(57)【要約】【課題】電極間の容量をより低減することができるナノワイヤ装置、ナノワイヤ装置の製造方法、電波受信機及び発電機を提供する。【解決手段】ナノワイヤ装置の製造方法は、基板の上方に、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメント１１を成長させる工程と、第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有する第２導電型の第２のナノワイヤセグメント１２を第１のナノワイヤセグメント１１上に成長させる工程と、第１のナノワイヤセグメント１１に接触する第１の金属電極１５を形成する工程と、第２のナノワイヤセグメント１２に接触する第２の金属電極１７を形成する工程と、を有する。【選択図】図１Ｅ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上方に、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有する第２導電型の第２のナノワイヤセグメントを前記第１のナノワイヤセグメント上に成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメントに接触する第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接触する第２の金属電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２のナノワイヤセグメントを成長させる工程と前記第１の金属電極を形成する工程との間に、前記第２のナノワイヤセグメントの側面及び上面を覆い、前記第１のナノワイヤセグメントの側面を露出する絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第２のナノワイヤセグメントはIII-V族化合物半導体から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１のナノワイヤセグメントを成長させる工程は、
前記第１の最大直径を有する第１のナノワイヤサブセグメントを成長させる工程と、
前記第２の最大直径よりも小さい第３の最大直径を有する第２のナノワイヤサブセグメントを前記第１のナノワイヤサブセグメント上に成長させる工程と、
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項に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１のナノワイヤサブセグメントは第１のIII族元素を含み、
前記第２のナノワイヤサブセグメントは第２のIII族元素を含み、
前記第１のIII族元素の気相拡散長は前記第２のIII族元素の気相拡散長より短いことを特徴とする請求項４に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１のナノワイヤサブセグメントはＧａＡｓから構成され、
前記第２のナノワイヤサブセグメントはＩｎＡｓから構成されることを特徴とする請求項５に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２のナノワイヤセグメントはＧａＡｓＳｂから構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
【請求項８】
基板と、
前記基板の上方に形成され、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメントと、
前記第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有し、前記第１のナノワイヤセグメントに接合した第２導電型の第２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に接触した第１の金属電極と、
前記第２のナノワイヤセグメントに接触した第２の金属電極と、
を有することを特徴とするナノワイヤ装置。
【請求項９】
請求項８に記載のナノワイヤ装置を含むことを特徴とする電波受信機。
【請求項１０】
請求項８に記載のナノワイヤ装置を含むことを特徴とする発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤ装置、ナノワイヤ装置の製造方法、電波受信機及び発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波エネルギーハーベスタや高周波無線通信機器の高性能化のために、高感度なダイオードの実現が求められている。縦型のｐｎ接合ナノワイヤは、ｐｎ接合の面積が小さいことから高感度なダイオードとなる期待がある。
【０００３】
しかしながら、従来のｐｎ接合ナノワイヤを含むナノワイヤ装置では、ｐｎ接合ナノワイヤに接続される電極間の容量を十分に低減することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１５−５２９００６号公報
【特許文献２】特表２０１３−５０８９６６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、電極間の容量をより低減することができるナノワイヤ装置、ナノワイヤ装置の製造方法、電波受信機及び発電機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、基板の上方に、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、前記第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有する第２導電型の第２のナノワイヤセグメントを前記第１のナノワイヤセグメント上に成長させる工程と、前記第１のナノワイヤセグメントに接触する第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接触する第２の金属電極を形成する工程と、を有するナノワイヤ装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、電極間の容量をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図１Ｂ】第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図１Ｃ】第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図１Ｄ】第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図１Ｅ】第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図２】第１の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図である。
【図３Ａ】参考例に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図３Ｂ】参考例に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図３Ｃ】参考例に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図４】参考例の方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図である。
【図５】参考例の方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの変形例を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６Ｂ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図６Ｃ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
【図６Ｄ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
【図６Ｅ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
【図６Ｆ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その６）である。
【図６Ｇ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その７）である。
【図６Ｈ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その８）である。
【図６Ｉ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その９）である。
【図６Ｊ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１０）である。
【図６Ｋ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１１）である。
【図６Ｌ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１２）である。
【図６Ｍ】第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を示す断面図（その１３）である。
【図７】第２の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図である。
【図８Ａ】第２の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置の変形例（その１）を示す断面図である。
【図８Ｂ】第２の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置の変形例（その２）を示す断面図である。
【図９】ＧａＡｓナノワイヤの成長温度と直径との関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図である。
【図１０Ｂ】第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置を示す断面図である。
【図１１Ａ】第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの変形例を示す図である。
【図１１Ｂ】第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】第４の実施形態に係る電波受信機の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施形態に係る発電機の構成を示す図である。
【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。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。図１Ａ〜図１Ｅは、第１の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１１】
先ず、図１Ａに示すように、基板１０の上方に第１導電型の第１のナノワイヤセグメント１１を成長させる。第１のナノワイヤセグメント１１は第１の最大直径を有する。次いで、図１Ｂに示すように、第１のナノワイヤセグメント１１上に第２導電型の第２のナノワイヤセグメント１２を成長させる。第２のナノワイヤセグメント１２は第２の最大直径を有し、第２の最大直径は第１の最大直径よりも小さい。第１のナノワイヤセグメント１１及び第２のナノワイヤセグメント１２は、例えばIII-V族化合物半導体から構成される。
【００１２】
その後、図１Ｃに示すように、第２のナノワイヤセグメント１２の側面及び上面を覆い、第１のナノワイヤセグメント１１の側面を露出する絶縁膜１３を形成する。続いて、図１Ｄに示すように、第１のナノワイヤセグメント１１に接触する第１の金属電極１５を形成する。例えば、第１の金属電極１５は第１のナノワイヤセグメント１１の側面に接触する。次いで、図１Ｅに示すように、第２のナノワイヤセグメント１２に接触する第２の金属電極１７を形成する。例えば、第２の金属電極１７は第２のナノワイヤセグメント１２の上面に接触する。
【００１３】
このように、第１の実施形態では、第１の金属電極１５を第１のナノワイヤセグメント１１に接触するように形成する。第１の金属電極１５は、例えばリフトオフ法により、微細に形成することができる。従って、例えば図２に示すように、平面視での第１の金属電極１５と第２の金属電極１７との重なり合いを小さくし、第１の金属電極１５と第２の金属電極１７との間の寄生容量を低減することができる。図２は、第１の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図であり、図１Ａ〜図１Ｅは図２中のＩ−Ｉ線で示す断面を示す。この例では、第２の金属電極１７が平面視で第１の方向に延び、第１の金属電極１５は平面視で第１のナノワイヤセグメント１１を取り囲む。
【００１４】
ここで、第１の実施形態との対比のために参考例について説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、参考例に係るナノワイヤ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１５】
先ず、図３Ａに示すように、基板９０上に第１導電型の化合物半導体膜９４を形成し、化合物半導体膜９４上に第１導電型の第１のナノワイヤセグメント９１を成長させる。次いで、図３Ｂに示すように、第１のナノワイヤセグメント９１上に第２導電型の第２のナノワイヤセグメント９２を成長させる。第１のナノワイヤセグメント９１の直径と第２のナノワイヤセグメント９２の直径とは互いに等しい。その後、図３Ｃに示すように、化合物半導体膜９４上に化合物半導体膜９４を介して第１のナノワイヤセグメント９１に電気的に接続される第１の金属電極９５を形成し、第２のナノワイヤセグメント９２に接触する第２の金属電極９７を形成する。
【００１６】
参考例により製造されたナノワイヤ装置では、図４に示すように、第２の金属電極９７の下方に第１導電型の化合物半導体膜９４が広がっている。図４は、参考例の方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図であり、図３Ａ〜図３Ｃは図４中のＩ−Ｉ線で示す断面を示す。参考例の方法により製造されるナノワイヤ装置では、第２の金属電極９７の下方に第１導電型の化合物半導体膜９４が広がっているため、第１の金属電極９５と第２の金属電極９７との間に大きな容量が寄生する。図５に示すように、化合物半導体膜９４の面積を狭めることも可能であるが、化合物半導体膜９４を第１の実施形態における第１の金属電極１５ほど狭い面積で形成することはできない。
【００１７】
また、参考例では、第１の実施形態のように、第２のナノワイヤセグメント９２の側面及び上面を絶縁膜で覆いながら、第１のナノワイヤセグメント９１の側面に接するように第１の金属電極９５を形成することもできない。これは、第１のナノワイヤセグメント９１の直径と第２のナノワイヤセグメント９２の直径とが互いに等しいためである。
【００１８】
このように、参考例の方法により製造されるナノワイヤ装置では、第１の金属電極９５と第２の金属電極９７との間に大きな容量が寄生するのに対し、第１の実施形態によれば、第１の金属電極１５と第２の金属電極１７との間の寄生容量を大幅に低減することができる。そして、第１の実施形態によれば、無線通信や電波発電において電波受信を担う高周波検波器に用いた場合には、寄生容量の低減を通じて感度及び高周波特性を向上することができる。
【００１９】
第１の実施形態に係る方法で製造されるナノワイヤ装置は、図１Ｅ及び図２に示すように、次のような構成を備える。
【００２０】
すなわち、このナノワイヤ装置１は、基板１０の上方に形成された第１導電型の第１のナノワイヤセグメント１１と、第１のナノワイヤセグメント１１に接合した第２導電型の第２のナノワイヤセグメント１２と、を有する。ナノワイヤ装置１は、更に、第１のナノワイヤセグメント１１に接触する第１の金属電極１５と、第２のナノワイヤセグメント１２に接触する第２の金属電極１７と、第２のナノワイヤセグメント１２の側面を覆う絶縁膜１３と、を有する。第１のナノワイヤセグメント１１の最大直径は、第２のナノワイヤセグメント１２の最大直径よりも大きい。
【００２１】
ナノワイヤ装置１に含まれるｐｎ接合の面積は第１のナノワイヤセグメント１１及び第２のナノワイヤセグメント１２の直径に依存するところ、これらの直径は容易に調整することができる。従って、ナノワイヤの内部の容量は十分に小さくすることができる。また、平面視での第１の金属電極１５と第２の金属電極１７との重なり合いを小さくすることができるため、第１の金属電極１５と第２の金属電極１７との間の寄生容量を低減することができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図６Ａ〜図６Ｍは、第２の実施形態に係るナノワイヤ装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００２３】
本実施形態では、先ず、結晶成長用の基板を作製し、その上方に、縦型構造のｐｎ接合ヘテロナノワイヤを成長させる。その後、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤのｎ型の部分に接続される電極及びｐ型の部分に接続される電極を形成する。ｐｎ接合ヘテロナノワイヤは、ｎ型の第１のナノワイヤセグメントとその上のｐ型の第２のナノワイヤセグメントとを含む。第１のナノワイヤセグメントは第１のナノワイヤサブセグメントとその上の第２のナノワイヤサブセグメントとを含む。例えば、第１のナノワイヤサブセグメントはｎ型のＧａＡｓから構成され、第２のナノワイヤサブセグメントはｎ型のＩｎＡｓから構成され、第２のナノワイヤセグメントはｐ型のＧａＡｓＳｂから構成される。図６Ａ〜図６Ｄは、主として、結晶成長用の基板の作製及びｐｎ接合ヘテロナノワイヤの成長の工程を示し、図６Ｅ〜図６Ｍは、主として電極の形成の工程を示す。
【００２４】
先ず、図６Ａに示すように、基板１０１上に、開口部１０３を備えた成長マスク１０２を形成する。基板１０１としては、例えば、半絶縁性（semi-insulating：ＳＩ）−ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板を用いる。成長マスク１０２としては、例えば厚さが４０ｎｍ〜６０ｎｍのシリコン窒化膜を用いる。例えば、開口部１０３はリソグラフィにより形成することができる。成長マスク１０２の形成後、開口部１０３内に、ナノワイヤの触媒として、例えば円板状の金属膜１０４を形成する。例えば、開口部１０３及び金属膜１０４の直径は２０ｎｍ〜１００ｎｍとする。金属膜１０４の材料としては、例えば金（Ａｕ）を用いる。このようにして、基板１０１、成長マスク１０２及び金属膜１０４を備えた結晶成長用の基板１０５が得られる。
【００２５】
次いで、図６Ｂに示すように、ｎ型のＧａＡｓから構成される第１のナノワイヤサブセグメント１１１を基板１０１の上方に成長させる。第１のナノワイヤサブセグメント１１１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型不純物として硫黄（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。
【００２６】
第１のナノワイヤサブセグメント１１１は４００℃〜４９０℃の温度で成長させる。４００℃〜４９０℃の温度は、ＩｎＡｓからなるナノワイヤセグメントの結晶成長に適した温度であり、Ｉｎよりも気相分子の気相拡散長が短いＧａをIII族元素として含有するＧａＡｓの結晶成長にとっては低めである。従って、４００℃〜４９０℃の結晶成長では、Ｇａ気相分子が拡散しにくい。このため、ＧａＡｓが成長マスク１０２の上面より上方まで成長すると、基板１０１の表面に垂直な方向に更に成長するだけでなく、ＧａＡｓの側方でＧａ気相分子がＡｓＨ３と反応して基板１０１の表面に平行な方向にも成長する。すなわち、第１のナノワイヤサブセグメント１１１は横方向にも成長し、その直径は開口部１０３及び金属膜１０４の直径よりも大きくなる。
【００２７】
なお、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の成長中に、金属膜１０４は、液相化するためのＧａ原子を取り込むが、金属膜１０４の直径の増加量は僅かであり、金属膜１０４の直径は開口部１０３の直径と実質的に同程度のままである。
【００２８】
その後、図６Ｃに示すように、ｎ型のＩｎＡｓから構成される第２のナノワイヤサブセグメント１１２を第１のナノワイヤサブセグメント１１１上に成長させる。第２のナノワイヤサブセグメント１１２は、例えば第１のナノワイヤサブセグメント１１１と同じくＭＯＣＶＤ法により成長させることができる。例えば、Ｉｎの原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）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。
【００２９】
第２のナノワイヤサブセグメント１１２は、第１のナノワイヤサブセグメント１１１と同じく４００℃〜４９０℃の温度で成長させる。ＩｎＡｓの結晶成長にとって４００℃〜４９０℃の温度は適切な温度であり、第２のナノワイヤサブセグメント１１２は、金属膜１０４の直径と同程度の直径で、基板１０１の表面に垂直な方向に成長する。
【００３０】
第１のナノワイヤサブセグメント１１１及び第２のナノワイヤサブセグメント１１２が第１のナノワイヤセグメント１１０に含まれる。
【００３１】
続いて、図６Ｄに示すように、ｐ型のＧａＡｓＳｂから構成される第２のナノワイヤセグメント１２０を第１のナノワイヤセグメント１１０上に成長させる。第２のナノワイヤセグメント１２０は、例えば第１のナノワイヤセグメント１１０と同じくＭＯＣＶＤ法により成長させることができる。例えば、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１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３とする。
【００３２】
第２のナノワイヤセグメント１２０は、第１のナノワイヤセグメント１１０の成長時よりも高い温度、例えば成長温度５２０℃〜５８０℃の温度で成長させる。ＧａＡｓＳｂもIII族元素をＧａとするIII-V族化合物半導体であるため、第１のナノワイヤサブセグメント１１１と同様に、第２のナノワイヤセグメント１２０は第２のナノワイヤサブセグメント１１２より太くなる。ただし、第２のナノワイヤセグメント１２０は第１のナノワイヤサブセグメント１１１よりも高温で成長させるため、第１のナノワイヤサブセグメント１１１より細くなる。
【００３３】
この結果、図６Ｄに示すように、第２のナノワイヤセグメント１２０の最大直径（第２の最大直径）が第２のナノワイヤサブセグメント１１２の最大直径（第３の最大直径）よりも大きく、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の最大直径（第１の最大直径）が第２のナノワイヤセグメント１２０の最大直径（第２の最大直径）よりも大きいｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０が得られる。ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０では、ｎ型の第１のナノワイヤセグメント１１０の最大直径（第１の最大直径）がｐ型の第２のナノワイヤセグメント１２０の最大直径（第２の最大直径）よりも大きい。従って、後述のように、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０は電極の形成に適した形状を有している。
【００３４】
第２のナノワイヤセグメント１２０の成長後、図６Ｅに示すように、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０及び成長マスク１０２を覆う絶縁膜１３０を形成する。絶縁膜１３０としては、例えば厚さが５ｎｍ〜１０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜を形成する。絶縁膜１３０は、例えば原子層堆積（atomic  layer  deposition：ＡＬＤ）法により形成することができる。
【００３５】
次いで、図６Ｆに示すように、絶縁膜１３０上にレジスト膜１４０を形成する。
【００３６】
その後、図６Ｇに示すように、レジスト膜１４０をパターニングすることにより、絶縁膜１３０の第１のナノワイヤサブセグメント１１１の側面を覆う部分を露出する開口部１４１をレジスト膜１４０に形成する。このとき、絶縁膜１３０の第２のナノワイヤセグメント１２０の側面を覆う部分はレジスト膜１４０により覆われたままとする。
【００３７】
続いて、図６Ｈに示すように、絶縁膜１３０の開口部１４１から露出している部分をエッチングにより除去する。このとき、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０の第１のナノワイヤサブセグメント１１１の上端より上方の部分は絶縁膜１３０に覆われた状態を維持する。
【００３８】
次いで、図６Ｉに示すように、蒸着法により第１の金属膜１５０をレジスト膜１４０の上端及び開口部１４１の底部に形成する。開口部１４１の底部に形成される第１の金属膜１５０は第１のナノワイヤサブセグメント１１１の側面に接触する。第１の金属膜１５０としては、例えばＡｕ−Ｇｅ膜を形成する。
【００３９】
その後、図６Ｊに示すように、レジスト膜１４０を、その上端に形成された第１の金属膜１５０と共に除去する。開口部１４１の底部に形成された第１の金属膜１５０は残存する。このように、リフトオフ法により、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の側面に接触する第１の金属電極（第１の金属膜１５０）を形成することができる。
【００４０】
続いて、図６Ｋに示すように、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０、絶縁膜１３０及び第１の金属膜１５０を覆う樹脂膜１６０を形成する。樹脂膜１６０としては、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）の樹脂膜を形成する。
【００４１】
次いで、図６Ｌに示すように、ドライエッチングにより樹脂膜１６０及び絶縁膜１３０の上部を除去することにより、第２のナノワイヤセグメント１２０の頭頂部を露出させる。その後、樹脂膜１６０上に第２の金属膜１７０を第２の金属電極として形成する。第２の金属膜１７０としては、例えばＰｔ膜及びその上のＡｕ膜からなる積層膜を形成する。
【００４２】
続いて、図６Ｍに示すように、樹脂膜１６０に第１の金属膜１５０（第１の金属電極）まで到達する開口部１６１を形成する。
【００４３】
このようにして、ナノワイヤ装置を製造することができる。
【００４４】
第２の実施形態では、第１の金属膜１５０を第１のナノワイヤサブセグメント１１１に接触するように形成する。第１の金属膜１５０はリフトオフ法により微細に形成することができるため、例えば図７に示すように、平面視での第１の金属膜１５０と第２の金属膜１７０との重なり合いを小さくし、第１の金属膜１５０と第２の金属膜１７０との間の寄生容量を低減することができる。図７は、第２の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図であり、図６Ａ〜図６Ｍは図７中のＩ−Ｉ線で示す断面を示す。この例では、第２の金属膜１７０（第２の金属電極）が平面視で第１の方向に延び、第１の金属膜１５０（第１の金属電極）は平面視で第１のナノワイヤサブセグメント１１１を取り囲む。第２の実施形態によれば、第１の金属膜１５０と第２の金属膜１７０との間の寄生容量を大幅に低減することができる。
【００４５】
第２の実施形態に係る方法で製造されるナノワイヤ装置は、図６Ｍ及び図７に示すように、次のような構成を備える。
【００４６】
すなわち、このナノワイヤ装置１００は、基板１０１の上方に形成された第１導電型の第１のナノワイヤセグメント１１０と、第１のナノワイヤセグメント１１０に接合した第２導電型の第２のナノワイヤセグメント１２０と、を有する。第１のナノワイヤセグメント１１０は、第１のナノワイヤサブセグメント１１１と、第１のナノワイヤサブセグメント１１１に接合した第２のナノワイヤサブセグメント１１２と、を有する。ナノワイヤ装置１００は、更に、第１のナノワイヤサブセグメント１１１に接触する第１の金属膜１５０と、第２のナノワイヤセグメント１２０に接触する第２の金属膜１７０と、第２のナノワイヤセグメント１２０及び第２のナノワイヤサブセグメント１１２の側面を覆う絶縁膜１３０と、を有する。第２のナノワイヤセグメント１２０の直径は第２のナノワイヤサブセグメント１１２の直径よりも大きく、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の直径は第２のナノワイヤセグメント１２０の直径よりも大きい。従って、ｎ型の第１のナノワイヤセグメント１１０の最大直径がｐ型の第２のナノワイヤセグメント１２０の最大直径よりも大きい。
【００４７】
ナノワイヤ装置１００に含まれるｐｎ接合の面積は第１のナノワイヤセグメント１１０及び第２のナノワイヤセグメント１２０の直径に依存するところ、これらの直径は容易に調整することができる。従って、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０の内部の容量は十分に小さくすることができる。また、平面視での第１の金属膜１５０と第２の金属膜１７０との重なり合いを小さくすることができるため、第１の金属膜１５０（第１の金属電極）と第２の金属膜１７０（第２の金属電極）との間の寄生容量を低減することができる。
【００４８】
なお、図８Ａに示すように、樹脂膜１６０をすべて除去してもよい。樹脂膜１６０の残存量を低減することで寄生容量をより低減することができる。また、図８Ｂに示すように、第２の金属膜１７０を線状ではなく点状に形成してもよい。
【００４９】
ここで、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の成長温度に関連し、ＧａＡｓナノワイヤの成長温度と直径との関係について説明する。図９は、ＧａＡｓナノワイヤの成長温度と直径との関係を示すグラフである。図９に示すように、成長温度が低いほど、ＧａＡｓナノワイヤの直径が大きくなる。従って、適切な温度で成長させることで、触媒となる金属膜の直径に拘わらず、ＧａＡｓナノワイヤの直径を適宜調整することができる。
【００５０】
従って、第１のナノワイヤサブセグメント１１１及び第２のナノワイヤサブセグメント１１２の成長温度は同一である必要はない。例えば、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の成長温度を第２のナノワイヤサブセグメント１１２の成長温度より低くすることで、より直径が大きな第１のナノワイヤサブセグメント１１１を得ることができる。
【００５１】
（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２の実施形態では、１本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０を含むナノワイヤ装置１００を製造するのに対し、第３の実施形態では、複数本、例えば３本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０を含むナノワイヤ装置を製造する。図１０Ａは、第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの例を示す図であり、図１０Ｂは、第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置を示す断面図である。図１０Ｂは、図１０Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面を示す。
【００５２】
第３の実施形態により製造されるナノワイヤ装置２００は、３本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０を含む。第１の金属膜１５０（第１の金属電極）は３本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０の各第１のナノワイヤサブセグメント１１１の側面に接触し、第２の金属膜１７０（第２の金属電極）は３本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０の各第２のナノワイヤセグメント１２０に接触する。この例では、低容量化のために樹脂膜１６０がすべて除去される。
【００５３】
このようなナノワイヤ装置２００を製造するにあたっては、レイアウトを適宜変更しながら第２の実施形態に倣った処理を行えばよい。例えば、成長マスク１０２に３つの開口部１０３を形成し、これら３つの開口部１０３内にそれぞれ金属膜１０４を形成し、レジスト膜１４０に第１の金属膜１５０の平面形状に倣うように開口部１４１を形成する。
【００５４】
第３の実施形態によっても、第２の実施形態と同様に、第１の金属膜１５０と第２の金属膜１７０との間の寄生容量を低減することができる。また、第３の実施形態によれば、３本のｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０が含まれるため、より大きな電流を流すことができる。
【００５５】
なお、ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ１９０の数は限定されず、２本であってもよく、４本以上であってもよい。また、第１の金属膜１５０は平面視で第１のナノワイヤサブセグメント１１１を取り囲んでいる必要はなく、例えば、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１のナノワイヤサブセグメント１１１の側面の一部のみに接触していてもよい。これは第１の実施形態及び第２の実施形態でも同様である。図１１Ａは、第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置における電極及びナノワイヤセグメントのレイアウトの変形例を示す図であり、図１１Ｂは、第３の実施形態に係る方法により製造されるナノワイヤ装置の変形例を示す断面図である。図１１Ｂは、図１１Ａ中のＩ−Ｉ線に沿った断面を示す。
【００５６】
（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１〜第３の実施形態に係る方法で製造されるナノワイヤ装置を含む、いわゆる超大容量無線通信システムの電波受信機に関する。図１２は、第４の実施形態に係る電波受信機の構成を示す図である。
【００５７】
第４の実施形態に係る電波受信機５００は、受信アンテナ５０１、受信アンテナ５０１に接続されたローノイズアンプ５０２、ローノイズアンプ５０２に接続されたダイオード５０３及びインダクタ５０４、並びにインダクタ５０４に接続された出力端子５０５を有する。ダイオード５０３のアノードがローノイズアンプ５０２及びインダクタ５０４に接続され、ダイオード５０３のカソードが接地されている。ダイオード５０３に、第１〜第３の実施形態に係る方法又はこれらの変形例で製造されるナノワイヤ装置が用いられる。
【００５８】
第１〜第３の実施形態に係る方法で製造されるナノワイヤ装置では、金属電極間の容量が極めて小さいため、テラヘルツ波帯領域までの電波を受信することができる。ダイオード５０３に、ナノワイヤダイオードの優れた高周波特性を損なうことなく、ナノワイヤダイオードの充分な機械的強度をもたらす高性能なダイオード構造を適用することにより、信頼性の高い超大容量無線通信ネットワークシステムが実現する。
【００５９】
（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１〜第３の実施形態に係る方法で製造されるナノワイヤ装置を含む、いわゆるＩｏＴ（Internet  of  Things）センサの発電機に関する。図１３は、第５の実施形態に係る発電機の構成を示す図である。
【００６０】
第５の実施形態に係る発電機６００は、受信アンテナ６０１、受信アンテナ６０１と接続されたダイオード６０２及び６０３、ダイオード６０３と接続された平滑キャパシタ６０４及び電圧一定化回路６０５、並びに出力端子６０６を有する。ダイオード６０２のカソード及びダイオード６０３のアノードが受信アンテナ６０１に接続され、ダイオード６０２のアノードは接地されている。また、平滑キャパシタ６０４の一端は接地され、他端はダイオード６０３のカソード及び電圧一定化回路６０５に接続されている。ダイオード６０２及び６０３に、第１〜第３の実施形態に係る方法又はこれらの変形例で製造されるナノワイヤ装置が用いられる。
【００６１】
受信アンテナ６０１は、エネルギーとして例えばマイクロ波を受信するアンテナである。ダイオード６０２及び６０３は、受信アンテナ６０１から入射したマイクロ波を全波整流する。平滑キャパシタ６０４により、安定したＤＣ（直流）出力が得られる。電圧一定化回路６０５は、ＤＣ出力を一定値にする。出力端子６０６は、ＩｏＴセンサの電源に接続され、一定値とされたＤＣ出力が当該電源に供給される。
【００６２】
発電機６００では、ダイオード６０２及び６０３に、第１〜第３の実施形態に係る方法又はこれらの変形例で製造されるナノワイヤ装置が用いられ、優れた高周波特性を損なうことなく、十分な機械的強度がもたらされる。従って、エネルギー変換効率が向上し、マイクロ波等の微小電力の高効率なハーベスティングに寄与する。これにより、低電力で動作可能なＩｏＴセンサを、電池等を用いることなく高効率に駆動することができる。
【００６３】
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００６４】
（付記１）
基板の上方に、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメントを成長させる工程と、
前記第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有する第２導電型の第２のナノワイヤセグメントを前記第１のナノワイヤセグメント上に成長させる工程と、
前記第１のナノワイヤセグメントに接触する第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接触する第２の金属電極を形成する工程と、
を有することを特徴とするナノワイヤ装置の製造方法。
（付記２）
前記第２のナノワイヤセグメントを成長させる工程と前記第１の金属電極を形成する工程との間に、前記第２のナノワイヤセグメントの側面及び上面を覆い、前記第１のナノワイヤセグメントの側面を露出する絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする付記１に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記３）
前記第１のナノワイヤセグメント及び前記第２のナノワイヤセグメントはIII-V族化合物半導体から構成されることを特徴とする付記１又は２に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記４）
前記第１のナノワイヤセグメントを成長させる工程は、
前記第１の最大直径を有する第１のナノワイヤサブセグメントを成長させる工程と、
前記第２の最大直径よりも小さい第３の最大直径を有する第２のナノワイヤサブセグメントを前記第１のナノワイヤサブセグメント上に成長させる工程と、
を有することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記５）
前記第１のナノワイヤサブセグメントは第１のIII族元素を含み、
前記第２のナノワイヤサブセグメントは第２のIII族元素を含み、
前記第１のIII族元素の気相拡散長は前記第２のIII族元素の気相拡散長より短いことを特徴とする付記４に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記６）
前記第１のナノワイヤサブセグメントはＧａＡｓから構成され、
前記第２のナノワイヤサブセグメントはＩｎＡｓから構成されることを特徴とする付記５に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記７）
前記第１のナノワイヤサブセグメントの成長温度を前記第２のナノワイヤサブセグメントの成長温度以下とすることを特徴とする付記４乃至６のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記８）
前記第２のナノワイヤセグメントはＧａＡｓＳｂから構成されることを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置の製造方法。
（付記９）
基板と、
前記基板の上方に形成され、第１の最大直径を有する第１導電型の第１のナノワイヤセグメントと、
前記第１の最大直径よりも小さい第２の最大直径を有し、前記第１のナノワイヤセグメントに接合した第２導電型の第２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に接触した第１の金属電極と、
前記第２のナノワイヤセグメントに接触した第２の金属電極と、
を有することを特徴とするナノワイヤ装置。
（付記１０）
前記第２のナノワイヤセグメントの側面を覆う絶縁膜を有することを特徴とする付記９に記載のナノワイヤ装置。
（付記１１）
前記第１のナノワイヤセグメントは、
前記第１の最大直径を有する第１のナノワイヤサブセグメントと、
前記第２の最大直径よりも小さい第３の最大直径を有し、前記第１のナノワイヤサブセグメントに接合した第２のナノワイヤサブセグメントと、
を有することを特徴とする付記９又は１０に記載のナノワイヤ装置。
（付記１２）
付記９乃至１１のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置を含むことを特徴とする電波受信機。
（付記１３）
付記９乃至１１のいずれか１項に記載のナノワイヤ装置を含むことを特徴とする発電機。
【符号の説明】
【００６５】
１：ナノワイヤ装置
１０：基板
１１：第１のナノワイヤセグメント
１２：第２のナノワイヤセグメント
１３：絶縁膜
１５：第１の金属電極
１７：第２の金属電極
１００：ナノワイヤ装置
１０１：基板
１０２：成長マスク
１１０：第１のナノワイヤセグメント
１１１：第１のナノワイヤサブセグメント
１１２：第２のナノワイヤサブセグメント
１２０：第２のナノワイヤセグメント
１３０：絶縁膜
１５０：第１の金属膜
１７０：第２の金属膜
１９０：ｐｎ接合ヘテロナノワイヤ
５００：電波受信機
６００：発電機
【図１Ａ】
2019216219.tif 000003
【図１Ｂ】
2019216219.tif 000004
【図１Ｃ】
2019216219.tif 000005
【図１Ｄ】
2019216219.tif 000006
【図１Ｅ】
2019216219.tif 000007
【図２】
2019216219.tif 000008
【図３Ａ】
2019216219.tif 000009
【図３Ｂ】
2019216219.tif 000010
【図３Ｃ】
2019216219.tif 000011
【図４】
2019216219.tif 000012
【図５】
2019216219.tif 000013
【図６Ａ】
2019216219.tif 000014
【図６Ｂ】
2019216219.tif 000015
【図６Ｃ】
2019216219.tif 000016
【図６Ｄ】
2019216219.tif 000017
【図６Ｅ】
2019216219.tif 000018
【図６Ｆ】
2019216219.tif 000019
【図６Ｇ】
2019216219.tif 000020
【図６Ｈ】
2019216219.tif 000021
【図６Ｉ】
2019216219.tif 000022
【図６Ｊ】
2019216219.tif 000023
【図６Ｋ】
2019216219.tif 000024
【図６Ｌ】
2019216219.tif 000025
【図６Ｍ】
2019216219.tif 000026
【図７】
2019216219.tif 000027
【図８Ａ】
2019216219.tif 000028
【図８Ｂ】
2019216219.tif 000029
【図９】
2019216219.tif 000030
【図１０Ａ】
2019216219.tif 000031
【図１０Ｂ】
2019216219.tif 000032
【図１１Ａ】
2019216219.tif 000033
【図１１Ｂ】
2019216219.tif 000034
【図１２】
2019216219.tif 000035
【図１３】
2019216219.tif 000036