(57)【要約】  本発明は、第１の面（１１１）を含む半導体基板（１１０）、核形成層（１２０）、及び、核形成層に接触するナノワイヤ（１６０）を備える光電子半導体構造体（１００）に関連し、核形成層（１２０）は、その禁制帯エネルギーが５ｅＶを超えるラージギャップ半導体で形成される。核形成層（１２０）は、核形成部分と称される第１の面（１１１）の部分を覆い、核形成層（１２０）によって覆われない第１の面（１１１）の部分（１１４）は、自由部分と称される。この構造体はさらに、基板（１１０）の自由部分（１１４）に接触する導電層（１４１）を備え、導電層はまた、ナノワイヤ（１６０）の周囲を囲ってナノワイヤに接触する。本発明はまた、このような構造体（１００）の製造方法に関する。
2015519726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−第１及び第２の面（１１１、１１２）を有する半導体基板（１１０）、
−前記基板（１１０）の前記第１の面（１１１）に接触する核形成層（１２０）であって、５ｅＶを超える禁制帯エネルギーバンドを有するワイドギャップ半導体である核形成層、
−前記核形成層に接触するナノワイヤ（１３０）、
を含む光電子半導体構造体（１００）であって、
前記核形成層（１２０）が、少なくとも１つのパッドで形成され、“核形成”面と称される前記第１の面（１１１）の部分（１１３）上において前記基板の第１の面（１１１）を覆い、前記核形成層（１２０）によって覆われない前記第１の面（１１１）の部分（１１４）が、“自由”部分と称され、前記構造体がまた、前記基板（１１０）の自由部分（１１４）に接触する導電層（１４１）を含み、前記導電層がまた、前記ナノワイヤ（１３０）の周囲において前記ナノワイヤに接触することを特徴とする、光電子半導体構造体（１００）。
【請求項２】
前記第１の面（１１１）の自由部分（１１４）が、１ｎｍから５μｍであるリセス高さ（ｈｒｅｃｅｓｓ）にわたって前記核形成部分（１１３）に対してリセスされ、前記リセス高さ（ｈｒｅｃｅｓｓ）が、好ましくは１ｎｍから５００ｎｍである、請求項１に記載の構造体（１００）。
【請求項３】
前記ナノワイヤ（１３０）が、前記核形成層（１２０）全体をおおよそ覆う、請求項１又は２に記載の構造体（１００）。
【請求項４】
前記ナノワイヤ（１３０）が、前記導電層（１２０）に接触する前記ナノワイヤ（１３０）の領域の最大側方寸法を有して、前記基板（１００）の第１の面（１１１）におおよそ平行である平面において前記核形成層（１２０）に接触し、前記導電層（１４１）が、少なくとも前記最大側方寸法を４で割った値に等しい接触高さにわたって前記ナノワイヤに接触する、請求項１から３の何れか一項に記載の構造体。
【請求項５】
前記導電層（１４１）が、主に耐熱材料又は耐熱合金で作られる、請求項１から４の何れか一項に記載の構造体（１００）。
【請求項６】
前記導電層（１４１）が、主にチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）及び前記金属を含有する合金を含む群から選択される材料で作られる、請求項１から５の何れか一項に記載の構造体（１００）。
【請求項７】
前記構造体（１００）が、電磁放射線を放射することができる構造体、電磁放射線を受け、それを電気信号に変換することができる構造体、及び、光起電性タイプの構造体を含む群から選択されるタイプの構造体である、請求項１から６の何れか一項に記載の半導体構造体（１００）。
【請求項８】
前記構造体がさらに、前記ナノワイヤ（１３０）の分極を可能にするように、前記基板（１１０）に接触する第１の電気接触部（１５１）、及び、前記基板（１１０）の反対方向にある前記ナノワイヤの端部において前記ナノワイヤ（１３０）に接触する第２の電気接触部（１５２）を備える、請求項１から７の何れか一項に記載の構造体（１００）。
【請求項９】
少なくとも１つの半導体ナノワイヤ（１３０）を含む光電子半導体構造体（１００）の製造方法であって、
前記方法が、
−第１及び第２の面（１１１、１１２）を有する半導体基板（１１０）を提供する段階、
−“核形成”部分（１１３）と称される第１の面（１１１）の部分にわたって前記基板（１１０）のこの同一の第１の面（１１１）に接触する少なくとも１つのパッドで形成される核形成層（１２０）を形成する段階であって、前記核形成層（１２０）によって覆われない前記第１の面（１１１）の部分が、“自由”部分（１１４）と称される段階と、
−前記第１の面（１１１）の自由部分（１１４）に接触する導電層（１４１）を形成する段階と、
−“接触”ナノワイヤと称され、前記核形成層（１２０）に接触する前記ナノワイヤの部分を有する少なくとも１つのナノワイヤ（１３０）を形成する段階であって、前記ナノワイヤが、前記導電層（１４１）にその周囲において接触する段階と、
からなる段階を含む、光電子半導体構造体（１００）の製造方法。
【請求項１０】
前記自由部分（１１４）が、前記核形成層（１１３）に対してリセス高さ（ｈｒｅｃｅｓｓ）だけリセスされるように、前記第１の面（１１１）の自由部分（１１４）及びこの同一の第１の面（１１１）をエッチングする段階をさらに含み、前記リセス高さ（ｈｒｅｃｅｓｓ）が、１ｎｍから５μｍであり、好ましくは１ｎｍから５００ｎｍである、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記核形成層（１２０）を形成する段階が、
−前記第１の面（１１１）全体の上に核形成層（１２０）を形成する段階、
−前記基板（１１０）の第１の面（１１１）の自由部分（１１４）を開放するように前記核形成層（１２０）の部分を選択的にエッチングする段階、
からなる副段階を含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の面（１１１）の自由部分（１１４）をエッチングする段階及び前記核形成層（１２０）の部分を選択的にエッチングする副段階が、単一のエッチング段階中に行われる、請求項１０及び１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階が、
−前記導電層（１４１）上に“マスク”層（１４２）と称される層を形成する段階、
−前記マスク層（１４２）及び前記導電層（１４１）の部分に開口部を形成する段階であって、前記開口部が、前記パッドを露出するように前記核形成層（１２）に出現する段階、
−前記マイクロワイヤ又はナノワイヤ（１３０）が出現する前記核形成層（１２０）のパッドに選択的成長によってナノワイヤを形成する段階、
からなる副段階を含む、請求項９から１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階が、
−前記導電層（１４１）に開口部（１４３）を形成する段階であって、前記開口部が、前記パッドを露出するように前記核形成層（１２０）に出現する段階、
−前記核形成層（１２０）のパッドに選択的成長によってナノワイヤ（１３０）を形成する段階、
からなる副段階を含む、請求項９から１２に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階が、
−前記第１の面（１１１）の自由部分（１１４）及び前記核形成層（１２０）の部分をエッチングする段階の前に、前記核形成層（１２０）上にバッファ層（１３４）を形成する段階であって、前記バッファ層が、前記核形成層（１２０）及び前記第１の面（１１１）の自由部分を用いてエッチングされる段階、
−前記導電層（１４１）を形成する段階の後に、前記導電層（１４１）上に前記“マスク”層と称される層（１４２）を形成する段階、
−前記マスク層（１４２）及び前記導電層（１４１）の部分に開口部（１４３）を形成する段階であって、前記開口部（１４３）が前記バッファ層（１３４）に出現する段階、
−前記開口部（１４３）が出現する前記バッファ層（１３４）の部分に選択的成長によってナノワイヤ（１３０）を形成する段階、
からなる副段階を含む、請求項１４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射線の検出、測定及び放射の分野、並びに電磁放射線の検出、測定又は放射を可能にする装置に関連する。
【０００２】
過去十年間にわたって、オプトエレクトロニクス及びそれに基づくデバイスの発達が見られる。このようなデバイスは、電磁放射線の検出、測定又は放射に相応しい半導体構造体を使用する。
【０００３】
これらの構造体のうち、ナノワイヤベースの半導体構造体は、電磁放射線の検出及び測定又は放射の場合において、受信に関するものであるかを問わず、実現可能な効率に関して良好なポテンシャルを示す。これらの効率は、太陽電池用途においてこのような構造体を用いることに対して十分である。
【０００４】
このような構造体は、電磁放射線の検出、測定若しくは放射、又は、太陽電池用途に向けられるのかは問わず、より一般的には光電子半導体構造体と称され得る。
【０００５】
光電子半導体構造体は、本明細書の上記及び以下の部分において、電気信号から電磁放射線に変換する又はその逆に相応しい全てのタイプの半導体構造体を意味するものと理解される。
【０００６】
本発明は、特に、少なくとも１つの半導体ナノワイヤの製造方法及び光電子半導体構造体に関連する。
【背景技術】
【０００７】
ナノワイヤベースの光電子構造体の産業発達及び需要は、多くの技術障壁のために非常に限られたままである。
【０００８】
これらの技術的障壁のうち、ナノワイヤの分極及び接続に関連する電気損失が言及され得る。
【０００９】
実際に、ナノワイヤベースの光電子半導体構造体は、一般的に、
−第１及び第２の面を含む半導体基板であって、高品質の分極を可能にするのに十分なある濃度の多数キャリアを有する半導体基板、
−ナノワイヤの成長に相応しい核形成層、
−そのベースが核形成層に接触される幾つかのナノワイヤであって、電気信号を電磁放射線に変換するために又はその逆のために相応しい活性領域を含むナノワイヤ、
−基板を分極するために基板の第２の面に適合される第１の電気接触部、
−ベースに対向するナノワイヤの端部においてナノワイヤの各々に接触する第２の電気接触部、
を含む。
【００１０】
従って、このような構造体に関して、ナノワイヤの各々の活性領域の分極は、第１及び第２の接触部の間にポテンシャルの差異を与えることによって得られる。動作中、光電子構造体において、活性領域のこの分極は、電気信号から電磁放射線への変換、又はその逆を可能にする。
【００１１】
第１及び第２の電気接触部の手段がナノワイヤの各々の活性領域を分極することをこのような構造体が可能にするけれども、それにもかかわらず、それは、基板／核形成層／ナノワイヤ界面における無視できない電気損失を伴う。
【００１２】
基板、核形成層及びナノワイヤのベースを形成する材料は実際には、通常、異なる性質の半導体であり、各界面においてヘテロ構造を形成する。このようなタイプの界面は、通常、高い界面抵抗を有する。
【００１３】
これは、特に、ナノワイヤが半導体窒化物から作られるベースを有する場合である。実際に、このタイプのナノワイヤにおいて、核形成層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で作られ、それは、ワイドギャップ半導体（ここで、その禁制帯のエネルギーは６ｅＶを超える）であり、“半絶縁体”の特性を有する。従って、基板／核形成層及び核形成層／ナノワイヤ層は、核形成層を形成するこのような材料を用いて高い界面抵抗を有する。基板／ナノワイヤ界面によって各ナノワイヤのベースの分極が、主に核形成層の存在に関連した実質的な電気損失をもたらすという結果になる。
【００１４】
従って、このような構造体は、この界面における損失を補償するために、より高い分極電圧を必要とし、この電圧がこの損失によって低減されるので、低効率である。
【００１５】
太陽電池タイプの構造体の場合、活性領域が分極を必要としないけれども、第１及び第２の接触部が、活性領域に生成されるエネルギーを集めるために、この構造体を接続するために存在し、基板／ナノワイヤ界面におけるこの損失の問題はまた、従って、太陽電池タイプの構造体においても存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、この欠点を改善することを探求する。
【００１７】
従って、本発明の目的は、核形成層を含むナノワイヤベースの光電子半導体構造体であって、従来技術の構造体に比べて、基板及びナノワイヤの各々の間において低い界面抵抗を有する構造体を提供することである。
【００１８】
従って、本発明の更なる特定の目的は、５ｅＶを超える禁制帯エネルギーバンドを有する核形成層を含むナノワイヤベースの光電子半導体構造体であって、このような核形成層を含む従来技術の構造と比較して、基板及びナノワイヤの各々の間において低い界面抵抗を有する構造体を提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、構造体が動作中である間にナノワイヤの各々の活性領域によって生成される熱の消費を最適化するナノワイヤベースの光電子半導体構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このために、本発明は、
−第１及び第２の面を有する半導体基板、
−前記基板の前記第１の面に接触する核形成層であって、５ｅＶを超える禁制帯エネルギーバンドを有するワイドギャップ半導体である核形成層、
−前記核形成層に接触するナノワイヤ、
を含む光電子半導体構造体であって、
前記核形成層が、少なくとも１つのパッドで形成され、“核形成”面と称される前記第１の面の部分上において前記基板の第１の面を覆い、前記核形成層によって覆われない前記第１の面の部分が、“自由”部分と称され、前記構造体がまた、前記基板の前記自由部分に接触する導電層を含み、前記導電層がまた、前記ナノワイヤの周囲において前記ナノワイヤに接触する、光電子半導体構造体に関する。
【００２１】
基板及びナノワイヤの両方とのその接触ために、このような導電層は、ナノワイヤが、核形成層によって提供される接触部に平行に分極することを可能にする。従って、高い電気損失を有して基板／核形成層／ナノワイヤ界面を通して核形成層によって提供される接触部において、ナノワイヤの分極は、必須的に、導電層を介して得られ、基板／導電層及び導電層／ナノワイヤ界面に関連する電気損失は、これによって低減される。これは、分極が核形成層によって単独で提供される従来技術の構造体に比べて基板／ナノワイヤ界面における低い電気損失をもたらす。
【００２２】
さらに、このような導電層は、これらの多数キャリアによる熱伝導のために、構造体が動作中に、活性領域によって生成されるある程度の熱が放散されることを可能にする熱伝導特性を有する。
【００２３】
そのため、本発明は、核形成層が５ｅＶを超える禁制帯エネルギーバンドを有するワイドギャップ半導体である構造体に関する。
【００２４】
前記導電層は、その周囲全体においてナノワイヤに接触し得る。
【００２５】
前記第１の面の自由部分は、１ｎｍから５μｍであるリセス高さにわたって前記核形成部分に対してリセスされ、前記リセス高さは、好ましくは１ｎｍから５００ｎｍである。
【００２６】
第１の面の自由部分のこのようなリセスは、基板に接触し得る導電層の部分が増加することを可能にし、この導電層は、自由部分における基板及び自由部分のリセスによって生成された壁に接触し得る。従って、導電層及び基板の電気的界面は、低接触抵抗を有して最適化される。ナノワイヤ及び導電層の間の接触抵抗がまた、ナノワイヤの周囲における導電層の接触のために低いので、結果として得られるナノワイヤ及び基板の間の電気的界面は、最適化され、対応するアクセス抵抗は、第１の面の自由部分のこのようなリセスを含まない半導体構造体と比較して低減される。
【００２７】
前記ナノワイヤは、前記核形成層全体をおおよそ覆い得る。
【００２８】
第１の面の核形成部分の領域は、可能な限りこのように減少され、最大化される自由部分の領域を与える。この手段によって、導電層が接触し得る第１の面の領域の最大値が得られる。
【００２９】
核形成層がナノワイヤに対応するパッドで形成され得るので、ナノワイヤは、前記パッドを覆う。
【００３０】
前記ナノワイヤは、前記導電層に接触する前記ナノワイヤの領域の最大側方寸法を有して、前記基板の第１の面におおよそ平行である平面において前記核形成層に接触し、前記導電層は、少なくとも前記最大側方寸法を４で割った値に等しい接触高さにわたって前記ナノワイヤに接触する。
【００３１】
このような接触高さは、従来技術の構造体と比較して、ナノワイヤの周囲に接触する導電層の領域がナノワイヤ及び基板の間の界面抵抗の最適な低下を与えるのに十分であることが保証されることを可能にする。
【００３２】
導電層に接触するその領域におけるナノワイヤの断面積は、略円形、六角形、三角形、四角形又は同様の如何なる形状であり得、このようなナノワイヤの最大側方寸法は、このような断面積の直径又は幅である。
【００３３】
前記導電層は、主に耐熱材料又は耐熱合金で作られ得る。
【００３４】
このような耐熱材料は、その導電特性に影響を与えることなく、製造段階を修正するために如何なる要求もなく、その構造体を製造するために要求される種々の焼鈍し段階において導電層の特性が保証されることを可能にする。
【００３５】
前記導電層は、主にチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）及び前記金属を含有する合金を含む群から選択される材料で作られ得る。
【００３６】
このような材料は、満足のいく品質の導電層を形成するために要求される品質を有し、また基板がシリコンで作られるときに、それらが基板を用いてシリサイドを形成することができる利点を有し、それによって基板及び導電層の間の界面抵抗を低減する。
【００３７】
前記構造体は、電磁放射線を放出することができる構造体、電磁放射線を受け、それを電気信号に変換することができる構造体、及び、光起電性タイプの構造体を含む群から選択されるタイプの構造体であり得る。
【００３８】
基板／ナノワイヤ界面の電気損失が導電層の存在によって制限されるので、このような構造体は、最適化された効率を有する。
【００３９】
それはさらに、前記ナノワイヤの分極を可能にするように、前記基板に接触する第１の電気接触部、及び、前記基板の反対方向にある前記ナノワイヤの端部において前記ナノワイヤに接触する第２の電気接触部を提供し得る。
【００４０】
前記半導体構造体は、電磁放射線を放出するものであり得、ここで、前記構造体は、
−第１及び第２の面を含む半導体基板、
−前記被覆基板の第１の面において少なくとも１つのパッドで形成される核形成層であって、“核形成”面と称される第１の面の一部を覆い、前記第１の面の残部が、“自由”部分と称される、核形成層、
−分極される際に電磁放射線を放出することができる活性領域を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤ、
−その自由部分において前記基板の第１の面に接触する導電層であって、マスク層がその周囲の部分において前記ナノワイヤに接触する導電層、
を含む。
【００４１】
前記半導体構造体は、電磁放射線を受け、それを電気信号に変換することができ、ここで、前記構造体は、
−第１及び第２の面を含む半導体基板、
−前記第１の基板の第１の面に接触する核形成層、
−前記核形成層に出現する少なくとも１つの貫通開口部を含むマスク層、
−前記基板の第１の面に接触する、前記開口部の各々の少なくとも１つの半導体ナノワイヤであって、電磁放射線を受け、それを電気信号に変換することができる活性領域を有するナノワイヤ、
を含み、
前記構造体はまた、その自由部分において前記基板の第１の面に接触する導電層を含み、前記マスク層は、その周囲の部分において前記ナノワイヤに接触する。
【００４２】
前記構造体は、前記ナノワイヤの接続手段を含み得、第１の接続手段は、前記第１の面の自由部分を含む前記基板の少なくとも部分に電気的に接続するように適合され、第２の接続手段は、前記基板の第１の面に対向する前記ナノワイヤの少なくとも端部のナノワイヤを電気的に接続するように適合される。
【００４３】
本発明はまた、少なくとも１つの半導体ナノワイヤを含む光電子半導体構造体の製造方法であって、
前記方法が、
−第１及び第２の面を有する半導体基板を提供する段階、
−“核形成”部分と称される第１の面の部分にわたって前記基板のこの同一の第１の面に接触する少なくとも１つのパッドで形成される核形成層を形成する段階であって、前記核形成層によって覆われない前記第１の面の部分が、“自由”部分と称される段階と、
−前記第１の面の前記自由部分に接触する導電層を形成する段階と、
−“接触”ナノワイヤと称され、前記核形成層に接触する前記ナノワイヤの部分を有する少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階であって、前記ナノワイヤが、前記導電層にその周囲において接触する段階と、
からなる段階を含む、光電子半導体構造体の製造方法に関する。
【００４４】
導電層の形成段階のために、このような方法は、核形成層を含むナノワイヤベースの構造体が製造されることを可能にし、それは、導電層を含まない従来技術の構造体と比較して、低下した動作電圧を有する。
【００４５】
前記第１の面の自由部分がこの同一の第１の面の核形成部分に対してリセスされるように前記第１の面の自由部分をエッチングする段階も含まれ得、前記リセス高さは、１ｎｍから５μｍであり、好ましくは１ｎｍから５００ｎｍである。
【００４６】
自由部分をエッチングするこのような段階は、導電層が形成される際により大きな接触領域が提供されることを可能にし、それによって、この方法によって得られる構造体が、製造方法がこのような焼鈍し段階を含まない構造と比較して低い界面抵抗を有することを可能にする。
【００４７】
前記核形成層を形成する段階は、
−前記第１の面全体の上に核形成層を形成する段階、
−前記基板の第１の面の自由部分を開放するように前記核形成層の部分を選択的にエッチングする段階、
からなる副段階を含み得る。
【００４８】
このような副段階は、核形成層の形成後に自由部分の変化を有する基板の第１の面全体の上において核形成層の形成を可能にする。
【００４９】
前記第１の面の自由部分をエッチングする段階及び前記核形成層の部分を選択的にエッチングする副段階は、は単一のエッチング段階中に行われる。
【００５０】
このようなエッチング段階は、単一の段階において、第１に自由部分を開放することによって核形成層が形付けられ、第２に第１の部分のリセスが形成されることを可能にし、自由部分及び導電層の間の接触が導電層の形成段階中に最適化されることを可能にする。
【００５１】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階は、
−前記導電層上に“マスク”層と称される層を形成する段階、
−前記マスク層及び前記導電層の部分に開口部を形成する段階であって、前記開口部が、前記パッドを露出するように前記核形成層に出現する段階、
−前記開口部が出現する前記核形成層のパッドに選択的成長によってナノワイヤを形成する段階、
からなる副段階を含む。
【００５２】
ナノワイヤを形成するこのような段階は、ナノワイヤの選択的成長に相応しくない導電層において、導電層を用いて周囲の接触部を与えることによってナノワイヤが形成されることを可能にする。
【００５３】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階は、
−前記導電層に開口部を形成する段階であって、前記開口部が、前記パッドを露出するように前記核形成層に出現する段階、
−前記核形成層のパッドに選択的成長によってナノワイヤを形成する段階、
からなる副段階を含み得る。
【００５４】
ナノワイヤを形成するこのような段階は、マスク層の事前形成を必要とすることなく、導電層を用いて周囲の接触部を有するナノワイヤが形成されることを可能にし、導電層は、核形成層上におけるナノワイヤの選択的成長を可能にすることができる。
【００５５】
前記少なくとも１つのナノワイヤを形成する段階は、
−前記第１の面の自由部分及び前記核形成層の部分をエッチングする段階の前に、前記核形成層上にバッファ層を形成する段階であって、前記バッファ層が、前記核形成層及び前記第１の面の自由部分を用いてエッチングされる段階、
−前記導電層を形成する段階の後に、前記導電層上に前記“マスク”層と称される層を形成する段階、
−前記マスク層及び前記導電層の部分に開口部を形成する段階であって、前記開口部が前記バッファ層に出現する段階、
−前記開口部が出現する前記バッファ層の部分に選択的成長によってナノワイヤを形成する段階、
からなる副段階を含み得る。
【００５６】
ナノワイヤを形成する段階の前における核形成層上のバッファ層の形成は、高品質のナノワイヤが提供されることを可能にし、ここで、前記ナノワイヤが対応するバッファ層の部分を含む。実際に、このようなナノワイヤが、“２Ｄ”層の品質を有するバッファ層の前記部分から形成されるベースを有し、ナノワイヤの残部はまた、高品質である。それが、特に相応しい層、すなわちバッファ層で形成されているからである。
【００５７】
前記ナノワイヤを形成する段階は、
−前記ナノワイヤの第１の縦方向の領域を形成する段階であって、前記領域が、前記基板の第１の面におおよそ直交しており、前記第１の領域が、前記ナノワイヤの残部を形成するための前記材料の側方成長を抑制することができる組成を有する段階、
−前記ナノワイヤの残部を形成する段階、
とからなる副段階を含む。
【００５８】
ナノワイヤを形成する段階が、ＧａＮなどの半導体窒化物で作られるマイクロワイヤ又はナノワイヤを形成する段階であるので、第１の領域は、ナノワイヤの残部を形成するための材料の側方成長を抑制するために第１の領域を修正するために、シリコンを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１の実施形態による半導体構造体の実施例を示す。
【図２】図１の構造体の部分の拡大図において、前記構造体の異なる特徴寸法を示す。
【図３Ａ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｂ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｃ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｄ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｅ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｆ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｇ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図３Ｈ】図１に示される半導体構造体の製造段階を示す。
【図４】半導体構造体がバッファ層を含む、第２の実施形態による半導体構造体を示す。
【図５】ナノワイヤの各々が軸上タイプの活性領域を含む、第３の実施形態による半導体構造体を示す。
【図６】構造体がマスク層を含まず、ナノワイヤの各々の接触部分が、側方成長を抑制することができる第１の領域を核形成層との接触部の領域に含む、第４の実施形態による半導体構造体を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
本発明は、添付の図面を参照して、単に例示として与えられ、限定的ではない実施形態の詳細な説明を読むことによって理解されるだろう。
【００６１】
種々の図面の同一、類似又は等価な部品は、互いに参照することを容易にするために同一の参照符号を有する。
【００６２】
図面に示される種々の部品は、図面をより分かり易くするために、必ずしも均等なスケールで示されるものではない。
【００６３】
種々の可能性（変形例及び実施形態）が、相互排他的ではないものとして、また互いに組み合されるものとして理解される。
【００６４】
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体構造体１００を概略的に示す。図１に示される構造体１００は、特に、その波長範囲が、可視光の範囲、すなわち４００から８００ｎｍである、電磁放射線の放射である特定の用途に相応しい半導体構造体である。
【００６５】
本明細書の残りの部分で言及される特徴及び有用性は、特定の用途の言及がされるとき、本願にのみ関するものであり、如何なる意味においても本願の発明の分野を制限するものではない。
【００６６】
このような半導体構造体１００は、
−第１及び第２の面１１１、１１２を有する半導体基板１１０、
−基板の第１の面に接触すると共に、“核形成面”と称される、第１の面１１１の部分１１３を覆う、パッドで形成される核形成層１２０であって、第１の面の残部１１４が“自由部分”と称される、核形成層、
−基板１１０の第１の面１１１に接触する導電層１４１、
−基板１１０に対向して導電層１４１の表面に接触するマスク層１４２であって、導電層１４１及びマスク層１４２が、各形成層１２０のパッドを出現させる開口部１４３を含む、マスク層１４２、
−それぞれが対応する開口部１４３を介して、それぞれが各形成層１２０のパッドに接触するナノワイヤ１３０であって、導電層１４１及びマスク層１４２を通って延長し、ナノワイヤ１３０のそれぞれが活性領域１３２を有する、ナノワイヤ、
−マスク層１４２に形成され、ナノワイヤ１３０の活性領域１３２によって放射される電磁放射線を反射することができる反射層１６０、
−基板１１０の第２の面１１２に電気的に接触する第１の電気接触部１５１、
−ナノワイヤのそれぞれに電気的に接触する第２の電気接触部１５２、
を含む。
【００６７】
“半導体ナノワイヤ”という用語は、上記及び本明細書において、３次元を有する半導体構造体を意味するものと理解され、それらのうち２次元は、５ｎｍから２．５μｍの同程度の大きさであり、第３の次元は、他の２つの次元の大きさの少なくとも２倍、又は５倍、より好ましくは１０倍である。
【００６８】
ナノワイヤ１３０の各々の半径Ｒｗｉｒｅは、開口部１４３の最大側方寸法を２で割った値として定義され得る。
【００６９】
図２は、第１の実施形態による構造体を備える層と異なる厚さ及び高さの値を示す。
【００７０】
基板１１０は、ナノワイヤ１３０を成長させるのに相応しい半導体基板である。それは、おおよそ平坦な形状である。
【００７１】
基板１１０は、シリコンＳｉ、炭化ケイ素ＳｉＣ、酸化亜鉛ＺｎＯ又はゲルマニウムＧｅなどの、多数キャリアの伝導を可能にする半導体基板、又は金属基板である。
【００７２】
基板１１０は、第１の型の導電性を有する。基板１１０及びナノワイヤ１３０の間の電気抵抗に関連する電気損失を制限するために、基板１１０は、高い濃度の多数キャリアを有する。
【００７３】
そのため、基板１１０が、その導電型が電子である多数キャリアを有するシリコン基板である、図１に示される特定の用途に従って、多数キャリアの濃度は、１０１９ｃｍ−３程度に選択されなければならない。
【００７４】
基板１１０は、核形成部分１１３に対してリセスされる自由部分１１４をその第１の面１１１に有する。核形成部分１１３及び自由部分１１４はそれぞれ、核形成層１２０に接触する基板１１０の第１の面１１１の部分、及び核形成層１２０に接触しない基板１１０の第１の面１１１の部分である。
【００７５】
図２に示されるように、核形成部分に対する自由部分１１４のリセスの深さｈｒｅｃｅｓｓは、０から５μｍであり、好ましくは１ｎｍから５００ｎｍである。
【００７６】
基板は、その第２の面に第１の電気接触部１５１を有する。
【００７７】
第１の電気接触部１５１は、基板１１１に極性をもたせることができる金属層の形態を有する。第１の電気接触部１５１は、特定の用途において、シリコンと共にシリサイドを形成することができる金属で作られる。第１の接触部は、基板に極性をもたせることができる第１の分極手段を形成する。
【００７８】
ナノワイヤ１３０の結晶欠陥濃度を制限するために、基板１００は、ナノワイヤ１３０を成長させるために相応しい材料で形成される核形成層１２０を含む。核形成層１２０は、基板１１０を構成する材料及び基板１１０の第１の面に接触するナノワイヤの部分の材料の間に存在し得る結晶格子の不一致の部分が低減されることを可能にする。半導体窒化物で作られる基板１１０に接触するナノワイヤ１３０の部分に関して、このような材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの１つである。
【００７９】
核形成層１２０は、窒化アルミニウムＡｌＮ又は窒化ホウ素ＢＮなどの、５ｅＶより大きい禁制帯エネルギーバンドを有する材料で形成される。このような材料は、接触部分が窒化ガリウムＧａＮ又は酸化亜鉛ＺｎＯで形成されるナノワイヤの成長に特に相応しい。
【００８０】
核形成層１２０は、パッドで形成される。
【００８１】
“パッド”という用語は、上記及び本明細書において、核形成層がある表面の１つに関して比較的小さく、互いに同じ程度である側方寸法を有する他の領域から分離される核形成層の領域を意味すると理解される。
【００８２】
ここで、各パッドの側方寸法は、ナノワイヤの成長のために調整され、従ってナノワイヤの２つの最小寸法に対応する。そのため、５０ｎｍの直径のナノワイヤの場合、核形成層パッドは、５０ｎｍの直径のパッドである。
【００８３】
導電層１４１は、その自由部分１１４において基板１１０の第１の面１１１に接触する。導電層１４１は、おおよそ平坦な形状であり、開口部１４３は、導電層ｈｃｏｎｔａｃｔを介して通して部分的に形成される。
【００８４】
導電層１４１は、導電材料で作られる層である。導電層１４１は、好ましくは耐熱材料で作られる。
【００８５】
基板１１０が、例えば特定の用途の場合等にシリコンで作られる場合、導電層１４１の材料は、好ましくは、シリコンを用いてシリサイドを形成する材料である。後者の場合、導電層１４１が作られる材料は、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト、Ｐｔ、Ｐｄ及びこれらの金属を含む合金から選択され得る。
【００８６】
導電層１４１の厚さは、基板１１０の第１の面１１１の自由部分１１４のリセス深さｈｒｅｃｅｓｓより大きい；従って、導電層１４１は、図２に示されるように、“接触”高さｈｃｏｎｔａｃｔと称される高さにわたって第１の表面１１１から突出する。接触高さｈｃｏｎｔａｃｔの値は、導電層１４１の厚さ及びリセス深さｈｒｅｃｅｓｓの間の差に等しい。
【００８７】
接触高さは、好ましくはナノワイヤの半径Ｒｗｉｒｅを２で割った値以下である。このような寸法は、導電層１４１がナノワイヤ１３０の各々に接触し、その領域がナノワイヤ１３０のベースの領域に等しい高さが提供されることを可能にする。
【００８８】
マスク層１４２は、基板１１１に対向する導電層１４１の表面まで延長する。マスク層１４２は、おおよそ平坦な形状であり、導電層１４１に作られない開口部１４３の各々の部分は、マスク層１４２を通って幅広く形成される。
【００８９】
マスク層１４２は、エピタキシャル成長中にナノワイヤ１３０が堆積されない材料を含む要素で作られる。マスク層１４２を形成する材料は、好ましくは絶縁体である。マスク層１４２は、ナノワイヤ１６０のために、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ２）、又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で作られる。マスク層の厚さｈｍａｓｋは、図２に示されるように、１ｎｍから１μｍの間であり得る。
【００９０】
従って、導電層１４１及びマスク層１４２は、各々がナノワイヤ１３０の１つを収容する開口部１４３を有する。
【００９１】
各開口部１４３は、核形成層１２０のパッドを出現させる。
【００９２】
各開口部１４３は、略円形、六角形、三角形、四角形又は同様の如何なる形状であり得る導電層に対する横断面を有する。このような開口部の最大側方寸法は、対応するナノワイヤの最大側方寸法と等しく、このような断面の直径又は幅である。
【００９３】
ナノワイヤ１３０の各々は、基板１００の第１の面１１１におおよそ垂直な方向に延びる半導体構造体である。各マイクロワイヤ又はナノワイヤ１３０は、一般的な延びた円筒形状である。ナノワイヤ１３０の各々の半径Ｒｗｉｒｅは、図２に示されるように、ナノワイヤ１３０を含有する半導体構造体１００の用途に従って選択される。例えば、図１に示されるような特定の用途において、各ナノワイヤ１３０の半径は、約５００ｎｍである。
【００９４】
ナノワイヤ１３０の各々の高さは、ナノワイヤ１６０の直径の少なくとも２倍、又は可能であれば５倍、又は１０倍より大きい。ナノワイヤ１３０の各々の高さは、１００ｎｍから３０μｍの間であり得る。
【００９５】
各ナノワイヤ１３０は、核形成層１２０と接触し、“接触”部分と称される部分、接触部分１３１と接触する活性領域１３２、及び、活性領域１３２と接触し、“分極”部分と称される部分１３３を含む。
【００９６】
各ナノワイヤ１３０の接触部分１３１は、基板１１０の第１の面と接触する。各ナノワイヤ１３０の接触部分１３１はまた、その全周囲において導電層１４１に接触する。既に説明されたように、接触高さｈｃｏｎｔａｃｔに対応する導電層の厚さにおいて、導電層１４１及び各ナノワイヤ１３０の接触部分１３１の間の電気接触が行われる。
【００９７】
図１に示されるように、対応するナノワイヤ１３０のベースを含む接触部分１３１は、対応するナノワイヤ１３０の殆どに相当する。
【００９８】
接触部分１３１の各々は、主に第１の型の導電性の直接バンドギャップ半導体材料から作られる。ナノワイヤ１３０の各々の接触部分１３１を含む半導体材料は、ナノワイヤ１３０を含有する半導体構造体１００の用途に従って修正される。そのため、求められている用途に応じて、接触部分の各々を含む材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、ＩｎｘＧａ１−ｘＮタイプの窒化インジウムガリウム、及び酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む群から選択され得る。
【００９９】
本発明が、窒化アルミニウムＡｌＮ又は酸化亜鉛ＺｎＯの接触部分を含むナノワイヤに特に適合されることを言及することができる。
【０１００】
図１に示される特定の用途において、ナノワイヤの各々の接触部分を含む半導体材料は、窒化ガリウム（ＧａＮ）である。
【０１０１】
そのため、図１に示される特定の用途において、各接触部分１３１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）で作られ、１×１０１８から５×１０１８ｃｍ−３の間の多数キャリア濃度を有する。
【０１０２】
活性領域１３２の各々は、対応するナノワイヤ１３０の接触部分１３１に接触する。各活性領域１３２は、対応する接触部分１３１の端部上及び周囲の部分上にある接触部分１３１を覆う層であり、接触部分１３１の当該端部は、核形成層１２０に対向するものである。活性領域１３２が、対応する接触部分１３１の一端部及び周囲に同時に接触する、活性領域１３２のこのような構成は、“シェル”構成と称される。
【０１０３】
各活性領域１３２は、半導体接合を含む。基板１００が電磁放射線の放射に相応しい用途において、活性領域１３２は、ナノワイヤ１３０の各々の放射効率を増加させるために、多重量子井戸などの制限閉じ込め手段を含む。
【０１０４】
図１に示された特定の図において、活性領域１３２は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮの形態のガリウム及びインジウム窒化物で形成される。この特定の用途によれば、多重量子井戸は、活性領域１３２を通して、インジウムＩｎ及びガリウムＧａの２つの異なる相対組成が交互に起こることによって得られる。
【０１０５】
活性領域１３２自体が当業者に周知であるので、それらは、本明細書においてさらに詳細に説明されない。
【０１０６】
各活性領域１３２は、その外部周囲において、対応するナノワイヤ１３０の分極部分１３３に接触する。
【０１０７】
分極部分１３３は、対応するナノワイヤが接触することを可能にする。
【０１０８】
分極部分１３３は、好ましくは、主に直接バンドギャップ半導体材料で構成される。分極部分１３３の各々は、第２の型の導電性を有する。
【０１０９】
図１に示された発明の用途において、分極部分１３３の各々は、１×１０１７から１×１０１８ｃｍ−３の多数キャリア濃度を有する。
【０１１０】
各分極部分１３３は、ナノワイヤ１３０の各々の分極を可能にするために、第２の接触部１５２に接触する。
【０１１１】
第２の接触部１５２は、ナノワイヤの分極部分１３３においてナノワイヤ１３０の各々の分極を可能にすることができると共に、ナノワイヤ１３０によって放射され又は受け取られる電磁放射線が通過することを可能にすることができるものである。
【０１１２】
第２の接触部１５２は、構造体によって放出され又は受け取られる波長に対して透明な又は部分的に透明な導電材料の層であって、第２の型の導電性を有する半導体材料との接触を提供することができる層である。そのため、第２の接触部１５２が形成される層は、ニッケル−金（Ｎｉ−Ａｕ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はこれらの材料のあらゆる積層体（Ｎｉ／ＩＴＯなどの）であり得る。
【０１１３】
第２の接触部１５２は、ある割合のナノワイヤ１３０の各々を分極することができる第２の分極手段を形成する。
【０１１４】
構造体１００はまた、マスク層１４２及び第２の接触部１５２を構成する層の間に位置する反射層１６０を含む。このような反射層１６０は、構造体１００が動作することが意図される波長において電磁放射線を反射することができる層である。
【０１１５】
図１に示された特定の用途において、反射層１６０の材料は、銀（Ａｇ）又はアルミニウム（Ａｌ）であり、その上部層の厚さは、５０ｎｍであり、好ましくは１００ｎｍを超える。
【０１１６】
図３Ａから図３Ｈは、このような構造体１００の製造方法を示す。
このような製造方法は、
−第１及び第２の面１１１、１１２を有する半導体基板１１０を提供する段階、
−基板１１０の第１の面１１１において各形成層と接触する核形成層１２０を形成する段階、
−感光性樹脂２００を付け、図３Ａに示されるように、第１の面１１１の自由部分１１４に対応する樹脂の部分を除去するためにリソグラフィ操作を始める段階、
−図３Ｂに示されるように、樹脂２００によって保護されていない領域を解放するために、及び、前記領域がリセス深さｈｒｅｃｅｓｓによって第１の面１１１の残部からリセスされ得るために、第１の面の自由部分に対応する、核形成層のこれらの領域をエッチングする段階であって、この段階がまた、核形成層１２０のパッドを露出させる段階、
−自由部分１１４上及び感光性樹脂上に導電層１４１を構成する材料を付ける段階、
−図３Ｃに示すように、導電層１４１上にマスク層１４２を堆積する段階、
−自由部分１１４に位置しない導電層１４１を除去するような方法で感光性樹脂２００を除去する段階、
−表面全体にマスク層１４２を堆積する段階、
−自由部分１１４に位置する導電層１４１の部分に樹脂パッドを堆積する段階、
−マスク層が核形成層１２０に現れるようにマスク層１４２をエッチングする段階、
−開口部１４３を介して核形成層１２０の導電パッドと接触するナノワイヤ１３０の接触部１３１を形成する段階であって、接触部分がまた、ある割合のその周辺上で導電層１４１と接触する段階（図３Ｅ参照）、
−図３Ｆに示されるように、ナノワイヤ１３０の各々の活性領域１３２及び分極部分１３３を形成する段階であって、このような形成が、各ナノワイヤが形成されることを可能にする段階、
−図３Ｇに示されるように、ナノワイヤ１３０の各々の間にマスク層１４２と接触する反射層１６０を堆積する段階、
−図３Ｈに示すように、ナノワイヤ１３０の第２の分極部分及び反射層１６０上に第２の接触部１５２を形成する段階、
からなる段階を含む。
【０１１７】
反射層の堆積段階中、反射層は、好ましくはノンコンフォーマル方式で堆積される。この可能性によれば、次いで、マスク層１４２に接触する層１６０の部分は、ナノワイヤの上端部に堆積される層１６０の部分をエッチングするために、樹脂で保護される。図４は、第２の実施形態による構造体１００を示す。この第２の実施形態による構造体１００は、各ナノワイヤ１３０が、その接触部分１３１において、“バッファ”層と称される二次元の層で形成される領域１３１ａを含む点において、第１の実施形態による構造体１００から区別される。
【０１１８】
バッファ層は、ナノワイヤ１３０の接触部分１３１を成長すると共に、低抵抗を有するナノワイヤ１３０のこの同一部分との電気的接点を形成するために特に相応しい材料から作られた核形成層１２０上における成長の前に形成された層である。バッファ層１３４を構成する材料は、好ましくは、ナノワイヤ１３０の接触部分１３１の残部の材料とほとんど等しく選択される。
【０１１９】
バッファ層１３４は、３００ｎｍから５μｍの厚さを有する。
【０１２０】
第１の面１１１の自由部分１１４は、バッファ層１３４の厚さより大きなリセス深さｈｒｅｃｅｓｓにわたって第１の面１１１の残部に対してリセスされる。
【０１２１】
この第２の実施形態において、接触高さｈｃｏｎｔａｃｔは、導電層１４１がバッファ層に形成されるナノワイヤの領域１３１ａに接触する高さに等しい。
【０１２２】
この第２の実施形態による構造体１００の製造方法は、それが、核形成層の段階及び感光性樹脂の適用の段階の間にバッファ層の形成の段階を含む点において、第１の実施形態による製造方法とは区別される。
【０１２３】
図５は、第３の実施形態による構造体１００を示す。この第３の実施形態による構造体１００は、各活性領域１３２が軸上タイプの活性領域であるという点において、第１の実施形態による構造体１００と区別される。
【０１２４】
このような活性領域１３２は、それらが、対応する接触部分１３１の延長部であるという点、及び、当該活性領域及び対応する接触部分１３１の間の接触部が接触部分１３１の端部にのみ位置するという点において、以上に記載された２つの実施形態による活性領域とは区別される。
【０１２５】
この同一の可能性によれば、各分極部分１３３はまた、対応する接触部分１３１の延長部及び対応する活性領域１３２の延長部であり、各分極部分１３３及び対応する活性領域１３２の間の接触部は、活性領域１３２の端部にのみ位置する。
【０１２６】
この可能性による構造体１００の製造方法は、軸上タイプの活性領域を含むナノワイヤ１３０の形成に相応しいナノワイヤ１３０の形成の段階のみによって、第１の実施形態による構造体１００の製造方法とは区別される。
【０１２７】
図６は、第４の実施形態による構造体１００を示す。このような構造体１００は、ナノワイヤ１３０の各々の接触部分１３１が、ナノワイヤ１３０の残部１３２、１３３を形成する材料の側方成長を抑制することができる第１の領域１３１ａを含むという点において、第１の実施形態による構造体１００と区別される。第４の実施形態による構造体１００はまた、それが、マスク層１４２を含まないという点、及び、導電層１４１及び反射層１６０の間に位置する絶縁層１７０を含むという点において、第１の実施形態による構造体と区別される。
【０１２８】
この実施形態において、ナノワイヤ１３０は、主に半導体窒化物から形成される。第１の領域１３１ｂは、仏国特許第１１５２９２６号に記載のように、その周辺に窒化シリコンで形成される阻止層（図示されない）を含むナノワイヤ１３０の各々の領域である。この阻止層の数ナノメートルを厚さは、側方成長が、各ナノワイヤの第１の領域の周囲において抑制され、それによって活性領域１３２の成長及びこの領域における分極部分１３３の成長を避けることを可能にする。その小さな厚さによって、この阻止層は、導電層１４１及びナノワイヤ１３０の接触部分の周囲の間の接触部に顕著に影響を与えない。
【０１２９】
絶縁層１７０は、二酸化シリコンＳｉＯ２等の絶縁材料から作られる層であり、それは、マイクロエレクトロニクスの分野において導電層を電気的に絶縁するために一般的に使用される。絶縁層１７０の厚さは、導電層１４１及び反射層１６０を互いに電気的に絶縁することができるようなものであり、ここで、反射層は、第２の電気接触部１５２を直接接触する。
【０１３０】
第４の実施形態により構造体１００の製造方法は、それが、マスク層１４２の形成段階を含まないという点において、接触部分１３１の形成段階が、接触部分１３１の第１の領域１３１ａを形成するために、ある割合のシリコンを含む半導体窒化物を堆積することからなる副段階を含むという点、それが、反射層１６０の形成段階前に導電層１４１上に絶縁層１７０を形成することからなる段階を含むという点において、第１の実施形態による構造体１００の製造方法とは区別される。
【符号の説明】
【０１３１】
１００  半導体構造体
１１０  半導体基板
１１１  第１の面
１１２  第２の面
１１３  核形成部分
１１４  自由部分
１２０  核形成層
１３０  ナノワイヤ
１３１  接触部分
１３１ｂ  第１の領域
１３２  活性領域
１３３  分極部分
１４１  導電層
１４２  マスク層
１４３  開口部
１５１  第１の電極接触部
１５２  第２の電極接触部
１６０  反射層
１７０  絶縁層
２００  樹脂
【図１】
2015519726.tif 000003
【図２】
2015519726.tif 000004
【図３Ａ】
2015519726.tif 000005
【図３Ｂ】
2015519726.tif 000006
【図３Ｃ】
2015519726.tif 000007
【図３Ｄ】
2015519726.tif 000008
【図３Ｅ】
2015519726.tif 000009
【図３Ｆ】
2015519726.tif 000010
【図３Ｇ】
2015519726.tif 000011
【図３Ｈ】
2015519726.tif 000012
【図４】
2015519726.tif 000013
【図５】
2015519726.tif 000014
【図６】
2015519726.tif 000015
【国際調査報告】
2015519726.tif 000016
2015519726.tif 000017
2015519726.tif 000018
2015519726.tif 000019
2015519726.tif 000020
2015519726.tif 000021