(57)【要約】半導体ナノワイヤデバイスは、下面及び上面を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤと、半導体ナノワイヤを囲む絶縁材料と、半導体ナノワイヤの上面にオーミック接触する電極と、を備える。半導体ナノワイヤの半導体材料への電極の接触は、半導体ナノワイヤの上面への接触によって支配される。
2016510943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ナノワイヤデバイスであって、
下面及び上面を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤと、
前記半導体ナノワイヤを囲む絶縁材料と、
前記半導体ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極と、を備え、
前記半導体ナノワイヤの半導体材料への前記電極の接触は、前記半導体ナノワイヤの前記上面への接触によって支配される
ことを特徴とする半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項２】
前記絶縁材料は、前記絶縁材料の側壁と前記半導体ナノワイヤの前記上面との間に凹部を形成するように、前記半導体ナノワイヤの前記上面よりも上に延び、
前記電極は、前記凹部を埋め、前記半導体ナノワイヤの側壁に接触することなく、前記半導体ナノワイヤの前記上面だけに接触する
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項３】
前記半導体ナノワイヤの前記上面は直径又は幅を有し、
前記電極は、前記上面と、前記ナノワイヤのうち前記上面よりも下にある側部との両方に接触し、
前記半導体ナノワイヤの前記半導体材料への前記電極の接触が前記半導体ナノワイヤの前記上面への接触によって支配されるように、前記側部の長さが前記少なくとも１つの半導体ナノワイヤの前記直径又は幅よりも小さい
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項４】
前記電極と前記ナノワイヤの前記上面とはオーミック接触を形成し、前記電極は、前記絶縁材料の上面の上を延びる
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項５】
前記電極は、透明材料を有する
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項６】
前記電極は、透明導電性酸化物を有する
ことを特徴とする請求項５に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項７】
複数の半導体ナノワイヤと、隣接するナノワイヤの間に位置する誘電材料とを更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項８】
前記誘電材料は、透明材料を含む
ことを特徴とする請求項７に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項９】
前記複数のナノワイヤの一部は、前記絶縁材料と前記ナノワイヤの前記上面との間に凹部を有しない
ことを特徴とする請求項７に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１０】
前記絶縁材料は、絶縁シェルと、絶縁層と、絶縁マトリクスとのうちの少なくとも１つから選択される
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１１】
前記半導体ナノワイヤは、シリコン又はＩＩＩ−Ｖ半導体を含み、
前記半導体ナノワイヤは、その下面で支持体上に配置されるか、下面支持なしに絶縁マトリクスに組み込まれる
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１２】
前記半導体ナノワイヤは、第１導電型を有する第１層が、反対の第２導電型を有する第２層の上にあるｐｎ接合を有する軸状ナノワイヤを含む
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１３】
前記ｐｎ接合は前記半導体ナノワイヤの軸に直交する方向に延び、前記ｐｎ接合は前記半導体ナノワイヤの前記上面の３００ｎｍ以内に位置する
ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１４】
前記半導体ナノワイヤは、前記上面の上に位置する触媒粒子を有しない
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１５】
前記デバイスは、発光ダイオード、光電気デバイス又は光起電デバイスである
ことを特徴とする請求項１に記載された半導体ナノワイヤデバイス。
【請求項１６】
半導体ナノワイヤデバイスを製造する方法であって、
少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程であって、前記半導体ナノワイヤは、前記半導体ナノワイヤの上面の上に触媒粒子を有するか、前記上面を含む犠牲部分を有する、工程と、
前記半導体ナノワイヤの周りに絶縁材料を形成する工程と、
前記絶縁材料の上面よりも下に前記ナノワイヤの前記上面を凹ませるように前記触媒粒子又は前記犠牲部分を除去する工程と、
前記ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記絶縁材料は、絶縁シェルと、絶縁層と、絶縁マトリクスとのうちの少なくとも１つから選択される
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記絶縁材料は、前記絶縁シェルを含み、
前記絶縁シェルを形成する工程は、原子層堆積、スピンオングラス、プラズマ強化化学気相成長、低圧化学気相成長又はスパッタリングによって前記半導体ナノワイヤの周り及び上に絶縁層を堆積することを含む
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記絶縁シェルは、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール（ＴＴＢＳ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）前駆体を用いたＳｉＯ2の堆積による原子層堆積又はＡｌ2Ｏ3又はＨｆＯxの堆積による原子層堆積によって形成される
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記絶縁材料は、前記触媒粒子又は前記犠牲部分を除去する工程の前に形成され、前記絶縁材料を形成する工程の結果として、前記絶縁材料が前記触媒粒子又は前記犠牲部分を覆う
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒粒子又は前記犠牲部分を覆う前記絶縁材料を除去する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記電極を形成する工程の前に前記少なくとも１つのナノワイヤを洗浄する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記半導体ナノワイヤデバイスは複数の半導体ナノワイヤを備え、前記方法は、前記半導体ナノワイヤの周りに前記絶縁材料を形成した後に、前記複数の半導体ナノワイヤの上及び間に犠牲層を堆積する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記犠牲層及び絶縁材料を、
ＣＦ4、ＣＨＦ3及びＡｒを含む雰囲気での反応性イオンエッチング、又は
ウェットエッチング
により除去することによって、前記半導体ナノワイヤの前記上面を露出する工程を更に有する
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記半導体ナノワイヤは、シリコン又はＩＩＩ−Ｖ半導体を含み、
前記半導体ナノワイヤは、その下面で支持体上に配置されるか、下面支持なしに絶縁マトリクスに組み込まれる
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】
前記電極は、前記絶縁材料の上面の上を延びる
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２７】
前記電極は、透明材料を有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２８】
前記電極は、透明導電性酸化物を有する
ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記透明導電性酸化物は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はＡｌドープ亜鉛酸化物（ＡＺＯ）を含む
ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
複数の半導体ナノワイヤと、隣接するナノワイヤの間に位置する誘電材料とを更に有する
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３１】
前記誘電材料は、透明材料を含む
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記複数のナノワイヤの一部は、前記絶縁材料と前記ナノワイヤの前記上面との間に凹部を有しない
ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記半導体ナノワイヤは、第１導電型を有する第１層が、反対の第２導電型を有する第２層の上にあるｐｎ接合を有する軸状ナノワイヤを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３４】
前記ｐｎ接合は前記半導体ナノワイヤの軸に直交する方向に延び、前記ｐｎ接合は前記半導体ナノワイヤの前記上面の３００ｎｍ以内に位置する
ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記デバイスは、発光ダイオードデバイス又は光起電デバイスである
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３６】
前記少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程は、前記触媒粒子を用いて支持体に前記半導体ナノワイヤを成長させることを含み、
前記除去する工程は、前記触媒粒子を除去することを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３７】
前記触媒粒子は、ヨウ素又はシアン化物を含む溶液でエッチングすることによって除去される
ことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程は、気相又は蒸気相で前記触媒粒子を用いて前記半導体ナノワイヤを成長させ、その後に前記成長させたナノワイヤを支持体上に配置するか又は前記成長させたナノワイヤを絶縁マトリクスに組み込むことを含み、
前記除去する工程は、前記触媒粒子を除去することを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程は、前記触媒粒子を用いずに基板上のマスクの開口を通じて前記犠牲部分を含む前記ナノワイヤを成長させることを含み、
前記除去する工程は、前記犠牲部分を除去することを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程は、前記触媒粒子を用いて前記ナノワイヤを成長させることを含み、
前記除去する工程は、前記犠牲部分及び前記触媒粒子を除去することを含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項４１】
半導体ナノワイヤデバイスであって、
下面及び上面を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤと、
前記半導体ナノワイヤを囲む絶縁材料であって、前記絶縁材料の側壁と前記ナノワイヤの前記上面との間に凹部を形成するように、前記ナノワイヤの前記上面よりも上に延びる絶縁材料と、
前記凹部を埋め、前記ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極と、
を備えることを特徴とする半導体ナノワイヤデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願への相互参照＞
本願は、２０１２年１２月２１日に出願された米国非仮出願第１３／７２３，４１３号の利益を主張し、この出願は参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
＜分野＞
本発明は半導体デバイスに関し、特にナノワイヤ半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、軸状ナノワイヤデバイスのための電気コンタクトは、ナノワイヤを絶縁体に封入し、その後に各ワイヤの上端を露出するように絶縁体をエッチングすることによって作られる。その後、ナノワイヤへの電気コンタクトを作るために導電材料が堆積される。
【０００４】
本願発明者らは、１×１ｍｍ2の先行技術のＩｎＰナノワイヤ太陽電池が、理想的なＩｎＰ太陽電池に期待されるもの（９００ｍＶ）よりも遥かに低い（５００〜７００ｍＶ）平均開回路電圧ＶOCを有することを見出した。ナノワイヤ太陽電池の低い平均ＶOCに加えて、ＶOCの広がりは典型的に大きく、数百ｍＶの標準偏差を有する。よって、高い開回路電圧と、開回路電圧における小さな広がりとを有するナノワイヤ太陽電池が望まれる。
【発明の概要】
【０００５】
ある実施形態は、半導体ナノワイヤデバイスであって、下面及び上面を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤと、前記半導体ナノワイヤを囲む絶縁材料と、前記半導体ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極と、を備える半導体ナノワイヤデバイスに関する。前記半導体ナノワイヤの前記半導体材料への前記電極の接触は、前記半導体ナノワイヤの前記上面への接触によって支配される。
【０００６】
別の実施形態は、半導体ナノワイヤデバイスであって、下面及び上面を有する少なくとも１つの半導体ナノワイヤと、前記半導体ナノワイヤを囲む絶縁材料であって、前記絶縁材料の側壁と前記ナノワイヤの前記上面との間に凹部を形成するように、前記ナノワイヤの前記上面よりも上に延びる絶縁材料と、前記凹部を埋め、前記ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極と、を備える半導体ナノワイヤデバイスに関する。
【０００７】
別の実施形態は、半導体ナノワイヤデバイスを製造する方法であって、少なくとも１つの半導体ナノワイヤを形成する工程であって、前記半導体ナノワイヤは、前記半導体ナノワイヤの上面の上に触媒粒子を有するか、前記上面を含む犠牲部分を有する、工程と、前記半導体ナノワイヤの周りに絶縁材料を形成する工程と、前記絶縁材料の上面よりも下に前記ナノワイヤの前記上面を凹ませるように前記触媒粒子又は前記犠牲部分を除去する工程と、前記ナノワイヤの前記上面にオーミック接触する電極を形成する工程と、を有する方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１ａ】触媒粒子を上端に有し、絶縁体で部分的に覆われ、透明電極で全体的に覆われた先行技術のナノワイヤを説明する概略図。
【図１ｂ】触媒粒子を上端に有さず、絶縁体で部分的に覆われ、透明電極で全体的に覆われたナノワイヤを説明する概略図。
【図１ｃ】触媒粒子を上端に有し、ナノワイヤの全長及び触媒粒子の一部が絶縁体で部分的に覆われるとともに透明電極で全体的に覆われた先行技術のナノワイヤを説明する概略図。
【図１ｄ】触媒粒子を上端に有さず、絶縁体がナノワイヤの上端を超えて延び、透明電極で全体的に覆われたナノワイヤを説明する概略図。
【０００９】
【図２ａ】低バイアス／低照度条件の下での図１ａのナノワイヤの空乏領域を説明する概略図。
【図２ｂ】高バイアス／高照度条件の下での図１ａのナノワイヤの空乏領域を説明する概略図。
【００１０】
【図３ａ】図１ｂ又は図１ｄのナノワイヤが並列に接続されたナノワイヤデバイスの回路図。
【図３ｂ】図３ａの回路の電流対電圧図。
【図３ｃ】図１ａ又は図１ｃのナノワイヤが並列に接続されたナノワイヤデバイスの回路図。
【図３ｄ】図３ｃの回路の電流対電圧図。
【００１１】
【図４ａ】従来のナノワイヤデバイスに対する実施形態の効率の向上を説明する図。
【図４ｂ】従来のナノワイヤデバイスに対する実施形態の曲線因子の向上を説明する図。
【図４ｃ】従来のナノワイヤデバイスに対する実施形態の開回路電圧の向上を説明する図。
【図４ｄ】従来のナノワイヤデバイスに対する実施形態の電流密度の向上を説明する図。
【００１２】
【図５ａ】、
【図５ｂ】、
【図５ｃ】、
【図５ｄ】、
【図５ｅ】、
【図５ｆ】、
【図５ｇ】ある実施形態によりナノワイヤデバイスを製造する方法を説明する概略図。
【００１３】
【図５ｈ】、
【図５ｉ】代替の実施形態によって製造されたナノワイヤデバイスを説明する概略垂直断面図。
【００１４】
【図６ａ】触媒粒子が上端にあるナノワイヤのアレイの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真。
【図６ｂ】触媒粒子が除去され、ナノワイヤの上端に凹部が残されたナノワイヤのアレイの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真。
【００１５】
【図７】ナノワイヤの上端に金触媒粒子を有するナノワイヤと有しないナノワイヤとを比較する波長の関数とした反射率の図。
【００１６】
【図８ａ】、
【図８ｂ】代替の実施形態によってナノワイヤデバイスを製造する方法を説明する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本願の目的について、ナノワイヤは、１マイクロメートル未満、例えば２〜５００ｎｍや１００〜３００ｎｍである直径（円柱状ナノワイヤについて）又は幅（自身の軸に直交する平面における六角形断面形状を有するナノワイヤのような非円柱状ナノワイヤについて）を有するナノスケール構造である。しかし、長さは、少なくとも０．５マイクロメートル、例えば０．５〜３マイクロメートルや１〜２マイクロメートルであってもよい。
【００１８】
Ｓｉ、ＩｎＰ及びＧａＡｓのようなものであるがこれらに限定されないＩＶ族又はＩＩＩ−Ｖ族の材料から作られる効率的な太陽電池は、上面の非常に近くにｐｎ接合を有する。好適には、ｐｎ接合は、面の上端からたった数百ｎｍのオーダーにある。これはまた、半導体ナノワイヤデバイスについても真である。最も効率的な半導体ナノワイヤ太陽電池が少なくとも１８０ｎｍのワイヤ直径を有することをモデリング及び実験の両方が示す。よって、コンタクトの観点から、半導体ナノワイヤは平坦な材料の小片として見られうる。
【００１９】
ＬＥＤ又は太陽電池のような光電気デバイスを半導体ナノワイヤのアレイから作るために、上部コンタクトは好適には透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を包含する。ＴＣＯとアクティブデバイスとの間のコンタクトは好適には可能な限り低い抵抗を有し、好適にはオーミックである。太陽電池の場合に、コンタクト自体が光学的にアクティブでないこと、すなわちコンタクトがデバイスの開回路電圧（ＶOC）から減算すべきでないことも好適である。
【００２０】
Ａｕのような金属触媒から成長した半導体ナノワイヤの場合に、従来の知見では、Ａｕ種粒子はナノワイヤへのオーミックコンタクトを形成するのに有利である。従って、特に除去に追加の処理ステップが必要となるので、Ａｕ粒子は典型的に除去されない。しかし、金属触媒種粒子は、光シェーディングのせいで効率性を低減することが知られている。光シェーディングに加え、従来の知見に反して、統合された金属粒子はまた、質の悪い電気コンタクトを与えうる。Ａｕは、ＩＩＩ−Ｖ半導体にショットキー型コンタクトを作ることが発見されている。ショットキー型コンタクトは、半導体ナノワイヤに存在しうる任意のダイオードに加えて逆ダイオード（reverse diode）として電流電圧特性に現れる。従って、デバイス全体は典型的に、図１ａに説明され、以下でより詳細に説明されるように、逆ショットキーダイオードに直列の半導体ナノワイヤダイオードを含む。
【００２１】
図１ａ及び図１ｂはそれぞれ、先行技術のナノワイヤデバイス及び本発明の第１実施形態のナノワイヤデバイスを説明する。図１ａに説明されるように、先行技術の半導体ナノワイヤ１０１は、第１導電型（例えば、ｐ型又はｎ型）を有する第１部分１０２と、第１導電型とは異なる第２導電型（例えば、ｎ型又はｐ型）を有する第２部分１０４とを含む軸状ナノワイヤである。半導体ナノワイヤ１０１の第１部分１０２と第２部分１０４との間の界面にｐｎ接合１０３が形成される。ｐｎ接合１０３は、図面にダイオード記号１２０で示されるようにダイオードの電気特性を有する。必要ならば、ナノワイヤは、接合領域１０３が真性半導体を含むか、又は領域１０２及び１０４よりも少なくとも桁が小さなドーパント濃度を有する第１導電型又は第２導電型の半導体を含むｐｉｎ接合デバイスを備えてもよい。
【００２２】
さらに、半導体ナノワイヤ１０１の側壁の少なくとも一部を絶縁層又は誘電層が囲み、それによって、半導体ナノワイヤ１０１の周りに絶縁シェル１０８を形成する。ある実施形態では、絶縁シェル１０８は、ＳｉＯ2のような透明材料で作られる。半導体ナノワイヤ１０１がＶＬＳプロセスによって成長されるか、（クナノ・アーベーに譲渡され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる国際公開第１１／１４２，７１７号（７１７公報）に記載されるような）エアロタクシー（Aerotaxy）プロセスのような金属触媒粒子を用いる別のプロセスによって成長されるならば、金属触媒粒子１０６は、半導体ナノワイヤ１０１の第２部分１０４の上端の上に位置する。
【００２３】
上述のように、金属触媒粒子１０６と半導体ナノワイヤ１０１の第２部分１０４との間に逆ショットキーダイオード１２２が形成されうる。ＴＣＯ電極１１０は、絶縁シェル１０８を含めて半導体ナノワイヤ１０１を封入する。半導体ナノワイヤ１０１のうち絶縁シェル１０８によって覆われない部分において、ＴＣＯ電極１０１と半導体ナノワイヤ１０１との間に直接コンタクトが作られうる。このコンタクトは、典型的に、シンボル１２４で説明されるようにオーミックである。シンボル１２６で示されるように、金属触媒粒子１０６とＴＣＯ電極１１０との間に追加のオーミックコンタクトが形成されうる。オーミックコンタクト接続１２４は、金粒子‐ナノワイヤショットキー接続１１２に並列である。これに代えて、このコンタクトは、ダイオード１２０又は逆ショットキーダイオード１２２とは異なる電気特性を有する別のショットキーダイオードを形成しうる。
【００２４】
図２ａ及び図２ｂは、低バイアス／低照度条件の下での図１ａのナノワイヤの空乏領域１４０、１４２（図２ａ）と、高バイアス／高照度条件の下での図１ａのナノワイヤの空乏領域（図２ｂ）とを概説する。図２ａに説明されるように、半導体ナノワイヤ１０１のｐｎ接合１０３において第１空乏領域１４０が形成される。逆ショットキーダイオード１２２に起因して第２空乏領域１４２が形成される。すなわち、逆ショットキーダイオード１２２は、半導体ナノワイヤ１０１の上側部分に空乏領域１４２を誘発する。さらに、図２ｂに説明されるように、空乏領域１４０、１４２の厚さは、印加される電圧及び／又は照度によって異なる。よって、逆ショットキー１２２ダイオードは、ナノワイヤ側のコンタクトに影響を与え、コンタクトをプロセス変動（例えば、Δｈ1）だけでなく場合によっては外力にも依存させうる。
【００２５】
図１ｂは、ＴＣＯ電極１１０を堆積する前に金属触媒粒子１０６が除去される実施形態を説明する。この実施形態では、図１ａに説明された半導体ナノワイヤ１０１に形成された逆ショットキーダイオード１２２ではなく、半導体ナノワイヤ１０１の上面とＴＣＯ電極１０１との間にオーミットコンタクト１２８が形成される。絶縁シェル１０８の上端と半導体ナノワイヤ１０１の上面１０１ａとの間の高さはΔｈ1であり、Δｈ1はナノワイヤ先端の露出長の長さについての典型的なプロセス変動を示す。
【００２６】
第１実施形態の１つの側面では、半導体ナノワイヤ１０１は直径または幅を有しており、ＴＣＯ電極１０１は、側部１０１ｂの長さΔｈ1が半導体ナノワイヤ１０１の直径／幅１０１ｃよりも小さくなるように、上面１０１ａの下で半導体ナノワイヤ１０１の側部１０１ｂに接触している。例えば、直径／幅１０１ｃは、側部１０１ｂの長さΔｈ1よりも１０％〜５００％大きく、例えば５０％〜１００％大きい。第１実施形態の別の側面では、Δｈ1はゼロであり、ナノワイヤの側部はシェル１０８によって露出されておらず、その結果として、ナノワイヤ及びシェルは、ほぼ同じ高さを有する。この構成では、電極１１０は、ナノワイヤの上面１０１ａだけに（排他的に）接触し、ナノワイヤの側部１０１ｂに接触しない。
【００２７】
よって、第１実施形態では、ナノワイヤの半導体材料への電極１１０の接触は、上面１０１ａへの接触によって支配され、Δｈ1はナノワイヤ１０１の上面１０１ａの直径又は幅１０１ｃよりも小さい（すなわち、第１実施形態では、Δｈ1＝０又は０＜Δｈ1＜１０１ｃ）。
【００２８】
不均一なナノワイヤ高さを含むプロセス変動を考慮するために、一部のナノワイヤが偶然に接触されないままにならないように、ナノワイヤの側部１０１ｂが別段では必要なものよりも長く露出される。よって、上部電極コンタクト／電極１１０が形成される場合に、ナノワイヤ先端の変動部分が電極１０１に接触する。すなわち、短いナノワイヤよりも長いナノワイヤにおいて、より長い側部１０１ｂにそって上部電極１１０が形成される（短いナノワイヤではΔｈ1はゼロに等しくてもよく、電極１１０は上面１０１ａだけに接触する。）。長いナノワイヤと短いナノワイヤとの間の電極１１０への接触面積の差は、同一のデバイス内の様々なナノワイヤ間での出力及び性能に望まれない不均一性をもたらす。
【００２９】
図１ｃ及び図１ｄはそれぞれ、先行技術のナノワイヤデバイス及び第２実施形態のナノワイヤデバイスを説明する。第２実施形態のデバイスは、図１ｂに説明された第１実施形態のデバイスと同様である。しかし、第２実施形態では、絶縁シェル１０８が半導体ナノワイヤ１０１の側壁を完全に覆う。さらに、絶縁シェル１０８の高さは、典型的に、高さΔｈ2だけ半導体ナノワイヤ１０１の長さを超え、Δｈ2は半導体ナノワイヤ１０１の上面から絶縁シェル１０８の上面までの距離である。第１実施形態とは反対に、上部電極１１０はナノワイヤの上面１０１ａだけに接触し、よって、ナノワイヤ面と上部電極との間の接触面積は、様々なナノワイヤ間のナノワイヤ高さ又はΔｈ2の変動にかかわらず、同一の支持体（例えば、以下でより詳細に説明されるような成長基板又は別の支持体）上のすべてのナノワイヤについて略同一である（例えば、ナノワイヤの断面における変動に本質的に依存し、４０％未満、２０％未満、１０％未満、５％未満で異なる）。図１ｄに説明されるように、触媒ナノ粒子１０６が半導体ナノワイヤ１０１の上端から除去された場合に、ナノワイヤ１０３よりも上にある余分な絶縁シェル１０８は、ナノワイヤ１０３よりも上に凹部１３０を形成する。ＴＣＯ電極１１０が形成される際に、凹部は電極１１０ＴＣＯ材料で充填される。
【００３０】
よって、上述のように、ナノワイヤ１０１との電極コンタクトは、好適には、各半導体ナノワイヤ１０１の上面のみに作られるか、半導体ナノワイヤ１０１の側面にできるだけ少ない接触を有する。さらに、最終的なデバイス構造において半導体ナノワイヤ１０１の上端よりも上に絶縁シェル１０８が延びることを可能にすることの利点は、ナノワイヤ長の変動又は他のプロセス変動の何れかに起因するプロセス変動の影響を低減する。図１ｄに説明される構造は、金属触媒粒子１０６を組み込み、これが処理中に削除されることによって実現される。別の実施形態では、半導体ナノワイヤ１０１の上端よりも上に延びる絶縁シェル１０８は、コア‐シェルナノワイヤにも用いられうる。
【００３１】
図３ａ〜図３ｄに説明されるように、光電気デバイス、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）又は太陽電池のようなナノワイヤデバイスを形成するために複数のナノワイヤ１０１が並列に接続されてもよい。特に、図３ａは、図１ｂ／図１ｄの実施形態の触媒粒子１０６なしのナノワイヤ１０１を有するデバイスの回路図１５０を説明する。図３ｃは、図１ａ／図１ｃの触媒粒子１０６を有するナノワイヤ１０１を含む先行技術のデバイスの回路図１５４を説明する。図３ｂは、図３ａの回路のシミュレーションされた電流対電圧特性を説明し、図３ｄは図３ｃの回路のシミュレーションされた電流対電圧特性を説明する。
【００３２】
特に、図３ｂは、ダイオード（例えば、ＬＥＤ)１５１及び太陽電池１５２として動作する回路１５０のＩ‐Ｖ特性を説明する。図３ｄは、ダイオード１５５及び太陽電池１５６として動作する回路１５４のＩ‐Ｖ特性を説明する。図３ｃに説明されるように、逆ショットキーダイオード１２２は、結果として、回路１５４の触媒ナノ粒子１０６を有する各半導体ナノワイヤ１０１について電圧降下Ｖsh（照射で生成される逆電圧）を生成する。さらに、図３ｄに説明されるように、電圧ｖshは、デバイス１５０に対してデバイス１５４のＩ‐Ｖ特性を歪め、結果として開回路電圧ＶOC（負荷が与えられていない照射で生成される電圧）と電圧Ｖshとの間の差がゼロになる場所で交わるＩ‐Ｖ曲線１５５、１５６を生じる。すなわち、電圧Ｖshは、開回路電圧ＶOCを低減する。対照的に、図３ａ及び図３ｂに示される本発明の実施形態の回路１５０の曲線１５１、１５２は、向上したデバイス挙動及びＶOCを示す。
【００３３】
１×１ｍｍ2ＩｎＰナノワイヤ太陽電池の実験結果は、ナノワイヤ１０１にＡｕ触媒粒子１０６が存在する場合に、平均ＶOCが、標準的な平面ＩｎＰ太陽電池の平均ＶOC（８８０ｍＶ）よりも大幅に低い（５００〜７００ｍＶ）ことを示す。低い平均ＶOCに加えて、ＶOCの広がりが典型的に大きく、数百ｍＶの標準偏差を有する。
【００３４】
図４ａ〜図４ｄは、ナノワイヤ１０１の上端の上に金属触媒ナノ粒子を有するナノワイヤデバイスと有しないナノワイヤデバイスとを比較した実験結果を説明する。図４ａは、半導体ナノワイヤ１０１から金属ナノ粒子１０６が除去されたナノワイヤデバイスの効率の増加（例えば、６７％向上のような、６０％超）を説明する。図４ｂは、曲線因子における向上（２％）を説明する。図４ｃは、開回路電圧における向上（例えば、４２％向上のような４０％超）を説明する。図４ｄは、従来のナノワイヤデバイスに対する実施形態の電流密度の向上（例えば、１６％向上のような１０％超）を説明する。図４ａ〜図４ｄは、それぞれがシリコン酸化物シェルを有する４００万個のナノワイヤを含む個別のデバイスに関する測定を示す。Ａｕ粒子除去ステップを除いて、デバイスは同じように処理された。左側３つのサンプルはＡｕ粒子を残したままであり、右側２つはＡｕ粒子を有しない。
【００３５】
効率の向上への主な貢献は、高いＶOCに起因すると信じられており、実施形態のデバイスは、ＶOCの小さな広がりも呈し、より均質なコンタクトを示す。向上の第２の源は、短絡電流ＪSCの向上である。この向上は、図７に説明されるように、デバイスの低いシェーディング及び反射性に起因すると予測される。図７に説明されるように、触媒粒子１０６が除去されたナノワイヤは、３７０〜１１７０ｎｍの波長帯の反射をほとんど又は全く呈しない。対照的に、ナノ粒子１０６が除去されていないナノワイヤ１０１は、ほぼ全波長帯にわたって５％〜２０％の反射を呈する。
【００３６】
図５ａ〜図５ｇは、実施形態によるナノワイヤデバイスの作り方を説明する。図５ａに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅは、後述されるような基板又は別の支持体のような支持体１００に成長又は堆積される。例えば、ナノワイヤは、ＶＬＳ法及び触媒ナノ粒子を用いて半導体基板１００に成長されうる。
【００３７】
これに代えて、以下に示すように、アズグロウン（as-grown）のナノワイヤが支持体に堆積されてもよい。（上記の国際公開第１１／１４２，７１７号に記載されるように）エアロタクシープロセスによって触媒ナノ粒子を用いて気相又は蒸気相においてナノワイヤが成長される。その後、収集されたナノワイヤが、半導体基板、導電（例えば、金属）基板又は絶縁（例えば、ガラス、セラミック又はプラスチック）基板のような支持体１００上に配置される。ナノワイヤは、それらの軸が下地の支持体の上面に略直交するように任意の適切な方法によって整列されてもよい。
【００３８】
例えば、ナノワイヤは、選択的化学官能化によって整列されてもよい。特に、この方法は、荷電有機官能化化合物でナノワイヤ１０１の一部（例えば、第１部分１０２）を選択的に官能化することと、複数のナノワイヤを極性溶媒又は半極性溶媒に分散することと、ナノワイヤの長手軸が支持体の主面に略直交する方向を向くようにナノワイヤ１０１を支持体１００上に整列することとを含む。支持体１００の主面はまた、典型的に共有結合を形成することによって官能化化合物と結合対を形成する有機連結リガントで官能化されてもよい。すなわち、官能化化合物は、複数のナノワイヤを支持体に固定するように連結リガントに共有結合する。
【００３９】
これに代えて、２０１１年６月３０日に発行された国際公開第１１／０７８，７８０号及びその米国移行出願第１３／５１８，２５９号に記載されるように、ナノワイヤの群に電界を与え、それによってナノワイヤの電気分極が自身を電界に沿って整列させることによって、ナノワイヤが整列されてもよい。これらの文献は参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。好適には、ナノワイヤは、支持体上に準備し、整列する工程中に、流体（気体又は液体）に分散される。電界でナノワイヤを整列させるための分極に加えて、更なる方向性を与えるため、及びナノワイヤの整列を向上するために、整列中に放射線（例えば、可視光）をナノワイヤに照射することによって、ｐｎ接合を含むナノワイヤにオプションの電気双極子が誘発されてもよく、ナノワイヤの端と端との間に開回路フォト電圧を効率的に誘発する。
【００４０】
好適には、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅは、第１導電型（例えば、ｐ型）を有する第１部分１０２と、第２導電型（例えば、ｎ型）を有する第２部分１０４とを含む。必要ならば、各部分は、２つ以上の部分領域を含んでもよい。例えば、第２部分は、高ドープ上側部分領域（例えば、ｎ＋）と、ｐｎ接合１０３に隣接する低ドープ下側部分領域（例えば、ｎ又はｎ−）とを含んでもよい。各部分領域は、長さにおいて（すなわち、ナノワイヤの軸に平行な方向において）７５〜１５０ｎｍであってもよい。
【００４１】
下側部分領域が真正であるならば、デバイスはｐｎ接合１０３の代わりにｐｉｎ接合を含む。ｐｎ接合１０３は、好適には、支持体（例えば、基板）１００の主面に平行に、且つナノワイヤ軸に直交する方向に延びる。ｐｎ接合は、好適には、半導体ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上面の３００ｎｍ以内に位置する。
【００４２】
図５ａに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅは、金属触媒粒子１０６ｂで形成される。さらに、図５ａに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅは、様々な長さを有し、実際のナノワイヤデバイスにおけるナノワイヤ長の多様性を示す。ナノワイヤは、ＩＶ族ナノワイヤ（例えば、シリコン）であってもよいし、ＩＩＩ−Ｖ族ナノワイヤ（例えば、ＩｎＰまたはＧａＡｓ）であってもよい。また、ナノワイヤ１０１ｄ又は１０１ｅは、ワイヤの様々な軸部分又は放射部分において複数の材料で構成されてもよい。例えば、ワイヤは、パッシベーションを目的として、ＡｌＧａＡｓ又はＩｎＧａＰのアロイのシェル層を有するＧａＡｓであってもよい。
【００４３】
次に、図５ｂに説明されるように、ナノ粒子１０６を含んで、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上面の上に絶縁シェル１０８が形成される。絶縁シェル１０８は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物のような酸化物又は窒化物のような任意の適切な絶縁材料で作られうる。さらに、絶縁シェル１０８は、原子層堆積（ＡＬＤ）のような任意の適切な方法で形成されうる。隣接するナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅを互いに電気的に絶縁することに加えて、絶縁シェル１０８はまた、好適には、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの表面をパッシベーションする。
【００４４】
絶縁シェル１０８を形成するためにＡＬＤプロセスが用いられ、絶縁シェル１０８がＳｉＯ2で作られるならば、ＡＬＤ堆積のための前駆体は、トリス（ｔｅｒｔ−ブトキシ）シラノール（ＴＴＢＳ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）であってもよい。ＴＴＢＳ及びＴＭＡｌは、ナノワイヤデバイスを含む反応チャンバにパルスされてもよい。好適には、反応チャンバは加熱される。ＴＴＢＳ及びＴＭＡｌは、加熱されたナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅに化学吸着され、ＳｉＯ2の薄いコンフォーマル層を形成する。余分な前駆体及びリガンド／分子は、チャンバをＮ2でパージすることによって除去されうる。ある実施形態では、反応チャンバ内のベース圧力は２ｍＴｏｒｒであり、温度は２５５℃である。ある実施形態では、ＡＬＤのＳｉＯ2プロセスは、ＴＴＢＳの３パルスと、その後のＴＭＡｌの１パルスとを実行することによって行われる。このプロセスは、所望の層厚さを実現するために所望の回数、繰り返されうる。例えば、プロセスは、ＮＷの周りに所望の厚さである５０ｎｍのＳｉＯ2を得るために２０〜２４回、繰り返されうる。より厚い又はより薄い絶縁シェル１０８を生成するためにパルス数が増加又は減少されてもよい。
【００４５】
ＡＬＤプロセスに加えて、スピンオンガラス、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）又は低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）の硬化及びスパッタリングのような、ナノワイヤを被覆／パッシベーションする他の方法が用いられてもよい。ＳＩＯ2に加えて、他の適切な絶縁／パッシベーション材料は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯxのようなポリマーを含む。
【００４６】
次に、図５ｃに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上及び間にオプションの犠牲層５０２が堆積される。犠牲層５０２は、ポリマー又はフォトレジスト層のような任意の適切な材料であってもよく、スピン堆積（spin deposition）のような任意の適切な方法で形成されてもよい。
【００４７】
次に、図５ｄに示されるように、犠牲層５０２は、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの先端を露出するように、エッチング又は研磨によって平坦化される。図５ｄに説明されるように、ある実施形態では、背の高い方のナノワイヤ１０１ｄ上で金属触媒粒子１０６が完全に露出するようにエッチングが実行される。すなわち、犠牲層５０２及び絶縁シェル１０８が背の高い方の半導体ナノワイヤ１０１ｄの上面よりも低くなるまでエッチングが実行される。このレベルにおいて、犠牲層５０２と絶縁シェル１０８との両方が短い方のナノワイヤ１０１ｅの上面より上にある。
【００４８】
コンタクト形成のためにナノワイヤ先端を開いて露出するために、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）のような任意の適切なエッチング技術が用いられうる。ある実施形態では、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ａｒの混合ガスを、５〜５０ｓｃｃｍの流量で、例えばそれぞれ２０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍでＲＩＥが実行される。ある実施形態では、２００〜３００Ｗ、例えば２５０ＷのＲＦプラズマ電力で、２００〜４００ｍＴｏｒｒ、例えば３００ｍＴｏｒｒの圧力でＲＩＥが実行されてもよい。ＲＩＥの高い異方性は、結果として、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上端の上の絶縁シェル１０８の優先的なエッチングを生じる。ＲＩＥパラメータは所望により異なってもよい。代替の実施形態では、ＲＩＥの代わりにウェットエッチングが用いられる。エッチングレート及び犠牲層５０２の厚さを制御することによって、ウェットエッチングが用いられてもよい。
【００４９】
次に、図５ｅに示されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅから金属触媒粒子１０６が除去される。短い方のナノワイヤ１０１ｅについて、金属触媒粒子１０６が除去される際に、ナノワイヤ１０１ｅの上端の上に、絶縁シェル１０８によって囲まれる凹部１３０が形成される。ある実施形態では、ヨウ素ベースのエッチングのような選択エッチングによって金属触媒粒子１０６が除去される。ＩｎＰナノワイヤから金粒子をエッチングする際にヨウ素エッチングが有利であると認められている。ある実施形態では、ヨウ素エッチングは以下のステップを含む。
ステップ１：１０秒間、Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ  １：２５に浸す。
ステップ２：１０秒間、Ｈ2Ｏに浸す。
ステップ３：１０秒間、ＫＩ：Ｉ2：Ｈ2Ｏ  ４ｇ：１ｇ：４０ｍｌ
ステップ４：１０秒間、ＤＩ水を含む４番目のビーカでゆすぐ。
ステップ４：２分間、ＤＩ水を含む５番目のビーカでゆすぐ。
ステップ５：Ｎ2ガンでサンプルを乾かす。
ステップ６：触媒粒子が除去されるまでステップ１〜５を繰り返す。
ＧａＡｓナノワイヤについて、触媒粒子１０６を除去するためにシアン化物ベースのエッチングが用いられてもよい。ある実施形態では、シアン化物エッチングは以下のステップを含む。
ステップ１：１０分間、事前混合されたＺｎ及びシアン化カリウム（例えば、ＴＦＡＣ金エッチング）：Ｈ2Ｏ  ６．１ｇ：１００ｍｌ
ステップ２：３０秒間、Ｈ2Ｏに浸す。
ステップ３：１０分間、Ｈ2Ｏでゆすぐ。
ステップ４：Ｎ2ガンでサンプルを乾かす。
Ａｕ以外の種粒子（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇａ及び、Ａｕとのアロイを含むこれらのアロイ）から成長されたナノワイヤについて、他のエッチング化学が用いられてもよい。
【００５０】
図５ｆに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅから金属触媒粒子１０６が除去された後、残りの犠牲層５０２が除去される。犠牲材料がポリマーであるならば、リムーバ１１６５のような有機溶媒にデバイスを浸すことによって犠牲材料が除去されてもよい。好適には、その後、任意の有機残留物を除去するために、例えばＯ2  ＲＩＥプラズマでナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅが洗浄される。ある実施形態では、４０〜６０Ｗ、例えば５０Ｗの電力、２００〜３００ｍＴｏｒｒ、例えば２５０ｍＴｏｒｒの圧力及び４０〜６０ｓｃｃｍ、例えば５０ｓｃｃｍのＯ2の酸素流量でＲＩＥが実行される。
【００５１】
次に、図５ｇに説明されるように、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上に上部電極１０１が形成される。好適には、上部電極１１０は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のような透明材料から作られる。ある実施形態では、ＴＣＯ層は、室温でスパッタリングされたインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。代替の実施形態では、ＴＣＯ層は、スパッタリング又はＡＬＤによって形成されたＡｌドープ亜鉛酸化物（ＡＺＯ）である。
【００５２】
図５ｈに示される代替の実施形態では、絶縁シェル１０８が省略される。言い換えると、図５ｂに示されるシェル堆積ステップ１０８が省略される。図５ｃに説明されるオプションの犠牲層５０２の代わりに、図５ｈに示される常設バルク絶縁材料層５０２がナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの上及び間に形成される。絶縁材料６０２は、ポリマー材料、シリコン酸化物、シリコン窒化物及び他の適切な材料のような任意の適切な絶縁材料を備えてもよい。
【００５３】
その後、図５ｄ及び図５ｅに関して上述されたプロセスが進み、ナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅの先端を露出するようにエッチング又は研磨によって絶縁層６０２が平坦化される。その後、上述のように金属粒子１０６が除去され、図５ｈに示されるように、露出したナノワイヤ１０１ｄ、１０１ｅ及び絶縁層６０２の上に上部電極１１０が形成される。よって、絶縁層６０２は最終的なデバイスに留まり、図５ｆに示される除去ステップにおける犠牲層５０２のようには除去されない。図５ｈのように絶縁層６０２を残すことによる更なる利点は、後続の透明導電層がｐｎ接合の周りを包むことはなく、このことは所定の構成においてワイヤへの不要なゲート電界効果を誘発しうる。
【００５４】
図５ｉは、別の代替の実施形態を説明する。この実施形態では、ナノワイヤ１０１は支持体１００の上に位置しない（すなわち、ナノワイヤの下の支持体が省略される）。その代わりに、成長されたナノワイヤ１０１が絶縁マトリクス７０２に組み込まれる。例えば、ナノワイヤ１０１は、エアロタクシープロセスを用いて成長され、その後に収集され、ポリマーマトリクスのような絶縁マトリクス７０２に組み込まれる。
【００５５】
オプションとして、上部電極１１０と下部電極５１０との両方のナノワイヤ１０１へのコンタクトが、図５ｂ〜図５ｇに関して上述された方法を用いて作られてもよい。よって、図５ｉに示されるように、絶縁マトリクス７０２の上面及び下面の両方においてナノワイヤが露出される。ナノワイヤ１０１の少なくとも一部は、ナノワイヤ１０１の一部の上及び下に凹部１３０を形成するように、個別のシェル１０８の上面及び／又は下面に関して凹んでいる。その後、上部電極１１０及び下部電極５１０は、ナノワイヤ１０１の露出した上面及び下面に接触するように、絶縁マトリクス７０２のそれぞれの上面及び下面に堆積される。下部電極５１０は、金属基板、反射ミラー（例えば、反射金属層）又は透明コンタクト（例えば、ＴＣＯ）を備えうる。必要ならば、図５ｈに関して上述された方法と同様にこの実施形態においてシェル１０８も省略されてもよい。
【００５６】
図６ａ及び図６ｂは、Ａｕ粒子の除去前（ａ）及び除去後（ｂ）のナノワイヤ１０１のＳＥＭ画像を示す。図６ｂのワイヤの周りの明るい縁は、図１ｄに概説されたナノワイヤのように、ワイヤのほとんどが先端に凹部１３０を有することを示す。
【００５７】
図８ａ〜図８ｂは、半導体ナノワイヤ１０１が成長する代替の第３実施形態を説明する。ナノワイヤはＶＬＳを通じて触媒粒子で成長されてもよいし、図８ａ〜図８ｂに示されるように、選択成長を通じたもののように、触媒なしに成長されてもよい。この実施形態では、半導体ナノワイヤ１０１の第２部分１０４の上側部分に犠牲部分１１６が与えられてもよい。例えば、半導体ナノワイヤ１０１がＧａＡｓで作られるならば、半導体ナノワイヤ１０１の上側部分はＳｉ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＰ、ＩｎＰ  ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＡで作られてもよく、これらはＧａＡｓに関して選択的にエッチングされうる。
【００５８】
図８ａに示されるように、本方法は、基板１０５の上に成長マスク１１１を与えることによって始まる。基板はＧａＡｓ又はシリコンのような任意の基板であってもよく、成長マスクはＳｉＮx又はＳｉＯxのような誘電体であってもよい。
【００５９】
その後、成長マスク１１１に開口１１３が形成される。開口は、好適には、それらの直径及びそれらの相対位置に関して十分に制御される。電子ビームリソグラフィー（ＥＢＬ）、ナノインプリントリソグラフィー、光リソグラフィーのようなリソグラフィーと、その後の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又はウェット化学エッチング方法のようなエッチングとを含むがこれらに限定されない、当該分野で知られているいくつかの技術が本手順のために用いられうる。好適には、開口は、ナノワイヤ１０１の直径１０１ｃ（例えば、５００ｎｍ以下）とほぼ同じ直径を有し、０．５〜５μｍ間隔のピッチを有する。開口は、生成されるナノワイヤ１０１の位置及び直径１０１ｃを規定する。
【００６０】
その後、図８ｂに示されるように、前駆体ソースフローが好適には連続的であるＣＶＤベースプロセスによってナノワイヤ成長が進む。成長ゾーンにおける低過飽和を実現するために前駆体ソース流量が調整される。Ｖ／ＩＩＩ比は１〜１００の範囲にあるべきであり、好適には１〜５０の範囲にあり、さらにより好適には５〜５０の範囲にある。このＶ／ＩＩＩ比は、フィルム成長に用いられる比よりも著しく低いことに留意されたい。ナノワイヤ１０１の上端に犠牲領域１１６を形成するために、成長中に前駆体が変更される。例えば、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＡｓ犠牲半導体領域１１６の成長とベースＧａＡｓナノワイヤ領域１０２、１０４の成長とを切り替えるために、ＭＯＣＶＤナノワイヤ成長中に、Ａｌ又はＡｌ＋Ｇａ前駆体（例えば、ＴＭＡｌ又はＴＭＧ）は、Ｇａ前駆体について切り替えられる。Ｓｉ、ＩｎＰ又は他の半導体材料ナノワイヤ及び犠牲領域について同様のステップが用いられうる。金属有機前駆体を用いるＭＯＣＶＤによって、又はシラン又はジシランのような水素化物ソースを用いる従来のＣＶＤによってシリコンナノワイヤが成長されうる。
【００６１】
その後、第３実施形態のプロセスは、触媒粒子１０６の代わりに犠牲領域１１６がナノワイヤ１０１の上に位置する点を除いて図５ａ〜図５ｇと同様に続く。よって、犠牲領域１１６を使用・除去することによって、触媒粒子１０６を使用・除去するのと同様の効果が得られる。よって、図１ｄのナノワイヤは、図５ａ〜図５ｇの後に図８ａ〜図８ｂの方法を用いて形成されうる。
【００６２】
別の実施形態では、半導体ナノワイヤは、上述の方法のうちの１つを用いて触媒粒子を用いて成長され、ナノワイヤの犠牲部分（例えば、犠牲領域）１１６と触媒粒子との両方が後で除去される。この実施形態の非限定的な側面では、軸状ＧａＡｓナノワイヤコア及び放射状ＡｌＧａＡｓクラッド層（群）で構成されるＧａＡｓコア‐シェルナノワイヤが触媒粒子を用いて成長される。この後に、犠牲Ｓｉ、ＩｎＰ又はＩｎＡｓ領域１１６が成長される。その後、上述のように、触媒粒子と犠牲領域との両方が除去される。犠牲領域は、単に触媒粒子だけを除去した場合よりも深い凹部を与えるように、ＩｎＰについてＨＣｌ、ＩｎＡｓについてＮＨ4ＯＨ、ＳｉについてＫＯＨのような任意の適切なエッチング媒体を用いて、プロセスの後段において選択的に除去されてもよい。
【００６３】
上記は特定の好適な実施形態を参照したが、本発明はこれらに限定されないことが理解されるだろう。開示された実施形態に様々な変形がなされてもよく、このような変形が本発明の範囲内であることが意図されることが当業者に思い当たるだろう。本明細書で引用される公報、特許出願及び特許のすべては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【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２ａ】
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【図２ｂ】
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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４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図５ｇ】
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【図５ｈ】
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【図５ｉ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【国際調査報告】
2016510943.tif 000031
2016510943.tif 000032
2016510943.tif 000033
2016510943.tif 000034