(57)【要約】【課題】低次元ナノ構造を有し、大きさの制御が容易であり、発光特性に優れたシリコンナノワイヤおよびその製造方法を提供する。【解決手段】シリコンから形成されるコア部と、前記コア部を取り囲み、窒化シリコンから形成されるシェル部と、を備えることを特徴とするシリコンナノワイヤ、およびその製造方法である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンから形成されるコア部と、
前記コア部を取り囲み、窒化シリコンから形成されるシェル部と、
を備えることを特徴とする、シリコンナノワイヤ。
【請求項２】
前記コア部は、非晶質シリコンから形成され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。
【請求項３】
前記コア部は、結晶シリコンから形成され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。
【請求項４】
非晶質シリコンから、線状に形成されたコア部と、
前記コア部を取り囲み、窒化シリコンから形成されたシェル部と、
を備えることを特徴とする、シリコンナノワイヤ。
【請求項５】
前記シェル部は、Ｓｉ３Ｎｉ４から形成されることを特徴とする、請求項４に記載のシリコンナノワイヤ。
【請求項６】
酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを形成する工程と、
前記シリコンナノワイヤから前記酸化シリコンシェルを除去し、コア部のみを残す工程と、
窒化シリコンシェルを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
ウェットエッチングにより前記酸化シリコンシェルを除去することを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
ドライエッチングにより前記酸化シリコンシェルを除去することを特徴とする、請求項６に記載の製造方法。
【請求項９】
熱窒化法により窒化シリコンシェルを形成することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを、ＶＬＳメカニズムにより成長させることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを、ＳＬＳメカニズムにより成長させることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１２】
ＳＬＳメカニズムによる成長は、
シリコン基板上に数ないし数十ｎｍの直径を有する触媒金属粒子を形成する工程と、
前記シリコン基板を加熱して、前記触媒金属粒子がシリコンと共融合金状態を維持できるように、前記シリコン基板上にシリコンナノワイヤを成長させる工程と、
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の製造方法。
【請求項１３】
前記触媒金属粒子を形成する工程は、
シリコン基板上に触媒金属薄膜を形成する工程と、
前記シリコン基板をアニーリングして前記触媒金属を粒子化する工程と、
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の製造方法。
【請求項１４】
前記触媒金属は遷移金属であることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１５】
前記窒化シリコンシェルを形成する工程は、窒化シリコンシェルを前記シリコンナノワイヤの中心に向かって半径方向に成長させて、コア部の直径を小さくする工程を含むことを特徴とする、請求項６〜１４のいずれか１項に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１６】
前記窒化シリコンシェルを形成する工程は、前記シリコンナノワイヤが加熱される間、シリコンナノワイヤの周りにＮＨ３ガスを供給する工程を含むことを特徴とする、請求項６〜１４のいずれか１項に記載のシリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１７】
酸化シリコンシェルを有する非晶質シリコンナノワイヤを形成する工程と、
前記非晶質シリコンナノワイヤから前記酸化シリコンシェルを除去し、コア部のみを残す工程と、
熱窒化法を用いて窒化シリコンシェルを形成する工程と、
を含むことを特徴とする、非晶質シリコンナノワイヤの製造方法。
【請求項１８】
前記非晶質シリコンナノワイヤを形成する工程は、
シリコン基板上に遷移金属薄膜を形成する工程と、
前記シリコン基板をアニーリングして、前記遷移金属を数ないし数十ｎｍの直径に粒子化する工程と、
前記シリコン基板を加熱することによって、前記遷移金属粒子とシリコンとの共融合金状態を維持させつつ、前記シリコン基板上に非晶質シリコンナノワイヤを成長させる工程と、
を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記非晶質シリコンナノワイヤの成長は、前記シリコン基板を、９００℃ないし９９３℃に加熱することによってなされることを特徴とする、請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記窒化シリコンシェルを形成する工程は、窒化シリコンシェルを前記非晶質シリコンナノワイヤの中心に向かって半径方向に成長させて、コア部の直径を小さくする工程を含むことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記窒化シリコンシェルを形成する工程は、前記非晶質シリコンナノワイヤが加熱される間、シリコンナノワイヤの周りにＮＨ３ガスを供給する工程を含むことを特徴とする、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項２２】
非酸化性雰囲気下でシリコンナノワイヤを成長させる工程と、
非酸化性雰囲気下で前記シリコンナノワイヤ上に、熱窒化法を利用して窒化シリコンシェルを成長させる工程と、
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。
【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に係り、より詳細には、窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
１９９１年、カーボンナノチューブの構造について報告されて以来（非特許文献１参照）、１００ｎｍ以下のナノ構造を合成する方法および利用する方法についての研究が活発に進められてきた。ナノ構造は、単一成分の半導体（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂ）、ＩＩＩ族元素およびＶ族元素を含む化合物半導体（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ）、ＩＩ族元素およびＶＩ族元素を含む化合物半導体（ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ）、ならびに金属酸化物（ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２）などの無機材料から作られている。
【０００３】
これらの物質の中で、シリコンを基にしたナノ構造は、シリコンを用いたマイクロ電子工学の延長線として、多くの研究者たちの注目を集めている。純粋なシリコンから形成されたナノワイヤのバルク合成方法も報告されている。この方法には、レーザーアブレーションによる合成方法（非特許文献２参照）と、高温蒸発による合成方法（非特許文献３参照）などがある。これらの二つの方法は、共通してＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）メカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる。その他、金（Ａｕ）を触媒とし、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などのシラン系ガスをシリコンソースとして、ＶＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる方法もある。
【０００４】
図１Ａは、ＶＬＳメカニズムにより形成されたシリコンナノワイヤを示す。蒸気状態のシリコンが、触媒金属４０とシリコン基板２００との間の界面に供給されることによりシリコンナノワイヤ１００が形成され、シリコンナノワイヤ１００の表面に自然酸化物層が形成されることによって、シリコンコア部２０と酸化シリコン（ＳｉＯＸ）のシェル部３０とを有する構造のシリコンナノワイヤが提供される。
【０００５】
これと違って、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）などの触媒を用いて、別途のシリコンソースなしで、シリコン基板からＳＬＳ（Ｓｏｌｉｄ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）メカニズムによりシリコンナノワイヤは成長しうる。図１Ｂは、ＳＬＳメカニズムにより形成されたシリコンナノワイヤ１００の図である。微細液滴４２の上面にシリコンナノワイヤ１００が形成され、図１Ａと同様に、シリコンナノワイヤ１００の表面に自然酸化物層が形成されて、シリコンコア部２０とＳｉＯＸのシェル部３０とを有する構造のシリコンナノワイヤが提供される。
【０００６】
このようなシリコンナノワイヤは、実用的な応用技術の発展によって多様な分野で用いられうる。特許文献１では、シリコンナノワイヤを発光素子に利用する方法が開示されている。発光素子は、量子閉じ込め効果のためにシリコンナノ構造を利用する。すなわち、発光素子は、０次元粒子または１次元線のサイズが小さくなるほど、バンドギャップが大きくなって、短波長の光が放出される現象を利用するのである。
【特許文献１】特開平１０−３２６８８８号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ．Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ）１９９１，３５４，６５
【非特許文献２】Ｄ．Ｐ．Ｙｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｎ．１０５，（１９９８）４０３．
【非特許文献３】Ｄ．Ｐ．Ｙｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｌｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２（１９９８）３４５８．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
シリコンナノ構造を利用した発光素子の例は、図２Ａに示すように、結晶シリコン量子ドットが酸化シリコン（ＳｉＯ２）マトリックス内に分布した構造と、他の最近のものとして、図２Ｂに示すように、非晶質シリコン量子ドットが窒化シリコン（ＳｉＮＸ）マトリックス内に分布した構造とが挙げられる。
【０００８】
前者の構造は、結晶質シリコンの特性上、発光効率が１％未満と低く、また、電流の注入が難しいため、光発光方式のみに使用が制限される。これに比べて、後者の構造は、非晶質シリコン量子ドットの特性上、結晶質に比べて発光効率に優れており、電流が注入されうるため、電子発光（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）方式で使用されうる。しかし、これらの構造を利用して様々な波長の光を出す発光素子を得るためには、両方の構造中のシリコン量子ドットのサイズが、所望のサイズに制御されなければならない。しかし、その制御方法には、難しさが残っている。それゆえ、サイズの制御が容易である低次元ナノ構造が必要とされている。
【０００９】
本発明は、このような現状を鑑みてなされたものであって、低次元ナノ構造を有し、大きさの制御が容易であり、発光特性に優れたシリコンナノワイヤおよびその製造方法を提供するところにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、シリコンから形成されるコア部と、前記コア部を取り囲み、窒化シリコンから形成されるシェル部と、を備えることを特徴とするシリコンナノワイヤを提供する。
【００１１】
また、本発明は、酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを形成する工程と、前記シリコンナノワイヤから前記酸化シリコンシェルを除去しコア部のみを残す工程と、窒化シリコンシェルを形成する工程と、を含むことを特徴とする窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤの製造方法を提供する。
【００１２】
さらに、本発明は、酸化シリコンシェルを有する非晶質シリコンナノワイヤを形成する工程と、前記非晶質シリコンナノワイヤから前記酸化シリコンシェルを除去しコア部のみを残す工程と、熱窒化法を用いて窒化シリコンシェルを形成する工程と、を含む非晶質シリコンナノワイヤの製造方法を提供する。
【００１３】
またさらに、本発明は、非酸化性雰囲気下でシリコンナノワイヤを成長させる工程と、非酸化性雰囲気下で前記シリコンナノワイヤ上に、熱窒化法を利用して窒化シリコンシェルを成長させる工程と、を含むシリコンナノワイヤの製造方法を提供する。
【００１４】
前記コア部は、結晶質または非晶質シリコンから形成されうる。相対的に大きいバンドギャップを得るためには、前記コア部は非晶質シリコンから形成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の一側面によれば、酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを形成する工程と、前記シリコンナノワイヤから前記酸化シリコンシェルを除去しコア部のみを残す工程と、窒化シリコンシェルを形成する工程と、を含む。
【００１６】
ここで、前記酸化シリコンシェルは、主に自然酸化により形成されたものである。例えば酸素が除去された反応器のように、非酸化性雰囲気であらゆる工程が行われる場合には、シリコンナノワイヤが成長した後すぐに窒化シリコンシェルが形成されてもよい。
【００１７】
前記窒化シリコンシェルを形成する工程は、熱窒化法によることが好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。シリコンナノワイヤの有効径を制御するためには、窒化シリコンがシリコンナノワイヤの中心に向かって半径方向に成長していくことが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低次元ナノ構造を有し、大きさの制御が容易であり、発光特性に優れたシリコンナノワイヤおよびその製造方法が提供されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。各図面に示した同じ参照符号は同じ部材を表す。
【００２０】
図３は、酸化シリコンシェルを有する従来のシリコンナノワイヤを示すＳＥＭ写真である。シリコンナノワイヤは結晶質シリコンを含むコア部と酸化シリコンシェル部とを有する。前記酸化シリコンシェル部は、主に自然酸化により形成されるが、熱酸化法によっても形成されうる。酸化シリコンシェル部が成長すると、酸化シリコンはシリコンナノワイヤ表面で成長するが、酸化シリコンは半径方向だけでなく、中心方向にも向かって成長するためシリコンコア部の直径が小さくなる。しかし、酸化シリコンは非常に速く成長するため、酸化シリコンシェル部を利用してシリコンナノワイヤの直径を制御することはできない。
【００２１】
また、前記シリコンコア部と前記酸化シリコンシェル部との界面には、多くの欠陥が存在する。図３に示す構造のシリコンナノワイヤが発光素子に用いられる場合、光学的な損失が大きく、発光素子の発光効率が低下する場合がある。
【００２２】
図４は、本発明の一実施形態による、窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを示す図である。本発明の一実施形態によるシリコンナノワイヤは、線形構造の中心を構成するシリコンコア部２０と、前記シリコンコア部２０を取り囲む窒化シリコンシェル部５０と、を備える。前記シリコンコア部２０と窒化シリコンシェル部５０とを含む、シリコンナノワイヤの直径は、数ないし数十ｎｍが好ましく、前記シリコンコア部２０および前記窒化シリコンシェル部５０の厚さは、必要に応じて変わりうる。
【００２３】
前記シリコンコア部２０は、非晶質または結晶質シリコンから形成される。バルク状態である非晶質シリコンのバンドギャップは１．６ｅＶであって、結晶質シリコンのバンドギャップは１．１ｅＶである。シリコンナノワイヤの有効径、すなわち、前記シリコンコア部２０の直径が小さくなるほど、量子閉じ込め効果によりバンドギャップは大きくなり、この際、非晶質シリコンのバンドギャップが結晶質シリコンのバンドギャップより大きい傾向はそのまま維持される。したがって、本発明によるシリコンナノワイヤが発光素子に用いられる場合、非晶質シリコンから形成されたシリコンコア部２０は、短い波長の発光および電流の注入に有利である。
【００２４】
シリコンコア部２０と窒化シリコンシェル部５０との間の界面は、前記のシリコンと酸化シリコンとの間の界面に比べて相対的に欠陥が少ない。したがって、本発明によるシリコンナノワイヤは、発光素子に用いられる場合、光学的損失が少なく、発光効率が改良されうる。また、本発明によるシリコンナノワイヤの構造は、キャリア注入時のトンネル障壁が低いため、その構造が実用的な素子において容易に具現化されうる。
【００２５】
図５Ａないし図５Ｃは、本発明に係るシリコンナノワイヤの製造工程を示す概略図である。まず、図５Ａに示すように、シリコン基板２００上にシリコンナノワイヤ１００が形成される。前記シリコンナノワイヤ１００は、非酸化性雰囲気で形成された場合を除いては、シリコンコア部２０と酸化シリコンシェル部３０を有する。ここで、前記酸化シリコン部３０は、シリコンナノワイヤ１００の成長工程中に、またはその後に形成された自然酸化膜であるか、または熱酸化により形成された酸化膜でありうる。
【００２６】
結晶質または非晶質のシリコンナノワイヤ１００は、ＶＬＳメカニズムおよびＳＬＳメカニズムを含む当業者に公知の方法を用いて成長されうる。これにより、酸化シリコンシェル３０を有するシリコンナノワイヤ１００が作られる。
【００２７】
次いで、図５Ｂに示すように、前記シリコンナノワイヤ１００から前記酸化シリコンシェル部３０が除去される。酸化シリコンシェル部３０は、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより容易に除去できる。ウェットエッチングの場合、酸化シリコンシェル部３０は、ＨＦとＮＨ４Ｆとが約１：６または１：７で混合されたＢＯＥ（Ｂｕｆｆｅｒｅｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｔｃｈａｎｔ）と呼ばれるフッ化水素酸溶液中に浸すことによって除去される。この場合、２２〜３０℃の温度で約８００〜１０００Å／ｍｉｎのエッチング速度を示す。エッチング速度を減少させるためには、ＨＦ：ＮＨ４Ｆ＝１：１０の溶液を使用することができ、さらにエッチング速度を低下させるために、水が加えられうる。ドライエッチングの場合、プラズマエッチング法が使用されうる。ドライエッチングはエッチングの均一性の利点がある。酸化シリコンシェル３０が除去されると、シリコンコア部２０のみを有するシリコンナノワイヤ１０１が得られる。
【００２８】
次いで、図５Ｃに示すように、シリコンナノワイヤ１０１の表面上に窒化シリコンシェル５０を成長させる。窒化シリコンシェル５０は、熱窒化法、蒸着などの多様な方法により成長されうる。しかし、シリコンコア部２０の直径を制御するためには、前記窒化シリコンシェル５０が中心に向かって半径方向に成長させることが好ましい。一例として、本実施形態では、アンモニアガスを用いた熱窒化法により窒化シリコンシェル５０を成長させる。
【００２９】
熱窒化法は、ＮＨ３、Ｎ２、Ｎ、Ｎ＋およびＮ２＋イオン、ＮＯ、またはプラズマの多様な窒素（Ｎ２）源および熱を用いてシリコン表面を窒化させる方法をいう。本実施形態では、アンモニアガスを用いた熱窒化法を用いている。熱窒化法およびその効果は、たとえば、Ｒ．Ｈｅｃｋｉｎｇｂｏｔｔｏｍ、Ｒ．ＷｏｏｄらによるＳｕｒｆ．Ｓｃｉ．３６（１９７３）５９４、Ａ．ＧｌａｃｈａｎｔによるＳｕｒｆ．Ｓｃｉ．１６８（１９８６）６７２、Ｒ．ＷｏｌｋｏｗによるＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６０（１９８８）１０４９、Ｐｈ．ＡｖｏｕｒｉｓによるＪ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．９４（１９９０）２２４６、およびＭ．ＹｏｓｈｉｍｕｒａによるＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１４（１９９６）１０４８などの多くの文献により議論されている。
【００３０】
シリコンナノワイヤの表面の窒化は、次のような化学反応で起こる。
【００３１】
【化１】
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【００３２】
このような反応により形成された窒化シリコンシェル５０は、熱酸化により成長した酸化シリコンシェルよりも、成長速度が遅い。それゆえ、シリコンコア部２０の直径の制御が容易である。すなわち、シリコンコア部２０の直径がゆっくりと減少していくことによって、窒化シリコンシェル５０がシリコンナノワイヤ１５０の中心に向かって成長するため、所望の直径を有するシリコンコア部２０を有するシリコンナノワイヤ１５０が得られうる。
【００３３】
図６Ａないし図６Ｄは、ＳＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる工程を示す断面図である。本発明の一実施形態による酸化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを作るために、上記のような多様な方法が用いられる。ここでは、その例として、非晶質シリコンナノワイヤを成長させるためのＳＬＳメカニズムを説明する。
【００３４】
まず、図６Ａに示すように、シリコン基板２００の上面に触媒金属としてＮｉ薄膜が形成される。触媒金属としては、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｕなどの遷移金属が用いられうる。以下、本実施形態では、Ｎｉを例として説明するが、他の遷移金属触媒も使用されうる。次いで、前記シリコン基板２００が加熱される。所定温度に到達すれば、図６Ｂに示すように、粒子または微細液滴４２が形成される。微細液滴４２は、Ｎｉとシリコンとの共融合金である。次いで、図６Ｃおよび図６Ｄに示すように、高温の反応器内でシリコンナノワイヤ１００が成長する。
【００３５】
シリコン基板２００上のシリコンナノワイヤ１００の密度を制御するために、触媒金属粒子のサイズがアニーリングにより調節されうる。しかし、触媒金属粒子のサイズは、シリコン基板２００上に形成された触媒金属薄膜の厚さを制御するためにシリコン基板２００が加熱されている間、別途の熱処理工程なしに、制御されうる。
【００３６】
シリコン基板２００の表面の温度が約９３０℃に到達すると、Ｎｉおよびシリコンの共融合金の微細液滴４２が形成される。Ｎｉ−シリコン合金の共融点は、約９９３℃であるが、粒子が非常に小さく共融点が低下するため、Ｎｉ及びシリコンの共融合金は９３０℃で溶ける。もし、しばらくの間、９３０℃ないし９９３℃の温度が維持されれば、微細液滴４２とシリコン基板２００との界面で多くのシリコン原子が、固体状態である基板から液体状態である微細液滴４２に広がる。また、微細液滴４２の界面の反対側では、溶融溶液が過飽和状態に至るため、シリコンナノワイヤ１００が成長する。この時、アルゴン、Ｎ２などの不活性のキャリアガスを用いて微細液滴４２の表面を過冷却させれば、非晶質のシリコンナノワイヤが得られうる。上記のように、大きいバンドギャップを有する発光素子は、結晶質シリコンを用いるよりも非晶質シリコンを用いて得られうる。また、結晶質シリコンナノワイヤは、ＣまたはＷＯ３などの補助物質を共融液に添加すれば得られうる。
【００３７】
図７は、図６Ａないし図６Ｄの工程を経て成長したシリコンナノワイヤを示す写真である。図６Ａないし図６Ｄの工程を経て成長したシリコンナノワイヤの表面には、成長工程中に、またはシリコンナノワイヤの成長後に酸化膜が形成される。酸化膜は、酸素とシリコンが接触することにより形成された酸化シリコンシェルであり、酸化は、高温でさらに促進されうる。それゆえ、酸化シリコンを除去する工程は、非酸化性雰囲気でシリコンナノワイヤを成長させる工程、および窒化シリコンシェルを形成する工程の間を除いて、必要とされる。したがって、酸化シリコンを除去する工程は、シリコンナノワイヤを形成する工程と窒化シリコンシェルを形成する工程との間に必要である。
【００３８】
図８は、熱窒化法により成長させた窒化シリコンシェルを示す断面図である。図８に示すように、窒化シリコンシェル５０は、シリコンナノワイヤの半径方向に、内側と外側との両方に向けて同時に成長する。すなわち、窒化シリコンシェル５０が成長するほど、シリコンコア部２０の直径が小さくなる。しかも、熱窒化法による窒化シリコンの成長速度は、熱酸化法による酸化シリコンの成長速度に比べて遅い。そのため、シリコンコア部２０の直径の制御が容易であり、これは、量子閉じ込め効果を用いて様々な波長の光を発光できるシリコンナノワイヤの製造が可能であるということを意味する。前記シリコンコア部２０が非晶質シリコンから形成される場合、有機ＥＬ素子も製造可能である。
【００３９】
また、前記シリコンコア部２０と窒化シリコン表皮５０との界面２５は、シリコンコア部と酸化シリコンシェルとの界面に比べて欠陥が少ない。したがって、本発明の一実施形態による、窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを発光素子に適用する場合、相対的に高い発光効率が得られ、その他の光学的損失は低減されうる。
【００４０】
以上、本発明による好ましい実施形態を説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、特許請求の範囲で定義された本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態および詳細における多様な変形が可能であるということが、当業者によって容易に理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、例えば、発光素子に関連した技術分野に好適に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】ＶＬＳメカニズムにより形成されたシリコンナノワイヤを示す概略図である。
【図１Ｂ】ＳＬＳメカニズムにより形成されたシリコンナノワイヤを示す概略図である。
【図２Ａ】結晶質シリコン量子ドットが酸化シリコン（ＳｉＯ２）マトリックス中に分布した構造を示す概略図である。
【図２Ｂ】非晶質シリコン量子ドットが窒化シリコン（ＳｉＮＸ）マトリックス中に分布した構造を示す概略図である。
【図３】酸化シリコンシェルを有する従来のシリコンナノワイヤを示す写真である。
【図４】本発明の一実施形態による窒化シリコンシェルを有するシリコンナノワイヤを示す図面である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるシリコンナノワイヤの製造方法を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態によるシリコンナノワイヤの製造方法を示す概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態によるシリコンナノワイヤの製造方法を示す概略図である。
【図６Ａ】ＳＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる工程を示す概略図である。
【図６Ｂ】ＳＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる工程を示す概略図である。
【図６Ｃ】ＳＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる工程を示す概略図である。
【図６Ｄ】ＳＬＳメカニズムによりシリコンナノワイヤを成長させる工程を示す概略図である。
【図７】図６Ａないし図６Ｄの工程を経て成長したシリコンナノワイヤのＳＥＭ写真である。
【図８】熱窒化法により形成された窒化シリコンシェルを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２０    シリコンコア部、
２５    界面、
３０    酸化シリコンシェル、
４０    触媒金属、
４２    微細液滴、
５０    窒化シリコンシェル、
１００、１０１、１５０    シリコンナノワイヤ、
２００    シリコン基板。
【図１Ａ】
2006225258.tif 000004
【図１Ｂ】
2006225258.tif 000005
【図２Ａ】
2006225258.tif 000006
【図２Ｂ】
2006225258.tif 000007
【図４】
2006225258.tif 000008
【図５Ａ】
2006225258.tif 000009
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2006225258.tif 000011
【図６Ａ】
2006225258.tif 000012
【図６Ｂ】
2006225258.tif 000013
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
2006225258.tif 000015
【図８】
2006225258.tif 000016
【図３】
2006225258.tif 000017
【図７】
2006225258.tif 000018