(57)【要約】  所望のワイヤ径（ｄ）を有する半導体ナノワイヤ群（１０）を製作する方法は、少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤは所望のワイヤ径（ｄ）よりも大きいワイヤ径（ｄ’）を有する、予め製作された半導体ナノワイヤ群（１０’）を提供する工程と、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ（１０’）のワイヤ径をエッチングによって小さくする工程とを備え、このエッチングは少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ（１０’）によって吸収される光によって誘起され、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが所望のワイヤ径（ｄ）に達したときに、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの吸収がかなり小さくなるように、この光のスペクトルが選択される。電子デバイス（１００）は、所望のワイヤ径（ｄ）を有するナノワイヤ群（１０）を備えてもよい。装置（２９）は本発明による方法を実行するのに使用され得る。
2007525830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望のワイヤ径を有する半導体ナノワイヤ群を製作する方法であって、
少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤは前記所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有する、予め製作された半導体ナノワイヤ群を提供する工程と、
前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの前記ワイヤ径をエッチングによって小さくする工程とを備え、前記エッチングは前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤによって吸収される電磁放射によって誘起され、前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが前記所望のワイヤ径に達したときに、前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの前記吸収がかなり小さくなるように前記電磁放射の最小波長が選択される方法。
【請求項２】
前記エッチングを誘起する前記電磁放射と前記最小波長よりも短い波長の電磁放射とを放出する放射源が使用され、
前記放射源によって放出される前記電磁放射は前記最小波長よりも短い波長の電磁放射を大きく減少させるためにスペクトル・フィルタリングされる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ワイヤ径を小さくする前記工程以前では実質的にすべての前記予め製作された半導体ナノワイヤは前記所望のワイヤ径以上の直径を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング処理を誘起する光はある軸に沿って直線偏光している請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記エッチング処理を誘起する光は、第１の軸に沿って直線偏光された第１の成分と、前記第１の軸とゼロよりも大きい角度をなす第２の軸に沿って直線偏光された第２の成分とを有する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１成分は第１の最小波長を含む第１のスペクトルを有し、前記第２成分は前記第１の最小波長と異なる第２の最小波長を含む第２のスペクトルを有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１成分は第１の強度を有し、前記第２成分は前記第１の強度と異なる第２の強度を有する請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記所望のワイヤ径はゼロを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
所望のワイヤ径がゼロの複数のナノワイヤのエッチングを誘起する光は直線偏光されている請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤは基板によって支持される請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は導電体を備え、前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤは前記導電体に電気的に導通された状態で接続される請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板は、前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤを支持する部分と、前記部分とは別の部分とによって構成される表面を有し、少なくとも前記他の部分はエッチングに耐性である請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、エッチングに耐性のない第１層とエッチングに耐性がある第２層とを備え、前記第２層は前記表面の前記他の部分を構成する請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２層は化学結合によって前記第１層に接続される請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２層は、アルキルトリエトキシシロキサン及びアルキルトリメトキシシロキサンから選択される１種又は複数種の材料から構成される請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤを提供する前記工程は、
前記基板を提供する副工程を備え、前記基板の表面はエッチング可能であり、前記工程はさらに、
前記基板の前記表面上で複数の半導体ナノワイヤを成長させる副工程を備え、前記成長された複数の半導体ナノワイヤは前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤであり、
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤを提供する前記工程の後で、エッチングによって前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの前記ワイヤ径を小さくする前記工程の前に、前記基板の露出された表面がエッチング耐性層で覆われる請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤは前記表面全体にわたって分散され、前記表面の第１部分は前記エッチング処理を誘起する光によって照射され、前記表面の第２部分の予め製作された複数の半導体ナノワイヤはエッチングされない請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤは前記表面全体にわたって分散され、前記表面の第１部分は第１の光強度で照射され、前記表面の前記第１部分とは別の前記表面の第２部分は前記第１の光強度よりも小さい第２の光強度で照射される請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記予め製作された複数の半導体ナノワイヤは前記表面全体にわたって分散され、前記表面の第１部分は第１の最小波長を有する光によって照射され、前記表面の第２部分は前記第１の最小波長と異なる第２の最小波長を有する光によって照射される請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
所望のワイヤ径を有し、それぞれ第１導体及び第２導体に電気的に接続されるナノワイヤ群を備える電子デバイスを製造する方法であって、
請求項１〜１９のいずれかの方法に従って前記所望のワイヤ径を有する前記半導体ナノワイヤ群を製作する工程と、
前記ナノワイヤ群を第１導体及び第２導体に電気的に接触させる工程とを備える方法。
【請求項２１】
それぞれ第１のワイヤ径を有する第１のナノワイヤ副群と、それぞれ前記第１のワイヤ径と異なる第２のワイヤ径を有する第２のナノワイヤ副群とを備える半導体ナノワイヤ群を備える電子デバイスであって、前記第１副群の前記ナノワイヤは基板の第１部分に付着され、前記第２副群の前記ナノワイヤは前記第１部分とは別の前記基板の第２部分に付着される電子デバイス。
【請求項２２】
前記第１副群の前記ナノワイヤは導体に電気的に接続され、前記第２副群の前記ナノワイヤは別の導体に電気的に接続され、前記導体は前記別の導体から電気的に絶縁される請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２３】
前記複数のナノワイヤは、ｐ−ｎ接合部を形成するｐ型にドープされた部分及びｎ型にドープされた部分を備える、請求項２１に記載の電子デバイス。
【請求項２４】
前記ｎ型にドープされた部分は前記ｐ−ｎ接合部までの第１の距離を有する第１導体に電気的に接続され、前記ｐ型にドープされた部分は前記第１の距離よりも短い前記ｐ−ｎ接合部までの第２の距離を有する第２導体に電気的に接続される請求項２３に記載の電子デバイス。
【請求項２５】
前記ｎ型にドープされた部分のワイヤ径は前記ｐ型にドープされた部分のワイヤ径よりも大きい、請求項２３又は２４に記載の電子デバイス。
【請求項２６】
複数のナノワイヤを光誘起エッチングする装置であって、
前記複数のナノワイヤの前記エッチングを誘起する光を放出する光源と、
前記エッチング中に前記複数のナノワイヤによって放出される光信号を監視する監視ユニットとを備え、前記光信号は前記複数のナノワイヤの前記ワイヤ径を示す装置。
【請求項２７】
前記監視ユニットによって監視される前記光信号に応じて前記光源を制御するシステム制御ユニットをさらに備える請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記エッチングを誘起する前記光を偏光させる偏光子をさらに備える請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記エッチングを誘起する前記光の偏光を回転させる光学素子をさらに備える請求項２６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は所望のワイヤ径を有する半導体ナノワイヤ群を製作する方法及び装置に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、ナノワイヤ群を備える電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許出願第Ａ１−２００２／０１３０３１１号は、所望のワイヤ径を有する半導体ナノワイヤ群を製作する方法の実施形態を開示している。ナノワイヤは準１次元の導体又は半導体である。ナノワイヤは、長手方向軸に沿って延び、この長手方向軸に沿った長さが数百ナノメートル以下〜数百マイクロメートル以上のものである。長手方向軸に直交するナノワイヤのワイヤ径は以下で説明する量子閉じ込め効果につながるものであり、典型的には、数百ナノメートル未満である。ワイヤ径は、１００ｎｍ未満とすることができ、例えば２〜２０又は５０ｎｍの範囲とし得る。長手方向軸に直交する寸法が比較的小さいため、電子及び正孔などの電荷キャリアは、長手方向軸に直交して、すなわち半径方向に閉じ込められる。その結果、これらの電荷キャリアはワイヤ径によって決まる離散的な量子力学エネルギー・レベルを有する。これに対して、長手方向軸に沿った寸法が比較的大きいため、電荷キャリアはワイヤ長の関数としての離散的な量子力学エネルギー・レベル内に閉じ込められない。
【０００４】
既知の方法では、ＧａＰナノワイヤはレーザ触媒成長（ＬＣＧ）プロセスによって成長され、すなわち、固体ＧａＰターゲットのレーザ・アブレーションによってＧａ及びＰの反応物が生成される。ＧａＰターゲットは比較的少量の金を備え、この金がナノワイヤを成長させる触媒として働く。このように得られたナノワイヤの直径は、比較的、明確には定義されない。或いは、ターゲットには触媒がないことがあり、反応物は金ナノクラスタ触媒作用によってナノワイヤ構造体中に向けられることがある。そのために、ナノドットとも呼ばれる、ＳｉＯ２基板によって支持された触媒ナノクラスタが用いられることがある。反応物及び金ナノドットは蒸気−液体−固体（ＶＬＳ）成長メカニズムによってナノワイヤを生成する。所望の直径を有するワイヤを成長させるために、所望のワイヤ径に類似のサイズを有するナノドットが用いられる。このようにして成長されたナノワイヤは、平均して、ナノドットの平均サイズによって決まるワイヤ径を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
既知の方法の欠点は、ワイヤ径が良好に制御されない、すなわち、ナノワイヤの少なくとも１つが、しばしば所望のワイヤ径にならないことである。既知の方法では、所望のワイヤ径に類似のサイズを有し、基板によって支持されたナノドットが必要とされる。不適切な直径を有する１つ又は複数のナノドットが誤って用いられると、所望のワイヤ径と異なるワイヤ径を有する１つ又は複数のナノワイヤが得られる。さらに、比較的高温を必要とするＶＬＳ成長中に、ナノドットの１つ又は複数が基板から離れ、１つ又は複数の他のナノドットとクラスタを作ることがある。得られたナノドットのクラスタから、単一のナノドットのサイズではなく、ナノドットのクラスタのサイズによって決まる直径のナノワイヤが成長し、そのため、所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径のナノワイヤを生成する。この望まれないクラスタ化を少なくし、且つ理想的にはなくすために、触媒ナノ粒子の、従ってナノワイヤの密度を比較的低くしなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、ワイヤ径が比較的良好に制御された半導体ナノワイヤ群を製作する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、独立請求項によって定義される。従属請求項は、有利な実施形態を定義する。
【０００８】
本発明によれば、この目的は、少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤは所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有する、予め製作された半導体ナノワイヤ群を提供する工程と、前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤのワイヤ径をエッチングによって小さくする工程とを備え、前記エッチングは前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤによって吸収される電磁放射によって誘起され、前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが所望のワイヤ径に達したときに前記少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの吸収がかなり小さくなるように前記電磁放射の最小波長が選択される方法において実現される。
【０００９】
所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有する少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤのワイヤ径を小さくするために、この予め製作された半導体ナノワイヤ群は電磁放射によって誘起されるエッチング処理にかけられる。例えば米国特許第４５１８４５６号で知られている電磁放射によって誘起されるエッチング処理は、エッチングされるべき半導体物体が、例えばＨ３ＰＯ４又はＨＣｌなどの、例えば水溶液中に置かれる方法である。物体がこの溶液に接触している間に、この物体のエッチングされるべき部分は電磁放射によって照明される。この電磁放射は、人間の目に見えるものとしてもよいし、見えなくてもよく、本願の残りの部分では単に「光」と呼ばれる。この光は、エッチングされるべき物体によって少なくとも部分的に吸収され、それによって電子及び正孔を生成する。これらの光によって生成される電荷キャリア、すなわち電子及び／又は正孔は、その後拡散し、物体と溶液の界面で化学反応を誘起する。当技術分野ではフォトエッチングとも呼ばれるこれらの化学反応の途中で、ナノワイヤの原子がイオン化され、溶液中で溶解されることがある。これらの原子のイオン化は、例えば正孔などの、光によって生成される電荷キャリアによって誘起されることがある。このように生成されたイオンを溶解するプロセスは、これらのイオンと溶液中のイオンとを組み合わせる必要があり得る。これら後者のイオンは、例えば電子などの、光によって生成される電荷キャリアによって誘起されることがある。フッ素含有溶液中のＩｎＰの場合、６つの正孔が、ＩｎＰからＩｎ３＋及びＰ３＋を形成し得る。これらの正イオンは、Ｆ２と２つの電子が反応して２Ｆ−が得られることによって形成されることがある負のフッ素イオンＦ−と組み合わされることがある。他のナノワイヤ組成に対して当技術分野で知られている類似のプロセスが用いられることがある。
【００１０】
本願では、「半導体」という用語は、例えば上記で説明されたやり方でエッチングを誘起する光によって電子−正孔対が生成されることがあるクラスの材料を指す。そうでないことを断らない限り、本願の残りの部分では、「ナノワイヤ」という用語は半導体ナノワイヤを意味する。
【００１１】
上記で説明されたように、エッチングは予め製作されたナノワイヤによる光の吸収を必要とする。量子力学的な閉込めのために、光によって生成される電子及び正孔に利用可能な量子力学エネルギー・レベルはワイヤ径に依存する。ワイヤ径が小さくなると、これらのレベルの間隔、すなわち、バンド・ギャップとも呼ばれる伝導帯と価電子帯の間隔が大きくなり、それに対応して、電子−正孔対を生成するのにより大きなエネルギーが必要とされる。
【００１２】
所与の波長λを有する光が用いられる場合、光子のエネルギーがもはや電子−正孔対を生成するのに十分でないあるワイヤ径がある。その結果、エッチング効率は大きく低下する。エッチング・プロセスは事実上停止し、すなわち、エッチング処理は自己停止する。光のスペクトルを選択することによって、特に、残りの部分ではスペクトルの最小波長と呼ばれる最も短い波長を選択することによって、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが所望のワイヤ径になったときにエッチング処理が自己停止することが実現されることがある。この自己停止のために、得られる半導体ナノワイヤ群において、ワイヤ径が比較的良好に制御される。この方法は、既知の方法でワイヤ径を制御するのに用いられるナノドットのサイズにワイヤ径が依存しないという、さらなる利点を有する。従って、本発明に従ってナノワイヤをエッチングした後では、ナノドットのサイズは重要でなくなり、ナノドットの偶発的なクラスタ化により、所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有するナノワイヤが生じることはない。
【００１３】
所望のワイヤ径はそれぞれ、ある波長に対応し、その値は、ナノワイヤの化学的な組成に依存する。一般に当てはまることは、ワイヤ径が小さいほど、必要とされる光の波長が短いことである。最小波長が所望のワイヤ径に対応すると仮定すれば、単一波長の光の代わりに、それぞれ異なる波長を有するいくつかのスペクトル成分を備える光が用いられることがある。すなわち、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが所望のワイヤ径に達したときに、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの吸収がかなり小さくなるように光のスペクトルが選択される。
【００１４】
ナノワイヤの場合には、先に論じたように、光によって生成される電子及び正孔に利用可能な量子力学エネルギー・レベルはワイヤ長に依存しない。従って本発明による方法は、ワイヤ長に無関係にあらゆるナノワイヤに対して有効である。
【００１５】
Ｄ．Ｔａｌａｐｉｎ等、「Ｅｔｃｈｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  ＩｎＰ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ｆｌｕｏｒｉｄｅｓ：ｐｈｏｔｏｃｈｍｉｃａｌ  ｎａｔｕｒｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｂ、２００２、第１０６巻、１２６５９〜１２６６３頁の論文から、５．２ｎｍ以下のサイズを有するナノドットがエッチングされることがあることが知られている。この論文によれば、エッチングは、ナノドットによって吸収される光によって誘起される。ナノドットが所望のサイズに達したときにナノドットの吸収がかなり小さくなるように光のスペクトルが選択される。
【００１６】
ナノドットの場合には、先に論じたように、光によって生成される電子及び正孔に利用可能な量子力学エネルギー・レベルは、ナノドットのサイズ、すなわち、３方向すべての寸法に依存する。これに対して、本発明による方法は、これら３つの寸法の１つ、すなわち、ワイヤ長と無関係である。従って、Ｔａｌａｐｉｎの論文による方法は、ワイヤ長が独立なナノワイヤには有効ではない。
【００１７】
このように提供される予め製作されたナノワイヤは、ＬＣＧ法又はＶＬＳ法など、ナノワイヤを製造する任意の既知の方法によって得られてもよい。或いは、ナノワイヤは、例えば単結晶からナノワイヤをエッチングすることによって得られてもよい。
【００１８】
これらの予め製作されたナノワイヤは、基板に付着されるか、又は液体溶液中に分散されるか、或いは、基板上にばらばらに置かれてもよい。
【００１９】
これらのナノワイヤ群は１つ又は複数のナノワイヤを備えてもよい。
【００２０】
所望のワイヤ径は１種類の直径とすることもあるし、或いは、これらのナノワイヤ群が２つ以上のナノワイヤを備えるときには、所望のワイヤ径は、それぞれのナノワイヤについていくつかのワイヤ径になってもよい。
【００２１】
これらのナノワイヤ群は基板上又は溶液中に備えられるナノワイヤから選択したものを備えてもよい。
【００２２】
これらのナノワイヤは均質な組成のものとすることができ、すなわち、これらのナノワイヤはワイヤ径及びワイヤ長の関数として同じ化学組成を有し得る。或いは、一部又は全部のナノワイヤは異質な組成のものとすることができ、すなわち、一部又は全部のナノワイヤはワイヤ径及び／又はワイヤ長の関数である化学組成を有し得る。ワイヤ径及び／又はワイヤ長に依存する半導体ナノワイヤのドープのために、この化学組成が変化してもよい。
【００２３】
本願では、「ナノワイヤ」という用語は、中実コアのナノワイヤ及び中空コアのナノワイヤをともに指す。後者は、当技術分野ではナノチューブとも呼ばれる。また、電子及び正孔などの後者のタイプのナノワイヤの電荷キャリアは、長手方向軸に直交する寸法が比較的小さいために、長手方向軸に直交して、すなわち、半径方向に閉じ込められる。その結果、これらの電荷キャリアは主にこのタイプのナノワイヤを定義するコアの厚さによって決まる離散的な量子力学エネルギー・レベルを有する。長手方向軸に沿った寸法が比較的大きいために、これらの電荷キャリアは、中実コアのナノワイヤと同様に、ワイヤ長の関数としての離散的な量子力学エネルギー・レベル内には閉じ込められない。ナノワイヤが中空コアを有する場合、ワイヤ径をコアの厚さと称する。このコアの厚さは、ワイヤ外形とワイヤ内径の差、すなわち中空部分の直径である。
【００２４】
ある実施形態では、エッチングを誘起する電磁放射と、これに加えて、最小波長よりも短い波長の電磁放射も放出する放射源が使用される。この放射源によって放出される電磁放射は、最小波長よりも短い波長の電磁放射を大きく減少させるためにスペクトル・フィルタリングされる。最小波長よりも短い波長を有するこの後者の電磁放射は、所望のワイヤ径を有する予め製作された半導体ナノワイヤのエッチングを誘起する可能性があり、すなわちこの後者の電磁放射は、エッチング・プロセスが所望のワイヤ径のところで停止する波長よりも短い波長を有する。予め製作されたナノワイヤに電磁放射を方向づける前に、放射源によって放出された電磁放射は、最小波長よりも短い波長の電磁放射を大きく減少させるためにスペクトル・フィルタリングされる。こうすると、所望のワイヤ径を有する予め製作された半導体ナノワイヤのエッチングが大きく減少し、好ましくは事実上なくなる。本願では、「光源」という用語は、「放射源」という用語と同義に用いられる。「光源」という用語は、可視電磁放射を放出する放射源に限定されず、人間の目に不可視の電磁放射を放出する放射源を含み得る。
【００２５】
ある実施形態では、予め製作された半導体ナノワイヤは、ワイヤ径を小さくする工程の前は、所望のワイヤ径以上の直径を有する。ワイヤ径を小さくする工程中に、所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有する予め製作されたナノワイヤは、それらが所望のワイヤ径になるまでエッチングされる。こうすると、スペクトルに含まれる最小波長によって決まる同じ所望のワイヤ径を実質的に有するナノワイヤ群が得られる。ナノワイヤのバンド・ギャップは光誘起エッチングの停止に直接関係するので、この群の実質的にすべてのナノワイヤは、スペクトルに含まれる最小波長によって決まる同じバンド・ギャップを有する。
【００２６】
エッチング処理を誘起する光は、ある軸に沿って直線偏光されたものとし得る。一般に、半導体ナノワイヤによる光の吸収は偏光選択性である。ナノワイヤの長手方向軸に平行に偏光された光は、この軸に直交して偏光された光よりもナノワイヤによってはるかに効率よく吸収される。この差は、半導体ナノワイヤを取り囲む媒質が半導体ナノワイヤの誘電率と異なる誘電率を有するときに特に大きい。直線偏光された光を使用することによって、エッチングの効率はナノワイヤの向きに依存することになり、この軸に平行な向きのナノワイヤは相対的に効率よくエッチングされ、この軸に直交する向きのナノワイヤは相対的に非効率にエッチングされる。長手方向軸の向きが偏光軸に平行でもなく、直交もしていない中間のナノワイヤは、長手方向軸と偏光軸との角度の関数である中間のエッチング効率でエッチングされる。このようにして、ワイヤ径が向きに依存するナノワイヤ群が得られることがある。
【００２７】
エッチング処理を誘起する光は、第１の軸に沿って直線偏光された第１の成分と、第１の軸とゼロよりも大きい角度をなす第２の軸に沿って直線偏光された第２の成分とを備えてもよい。こうすると、第１軸に平行な向きのナノワイヤを第２軸に平行な向きのナノワイヤと異なるやり方でエッチングすることが可能である。第１軸は、第２軸に直交してよい。そのために、これら２つの成分の分光特性及び／又は強度が調節されてもよい。第１成分及び第２成分は、同時に、又は順に、すなわち次々に提供されてよい。或いは、第１成分及び第２成分は部分的に同時に提供され、すなわち、ある期間は両方の成分が合わせて提供され、別の期間には、これら２つの成分の一方が提供されるが他方は提供されない。
【００２８】
第１成分が第１の最小波長を含む第１のスペクトルを有し、第２成分が第１の最小波長と異なる第２の最小波長を含む第２のスペクトルを有するとき、第１軸に平行な向きのナノワイヤは第１最小波長によって決まるワイヤ径にエッチングされ、第２軸に平行な向きのナノワイヤは第２最小波長によって決まるワイヤ径にエッチングされる。そのため、向きに応じて異なるワイヤ径を有する化学的に均質なナノワイヤ群を得ることが可能である。すなわち、異方性バンド・ギャップを有し、化学組成が均質なナノワイヤ群が得られる。
【００２９】
ナノワイヤ群において異方性分布のバンド・ギャップを得る別のやり方は、光の吸収、従って光の強度に対するエッチング速度の依存性に基づくものである。一実施形態では、第１成分は第１の強度を有し、第２成分は第１の強度と異なる第２の強度を有する。その結果、例えば無作為な向きのナノワイヤ群は向きに依存してエッチングされる。第１軸に概ね平行なナノワイヤは第２軸に概ね平行なナノワイヤよりも効率的にエッチングされる。一実施形態では、第２強度はほぼゼロであり、第２軸に平行なナノワイヤは全くエッチングされない。その結果、所望のワイヤ径を有するナノワイヤ群が得られ、この群のナノワイヤはすべて、第２軸に平行な長手方向を有する。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、所望のワイヤ径はゼロを含み得、すなわち、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤは、光によって誘起されるエッチングによって、予め製作されたナノワイヤ群から事実上除去される。本発明者らは、ある閾値よりも小さいワイヤ径を有するナノワイヤはもはや安定ではなく、すなわち、このようなナノワイヤはばらばらになり、事実上エッチング除去されるという見通しを得た。この閾値は概ね、ナノワイヤの化学組成に依存し、３ｎｍよりも十分に小さく、例えば約１ｎｍであることがある。
【００３１】
閾値以下のワイヤ径を有するナノワイヤの不安定性は、予め製作されたナノワイヤ群からナノワイヤを除去するのに利用されてもよい。そのために、閾値以下のワイヤ径を有するナノワイヤによって吸収される波長を備える光が用いられる。この光は、このナノワイヤのエッチングを誘起して、このナノワイヤが崩壊して消失するワイヤ径まで小さくする。
【００３２】
所望のワイヤ径がゼロのナノワイヤのエッチングを誘起する光が直線偏光されているとき、長手方向軸がこの光の偏光に平行なナノワイヤは除去されることがあり、長手方向軸がこの光の偏光方向に直交するナノワイヤのエッチングは、はるかに非効率になる。こうすると、偏光方向に平行な実質的にすべてのナノワイヤが除去されることがある。さらに長く光が当てられると、偏光方向に実質的に直交しない実質的にすべてのナノワイヤが除去され、偏光方向に直交する軸に沿った向きのナノワイヤ群が得られる。この残りのナノワイヤは効率的にエッチングされなかったので、これらのワイヤ径の分布が実質的に変化しないことがある。
【００３３】
予め製作されたナノワイヤは、ある表面上又は体積内に分散されてもよく、所望のワイヤ径がゼロであるナノワイヤのエッチングを誘起する光が、この表面又は体積の一部に供給されてもよい。その結果、これらのナノワイヤは、この表面又は体積の照明された部分から除去されるが、この体積の表面の残りの部分からは除去されないことがある。照明されるべき部分は、その部分に光を合焦することによって照明されてもよい。或いは、又はそれに加えて、この光は、例えばリソグラフィ・マスクなどのマスクによって部分的に遮断されてもよい。
【００３４】
本発明の別の態様によれば、予め製作された半導体ナノワイヤは基板によって支持されてもよい。これら予め製作された半導体ナノワイヤは、表面上に置かれてもよいし、表面に付着され、且つ／又は、表面に化学的に結合されてもよい。上記で説明されたように、光誘起エッチング処理はナノワイヤ中の電荷キャリアの量子閉込めのために自己停止する。本発明者らは、ナノワイヤが基板によって支持されるときには、この量子閉込めは大きく乱されないことの見通しを得た。このことは、基板の近傍は一般に、電荷キャリアに利用可能な量子力学エネルギー・レベルを変化させるので意外である。しかし、本発明者らは、量子力学エネルギー・レベルのこの変化が比較的小さく、エッチングがほぼ同じワイヤ径のところで自己停止することを観察した。この作用は、基板が導電体であり、予め製作された半導体ナノワイヤが基板に電気的に導通された状態で接触するときでさえ生じる。ナノワイヤが付着されたこのような基板は、このようなナノワイヤを備える電子デバイスを製造する極めて良好な開始点である。
【００３５】
この基板は、予め製作された半導体ナノワイヤを支持する部分と、この部分とは別の、少なくともエッチングに耐性のある部分とによって構成される表面を有し得る。エッチングに耐性のあるという用語は、光誘起エッチングがこの表面を改変しないか、又は実質的に改変しないことを示唆する。こうすると、この基板の表面はナノワイヤのエッチング中にエッチングされない。この表面はほぼ初期形状のままである。このことは、この基板によって支持されるナノワイヤが基板に付着されるときに特に有利であり、これは、そうでない場合には、ナノワイヤがエッチング処理中に分離し、それによって、例えば電子デバイス内でナノワイヤをさらに利用することが複雑になり得るからである。
【００３６】
この基板はエッチングに耐性のある均質な組成のものとし得る。別の実施形態では、この基板は、エッチングに耐性のない第１層と、エッチングに耐性がある第２層とを備え、この第２層が表面を構成する。第１層と第２層の組合せにより、所望のエッチング耐性表面が得られ、第２層だけでは得られないことがある基板の他の所望の特性は第１層によって得られることになる。第１層は例えば機械的に剛体としてよく、第２層は単体では、すなわち、第１層なしでは機械的に剛体ではない。第１層は導電性としてよく、第２層は単体では絶縁性である。第２層が第１層に、エッチングに耐える、すなわちエッチング処理によって実質的に壊れない化学結合によって接続されると有利なことが多い。こうすると確実に、エッチング処理中に第１層が第２層によって良好に保護され、その結果、エッチング後に完全な状態の基板が得られる。
【００３７】
第２層が、アルキルトリエトキシシロキサン及びアルキルトリメトキシシロキサンから選択される１種又は複数種の材料から構成されると有利である。これらの材料は、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、例えば白金などの金属、又はポリマーから選択される１種又は複数種の元素から構成されてもよい第１層を効果的に保護する層を形成し得る。先に述べた第２層用の材料は、例えば１つの単層の比較的薄い層でさえ、第１層の効果的な保護部になるという利点を有する。このことは、ナノワイヤが第２層によって部分的に取り囲まれることがあるので特に有利であり、取り囲まれた部分もエッチングに対して保護される。その結果、基板によって支持された端部のところでエッチングされない、又はあまり効果的にエッチングされないナノワイヤが得られる。第２層を比較的薄くすることによって、エッチングされないか、又はあまり効果的にエッチングされないナノワイヤの部分は小さく保たれる。
【００３８】
予め製作された半導体ナノワイヤを提供する工程が、エッチングに耐性がない基板を提供する副工程と、この基板の表面上で半導体ナノワイヤを成長させる副工程とを備え、この成長された半導体ナノワイヤが予め製作された半導体ナノワイヤであるとき、予め製作された半導体ナノワイヤを提供する工程の後で露出される基板の表面が、エッチングによって少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤのワイヤ径を小さくする工程の前に、エッチング耐性層で覆われていると有利である。すなわち、このエッチング耐性層は、ナノワイヤを成長させた後で設けられる。例えば、ＶＬＳ成長法によってナノワイヤを成長させることは比較的高温を必要とする。ナノワイヤの成長後にエッチング耐性層を設けることによって、このエッチング耐性層がこれらの比較的高温に曝されないことが保証される。そのため、これらの温度に耐えることができない材料から構成されるエッチング耐性層を用いることが可能である。
【００３９】
いくつかの実施形態では、予め製作された半導体ナノワイヤは基板の表面区域全体にわたって分散される。次いで、第１の光強度でこの表面区域の一部を照明し、この表面のこの部分とは別のこの表面の部分が第１の光強度よりも小さい第２の光強度で照射されることが有利である。こうすると、表面のこの部分において予め製作された半導体ナノワイヤの比較的効果的なエッチングが誘起され、この表面の他の部分における予め製作された半導体ナノワイヤのエッチングは、エッチング効率が光強度よって増減するためにかなり非効率になる。こうすると、この部分と他の部分でワイヤ径が異なるナノワイヤを有する基板が得られることがある。そのために、エッチング・プロセスの自己停止のためにこの表面のこの部分におけるナノワイヤのワイヤ径がもはや変化しなくなったときに照明が停止されてもよい。発光デバイスにおいて両方の部分を統合すると、これら２つの異なるワイヤ径に対応する２つの異なる色が得られることがある。一実施形態では、第２の光強度はほぼゼロであり、すなわち、この表面の他の部分のナノワイヤは実質的にエッチングされない。
【００４０】
別の実施形態では、予め製作された半導体ナノワイヤは基板の表面区域全体にわたって分散され、この表面区域の第１の部分は第１の最小波長を有する光によって照射され、この表面のこの部分とは別の、この表面の第２の部分は、第１の波長と異なる第２の最小波長を有する光によって照射される。この場合も、この部分と他の部分でワイヤ径が異なるナノワイヤを有する基板が得られることになる。これらのナノワイヤがエッチングが自己停止するまでエッチングされるとき、ワイヤ径は第１最小波長及び第２最小波長によってそれぞれ決まる。こうすると、ワイヤ径の制御が上記で説明された実施形態に比べて信頼性が高くなるという利点が得られる。
【００４１】
本発明による電子デバイスは、それぞれ第１のワイヤ径を有する第１のナノワイヤ副群と、それぞれ第１のワイヤ径と異なる第２のワイヤ径を有する第２のナノワイヤ副群とを備える半導体ナノワイヤ群を備えてもよく、第１副群のナノワイヤは基板の第１の部分に付着され、第１副群のナノワイヤは第１の部分とは別の基板の第２の部分に付着される。このような電子デバイスは、例えば、第１及び第２の副群のナノワイヤによってそれぞれ異なる波長の光が放出される発光デバイスとし得る。この電子デバイスは、ナノワイヤが、バンド・ギャップ、従ってワイヤ径に電気的な挙動が依存する半導体素子として働く集積回路とし得る。その例は、ナノワイヤが半導体基板及びバイポーラ・トランジスタを構成する金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）などのトランジスタである。このＭＯＳＦＥＴの閾電圧はナノワイヤのバンド・ギャップに依存する。そのため、同じ電子デバイス内で閾電圧が異なるトランジスタが得られることがある。或いは、又はそれに加えて、この半導体素子はダイオードを備えてもよい。
【００４２】
第１の副群のナノワイヤは導体に電気的に接続されてもよく、第２の副群のナノワイヤはこの導体から電気的に絶縁された別の導体要素に電気的に接続されてもよい。こうすると、第１副群のナノワイヤは、第２副群のナノワイヤとは無関係に、電流によってアドレス指定されることになる。
【００４３】
ナノワイヤはｐ−ｎ接合部を形成するｐ型にドープされた部分及びｎ型にドープされた部分を備えてもよい。このｐ−ｎ接合部は電気特性がワイヤ径に依存するダイオードを構成し得る。この電子デバイスは異なる特性の電気ダイオードを備えてもよい。このダイオードは発光ダイオードとして機能し得る。ｎ型にドープされた部分及びｐ型にドープされた部分の少なくとも１つは直接遷移型半導体とし得る。
【００４４】
ｎ型にドープされた部分はｐ−ｎ接合部までの第１の距離を有する第１導体に電気的に接続されてもよく、ｐ型にドープされた部分は第１の距離よりも短いｐ−ｎ接合部までの第２の距離を有する第２導体に電気的に接続されてもよい。一般に、ｐ型にドープされた部分の導電率はｎ型にドープされた部分の導電率よりも低い。従って、ｐ型にドープされた部分がｎ型にドープされた部分よりも短いときに電流が比較的大きくなる。
【００４５】
ｎ型にドープされた部分のワイヤ径はｐ型にドープされた部分のワイヤ径よりも大きくてもよい。ｐ型にドープされた部分の多数電荷キャリア、すなわち正孔の移動度は、ｎ型にドープされた部分の多数電荷キャリア、すなわち電子の移動度よりも小さい。従って、主にｐ型にドープされた部分で再結合が生じる。電子と正孔が再結合するときに放出される光の波長は主に、再結合が生じる部分のワイヤ径によって、すなわち、ｐ型にドープされた部分のワイヤ径によって決まる。ｐ型にドープされた部分のワイヤ径、従って波長は、本発明による方法を用いることによって制御されてもよい。ｎ型にドープされた部分のワイヤ径がｐ型にドープされた部分のワイヤ径よりも大きいとき、ｎ型にドープされた部分の抵抗値は小さくなり、それによって電流が大きくなるが、放出される光の波長は主にｐ型にドープされた部分のワイヤ径で決まる。こうすると、比較的短い波長を放出し、比較的高い輝度を有する発光ダイオードが得られることになる。
【００４６】
本発明による半導体ナノワイヤ群を製作する方法の上記その他の態様を、図面を参照してさらに明確にし、説明する。
【００４７】
これらの図は原寸に比例していない。同じ構成要素は概ね同じ参照番号で示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明による所望のワイヤ径を有する半導体ナノワイヤ群を製作する方法では、まず、予め製作された半導体ナノワイヤ群１０が提供される。ナノワイヤ１０は以下のように得られてもよい。
【００４９】
例えばシリコン・ウエハ、又は例えば自然酸化物を有することがあるＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族半導体のウエハ、或いは、例えば酸化アルミニウム又は酸化シリコンの絶縁プレートなどの基板２０には、例えば４Åの、金、銀、白金、銅、鉄、ニッケル、又はコバルトなどの金属の等価物が設けられ、炉の下流端のところで、例えば酸化アルミニウム、酸化シリコン、セラミック、又はグラファイトなどの絶縁基板ホルダ上に置かれる。基板温度は熱電対を使用して基板から１ｍｍ下のところで測定される。金属被膜を備えた基板が約５００℃に加熱されると、金属被膜からナノワイヤ１０の成長の触媒として働き得るナノ粒子が形成される。金属被膜の厚さは、例えば、２〜６０Åとし得る。金属被膜が厚いほどナノ粒子のワイヤ径が大きくなる。厚さ５Åの金から構成された金属被膜を４７０℃で加熱すると直径４０ｎｍのナノワイヤが得られる。
【００５０】
波長λ＝１９３ｎｍ、１００ｍＪ／パルス、繰返しレート１〜１０Ｈｚで動作するパルス化されたエキシマ・レーザが、炉の３〜４ｃｍ外側の、炉の石英チューブの上流端のところに置かれたターゲット上で合焦される。このターゲットはＩｎＰターゲットとし得る。或いは、このターゲットは、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、及びＧａＡｓから選択される１つ又は複数のターゲットを備え得る。一般に、この材料は、ＩＶ、ＩＩＩ−Ｖ、又はＩＩ−ＶＩ族の任意の半導体材料とし得る。
【００５１】
このターゲット材料は、気化され、基板２０の上に運ばれる。その結果、金属被膜から形成されたナノ粒子の触媒下でナノワイヤ１０が成長する。ＩｎＰナノワイヤは基板温度が４５０〜５００℃の範囲のときに成長する。温度が高いほど、成長するナノワイヤのワイヤ径が大きくなる。５００℃よりも高い温度では、ＩｎＰナノチューブ、すなわちコアが中空のナノワイヤが形成されることがある。成長中の圧力は１００〜２００ミリバールの範囲であり、１００〜３００ｓｃｃｍのアルゴン流が加えられる。ナノワイヤの長さは、１５０００個のレーザ・パルスが加えられる場合、例えば、２〜１０ミクロンになることがある。レーザ・パルスの数をより少なく、又はより多くすることによって、それぞれより短い、又はより長いナノワイヤが得られることがある。得られるワイヤ径は、金属被膜の厚さによって、且つ、成長中の基板温度によって決まる。ｎ型及び／又はｐ型のＩｎＰナノワイヤを得るために、例えば０．００１〜１．０モル％の濃度でドーパントが添加されることがある。ｎ型ドーパントは、例えば硫黄、セレン、及びテルルを備えることがあり、ｐ型ドーパントは例えば亜鉛を備えてもよい。これらのドーパントはエキシマ・レーザによって照明されるターゲットに添加されてもよいし、或いは、ターゲットの照明とは無関係にガスとして炉に供給されてもよい。それによって得られるナノワイヤ中の活性ドーパントのレベルは１０１７〜１０２０原子／ｃｍ３である。例えば、成長プロセス中に、例えば先に述べたターゲットの１つから選択される別のターゲットにレーザ・ビームを移動させることによって、ワイヤ中に、接合部、すなわちｐ−ｎ接合部及び／又はヘテロ接合部が構築されることがある。
【００５２】
このようにして得られた予め製作された半導体ナノワイヤ１０は、図１Ａに示されるように基板２０によって支持される。少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤ１０’は、所望のワイヤ径ｄよりも大きいワイヤ径ｄ’を有する。ワイヤ径ｄ’は、ナノワイヤ１０の成長中に２つ以上のナノ粒子がクラスタ化したため、且つ／又は、金属被膜の被着が厚すぎたため、且つ／又は、ナノワイヤ１０の合成中の温度が高すぎたためであり得る。
【００５３】
基板２０は、例えば、ｐ型にドープされた、又はｎ型にドープされたシリコン・ウエハなどの導電体とし得る。予め製作された半導体ナノワイヤ１０は、基板２０に電気的に導通された状態で接続されてよい。そのために、自然酸化物被膜のない基板２０上に金属被膜が被着されることがある。触媒として働くナノ粒子と、ナノワイヤ１０とが無酸素雰囲気中で形成されると、ナノワイヤ１０は、基板２０に電気的に導通された状態で接続されることがある。
【００５４】
その後、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０’のワイヤ径ｄ’がエッチングによって小さくされる。そのために、０．１〜２０体積％、例えば２．５体積％のＨＦ及び２０〜２００ｇ／ｌ、例えば６２．５ｇ／ｌのトリオクチルホスフィンオキシド（ＴＯＰＯ）を、例えば、１−ブタノール、ペンタノール、プロパノール、又はエタノールなどのアルコール試料に添加することによってエッチング溶液が調製される。ＴＯＰＯの代わりに、又はＴＯＰＯに加えて、トリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）が用いられることがある。ＴＯＰ及びＴＯＰＯの総量は２０〜２００ｇ／ｌとし得る。このようにして得られたエッチング溶液２１の、例えば２０μｌの液滴が、予め製作されたナノワイヤ１０を伴う基板２０上に投下される。この溶液の蒸発を防ぐために、図２に示されるように、ガラス、又はテフロンが被覆されたプレート２２が液滴の上部に置かれることがある。エッチング液滴２２の厚さを明確にするために、プレート２２は図示しない支持構造体によって支持されてもよい。
【００５５】
ナノワイヤ１０はエッチング溶液に接触したナノワイヤ１０を光に曝すことによってエッチングされる。ナノワイヤ１０のエッチングはナノワイヤ１０によって吸収される光によって誘起される。この光のスペクトルは、少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０’が所望のワイヤ径ｄに達したときに、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０’の吸収がかなり小さくなるように選択される。ＩｎＰナノワイヤの所望のワイヤ径ｄが６、１０、３０、４４、及び６０ｎｍの場合、最小波長はそれぞれ、約７６０、８２０、８７０、８９０、及び９０５ｎｍである。バルクＩｎＰの放出はλ＝９２０ｎｍのところで生じる。
【００５６】
光誘起エッチングのこの自己停止は、上記で説明されたように、あるワイヤ径未満の光の吸収を制限する量子閉込めによるものである。図１Ｂに示されるように、このエッチング処理の結果、予め製作されたナノワイヤ１０’は所望のワイヤ径ｄを有する。
【００５７】
ある実施形態では、ワイヤ径を小さくする工程以前の実質的にすべての予め製作されたナノワイヤ１０’は所望のワイヤ径ｄ以上の直径ｄ’を有する。そのために、触媒ナノ粒子を形成するのに使用される金属被膜は、実質的にすべての予め製作されるナノワイヤが所望のワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有するように比較的厚くされることがある。エッチング処理を実施した後で、実質的にすべてのナノワイヤは所望のワイヤ径ｄを有する。「実質的にすべての予め製作されたナノワイヤ」及び「実質的にすべてのナノワイヤ」という用語は、ナノワイヤ１０’の事前製作が、所望の直径ｄよりも大きい直径ｄ’を有するナノワイヤを生成するように設計されることを示唆する。望まれない１つ又は複数の小さなナノ粒子が金属被膜から偶発的に形成されるために、ナノワイヤの１つ又は複数が、突発的に所望のワイヤ径ｄよりも小さいワイヤ径ｄ’になることがある。
【００５８】
光誘起エッチングを行うために、図２に概略的に示される装置２９が使用されてもよい。この装置は、予め製作されたナノワイヤ１０を照明するために、例えばＨｇＸｅランプとし得る光源３０を備える。この光源の光は偏光されなくてもよい。この場合、予め製作されたナノワイヤ１０を有する基板２０の大きな区域が同時にエッチングされてよい。光源３０はエッチングを誘起するスペクトルを放出する。ＩｎＰナノワイヤをエッチングし、所望のワイヤ径は１０ｎｍを目標とする場合、スペクトルの最小波長は８２０ｎｍである。この光源はさらに８２０〜２５４ｎｍの別の波長を放出する。この別の波長を有する光は、所望のワイヤ径ｄを有する予め製作された半導体ナノワイヤ１０のエッチングを誘起し得る。所望のワイヤ径ｄを有するナノワイヤ１０のエッチングを十分に減少させるために、光源３０によって放出される光は、エッチングを誘起する前に、別の波長を有する光を大きく減少させるフィルタ３１によってスペクトル・フィルタリングされる。所望のワイヤ径を有するナノワイヤのエッチングを実質的に妨げるために、干渉フィルタなどのロングパス・フィルタ、バンドパス・フィルタ及び／又はモノクロメータが使用されてもよい。適切なフィルタを適用すると、ナノワイヤは、サイズ選択的にフォトエッチングされて所望のワイヤ径まで小さくなる。典型的には、このエッチング・プロセスは２〜１０時間かかる。或いは、光源３０としてレーザが使用されてもよい。このレーザのレーザ・ビームは直線偏光であってもよく、そのため、エッチング処理を誘起する光は、ある軸に沿って直線偏光されている。このレーザは、例えばダイオード・レーザ又はチタン・サファイア・レーザなどの波長可変レーザとし得る。
【００５９】
光源３０の光は、予め製作されたナノワイヤ１０を有する基板２０上で、対物レンズ３３によって合焦され得る。エッチングを誘起する光の出力密度は用いられる対物レンズの倍率に依存する。この倍率は例えば５０〜１０００倍とし得る。出力密度は波長４５７ｎｍで０．５〜１０ｋＷ／ｃｍ２とし得る。偏光ベクトルは例えば偏光菱面体によって回転され得る。ＩｎＰナノワイヤによって得られる最大励起偏光比は０．９５である。典型的には、フォトルミネッセンスの青方偏移及び／又は強度の増加が３〜１２０分のフォトエッチングの後で観察される。得られる放出強度の最大の増加は１３００倍である。
【００６０】
予め製作されたナノワイヤをエッチング溶液に曝す前に、ナノワイヤは、ナノワイヤの外面の酸化物を除去し得る２０体積％ＨＦの水溶液に曝されてもよい。このような処理は、光誘起エッチング処理によってワイヤ径を小さくするのに必要とされる処理時間を短くし得る。
【００６１】
エッチング・プロセス中、ナノワイヤは、例えばワイヤ径を示すフォトルミネッセンスのために光信号を放出し得る。放出強度並びに放出波長は、フォトルミネッセンスの強度に関係する信号及び／又はフォトルミネッセンスの波長に関係する信号を提供し得る監視ユニット３５によって監視されてもよい。光源３０は、監視ユニット３５によって提供される一方又は両方の信号に応じて制御されてもよい。例えば、フォトルミネッセンスが所定の分光組成を有することを示す信号を監視ユニット３５が提供するときに、この光源は遮断されてもよい。光誘起エッチング・プロセスの自己停止を利用すると、ナノワイヤが所望のワイヤ径になった後で、不必要な露光及び処理時間を減少させるか、好ましくはなくすことができる。そのために、監視ユニット３５及び光源３０はコンピュータなどのシステム制御ユニット３６に接続されてもよい。図２に示される実施形態では、監視ユニット３５によって検出される光は、対物レンズ３３によって収集され、ビーム・スプリッタ３７によってエッチングを誘起する光から分離される。ビーム・スプリッタ３７はフォトルミネッセンスの波長では反射性であり、エッチングを誘起する光の波長では透過性であるダイクロイック・ミラーとされてもよい。
【００６２】
ある実施形態では、光誘起エッチングは量子閉込めのために光がもはや吸収されないことによっては停止しない。その代わりに、ナノワイヤが所望のワイヤ径ｄになったときにエッチングが停止し、そのとき、エッチングを誘起する光は依然として吸収されている。エッチング中のワイヤ径ｄを制御するために、ナノワイヤ１０によって放出される光が、例えば監視ユニット３５によって監視され、ナノワイヤ１０によって放出される光の分光組成及び／又は強度に応じて、エッチングを誘起する光の適用が停止される。そのために、光源３０は、オフに切り替えられてもよいし、或いは、図示しないシャッタによって遮断されてもよい。
【００６３】
この方法は、光誘起エッチング中にナノワイヤ１０によって放出される光が、エッチング中のナノワイヤ群のワイヤ径ｄを示すという洞察に基づいている。ナノワイヤ１０が細くなるほど、ナノワイヤによって放出される光が青色偏移する。そのため、エッチング中にナノワイヤ１０によって放出される光の波長を監視することによって、所望のワイヤ径を得るために光の適用を停止しなければならない時点が求められてもよい。
【００６４】
ある実施形態では、無作為な向きの予め製作されたナノワイヤ群１０が提供される。この群は、例えば、以下のやり方の１つで得られてもよい。すなわち、ナノワイヤ１０は表面がテクスチャ化された基板２０上で成長されてもよく、このテクスチャ化された表面の各部分は無作為な向きを有する。その結果、無作為な向きのナノワイヤ１０が得られてもよい。或いは、ナノワイヤ１０は、基板２０から離され、超音波によって、又は機械的にナノワイヤ１０を拭き取ることによって溶媒中に分散されてもよい。例えば任意のアルカン又はアルカノールＣ２〜Ｃ１２の溶媒中にナノワイヤ１０が溶解されてもよい。これらのナノワイヤは、溶液中にナノワイヤを備える容器を照明することによって本発明の方法に従ってエッチングされてもよい。この容器及び溶媒はエッチングを誘起する光に対して少なくとも部分的に透明である。この容器及び溶媒はワイヤ径を示す光信号に対して少なくとも部分的に透明であってもよい。この容器はガラス又は石英を備える壁を有してもよい。
【００６５】
ナノワイヤ１０を備える溶液は投下によって基板２０上に被着されてもよい。これらのナノワイヤは、フロー・アセンブリ又は電界位置合わせを利用することによって少なくとも部分的に配向されてもよい。
【００６６】
ある実施形態では、図３Ａに概略的に示される無作為な向きの予め製作されたナノワイヤ群１０が提供される。予め製作されたナノワイヤ１０’の少なくとも１つは所望のワイヤ径ｄよりも大きいワイヤ径ｄ’を有する。この群を提供するとき、この群は、所望のワイヤ径ｄを有する１つ又は複数のナノワイヤ１０を備えてもよい。ある実施形態では、図３Ａに示されるエッチング処理前に提供される予め製作されたナノワイヤ群は、比較的広い分布のワイヤ径を有する。或いは、エッチング処理前に提供される予め製作されたナノワイヤ群は、例えば図４Ａに示されるように、比較的狭い分布のワイヤ径を有し得る。図３Ａに示される予め製作されたナノワイヤ群１０は、例えばＨｅＸｅランプの偏光していない光を使用する光誘起エッチングによって処理される。エッチングを誘起するのに用いられる光のスペクトルは、光誘起エッチング処理が所望のワイヤ径ｄで自己停止するように選択された最小波長λを有する。或いは、λよりも短い波長を有する光が用いられてもよく、エッチング・プロセスは、ワイヤ径を示す光信号が、ナノワイヤ群が所望のワイヤ径になったことを示すときに停止されてよい。図３Ｂに、光誘起エッチング処理が所望のワイヤ径ｄで自己停止するように選択された最小波長λを有する光によって誘起されたエッチングの結果が概略的に示されている。光誘起エッチング処理後、このナノワイヤ群は、比較的狭い分布のワイヤ径を有する。実質的にすべてのナノワイヤ１０が、ナノワイヤ１０の向きに無関係に、所望のワイヤ径ｄになる。
【００６７】
エッチングを誘起する光は、例えば図４Ａと図４Ｂ及び図４Ｃとの間に概略的に示される軸４０に沿った直線偏光とし得る。ある実施形態では、図４Ａに示されるエッチング処理の前に提供される予め製作されたナノワイヤ群１０は、比較的狭い分布のワイヤ径を有する。或いは、エッチング処理の前に提供される予め製作されたナノワイヤ群１０は、例えば図３Ａに示されるように比較的広い分布のワイヤ径を有し得る。図４Ａに示される予め製作されたナノワイヤ群１０は、レーザなどの光源によって直線偏光状態で放出されることもあるし、直線偏光していない光、例えばＨｅＸｅランプなどの偏光していない光を放出する光源と、この例では直線偏光子３９とを使用することによって得られてもよい直線偏光された光を使用する光誘起エッチング処理にかけられる。装置２９は、光源３０が偏光された光を放出するときでさえ、図２に示される偏光子３９を備えることがあり、これは例えば、光源３０の偏光方向が所望の偏光方向と直交はしていないにしても異なるからであり、且つ／又は、光源３０の偏光比が比較的低いからである。偏光子３９は、図２に示されるように、光源３０と、存在する場合にはフィルタ３１との間に配置されてよい。或いは、偏光子３９とフィルタ３１は交換されてもよく、これは例えば、フィルタ３１の透過率が偏光方向に依存するときに有利なことがある。エッチングを誘起する光の偏光方向は、軸４０に沿った所望の偏光を得るために、当技術分野でよく知られた図２に示される光学要素３８、例えば１／２λ板又は相互に傾いたミラーの組合せによって回転されることがある。
【００６８】
ナノワイヤ１０による直線偏光された光の吸収は、ナノワイヤ１０の向きに依存する。長手方向軸が軸４０（これに沿って光が偏光する）に平行なナノワイヤ１０は、比較的、効果的に光を吸収し、長手方向軸が軸４０に直交するナノワイヤ１０の光の吸収は、比較的、非効果的である。エッチング効率は光の吸収に依存する。光子が多く吸収されるほど、エッチングは効果的になる。従って、直線偏光された光によって誘起されるエッチングは異方性であり、すなわち、長手方向軸が軸４０に平行なナノワイヤ１０は、相対的に効率よくエッチングされ、長手方向軸が軸４０に直交するナノワイヤ１０は相対的に非効率にエッチングされる。
【００６９】
光誘起エッチング処理後、長手方向軸が軸４０に平行なナノワイヤ１０ａは所望のワイヤ径ｄを有し、長手方向軸が軸４０に直交するナノワイヤ１０ｂは実質的にあまり効率的にはエッチングされず、すなわち、エッチング処理後、ナノワイヤ１０ｂはエッチング処理前とほぼ同じワイヤ径ｄｂを有する。これについては図４Ｂを参照されたい。長手方向軸が軸４０に平行でもなく、直交もしないナノワイヤの場合、これらの例は参照数字１０ｃ及び１０ｄで示されているが、吸収効率は上記２つの極端な場合の間である。一般に、吸収効率はナノワイヤ１０の長手方向軸と軸４０の角度の三角関数に従って増減する。その結果、中間位置のナノワイヤのワイヤ径はエッチング中に減少するもので、初期ワイヤ径ｄｃ’及びｄｄ’と、図４Ｂのワイヤ径ｄｃ及びｄｄの関係を参照されたい。ワイヤ径の減少は、軸４０に対する長手方向軸の向きに依存する。光誘起エッチングは、軸４０に平行なナノワイヤ１０ａが所望のワイヤ径ｄになったときに停止されることがある。エッチング処理を停止すべき時点はワイヤ径を示す光信号を監視することによって決められることがある。この光信号が所望のワイヤ径を示す成分を備えるときにエッチング処理が停止されてよい。
【００７０】
光誘起エッチング処理の前は、図４Ａに概略的に示されるナノワイヤ群１０は比較的狭い分布のワイヤ径を有していたが、光誘起エッチング処理後、図４Ｂに概略的に示されるナノワイヤ群１０は、比較的広い分布のワイヤ径を有している。ナノワイヤ１０のワイヤ径はナノワイヤ１０の向きに依存する。
【００７１】
エッチングを誘起するのに使用される直線偏光された光のスペクトルは、光誘起エッチング処理が所望のワイヤ径ｄで自己停止するように選択される最小波長λを有してもよい。或いは、λよりも短い波長を有する光が用いられてもよく、ナノワイヤ群の少なくとも一部が所望のワイヤ径ｄを有することをワイヤ径を示す光信号が示すときにエッチング・プロセスは停止されてもよい。
【００７２】
光誘起エッチング処理が所望のワイヤ径ｄで自己停止するように選択された最小波長λをエッチング処理を誘起する光が有する場合、この光誘起エッチング処理は図４Ｂに概略的に示される状態に達した後で継続されることがある。軸４０に平行なナノワイヤ１０ａは所望のワイヤ径ｄを有するので、ナノワイヤ１０ａの、エッチングを誘起する光の吸収はもはや、比較的、効果的ではない。その結果、ナノワイヤ１０ａは実質的にあまり効率よくエッチングされない。事実上、ナノワイヤ１０ａは全くエッチングされないことがある。軸４０に直交するナノワイヤ１０ｂの、エッチングを誘起する光の吸収も、比較的、効果的ではなく、やはり実質的にあまり効率よくエッチングされない。事実上、ナノワイヤ１０ｂは全くエッチングされないことがある。中間の向きのナノワイヤ１０ｃ、１０ｄは、それらが、エッチングを誘起する光の吸収、従って、エッチングの効率が大きく減少する所望のワイヤ径ｄに達するまで比較的効率よくエッチングされる。図４Ｃには、このようにして得られたナノワイヤ群が概略的に示されている。
【００７３】
第１成分とも呼ばれる上記で説明された直線偏光された光に加えて、無作為な向きの予め製作されたナノワイヤ群はエッチング処理を誘起する光の第２成分によっても照明されることがある。この第２成分は、第１の軸に直交し、例えば図４Ａ〜図４Ｃに示されるナノワイヤ１０ｂの長手方向軸に平行な第２の軸に沿って直線偏光していることがある。第１成分では、比較的、効果的にはエッチングされなかったナノワイヤ１０ｂのエッチングを、この第２成分が、比較的、効果的に誘起することがある。第１成分は第１の最小波長λ１を含む第１のスペクトルを有し、第２成分は第１最小波長λ１と異なる第２の最小波長λ２を含む第２のスペクトルを有し得る。第１最小波長λ１及び第２最小波長λ２は、例えばそれぞれ１．６及び２．０ｅＶのエネルギーに対応し得る。この例では２．０ｅＶよりも小さいバンド・ギャップを有する第２軸に平行なナノワイヤは第２成分を吸収し、そのため、これらのナノワイヤは、この例では２．０ｅＶのバンド・ギャップになるまでエッチングされる。このようにして、軸４０に直交するナノワイヤも、第１最小波長λ１によって決まる所望のワイヤ径ｄと異なることがある所望のワイヤ径に効果的にエッチングされてもよい。
【００７４】
第１成分及び第２成分は、同時に、又は順に、或いは部分的に同時且つ部分的に順に適用されてよい。
【００７５】
第２最小波長λ２が第１最小波長λ１と異なるとき、トーンは所望の最大ワイヤ径よりも大きいワイヤ径を有するナノワイヤで始まることがある。
【００７６】
第１成分は第１の強度を有し、第２成分は第１強度と異なる第２の強度を有し得る。エッチング処理の効率はエッチング中のナノワイヤによって吸収される光の量に依存し、偏光された光の場合には、この量はナノワイヤの向きに依存するので、ナノワイヤは、異方的に、すなわちそれらの向きに応じてエッチングされることがある。このことは、第２最小波長λ２が第１最小波長λ１と異なるときだけでなく、これらが等しいときにも生じ得る。
【００７７】
本発明による方法は、予め製作されたナノワイヤ群から１つ又は複数のナノワイヤを除去するのに用いられてもよい。この場合、それぞれのナノワイヤの所望のワイヤ径はゼロを含む。そのために、約２．４ｅＶ以上のエネルギーの光子を伴う光がＩｎＰに用いられることがある。所望のワイヤ径がゼロのナノワイヤのエッチングを誘起する光は直線偏光とし得る。
【００７８】
図５Ａに示されるエッチング処理の前に提供される予め製作されたナノワイヤ群は、ほぼ水平なナノワイヤ１０ｈと、ほぼ垂直なナノワイヤ１０ｖと、中間の、すなわちほぼ水平でもほぼ垂直でもないナノワイヤ１０ｉとを備える。このような群が比較的短い波長を有する光によって照明され、それによって、これらのナノワイヤがばらばらになるまでナノワイヤによって光が吸収されると、この群からナノワイヤが除去されることがある。
【００７９】
図５Ａ及び図５Ｂの例では、光は軸４０に沿って直線偏光しており、すなわち、光は垂直に偏光している。この場合、軸４０にほぼ平行なナノワイヤ１０ｖは、比較的、効果的に光を吸収し、この群から除去されることがあるが、軸４０にほぼ直交するナノワイヤ１０ｈの光の吸収は、比較的、非効率である。その結果、ナノワイヤ１０ｈはこの群から除去されない。中間の、すなわち、ほぼ水平でもほぼ垂直でもないナノワイヤ１０ｉがこの群から除去されるかどうかは照明の継続時間に依存する。最後のほぼ垂直なナノワイヤ１０ｖの除去直後に照明が停止されるとナノワイヤ１０ｉはそのままになることがある。照明が継続されるとナノワイヤ１０ｉも除去されることがある。この場合、照明が長く継続するほど、残りのナノワイヤ１０ｈの向きが明確になる。
【００８０】
図５Ａ及び図５Ｃの例では、光は軸４０に直交する軸４１に沿って直線偏光しており、すなわち、光は水平に偏光している。この場合、軸４１にほぼ平行なナノワイヤ１０ｈは、比較的、効果的に光を吸収し、この群から除去されることがあるが、軸４１にほぼ直交するナノワイヤ１０ｖの光の吸収は、比較的、非効率である。その結果、ナノワイヤ１０ｖはこの群から除去されない。中間の、すなわち、ほぼ水平でもほぼ垂直でもないナノワイヤ１０ｉがこの群から除去されるかどうかは、照明の継続時間に依存する。最後のほぼ垂直なナノワイヤ１０ｈの除去直後に照明が停止されると、ナノワイヤ１０ｉはそのままになることがある。照明が継続されると、ナノワイヤ１０ｉも除去されることがある。この場合、照明が長く継続するほど残りのナノワイヤ１０ｖの向きが明確になる。
【００８１】
エッチング処理中に予め製作されたナノワイヤ１０が基板２０によって支持されるとき、基板２０は、予め製作された半導体ナノワイヤ１０を支持する部分２３ａと、部分２３ａとは別の少なくとも部分２３ｂとによって構成される表面２３を有することがある。基板２０は均質であり、その全部が、例えばテフロンなどのエッチング耐性材料からなるものでもよい。基板２０は、例えばシリコン・ウエハ上の自然酸化物層などのエッチング耐性のない第１層２４と、エッチング耐性のある第２層２５とを備えることがあり、図６に示される第２層２５は表面２３の他方の部分２３ｂを構成する。第２層２５は化学結合によって第１層２４に接続されることがあり、その結果、これら２つの層の間で比較的強い相互接続が得られ、そのため、第１層２４が比較的効率的に保護される。第２層２５は、アルキルトリエトキシシロキサン及びアルキルトリメトキシシロキサン、例えば、アミノプロピルトリエトキシシロキサン（ＡＰＴＥＳ）から選択される１つ又は複数の材料から構成されてもよい。このアルキルは、プロピル（Ｃ３）、ブチル（Ｃ４）、ペンチル（Ｃ５）、最大でＣ１２とし得る。アミノ基はメルカプト基又はカルボキシル基で置換されることがある。
【００８２】
一実施形態では、例えば自然酸化物を伴うシリコン・ウエハなど、層２４によって構成される非エッチング耐性表面を有する基板２０には、上記で説明されたナノワイヤを成長させる触媒として働くナノ粒子を生成するための金属被膜が設けられる。ナノワイヤ１０が成長した後で、これらのナノワイヤを有する基板２０の表面２３にはＡＰＴＥＳである第２層２５が設けられる。予め製作されたナノワイヤを支持する基板は０．５％ＡＰＴＥＳのエタノール溶液中に１０分間浸される。第２層２５は選択的に結合し、すなわち、第２層２５は第１層２４を構成する酸化物と結合するが、ＩｎＰ又はシリコンを除く他の半導体から構成されてもよいナノワイヤ１０とは結合しない。図６に、得られた構造が示されている。
【００８３】
この実施形態では、予め製作された半導体ナノワイヤを提供する工程は第１層２４を有し得る基板２０を提供する副工程を備える。基板２０の少なくとも一部にはエッチング耐性がない。半導体ナノワイヤ１０は基板２０の表面２３ａ上で成長される。このように成長された半導体ナノワイヤが予め製作された半導体ナノワイヤ１０になる。予め製作された半導体ナノワイヤ１０を提供する工程の後で、例えば、上記で説明されたようにエッチングによって少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０のワイヤ径を小さくする工程の前に、基板２０の表面２３の部分２３ｂがエッチング耐性層２５によって覆われる。
【００８４】
別の実施形態では、基板２０は第１層２４としての自然酸化物を伴うシリコン・ウエハを提供することによって形成される。次いで、第１層２４にはＡＰＴＥＳから構成されてもよい第２層２５が設けられる。その後、上記で説明されたように、ナノワイヤ１０を備える液体溶液を投下することによって、予め製作されたナノワイヤ１０が設けられる。
【００８５】
予め製作されたナノワイヤ１０が基板２０の表面２３によって支持され、その上に分散されると、この表面の第１の部分１８がエッチング処理を誘起するために光によって照射されることがあるが、第１部分１８とは別のこの表面の第２の部分１９は照射されない。こうすると、第２部分１９のナノワイヤはエッチングされず、第１部分１８のナノワイヤはエッチングされる。その結果、表面２３の第１部分１８のナノワイヤはエッチング処理の後で所望のワイヤ径を有し、第２部分１９のナノワイヤは依然としてそれらの初期ワイヤ径を有する。第１部分１８のナノワイヤ１０は光により誘起されるエッチングによって除去されてもよい。
【００８６】
ある実施形態では、表面２３の第１部分１８は第１の光強度によって照射され、第２部分１９は第１の光強度よりも小さい第２の光強度によって照射される。その結果、第１部分１８のナノワイヤは、第２部分１９のナノワイヤよりも効率よくエッチングされる。第２部分１９のナノワイヤのエッチングが自己停止する前に、例えば光源３０を遮蔽することによって光誘起エッチング処理が停止されると、第１部分１８のナノワイヤ１０は、第２部分１９のナノワイヤ１０よりも小さいワイヤ径を獲得する。
【００８７】
第１部分１８のナノワイヤのエッチングは、自己停止してもよいし、エッチングが自己停止するワイヤ径に達する前に停止されてもよい。後者の場合、ワイヤ径を示す光信号に応じて光源３０が遮蔽されることがある。
【００８８】
第１部分１８と、照射されないこともあるし第２強度で照射されることもある第２部分１９とは、マスクによって画定されてもよい。このマスクは装置２９と別の部分とし得る。このマスクはフィルタ３１及び／又はプレート２２に一体化されてもよい。部分１９が照射されない場合、このマスクは第２部分１９に方向づけられた光を遮断する。部分１９が第１強度よりも小さい第２強度で照射される場合、このマスクは第２部分１９に方向づけられた光を部分的に遮断する。このマスクは、エッチング耐性のあるものでもよいし、エッチング溶液を提供する前に第２部分１９に直接設けられてもよい。マスクの代わりに、光は例えば合焦された光のスポットとして提供されてもよく、このスポットは表面２３の上を走査される。この走査のスピードは実効強度を変化させるために変更されてもよく、すなわち、走査スピードが比較的遅い区域は比較的効率よくエッチングされ、走査スピードが比較的速い区域のエッチングは比較的非効率となる。或いは、又はそれに加えて、光は走査中に位置の関数として強度又は最小波長で変調されてもよい。そのために、この装置はシステム制御ユニットによって制御される走査ユニットを備えてもよい。
【００８９】
表面２３の第１部分１８が第１最小波長を有する光によって照射されてもよい実施形態では、表面２３の、第１部分１８とは別の第２部分１９が、第１最小波長と異なる第２最小波長を有する光によって照射されてもよい。こうすると、第１部分１８及び第２部分１９のナノワイヤは、それぞれ第１最小波長及び第２最小波長によって決まる異なる所望のワイヤ径にエッチングされる。
【００９０】
互いに異なる最小波長を有する光で第１部分１８及び第２部分１９を照射する場合、第１部分１８及び第２部分１９は順に照射されてもよい。第２部分１９及び第１部分１８をエッチングするときに、第１部分１８及び第２部分１９にそれぞれ方向づけられた光を遮断するためにマスクが用いられてもよい。このマスクは、第１部分１８を照射するが、第２部分１９を照射しないために用いられた上記のマスクに類似のものとし得る。或いは、第１最小波長を有する光を透過させる第１区域と、第２最小波長を有する光を透過させる第２区域とを有するパターン化されたフィルタ３１が用いられてもよい。第１区域及び第２区域は、これらが第１部分１８及び第２部分１９にそれぞれ光を透過させるように設計される。
【００９１】
本発明によるナノワイヤ群を製造する方法は電子デバイス１００を製造する方法で用いられてもよい。電子デバイス１００は所望のワイヤ径を有するナノワイヤ群１０を備えてもよい。電子デバイス１００は、それぞれ第１導体１１０と、第１導体１１０から電気的に絶縁されることがある第２導体１２０とに電気的に接続されたナノワイヤ１０を備えてもよい。
【００９２】
電子デバイス１００はナノワイヤ群１０を備えることがあり、この群は、それぞれ第１のワイヤ径ｄａを有する第１のナノワイヤ副群１０ａと、それぞれ第１のワイヤ径ｄａと異なる第２のワイヤ径ｄｂを有する第２のナノワイヤ副群１０ｂとを備える。第１副群のナノワイヤ１０ａは、図８Ａ〜図１２Ｂの例では、第１導体１１０ａによって構成される基板２０の第１の部分に付着されてもよい。第２副群のナノワイヤ１０ｂは、図８Ａ〜図１２Ｂの例では、第１導体１１０ｂによって構成される基板２０の、第１の部分とは別の第２の部分に付着されてもよい。
【００９３】
第１副群のナノワイヤ１０ａは、図８Ａ〜図１２Ｂの例では、第１導体１１０ａによって構成される導体に電気的に接続されることがある。第２副群のナノワイヤ１０ｂは、図８Ａ〜図１２Ｂの例では、第１導体１１０ｂによって構成され、別の導体から電気的に絶縁されてもよい別の導体に電気的に接続されてもよい。
【００９４】
この方法は、上記で説明された方法の実施形態による所望のワイヤ径を有する半導体ナノワイヤ群１０を製作する工程と、このナノワイヤ群１０を第１導体１１０及び第２導体１２０に電気的に接触させる工程とを備える。図８Ａ〜図１２Ｂに、この方法の連続する工程が示されている。
【００９５】
第１工程では、シリコン・ウエハとし得る基板２０に、図８Ａ及び図８Ｂに示される浅いトレンチ絶縁（ＳＴＩ）領域とし得る分離ゾーン１０２と、後で形成されるナノワイヤ１０を電気的に接触させる第１導体１１０とが設けられる。第１導電体１１０はＳＴＩ領域の外側の基板の領域をドープすることによって形成されてもよい。或いは、又はこれに加えて、第１導体１１０を形成するために導体が被着されてもよい。基板２０は石英基板などの絶縁体とし得る。この場合には、分離ゾーン１０２は必要とされない。図８Ａ〜図１２Ｂの実施形態では、３つの平行な相互に絶縁された第１導体１１０が設けられる。しかし、本発明は、３つの相互に絶縁された第１導体１１０に限定されるものではない。或いは、第１導体１１０は、この群のすべてのナノワイヤ１０に電気的に導通された状態で接続されてもよく、Ｎ個の相互に絶縁された導電体を備えてもよい（ここで、Ｎは１よりも大きい整数である）。ここで、且つ本願の残りの部分で、「相互に電気的に絶縁された」という用語は、導体が直接電気的に接続されていないことを示唆する。これは、これらの導体が間接的に、すなわち、１つ又は複数の追加の要素、例えばナノワイヤ１０及び／又は第２導体１２０を介して、電気的に接続されることを排除するものではない。基板２０は可視光に対して透明とし得る。
【００９６】
例えば金などの金属から構成されたナノ粒子１１１が第１導体１１０上に設けられてもよく、これらは、例えば上記で説明されたようにナノワイヤ１０を成長させる触媒として働き得る。ナノワイヤ１０はそれぞれのナノ粒子１１１の位置で成長される。このようにして得られた図９Ａ及び図９Ｂに示される予め製作されたナノワイヤ１０’の少なくとも１つのワイヤ径ｄ’は所望のワイヤ径ｄよりも大きいことがある。所望のワイヤ径ｄよりもワイヤ径が大きいナノワイヤ１０’のワイヤ径ｄ’を小さくするために、これらのナノワイヤ１０は本発明による光誘起エッチング処理にかけられる。ナノワイヤ１０’を成長させた後で、エッチング溶液を提供する前に、予め製作された電子デバイス１００に、存在する場合にはＳＴＩ領域、又は基板、或いはその両方を保護するための、例えばＡＰＴＥＳなどのエッチング耐性層が設けられてもよい。
【００９７】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示される第１導体１１０ａに付着されたナノワイヤ１０ａのエッチング処理を誘起するために第１の最小波長を有する光が用いられてもよく、その結果、所望のワイヤ径ｄａが得られる。第１導体１１０ａに付着されたナノワイヤ１０ａのこのエッチング処理中に、第１導体１１０ｂ及び１１０ｃにそれぞれ付着されたナノワイヤ１０ｂ及び１０ｃのエッチングが、例えばマスクを使用することによって防止される。その後、図１０Ａ及び図１０Ｂに示される第１導体１１０ｃに付着されたナノワイヤ１０ｃが第２の最小波長を有する光を使用する光誘起エッチングによってエッチングされ、その結果、所望のワイヤ径ｄｃが得られる。第１導体１１０ｃに付着されたナノワイヤ１０ｃのこのエッチング処理中に、第１導体１１０ａ及び１１０ｂにそれぞれ付着されたナノワイヤ１０ａ及び１０ｂのエッチングが例えばマスクを使用することによって防止される。必要な場合には、所望のワイヤ径ｄｂを得るために第１導体１１０ｂに付着されたナノワイヤ１０ｂもエッチングされてもよい。ナノワイヤ１０ａ、該当する場合には１０ｂ、及び１０ｃのエッチングは、自己停止してもよく、ワイヤ径を示す光信号に応じて停止されてもよい。
【００９８】
この方法では、３つのナノワイヤ副群からなるナノワイヤ群１０ａ、１０ｂ、１０ｃが得られ、各副群は他の２つの副群のナノワイヤのワイヤ径と異なるワイヤ径を有する。各副群は個々の第１導体１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに接続される。
【００９９】
その後、図１０Ａ及び図１０Ｂに示される予め製作された電子デバイス１００に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示される、例えばスピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）などの好ましくは透明な誘電体層１３０が設けられてもよい。このようにして得られた予め製作された電子デバイス１００の上部表面にナノワイヤ１０の上端部分を電気的に接触させるための第２導体１２０が設けられてもよい。
【０１００】
ナノワイヤ１０ａ、１０ｂ、１０ｃの上端部分は、図１２Ａ及び図１２Ｂに示される、相互に電気的に絶縁された第２導体１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに電気的に接続されてもよい。第１導体１１０ａ、１１０ｂ、及び１１０ｃと、第２導体１２０ａ、１２０ｂ、及び１２０ｃとは相互に直交しており、この例では、３×３のアレイを形成する。図８Ａ〜図１２Ｂの実施形態では、１つのナノ粒子１１１と、従って１つのナノワイヤ１０とが、この例では矩形の３×３のアレイを画定する第１導体１１０及び第２導体１２０によって画定される各交差区域に設けられる。本発明は、この形状又はサイズのアレイに限定されるものではない。本発明は、１つの交差区域当たりただ１つのナノ粒子１１１及び１つのナノワイヤ１０に限定されるものではない。そうではなく、一部又は全部の交差区域は、２つ以上のナノ粒子１１１及び１つのナノワイヤ１０を有し得る。
【０１０１】
第２導体１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、可視光に対して少なくとも部分的に透明とし得る。これらの第２導体は例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）から構成されてもよい。第１導体１１０及び／又は第２導体１２０は亜鉛又は亜鉛合金から構成されてもよい。
【０１０２】
ナノワイヤ１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、図１３に示されるｐ−ｎ接合部を形成するｐ型にドープされた部分１０ｐ及びｎ型にドープされた部分１０ｐを備えてもよい。第１導体１１０からナノワイヤ１０を介して第２導体１２０に電流を送るとき、電子及び正孔は、それぞれのｎ型にドープされた部分１０ｎ及びｐ型にドープされた部分１０ｐから注入される。これらの電荷キャリアが再結合すると光が放出される。この光は主に、電子の移動度が正孔よりも大きいために、ｐ−ｎ接合部に近いｐ型にドープされた部分１０ｐのところで放出される。
【０１０３】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示される電子デバイス１００では、ナノワイヤ１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃはそれぞれｐ−ｎ接合部を備えてもよい。上記で説明された正孔と電子の再結合によって放出される光の波長は、再結合する場所のバンド・ギャップ、従ってワイヤ径に依存する。図１２Ａ及び図１２Ｂの実施形態では、ナノワイヤ１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃは、異なるワイヤ径ｄａ、ｄｂ、及びｄｃを有することがあり、その結果、これらのナノワイヤは異なる波長の光を放出することがある。これらのナノワイヤは、例えば硫黄、セレン、及び／又はテルルによってドープされるｎ型にドープされた部分１０ｎと、例えば亜鉛又はカドミウムによってドープされるｐ型にドープされた部分１０ｐとを備えたＩｎＰから構成されてもよい。これらのドーパントの濃度は、例えば１０１７〜１０２０ｃｍ−３とし得る。
【０１０４】
このｐ−ｎ接合部は選択デバイスとして機能してもよく、すなわち、第１導体１１０及び第２導体１２０によって形成されたアレイの画素は、それぞれの第１導体１１０及び第２導体１２０をバイアスすることによって選択されてもよい。第１導体１１０ｂと第２導体１２０ｂの交差部分に配置されたナノワイヤ１０ｂｂは、これら２つの導体をバイアスすることによって選択されてもよい。この交差部分では、２つ以上のナノワイヤ１０ｂｂが配置され、選択されてもよい。
【０１０５】
或いは、電子デバイス１００はトランジスタなどの選択デバイスのアレイを備えてもよく、このトランジスタは薄膜トランジスタとすることができ、基板に一体化されてもよい。これらの選択デバイスはナノワイヤ副群１０を選択する選択線のグリッドによってアドレス指定されてもよい。
【０１０６】
図１３に示される実施形態では、ｎ型にドープされた部分１０ｎはｐ−ｎ接合部まで第１の距離ｌｎを有する第１導体１１０に電気的に接続される。ｐ型にドープされた部分１０ｐは第１の距離ｌｎよりも短いｐ−ｎ接合部までの第２の距離ｌｐを有する第２導体１２０に電気的に接続される。ｎ型にドープされた部分１０ｎはｐ型にドープされた部分１０ｐのワイヤ径ｄｐよりも大きいワイヤ径ｄｎを有する。
【０１０７】
ｐ−ｎ接合部の存在のために、エッチングを誘起する光の吸収によって生成された電子−正孔対は、電子がｎ型にドープされた部分１０ｎに流れ、正孔がｐ型にドープされた部分１０ｐに流れるように分離される。これらの正孔は主に光誘起エッチングに関わる。ｐ型にドープされた部分１０ｐの正孔の濃度が高いほどエッチングが効率的に行われ、そのため、比較的小さなワイヤ径ｄｐが得られる。その結果、ナノワイヤはそれぞれ異なる直径ｄｎ及びｄｐを有するｎ型にドープされた部分１０ｎ及びｐ型にドープされた部分１０ｐの２つの領域を有し得る。ｎ型にドープされた領域はエッチング前のワイヤ径に類似していることがある直径を有し得る。ｐ型にドープされた部分１０ｐのワイヤ径ｄｐはエッチングを誘起するのに用いられる光の最小波長によって予め決められてもよい。ｎ型にドープされた部分１０ｎ及びｐ型にドープされた部分１０ｐを有するナノワイヤ１０をエッチングするときにワイヤ径を示す光信号が観察されることがある。ｐ型にドープされた部分１０ｐでの電子と正孔の再結合により放出される光は、この部分のワイヤ径ｄｐを示す。この光信号が所望のワイヤ径ｄｐに達したことを示すと、エッチングを誘起する光はｎ型にドープされた部分がそれ以上エッチングされないように遮断されることがあり、そうしないと、ｎ型にドープされた部分１０ｎのワイヤ径ｄｎがさらに小さくなり、望ましくないことがある。
【０１０８】
上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく、本発明を例示するものであり、当業者なら、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態を設計することができることに留意すべきである。特許請求の範囲では、括弧内に示される参照記号は、特許請求の範囲を限定すると解釈されるべきではない。「備える」という言葉は、特許請求の範囲に列挙されたもの以外の要素又は工程の存在を排除するものではない。要素の前の「ある」という言葉は、複数のこのような要素の存在を排除するものではない。
【０１０９】
所望のワイヤ径ｄを有する半導体ナノワイヤ群１０を製作する方法は、少なくとも１つの予め製作された半導体ナノワイヤが所望のワイヤ径ｄよりも大きいワイヤ径ｄ’を有する、予め製作された半導体ナノワイヤ群１０’を提供する工程と、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０’のワイヤ径をエッチングによって小さくする工程を備え、このエッチングはこの少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤ１０’によって吸収される光によって誘起され、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤが所望のワイヤ径ｄに達したときに、この少なくとも１つの予め製作されたナノワイヤの吸収がかなり小さくなるように、この光のスペクトルが選択される。
【０１１０】
電子デバイス１００は、所望のワイヤ径ｄを有するナノワイヤ群１０を備えてもよい。装置２９は本発明による方法を実行するように用いられることがある。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１Ａ】エッチング処理前の予め製作されたナノワイヤが付着された基板の斜視図である。
【図１Ｂ】エッチング処理後の予め製作されたナノワイヤが付着された基板の斜視図である。
【図２】本発明による方法を実行するのに使用される装置の概略図である。
【図３Ａ】エッチング処理前の予め製作されたナノワイヤ群の上面図である。
【図３Ｂ】偏光していない光によって誘起されるエッチング処理後の予め製作されたナノワイヤ群の上面図である。
【図４Ａ】エッチング処理前の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図４Ｂ】第１の期間にわたって直線偏光された光によって誘起されるエッチング処理した後の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図４Ｃ】第１の期間よりも長い第２の期間にわたって直線偏光された光によって誘起されるエッチング処理した後の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図５Ａ】エッチング処理前の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図５Ｂ】第１の軸に沿って直線偏光された光によって誘起されるエッチング処理後の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図５Ｃ】第１の軸に直交する第２の軸に沿って直線偏光された光によって誘起されるエッチング処理後の予め製作されたナノワイヤ群の概略上面図である。
【図６】エッチング耐性部分を有する表面を備えた基板の断面図である。
【図７】予め製作されたナノワイヤ群を支持する基板の概略上面図である。
【図８Ａ】製造工程の第１段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの概略上面図である。
【図８Ｂ】製造工程の第１段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの図８Ａの線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿ったそれぞれの概略断面図である。
【図９Ａ】製造工程の第２段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの概略上面図である。
【図９Ｂ】製造工程の第２段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの図９Ａの線ＩＸ−ＩＸに沿ったそれぞれの概略断面図である。
【図１０Ａ】製造工程の第３段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの概略上面図である。
【図１０Ｂ】製造工程の第３段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの図１０Ａの線Ｘ−Ｘに沿ったそれぞれの概略断面図である。
【図１１Ａ】製造工程の第４段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの概略上面図である。
【図１１Ｂ】製造工程の第４段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの図１１Ａの線ＸＩ−ＸＩに沿ったそれぞれの概略断面図である。
【図１２Ａ】製造工程の第５段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの概略上面図である。
【図１２Ｂ】製造工程の第５段階での予め製作されたナノワイヤ群を備える電子デバイスの図１２Ａの線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿ったそれぞれの概略断面図である。
【図１３】別の電子デバイスの概略断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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