヤを成長させるステップと、を含むシリコンナノワイヤの製造方法を提供する。
【００１７】
本発明において、前記（ａ）ステップは、前記基板表面を酸化してシリコン酸化層を形成させることによって微細な溝構造を形成するステップと、前記シリコン酸化層を除去することによって前記微細な溝の構造を露出させるステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明において、前記（ｂ）ステップの前記金属層は、遷移金属のうち少なくとも何れか一つを塗布して形成することが好ましい。
【００１９】
本発明において、前記金属層は、Ａｕ、Ｎｉ、ＴｉまたはＦｅのうち少なくとも何れか一つの物質を含むことが好ましい。
【００２０】
本発明において、前記（ｄ）ステップは、工程温度及び雰囲気圧力を調節して前記触媒と前記基板との間にナノワイヤを形成させることが好ましい。
【００２１】
本発明において、前記（ｄ）ステップの前記熱処理は、前記触媒及び前記基板の共融温度以上の温度で実施することが好ましい。
【００２２】
本発明において、前記ナノワイヤを形成した後、酸化工程を実施して前記ナノワイヤの側部に酸化層を形成させる工程をさらに含むことが好ましい。
【００２３】
本発明において、前記第１型ドーパントは、ｐ型ドーパントであり、前記第２ドーパントは、ｎ型ドーパントであることが好ましい。
【００２４】
本発明において、前記第１型ドーパントは、ｎ型ドーパントであり、前記第２型ドーパントは、ｐ型ドーパントであることが好ましい。
【００２５】
本発明において、前記（ｄ）ステップは、前記ナノワイヤを成長させつつ、前記ナノワイヤに第１型ドーピング領域及び第２型ドーピング領域が接合したｐ−ｎ接合構造に形成させることが好ましい。
【００２６】
また、本発明では、表面の一部領域に複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝構造を有する半導体基板と、前記微細な溝構造内に形成され、前記基板の上方に延び、第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域が形成されたｐ−ｎ接合構造を有するナノワイヤと、前記ナノワイヤの端部に形成された金属触媒と、を備える半導体素子を提供する。
【００２７】
本発明において、前記マイクロキャビティ形態を含む微細な溝は、前記基板の表面に規則的な配列及び分布を有して形成されたことが好ましい。
【００２８】
本発明において、前記ナノワイヤの側部に形成された酸化層をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
本発明において、前記それぞれの微細な溝構造から垂直方向に形成されたナノワイヤの間に形成されたフォトレジスト層をさらに備えることが好ましい。
【００３０】
本発明において、前記金属触媒は、遷移金属のうち少なくとも何れか一つの物質を含み、具体的に、Ａｕ、Ｎｉ、ＴｉまたはＦｅを使用することが好ましい。
【００３１】
本発明において、前記半導体基板は、前記ナノワイヤが形成されていない領域に形成された第１電極及び前記ナノワイヤの上部に形成された第２電極を含むことが好ましい。
【００３２】
また、本発明では、第１ドーピング領域及び第２ドーピング領域からなるｐ−ｎ接合構造を有し、その端部に金属触媒が形成されたナノワイヤを提供する。
【００３３】
以下、図面を参照して本発明によるシリコンナノワイヤ、シリコンナノワイヤを含む半導体素子及びその製造方法について詳細に説明する。但し、本発明の説明のために、図面ではその長さ及びサイズを誇張して示した。
【００３４】
まず、ｐ−ｎ接合構造を含むシリコンナノワイヤを形成するために、その前段階としてナノワイヤの構造及びその製造方法について説明する。図２は、本発明による半導体基板上に形成されたナノワイヤの構造を示す図面である。図２を参照すれば、基板２１表面には、複数のマイクロキャビティ形態を含む微細な溝（ｇｒｏｏｖｅ）が形成されている。そして、それぞれの微細な溝内には、垂直方向に成長したナノワイヤ２２を備えており、各ナノワイヤ２２の端部には、触媒２３が形成されている。ここで、基板２１の表面に形成された微細な溝の幅は、所望のサイズに形成されたものであり、微細な溝のサイズ及びその分布によって、基板２１上に形成されるナノワイヤ２２のサイズ及び分布が決定される。基板２１の表面にマイクロキャビティ形態を含む微細な溝を形成させる方法は、後述する製造工程で詳細に説明する。
【００３５】
図３Ａないし図３Ｄは、本発明によるナノワイヤの製造方法を示す図面である。
【００３６】
図３Ａを参照すれば、まず複数のマイクロキャビティ形態の微細な溝をその表面に含む基板３１を設ける。前記基板３１には、ｄの幅を有する複数の微細な溝が形成されている。このようなマイクロキャビティ形態を含む微細な溝の形成工程を説明すれば、次の通りである。
【００３７】
まず、シリコン基板３１のマイクロキャビティ形態の微細な溝が形成される面に乾式酸化工程を実施してシリコン基板の表面にシリコン酸化層（ＳｉＯ２）（図示せず）を形成させる。ここで、酸化工程は、酸素（Ｏ２）及び塩素（Ｃｌ２）ガス雰囲気下で乾式酸化工程によって行われ、工程チャンバ内の圧力を調節するために窒素（Ｎ２）をさらに加えることができる。この時の工程温度は、約１１５０℃の高温であり、長時間（数ないし数十時間）行われる。また、湿式酸化工程によってなされてもよい。工程チャンバ内の圧力は、酸素及び窒素によって決まり、塩素ガスは、酸素ガスに比べて低い割合で加えることができる。
【００３８】
ここで、塩素ガスは、乾式酸化工程の間に酸化率を増加させる。すなわち、塩素ガスは、シリコン酸化層と基板３１に該当するシリコン層との界面にける酸化体の反応や拡散を促進させる。また、前記塩素ガスは、酸化層にナトリウムをトラップ及び中和させ、シリコン層から金属性不純物及び積層欠陥（ｓｔａｃｋｉｎｇ  ｆａｕｌｔ）を除去する。臨界濃度を超えた塩素の存在は、ガス状態の酸化生成物の蓄積に基づく酸化層とシリコン層との間に付加的な相の形成をもたらし、これにより、酸化層とシリコン層との界面（ＳｉＯ２／Ｓｉ）をさらに粗くする。
【００３９】
したがって、塩素は、前記基板３１のシリコン酸化層とシリコン層との間の界面をさらに粗くして、さらに確実に微細な溝が得られるようにし、良質なシリコン酸化層の形成を可能にする。次いで、前記基板３１の表面のシリコン酸化層をエッチング工程によって除去すると、図３Ａに示されるように、マイクロキャビティ形態を含む微細な溝の構造が得られる。
【００４０】
図６Ａないし図６Ｄは、投入された塩素ガスの量による基材の表面のＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）イメージを示す。図６Ａないし図６Ｄは、それぞれ塩素を工程チャンバ内に０ｓｃｃｍ、８０ｓｃｃｍ、１６０ｓｃｃｍ及び２４０ｓｃｃｍの流量で投入した場合の写真であって、塩素の投入量が増加するほどその表面粗度が上昇して微細な溝の幅ｄが次第に広くなることが分かる。
【００４１】
図６Ｅは、塩素ガスを２４０ｓｃｃｍの流量で投入した後、基板の断面の表面粗度を測定したグラフである。中央領域と左右の断面とが歪んで表現されるが、比較的規則的な溝であって数ｎｍの粗度を有する微細な溝の表面が得られることを確認できる。すなわち、数ｎｍ間隔で形成された微細な溝がマイクロキャビティ構造を有するということが分かる。なお、微細な溝が、基板の表面に分布を有して形成されるとは、基板上に該溝が波動形態で分布することを意味する。
【００４２】
前述したように、基板３１上に規則的な配列を有するマイクロキャビティ形態の微細な溝を形成させた後、図３Ｂに示されるように、基板３１の上部に金属層３２を形成させる。このとき、金属層３２は、以後に成長させるナノワイヤの形成のための触媒の役割を担う材料を使用し、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅなどの遷移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）金属を使用できる。このとき、金属層３２は、ｎｍサイズで薄く形成され、その下部に形成された基板３１の表面形状に依存するけれども、ちょうど基板３１のように、金属層３２も比較的規則的な配列を有するマイクロキャビティを含む微細な溝の形態に形成される。
【００４３】
次いで、図３Ｃに示されるように、金属層３２に熱を加えて、金属層３２の凝集（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）化を誘導する。この時の加熱温度は、従来の技術で説明したように、約５００℃内外に維持すればよく、熱処理によって金属層３２を構成する物質は、基板３１の表面の微細な溝内で凝集してナノサイズの触媒３３構造を形成する。すなわち、初期に基板３１の表面に形成された微細な溝は、金属層３２が凝集して形成される触媒３３の位置及びサイズを制御するためのものである。これを通じて、触媒３３の形成領域が微細な溝によって限定され、微細な溝のサイズによって触媒３３のサイズも制御できる。
【００４４】
次いで、図３Ｄに示されるように、核生成領域として作用する触媒３３が形成される所に、ナノワイヤ３４を形成させる。ここで、ナノワイヤ３４は、共融温度（Ａｕの場合、約３６３℃）以上の温度で形成された触媒３３のあるところにおいて、基板３１の微細な溝内でＳｉ元素の核生成を誘導して形成させたものである。このとき、温度、雰囲気圧力及び時間を適切に調節すれば、ナノワイヤ３４の長さを所望の長さに成長させうる。例えば、温度範囲は、５００℃ないし１１００℃であり、圧力は、１００  Ｔｏｒｒないし常圧の範囲で調節可能である。
【００４５】
結果的に、基板３１の表面に所望のサイズのマイクロキャビティ形態の微細な溝を形成させることによってナノワイヤ３４の厚さを制御でき、比較的均質な幅に成長させうる。
【００４６】
そして、図３Ｅを参照すれば、ナノワイヤ３４の幅を調節するために、酸化工程をさらに実施できる。すなわち、ナノワイヤ３４を形成させた後、酸化工程を実施すれば、特に、ナノワイヤ３４の側部にシリコン酸化層３５の形成が促進されてナノワイヤ３４の厚さを調節できる。
【００４７】
次いで、前記図３Ａないし図３Ｅに説明したナノワイヤの製造工程を応用した本発明によるシリコンナノワイヤを含む半導体素子の製造工程について、図４Ａないし図４Ｄを参照して説明する。
【００４８】
図４Ａを参照すれば、マイクロキャビティ形態を含む微細な溝がその表面に形成された基板内にまず第１ドーピング層４１を形成させ、その上部に第２ドーピング層４２を形成させる。ここで、前記第１型ドーピング層４１がｐ型ドーパントをドーピングした領域であれば、第２型ドーピング層４２は、ｎ型ドーパントをドーピングした領域を意味し、逆に、第１ドーピング層４１がｎ型ドーパントをドーピングした領域であれば、第２ドーピング層４２は、ｐ型ドーパントをドーピングした領域を意味する。結果的に、微細な溝が形成された基板にｐ型及びｎ型ドーパントをそれぞれ異なる位置に注入して第１型ドーピング層４１及び第２型ドーピング層４２が形成されたということが分かる。
【００４９】
次いで、図４Ｂに示されるように、第２型ドーピング層４２の上に金属層４３を塗布する。ここで、金属層４３は、ナノワイヤの形成を促進する触媒物質を使用することが望ましく、具体的に、Ａｕ、Ｎｉ、ＴｉまたはＦｅなどの遷移金属を使用できる。
【００５０】
次いで、図４Ｃを参照すれば、約５００℃で熱処理を実施して、金属層４３の凝集化、凝結（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）化を促進してマイクロキャビティ形態を含む微細な溝内に触媒４４を形成させる。このとき、触媒４４は、微細な溝内に形成され、微細な溝の幅及びその形成領域の影響を受けて、触媒４４のサイズ及びその分布が限定される。
【００５１】
次いで、図４Ｄを参照すれば、微細な溝内に形成された触媒４４を共融温度以上に加熱することによって、基板４１のＳｉ元素が触媒４４の位置で核生成を誘導してナノワイヤを形成させる。例えば、温度は、通常、５００℃ないし１１００℃、好ましくは９００℃ないし１１００℃の範囲で工程を進める。このとき、第２ドーピング層４２のドーパントが触媒４４の下部に形成されるナノワイヤ領域に分布して第２型ナノワイヤ４２’を形成する。そして、持続的にナノワイヤを成長させれば、第１ドーピング層４１のドーパントが第２型ナノワイヤ４２’の下部領域に注入されつつ、第１型ナノワイヤ４１’が形成される。結果的に、ナノワイヤ自体にｐ−ｎ接合が形成される。
【００５２】
図５は、前述した図４Ａないし図４Ｄの工程によって製造されたｐ−ｎ接合が形成されたナノワイヤを含む半導体素子の実施形態を示す図面である。
【００５３】
図５を参照すれば、図４Ｄに示されるｐ−ｎ接合が形成されたナノワイヤに対して、中間層として、例えば、フォトレジストを塗布してフォトレジスト層５５を形成させた形態を有する。基板５１の一部領域に対して、図４Ａないし図４Ｄに示されるようなｐ−ｎ接合ナノワイヤを形成させ、さらに他の一部領域に第１電極５６を形成させた後、ナノワイヤの上部に第２電極５７を形成させたということが分かる。このような形態は、ナノワイヤを利用したナノ発光素子として使われ、従来の技術で説明したように、放射再結合の効率が非常に高く、キャリア注入効率が比較的高いという長所がある。
【００５４】
前述した説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、例えば、光素子、トランジスタ及びメモリ素子などのナノ技術分野に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】従来の技術によるナノワイヤの製造方法を示す図面である。
【図１Ｂ】従来の技術による半導体基板上に形成されたシリコンナノワイヤの製造方法を示す図面である。
【図１Ｃ】従来の技術によるナノワイヤの製造方法を示す図面である。
【図１Ｄ】従来の技術によるナノワイヤの製造方法を示す図面である。
【図２】本発明によるナノワイヤの構造を示す図面である。
【図３Ａ】本発明によるナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図３Ｂ】本発明によるナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図３Ｃ】本発明によるナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図３Ｄ】本発明によるナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図３Ｅ】前記図３Ａないし図３Ｄで製造したナノワイヤの直径を調節するための酸化工程をさらに実施した例を示す図面である。
【図４Ａ】本発明によるｐ−ｎ接合構造を含むナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図４Ｂ】本発明によるｐ−ｎ接合構造を含むナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図４Ｃ】本発明によるｐ−ｎ接合構造を含むナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図４Ｄ】本発明によるｐ−ｎ接合構造を含むナノワイヤの製造方法の一例を示す図面である。
【図５】前記図４Ａないし図４Ｄによって製造したｐ−ｎ接合構造のナノワイヤを含む半導体素子の構造の一例を示す図面である。
【図６Ａ】図３Ａに示したような微細表面構造が調節された基板を製造して、その表面に対して測定したＡＦＭイメージである。
【図６Ｂ】図３Ａに示したような微細表面構造が調節された基板を製造して、その表面に対して測定したＡＦＭイメージである。
【図６Ｃ】図３Ａに示したような微細表面構造が調節された基板を製造して、その表面に対して測定したＡＦＭイメージである。
【図６Ｄ】図３Ａに示したような微細表面構造が調節された基板を製造して、その表面に対して測定したＡＦＭイメージである。
【図６Ｅ】前記図６Ｄに示した試片の表面粗度を測定したグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
１１，２１，３１，５１  基板
１２，３２，４３  金属層
１３，２３，３３，４４，５４  触媒
１４，２２，３４  ナノワイヤ
３５  酸化層
４１  第１ドーピング層
４２  第２ドーピング層
４１’，５２  第１型ワイヤ
４２’，５３  第２型ワイヤ
５５  中間層
５６  第１電極
５７  第２電極。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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