(57)【要約】  種々の実施形態は、支持部から離れるように延びる複数のナノ構造を提供することと、ナノ構造間に流動性材料層を形成することと、流動性材料の第２の部分及び複数のナノ構造の第２の部分がパターン化されたマスクの下に配置されないように、流動性材料の第１の部分及び複数のナノ構造の第１の部分の上にパターン化されたマスクを形成することと、流動性材料の第１の部分及び複数のナノ構造の第１の部分をエッチングせずに残すように流動性材料の第２の部分及び複数のナノ構造の第２の部分を除去するために、流動性材料の第２の部分及び複数のナノ構造の第２の部分をエッチングすることとを含む半導体素子を製造する方法を含む。
2016527712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部から離れるように延びる複数のナノ構造を提供することと、
前記ナノ構造間に流動性材料層を形成することと、
前記流動性材料の第２の部分及び前記複数のナノ構造の第２の部分がパターニングされたマスクの下に配置されないように、前記流動性材料の第１の部分及び前記複数のナノ構造の第１の部分の上に前記パターニングされたマスクを形成することと、
前記流動性材料の前記第１の部分及び前記複数のナノ構造の前記第１の部分をエッチングせずに残すように前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分を除去するために、前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分をエッチングすることと、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
支持部の上に前記複数のナノ構造の前記第１の部分を残すように前記エッチングする工程の後に、前記流動性材料の前記第１の部分の少なくとも一部を選択的に除去することを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ構造は半導体ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記流動性材料層はフォトレジスト層を含み、前記パターニングされたマスクを形成することは、フォトリソグラフィマスクを介して前記フォトレジスト層の上部分のみを放射線で露出することと、前記流動性材料層の前記第２の部分の上にある前記フォトレジストの上部分における部分を除去することとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記パターニングされたマスクを形成することは、前記流動性材料層の上にフォトレジスト層を堆積することと、前記フォトレジストをパターニングすることとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記パターニングされたマスクを形成することは、前記流動性材料層をパターニングすることと、次に前記パターニングされた流動性材料層の上フォトレジスト層を堆積することとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記エッチングする工程は、前記流動性材料の前記第１の部分及び前記複数のナノ構造の前記第１の部分をエッチングせずに残すように前記パターニングされたマスクの少なくとも一部、前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分を除去するために、前記パターニングされたマスク、前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分をエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングする工程は、前記パターニングされたマスク、前記流動性材料の前記第１の部分及び前記複数のナノ構造の前記第１の部分をエッチングせずに残すように前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分を除去するために、前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分をエッチングすることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
支持部の上に前記複数のナノ構造の前記第１の部分を残すように前記エッチングする工程の後に、前記パターニングされたマスク及び前記流動性材料の前記第１の部分の少なくとも一部を選択的に除去することを更に含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のナノ構造の前記第１の部分の間で前記流動性材料の前記第１の部分の高さを減少するように前記流動性材料の前記第１の部分をエッチングすることを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記流動性材料は、スピン・オン・グラス（ＳＯＧ）又はフォトレジストを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
絶縁材料層の少なくとも一部が略平面の上面を提供するように、前記複数のナノワイヤの少なくとも一部の上に前記絶縁材料層を形成することと、
前記絶縁材料層の前記略平面の上面の上に電気的コンタクトを形成することとを更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記流動性材料の前記エッチングされた第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記エッチングされた第２の部分が除去された領域において、前記支持部の上に第２の電気的コンタクトを形成することを更に含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ナノ構造はナノワイヤＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
エッチングはドライエッチングを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１６】
支持部から離れるように延びる複数のナノ構造を提供することと、
前記ナノ構造間に流動性材料層を形成することと、
前記複数のナノ構造の第１の部分の上に配置された前記流動性材料の第１の部分が前記複数のナノ構造の第２の部分の上に配置された前記流動性材料の第２の部分より厚いように前記流動性材料をパターニングすることと、
前記流動性材料の前記第１の部分の厚さを減少して前記複数のナノ構造の前記第１の部分をエッチングせずに残し、前記流動性材料の前記第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分を除去するように前記流動性材料をエッチングすることと、
を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項１７】
前記流動性材料層はフォトレジスト層を含み、前記流動性材料をパターニングすることは、前記複数のナノ構造の前記第２の部分の上に配置された前記流動性材料の部分を除去することを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記流動性材料をパターニングすることは、放射でフォトリソグラフィマスクを介して前記複数のナノ構造の前記第２の部分の上に配置された前記フォトレジスト層の上部分のみを放射線で露出することと、前記フォトレジスト層の前記露出された部分を除去することとを更に含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
支持部の上に前記複数のナノ構造の前記第１の部分を残すように前記エッチングする工程の後に、前記流動性材料の前記第１の部分の少なくとも一部を選択的に除去することを更に含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記ナノ構造は半導体ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノ構造はナノワイヤＬＥＤを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記流動性材料の前記エッチングされた第２の部分及び前記複数のナノ構造の前記第２の部分が除去された領域において、前記支持部の上に電気的コンタクトを形成することを更に含むことを特徴とする請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ構造のエッチング後の平面層におけるエッチングの停止に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤ発光ダイオード（ＬＥＤ）は、平面ＬＥＤの代わりとして益々関心を集めている。従来のプレーナ技術を用いて生成されたＬＥＤと比較して、ナノワイヤＬＥＤは、ナノワイヤの３次元性の特質、格子整合の制限がより少ないために向上した材料の組み合わせの適応性及びより大きな基板上で処理するための機会を与える。
【発明の概要】
【０００３】
実施形態は、エッチングの方法に関し、該方法は、複数のナノワイヤ間に配置された誘電層を含む支持部から離れるように延びる複数のナノ構造を提供することと、前記複数のナノ構造の第２の部分が露出し、パターニングされたマスクの下に配置されないように、前記複数のナノ構造の第１の部分の上に前記パターニングされたマスクを形成することと、前記複数のナノ構造の前記第２の部分を除去するために、前記複数のナノ構造の前記第２の部分をエッチングすることと、前記複数のナノ構造を前記エッチングする間に、前記複数のナノ構造の前記エッチングにおける少なくとも１つのガス状副生成物を監視することと、前記誘電層が実質的に除去されることを検出すると、前記エッチングを停止することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本明細書に取り入れられ且つ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態の例を示し、先に示した一般的な説明及び以下に示す詳細な説明と共に、本発明の特徴を説明するためのものである。
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るナノワイヤＬＥＤ素子の原理を概略的に示す垂直断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るバッファ層上のナノワイヤＬＥＤ素子の原理を概略的に示す垂直断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ＧａＮナノワイヤ上の破損ワイヤボンドを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、基板上のナノワイヤ間の空間における流動性材料が不足した基板のエッチングを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、エッチング後のナノワイヤを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、ナノワイヤのオーバーエッチによる基板のエッチングを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、下にあるバッファ層のエッチングを防止するためのエッチングストップとしての誘電体マスク層の使用を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｉ】図４Ｉは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図４Ｊ】図４Ｊは、一実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するための絶縁層を有するナノワイヤＬＥＤアレイを製造する処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図４Ａの製造処理を概略的に示すナノワイヤＬＥＤ素子を示す上面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図４Ｂの製造処理を概略的に示すナノワイヤＬＥＤ素子を示す上面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図４Ｃの製造処理を概略的に示すナノワイヤＬＥＤ素子を示す上面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図４Ｄの製造処理を概略的に示すナノワイヤＬＥＤ素子を示す上面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図４Ｅの製造処理を概略的に示すナノワイヤＬＥＤ素子を示す上面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、一実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、一実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、別の実施形態に係る図４Ｂ及び図４Ｃに示されたナノワイヤの除去の別の処理を概略的に示す垂直断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、方法の一実施形態に従って形成されたフォトレジストにより保護されたエッチングナノワイヤ及び未エッチングナノワイヤを示すＳＥＭ顕微鏡図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、方法の一実施形態に従って形成されたフォトレジストにより保護されたエッチングナノワイヤ及び未エッチングナノワイヤを示すＳＥＭ顕微鏡図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、方法の一実施形態に従って形成されたフォトレジストにより保護されたエッチングナノワイヤ及び未エッチングナノワイヤを示すＳＥＭ顕微鏡図である。
【図１１】図１１は、ナノワイヤがエッチングされている領域上の金属コンタクトを示す断面走査型電子顕微鏡（ＸＳＥＭ）顕微鏡図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、更に別の実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するためのパターニングされた絶縁層を有するナノワイヤアレイのＳＥＭ像を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、更に別の実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するためのパターニングされた絶縁層を有するナノワイヤアレイのＳＥＭ像を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、更に別の実施形態に係る活性領域を平坦化及び規定するためのパターニングされた絶縁層を有するナノワイヤアレイのＳＥＭ像を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、いつエッチングを停止させるかを決定する方法を説明する垂直断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、いつエッチングを停止させるかを決定する方法を説明する垂直断面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、いつエッチングを停止させるかを決定する方法を説明する垂直断面図である。
【図１４】図１４は、発光分光法を用いてＧａＮナノワイヤ素子のエッチングをモニタしている間の時間の関数としてのＧａの秒あたりのカウント数のプロットである。
【図１５】図１５は、実施形態に従うエッチングのためのシステムの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
添付の図面を参照して、種々の実施形態を詳細に説明する。可能な限り、図中、同一の図中符号は、同一の部分又は同様の部分を示すために使用される。特定の例及び実現例を参照することは、例示するためであり、本発明又は特許請求の範囲の範囲を限定することを意図しない。
【０００６】
本発明の実施形態は、一般に、ナノワイヤアレイ上に該ナノワイヤアレイを平坦化するために絶縁層を形成することと、ナノワイヤデバイスの活性領域を規定するために絶縁層の一部を除去することとを含むナノワイヤＬＥＤ素子等のナノワイヤ半導体素子を製造する方法に関する。更に実施形態は、実施形態の方法に従って製造されたナノワイヤデバイスに関する。種々の実施形態は、従来のドライエッチング活性領域の定義を使用して達成されうるより少ない処理工程及び大きな活性領域を含む平坦化ボンドパッド領域をナノワイヤデバイスに提供してもよい。
【０００７】
ナノテクノロジーの技術において、ナノワイヤは、通常、ナノスケール又はナノメータオーダの横方向のサイズ（例えば、円柱ナノワイヤに対する直径、あるいは錐体ナノワイヤ又は六角ナノワイヤに対する幅）を有するナノ構造として解釈されるのに対し、その縦方向のサイズは制限されない。一般に、そのようなナノ構造をナノウィスカ、１次元ナノ素子、ナノロッド、ナノチューブ等とも呼ぶ。ナノワイヤは、最大約２ミクロンの直径又は幅を有してよい。小型のナノワイヤは、固有の物理的性質、光学的性質及び電子的性質を提供する。例えばこれらの性質は、量子力学効果を利用する（例えば、量子ワイヤを使用する）デバイスを形成するため又は大きな格子不整合のために通常は結合不可能な合成上異なる材料のヘテロ構造を形成するために使用されうる。ナノワイヤという用語が示すように、１次元性は細長い形状と関連付けられてもよい。ナノワイヤが種々の断面形状を有してもよいため、直径は有効径を示すことを意図する。有効径により、構造の断面の長軸及び短軸の平均を意味する。
【０００８】
上部、上端、下部、下方向等の全ての言及は、基板が下端にあり、ナノワイヤが基板から上方向に延びることを考慮してなされている。垂直は、基板により形成された平面に垂直の方向を示す。水平は、基板により形成された平面に平行の方向を示す。この専門用語は、理解を容易にするためだけに導入され、特定の組み立て方位等に限定するものとして考えられるべきではない。
【０００９】
当該技術分野において知られているようなあらゆる適切なナノワイヤＬＥＤ構造は、本発明の方法において使用されてもよい。一般にナノワイヤＬＥＤは、１つ以上のｐｎ接合又はｐｉｎ接合に基づく。ｐｎ接合とｐｉｎ接合との間の差異は、後者がより広い活性領域を有することである。より広い活性領域により、ｉ領域における再結合の可能性がより高まる。各ナノワイヤは、動作において光を生成するために活性領域を提供するｐｎ接合又はｐｉｎ接合を形成するための第１の導電型（例えば、ｎ型）のナノワイヤコア及び周辺第２の導電型（例えば、ｐ型）のシェルを含む。本明細書において、第１の導電型のコアをｎ型半導体コアとして説明し、第２の導電型のシェルをｐ型半導体シェルとして説明するが、それらの導電型は逆にされてもよいことが理解されるべきである。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に従って変形されるナノワイヤＬＥＤ構造に対する原理を概略的に示す。原則として、ナノワイヤＬＥＤを形成するためには、単一のナノワイヤで十分である。しかし、単一のナノワイヤはサイズが小さいため、ＬＥＤ構造を形成するために、数百、数千、数万又はそれ以上のナノワイヤを含むアレイにおいて、ナノワイヤを並列に配置することが好ましい。例示するため、本明細書において、ｎ型ナノワイヤコア２と、ナノワイヤコア２を少なくとも部分的に囲むｐ型シェル３と、単一の真性又は低濃度の（例えば、１０１６ｃｍ−３を下回るドーピングレベル）の半導体層、あるいは異なるバンドギャップの複数の半導体層を含む３−１０量子井戸等の１つ以上の量子井戸を含んでもよい中間活性領域４とを有するナノワイヤＬＥＤ１から構成されるものとして個々のナノワイヤＬＥＤ素子を説明する。しかし、本発明の実施形態の目的のため、ナノワイヤＬＥＤはこれに限定されない。例えば、ナノワイヤコア２、活性領域４及びｐ型シェル３は、複数の層又は区分から構成されてもよい。別の実施形態において、コア２のみが、２ミクロンを下回る幅又は直径を有することによりナノ構造又はナノワイヤを含んでもよく、シェル３は、１ミクロンを上回る幅又は直径を有してもよい。
【００１１】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、レーザ及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等の高速で低電力の電子機器及び光電気デバイスを容易にする性質のために、特に関心を集めている。ナノワイヤはあらゆる半導体材料を含むことができる。ナノワイヤに適した材料は、ＧａＡｓ（ｐ）、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ：Ｓｉ、ＩｎＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉを含むが、それらに限定されない。例えばＧａＰに対する可能なドナードーパントは、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓ等であり、同一の材料に対するアクセプタドーパントは、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ等である。尚、ナノワイヤ技術により、従来の技術により容易にアクセス可能ではない波長領域においてＬＥＤ発光の製造を容易にするＧａＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮ等の窒化物を使用することが可能になる。特定の商業上の関心の他の結合は、ＧａＡｓ系、ＧａＩｎＰ系、ＧａＡＩＩｎＰ系、ＧａＰ系を含むが、それらに限定されない。一般的なドーピングレベルは、１０１８ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３の範囲である。しかし、当業者は、これらの材料及び他の材料に精通し、他の材料及び材料の組み合わせが可能であることを理解する。
【００１２】
ナノワイヤＬＥＤに対して好適な材料は、ＩＩＩ族窒化物半導体等のＩＩＩ−Ｖ族半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮ等）又は他の半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ）である。ＬＥＤとして機能するために、各ナノワイヤＬＥＤ１のｎ側及びｐ側は接触されなければならず、本発明は、ＬＥＤ構造においてナノワイヤのｎ側及びｐ側に接触することに関連した方法及び構成物を提供する。
【００１３】
本明細書において説明する例示的な製造方法は、ナノワイヤ製造方法の教示のために参照によって本明細書に取り込まれるＳｅｉｆｅｒｔ他の米国特許第７，８２９，４４３号等において記載されるように、コアシェルナノワイヤを形成するようにコア上の半導体シェル層を成長させるためにナノワイヤコアを利用することが好ましいが、本発明はそのように限定されない。例えば別の実施形態において、コアのみがナノ構造（例えば、ナノワイヤ）を構成してもよく、シェルは、必要に応じて、一般的なナノワイヤシェルより大きい寸法を有してもよい。また、デバイスは多くのファセットを含むように成形されてよく、種々のファセット間の面積率は制御されてもよい。これは、「ピラミッド」ファセット及び垂直側壁ファセットにより例示される。ＬＥＤは、テンプレート上に形成された発光層が優勢なピラミッドファセット又は側壁ファセットを含むように製造されうる。発光層の形状に関係なく、同じことが接触層にも当てはまる。
【００１４】
図２は、ナノワイヤに対する支持部を提供する例示的な構造を示す。必要に応じて、ナノワイヤ１の位置を規定し、ナノワイヤ１の下端インタフェース領域を判定するために成長マスク又は誘電マスキング層６（例えば、窒化シリコン誘電マスキング層等の窒化層）を使用して成長基板５上でナノワイヤ１を成長させることにより、基板５は、少なくとも処理中に基板５から突出するナノワイヤ１に対するキャリアとして機能する。ナノワイヤの下端インタフェース領域は、誘電マスキング層６における各開口の内部にコア２の谷の断面積を含む。全ての内容が参照によって本明細書に取り込まれるスウェーデン特許出願第ＳＥ１０５０７００−２号（ＧＬＯ  ＡＢに割り当てられた）において説明されるように、基板５は、例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、石英、ガラス等の種々の材料を含んでもよい。基板に適した他の材料は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、それらに限定されない。一実施形態において、ナノワイヤコア２は、成長基板５上で直接成長する。
【００１５】
基板５はまた、各ナノワイヤＬＥＤ１のｎ側に接続する現在のトランスポート層として機能するように構成されることが好ましい。例としてＳｉ基板５上のＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮバッファ層７等のＩＩＩ族窒化層、図２に示されるようにナノワイヤＬＥＤ１に対面する基板５の表面上に配置された半導体バッファ層７を含む基板５を有することにより、これを達成できる。バッファ層７は、通常所望のナノワイヤ材料に一致するため、製造処理において成長テンプレートとして機能する。ｎ型コア２に対して、バッファ層７は、更に添加されたｎ型であることが好ましい。バッファ層７は、単一の層（例えば、ＧａＮ）、いくつかのサブレイヤ（例えば、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ）、あるいはＡｌ含有量の多いＡｌＧａＮからＡｌ含有量のより少ないＡｌＧａＮ又はＧａＮにグレードされるグレーデッド層を含んでもよい。全ての内容が参照によって本明細書に取り込まれる米国特許第７，３９６，６９６号、米国特許第７，３３５，９０８号及び米国特許第７，８２９，４４３号、並びに国際公開第ＷＯ２０１０１４０３２号、国際公開第ＷＯ２００８０４８７０４号及び国際公開第ＷＯ２００７１０２７８１号において記載された方法を利用することにより、ナノワイヤの成長を達成できる。
【００１６】
尚、ナノワイヤＬＥＤ１は、いくつかの異なる材料（例えば、ＧａＮコア、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性領域及び活性領域とは異なるＡｌとＧａの比率を有するＡｌＧａＮシェル）を含んでもよい。一般に、本明細書において、基板５及び／又はバッファ層７をナノワイヤに対する支持部又は支持層と呼ぶ。ある特定の実施形態において、導電層（例えば、ミラーコンタクト又は透明コンタクト）は、基板５及び／又はバッファ層７の代わりに、あるいは、それらに加えて支持部として使用されてもよい。従って、「支持層」又は「支持部」という用語は、これらの要素のうちのいずれか１つ以上を含んでもよい。
【００１７】
連続（例えば、シェル）層を使用することにより、最終的な個々のデバイス（例えば、ｐｎデバイス又はｐｉｎデバイス）は、ピラミッド又はテーパー形状（即ち、上端又は先端においてより狭く、基部においてより広い）と、デバイスの長軸に垂直な円形、六角形又は他の多角形の断面を有する柱形状（例えば、先端及び基部においてほぼ同一の幅）との間のどれかの形状を有してもよい。従って、完成したシェルを有する個々のデバイスは種々のサイズを有してもよい。例えば、サイズは変動してもよく、基部の幅が１００ｎｍ〜２００ミクロンを下回る等１００ｎｍ〜数（例えば、５）μｍであり、高さが数１００ｎｍ〜数（例えば、１０）μｍである。
【００１８】
ＬＥＤ構造の例示的な一実施形態の上記の説明は、本発明の方法及び構成物の説明の原理になる。しかし、あらゆる適切なナノワイヤＬＥＤ構造又は他の適切なナノワイヤ構造は、本発明から逸脱せずに、当業者には明らかとなるようなあらゆる必要な変形と共に、方法及び構成物において更に使用されてもよいことが理解されるだろう。
【００１９】
ＧａＮ系ナノワイヤＬＥＤ等のナノワイヤＬＥＤは、平面ＬＥＤと比較して効率及び波長安定性を向上させる将来性を示す。しかし、ナノワイヤの３次元性は、製造、特に、ＬＥＤ素子（即ち、チップ）が外部の電流／電圧源に接続されるワイヤボンディング工程における問題を提起しうる。ワイヤボンディング工程は、機械圧力の印加及びワイヤからデバイスへの振動を含む。ワイヤボンディング処理のこの圧力及び振動は、ワイヤの上部における圧力点からナノワイヤの弱くて小さい核形成基部への梃子の作用により、ナノワイヤを切断しうる。従って、ワイヤがデバイスに結合される領域において、ナノワイヤを切断しうるレバーアームの延長を回避するように領域を平坦化することが望ましい。
【００２０】
ナノワイヤＬＥＤの製造処理は、一般に、デバイスの活性領域を規定することを更に含む。通常、これは、ほぼ完成したデバイスのドライエッチングにより達成される。その結果、ｎ側導電層又はｐ側導電層の連続性が中断することにより、分離デバイスが得られる。あるいは、ナノワイヤは、活性領域を規定するために、導電膜の堆積（例えば、上端の電極又はコンタクトの堆積）前にエッチングされてもよい。しかし、ナノワイヤが導電膜の堆積前にエッチングされる場合、一般に部分的にエッチングされるいくつかのナノワイヤがある。従って、露出したｐｎ接合の短絡を回避するために、導電膜を堆積する前に保護膜を堆積する必要がある。このパッシベーション膜は、別個にマスク及びエッチングされなければならず、その後、遷移領域を導電膜の堆積から十分に分離できるように、活性領域のうちのいくつかを消費する。
【００２１】
種々の実施形態は、ナノワイヤアレイを平坦化するために、アレイ上にＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）層等の絶縁層を形成することを含むナノワイヤＬＥＤ素子等のナノワイヤ半導体素子を製造することと、ナノワイヤデバイスの活性領域を規定するために、パターニングされたマスクを介したウェットエッチング等により絶縁層の一部を除去することとを備える方法を含む。更なる実施形態は、実施形態の方法に従って製造されたナノワイヤデバイスに関する。種々の実施形態は、従来のドライエッチング活性領域の定義を使用して達成されうるより少ない処理工程及び大きな活性領域を含む平坦化ボンドパッド領域をナノワイヤデバイスに提供してもよい。
【００２２】
図３Ａは、ＧａＮナノワイヤ１上の破損したワイヤボンドを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡図である。図３Ａの顕微鏡図から分かるように、ナノワイヤ１の多くは切断される。更に顕微鏡図は、ボールボンド（不図示）をＧａＮナノワイヤ上の金属パッドに結合することに失敗することを立証する。即ち、金属パッド８の多くはナノワイヤ１に装着されるが、ボールバンドは金属パッド８から分離されている。
【００２３】
図３Ｂは、ＬＥＤ素子の製造中にナノワイヤをエッチングしている間の基板のエッチングを示すＳＥＭ顕微鏡図である。図３のＳＥＭ顕微鏡図は、図３Ａの倍率より高い倍率で撮影された。図３Ｂから分かるように、ナノワイヤ間の空間を充填する材料を提供せずにデバイスを製造する間にナノワイヤをエッチングすることにより、基板をエッチングする。このような基板のエッチングの結果として非平面表面が得られることは、ボールボンドの結合に失敗することの一因であると考えられる。
【００２４】
図３Ｃは、エッチング前のナノワイヤを示すＳＥＭ顕微鏡図である。図３Ｃでおいて見えるものは、エッチングされていないＧａＮナノワイヤ、及び、ＳｉＮ（即ち、化学量論的又は非科学量論的な窒化シリコン）のような、ＧａＮナノワイヤ間の絶縁マスク層６である。図３Ｄは、ナノワイヤのエッチング及びオーバーエッチングによる下のバッファ層７を示すＳＥＭ顕微鏡図である。これが起こると、ウエハの平面に垂直な側壁が露出され、後続のＰＶＤによって堆積される膜によるコンタクトが困難になる。図３Ｅは、下のバッファ層７のエッチングを防止するためのエッチストップのような絶縁マスク層６の使用を示している。図３Ｅの左側から分かるように、絶縁マスクがないと、下のバッファ層７がオーバーエッチングされる。しかしながら、図３Ｅの右側において、絶縁マスク層６の除去後のエッチングの停止は、バッファ層７がオーバーエッチングされることを防止する。エッチングされていないＧａＮナノワイヤ１は、背後に見えている。
【００２５】
ナノワイヤデバイスを製造する方法の一実施形態を図４Ａ〜図４Ｊ及び図５Ａ〜図５Ｅに概略的に示す。図４Ａは、図１及び図２に関連して上述したように、複数のナノワイヤ４０１と、バッファ層４０７と、絶縁マスキング層４０６（例えば、窒化シリコン層）とを含むナノワイヤＬＥＤ素子４００を概略的に示す。図１及び図２に関連して上述したように、各ナノワイヤ４０１は、第１の導電型（例えば、ｎ型）のナノワイヤコアと、第２の導電型（例えば、ｐ型）のシェルと、中間光生成活性領域とを含んでもよい。ナノワイヤコアは、バッファ層４０７との電気的コンタクトであってもよい。上述したように、ナノワイヤシェルは、絶縁マスキング層４０６によりバッファ層から絶縁されてもよい。
【００２６】
図４Ｂにおいて、フォトレジスト層であってもよい第１のマスク層４１２は、ナノワイヤ４０１の上に形成される。第１のマスク層４１２は、素子４００の活性領域４１３においてナノワイヤ４０１を覆い、露出領域４２１、４１５を規定するために標準的なリソグラフィック技術を使用してパターニングされてもよい。素子４００は、第１のマスク層４１２のパターンを素子４００に転送するためにエッチングされてもよい。エッチングは、塩素ガスプラズマを利用してもよいドライエッチング（例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング）であってもよい。図４Ｃに示されるように、露出ナノワイヤ４０１は、領域４１５及び４２１において素子を「平坦化し」、これらの領域４１５、４２１においてマスキング層４０６を露出するために除去される。要望に応じて、領域４１５、４２１におけるマスキング層４０６は、支持部（例えば、バッファ層４０７）を露出するために更に除去されてもよい。以下に説明するように、これらの「平坦化」領域は、電気的コンタクトを形成するために後で使用されてもよい。エッチングに続き、第１のマスク層４１２は、図４Ｃに示されるように素子４００を提供するために除去されてもよい。図５Ａは、パターニングされた第１のマスク層４１２をエッチング及び除去した後の素子４００を示す上面図である。図５Ａの線Ｅ−Ｅ’は図４Ｃの線Ｅ−Ｅ’に対応するが、素子４００は必ずしも縮尺通りでない。
【００２７】
図６Ａ〜図６Ｃは、図４Ｂ及び図４Ｃに示されたマスキング工程及びエッチング工程に対する第１の実施形態の詳細を示す。本実施形態において、図４Ｃに示されるように第１のマスク層４１２全体をナノワイヤ４０１の周囲から除去するのではなく、図６Ａ〜図６Ｃの方法の結果、ナノワイヤ４０１間の空間に残る第１のマスク層４１２の部分６１４が得られる。図６Ａに示されるような第１の工程において、フォトレジスト材料等の流動性材料の相対的に厚い第１のマスク層４１２は、ナノワイヤ４０１の上に堆積される。フォトレジストは、光放射又は紫外線（ＵＶ）放射等の放射線６０４でフォトリソグラフィマスク６０２を介してフォトレジストを露出することによりパターニングされる。電子線フォトリソグラフィが代わりに使用されてもよい。図６Ａに示されるように、フォトレジストの上部分６０６は放射線６０４で露出され、フォトレジストの下部分６０８及びマスク６０２の下の上部分６１０は、露出されないままである。フォトレジストの下部分６０８の未露出中央部分６１２は、未露出上部分６１０の下に配置される。
【００２８】
図６Ｂに示されるように、フォトレジストの露出部分６０６は、次に溶剤に溶解すること、又は、酸素と反応すること（「アッシング」）、等により除去されてもよい。フォトリソグラフィマスク６０２により遮蔽された第１のマスク層４１２の未露出部分６０８及び未露出上部分６１０は、部分６０６を除去した後も残る。次にこのフォトレジスト構造６０８、６１０は、ほぼ同一のエッチング速度でレジスト及びナノワイヤをエッチングする異方性ドライエッチング処理等によりエッチングされてもよい。図６Ｃに示されるように、フォトレジストの上部分６１０及び下部分６０８、並びにフォトレジストの下部分６０８に組み込まれたナノワイヤ４０１は、露出領域４１５及び４２１を規定するためにエッチングにより除去される。残りのナノワイヤ４０１は、層６１２フォトレジスト材料に組み込まれる。
【００２９】
図７Ａ〜図７Ｃは、図４Ｂ及び図４Ｃに示されたマスキング工程及びエッチング工程に対する第２の実施形態の詳細を示す。本実施形態において、第１の流動性材料７１２は、図７Ａに示されるようにナノワイヤ４０１間に堆積される。図７Ｂに示されるように、フォトレジスト層は、第１の流動性材料７１２の上に堆積され、パターン７１０を残すようにパターニングされる。第１の流動性材料７１２及び第１の流動性材料７１２に組み込まれたナノワイヤ４０１は、フォトレジストパターン７１０をマスクとして使用してエッチングされる。エッチングが完了すると、残りのフォトレジスト７１０は、図７Ｃに示された構造を形成するように縞をつけられうる。図７Ｃにおいて、残りのナノワイヤ４０１は、露出領域４１５及び４２１により取り囲まれた、フォトレジストパターン７１０により覆われた流動性材料７１２の層の残りの部分７１２Ａに組み込まれる。
【００３０】
図８Ａ〜図８Ｃは、図４Ｂ及び図４Ｃに示されたマスキング工程及びエッチング工程に対する第３の実施形態の詳細を示す。図８Ａに示された第１の工程において、第１のフォトレジスト層８１２は、ナノワイヤ４０１の上に堆積され、パターニングされる。第２のフォトレジスト層８１０は、第１のフォトレジスト層８１２の上に堆積される。第１のフォトレジスト層８１２が除去された素子の部分８１４は、第２のフォトレジスト層８１０で覆われ、部分８１４の外側のナノワイヤ４０１は、第１のフォトレジスト層８１２及び第２のフォトレジスト層８１０の双方により覆われる。結果として得られる構造を図８Ｂに示す。ここで、この構造はドライエッチングされてもよい。パターニングされた第１のフォトレジスト層８１２の上の第２のフォトレジスト層８１０の部分は、ナノワイヤ４０１及び周囲の第２のフォトレジスト層８１０が図６Ｂ、図６Ｃに示された方法と同様に除去される時に除去される。最終的な構造を図８Ｃ（図６Ｃに類似する）に示す。
【００３１】
従って、図６Ａ〜図６Ｃに示された実施形態において、単一のフォトレジストは、厚さの関数として部分的に露出される。図８Ａ〜図８Ｃに示された実施形態において、２つのフォトレジスト層が使用される。図７Ａ〜図７Ｃに示された実施形態において、フォトレジスト及び他の流動性層が使用される。
【００３２】
図９Ａ〜図９Ｃは、図４Ｂ及び図４Ｃに示されたマスキング工程及びエッチング工程に対する第４の実施形態の詳細を示す。本実施形態において、フォトレジスト又はガラス上のスピン等の流動性材料９１２の第１の層は、ナノワイヤ４０１の上及びナノワイヤ４０１間に堆積される。フォトレジストの第２の層は、流動性材料９１２の第１の層の上に堆積され、図９Ｂに示された構造９１０を形成するようにパターニングされる。次にこの構造は、図９Ｃに示されるようにフォトレジスト層９１０の部分を除去しないエッチング液を用いて、ナノワイヤ４０１を除去するようにドライエッチングされる。ナノワイヤ４０１及び流動性材料９１２の保護されていない第１の層を除去した後、残りのフォトレジスト９１０は、フォトレジスト９１０により保護された流動性材料９１２の第１の層に完全に組み込まれたナノワイヤ４０１を残すように除去されてもよい。必要に応じて、ナノワイヤ４０１間の流動性材料９１２（例えば、ガラス上のスピン）の第１の層の一部は、ナノワイヤ４０１の先端が層９１６の上に露出されるように、ナノワイヤ４０１間の流動性材料９１２の厚さが減少した層９１６を残すように凹設されてもよい。必要に応じて、流動性材料９１２の第１の層の一部を除去する工程は、先行する実施形態のいずれかを用いて実行されてもよい。
【００３３】
図４Ｄに戻り、絶縁層４０９は、活性領域４１３におけるナノワイヤ４０１及びナノワイヤが除去されている「平坦化」領域４１５、４２１を含む素子の上に形成される。絶縁層４０９は、ＳｉＯ２層であってもよく、ＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）堆積により形成されてもよい。ＬＴＯ堆積は、低温（例えば、４００℃〜５００℃又は約４５０℃を含む３００℃〜４００℃等の７５０℃未満）、並びにＳｉＨ４及びＯ２の流量で１０Ｔｏｒｒ以下（例えば、約４５０ｍＴｏｒｒを含む１００ｍＴｏｒｒ〜５００ｍＴｏｒｒ等の１０−６Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）等の減圧で化学蒸着（ＣＶＤ）により達成されてもよい。Ｏ２流量は、ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｃｕｂｉｃ  ｃｍ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）でＳｉＨ４流量より超過してもよい。一般に流量は、８５ｓｃｃｍ  ＳｉＨ４及１２０ｓｃｃｍ  Ｏ２であってもよい。
【００３４】
絶縁層４０９は、素子４００の上に０．０１μｍ〜１０μｍ（例えば、約０．４μｍ等の０．１μｍ〜１μｍ）の平均厚さで堆積されてもよい。フォトレジスト層であってもよい第２のマスク層４１４は、絶縁層４０９の上に形成される。第２のマスク層４１４は、素子３００の活性領域４１３と対応する第２のマスク層４１４における開口を規定するために標準的なリソグラフィック技術を使用してパターニングされてもよい。次に素子３００は、第２のマスク層４１４のパターンを絶縁層４０９に転送するためにエッチングされてもよい。実施形態において、ＳｉＯ２であってもよい絶縁層４０９は、素子の活性領域４１３から絶縁層４０９を除去するために希フッ酸（ＨＦ）のウェットエッチングを使用してエッチングされてもよい。ウェットエッチング液に対する一般的な濃度は、例えば１パートＨＦ〜３パートＨ２Ｏであってもよい。ＨＦエッチングにより、活性領域４１３におけるナノワイヤ４０１を妨害することなく残しつつ、絶縁層４０９の選択部分を除去してもよい。
【００３５】
エッチング後、第２のマスク層４１４は、図４Ｅに示された素子４００を提供するように除去されてもよい。図５Ｂは、パターニングされた第２のマスク層４１４をエッチング及び除去した後の素子４００を示す上面図である。図５Ｂの線Ｆ−Ｆ’は図４Ｅの線Ｆ−Ｆ’に対応するが、素子４００は必ずしも縮尺通りでない。絶縁層４０９は、素子４００の活性領域４１３から除去される。図５Ｂに示されるように、絶縁層４０９は、活性領域４１３の境界を規定するために、活性領域４１３の周辺で拡張してもよい。絶縁層４０９は、素子４００の「平坦化」部分４１５、４２１の上に略平面の上面を提供してもよく、「平坦化」部分４１５、４２１の上面を残りの素子から電気的に分離してもよい。（以下に説明するように、図５Ｂの円４２２は、ｎ側コンタクト４２９の今後の場所を示す）。
【００３６】
図４Ｆに示されるように、素子４００に対して酸洗浄が実行されてもよく、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層等の透明導電（ＴＣＯ）層４１９は、活性領域４１３におけるナノワイヤ４０１及び「平坦化」領域４２１、４１５における絶縁層４０９を含む素子４００の上に堆積されてもよい。ＴＣＦ層４１９は、ｐ電極又は接触層を形成するようにナノワイヤ３０１のｐ型シェルに接触してもよい。アルミニウムドープ酸化亜鉛等の他のＴＣＦ材料も使用可能である。ＴＣＦ層４１９は、蒸発又はスパッタリング等の物理的方法、ＣＶＤ又は方法の組み合わせにより堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、層４１９は、ｐ型ナノワイヤシェルを損傷しないことが好ましいスパッタリング法により堆積されてもよい。ＩＴＯ層４１９は、約１００〜約１０，０００の厚さであってよく、最も好ましくは約８，０００であってよい。
【００３７】
図４Ｆに示されるように、フォトレジスト層であってもよい第３のマスク層４１６は、ＴＣＯ層４１９の上に形成され、第３のマスク層４１６における開口４２３を規定するために標準的なリソグラフィック技術を使用してパターニングされてもよい。第３のマスク層４１６における開口４２３は、素子４００の「平坦化」部分４２１内のｎ側コンタクト領域４２３を規定する。第３マスク層４１６における開口４２３は、素子の外縁の全体を規定する。次に素子４００は、第３のマスク層４１６のパターンを素子４００に転送するためにエッチングされてもよい。エッチングは、次にｎ側コンタクト領域４２３におけるｎ型バッファ層材料を露出する（例えば、「メサ」構造を形成する）ために、素子４００のバッファ層４０７において又はバッファ層４０７内で停止してもよい。エッチングは、ドライエッチング又はウェットエッチングであってもよい。一実施形態において、塩素ガスプラズマを利用してもよい誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング等のドライエッチングが使用される。塩素ガスは、ＳｉＯ２、ＩＴＯ、ＳｉＮ及びＧａＮをエッチングする。エッチングに続き、第３のマスク層４１６は、図４Ｇに示されるように素子４００を提供するように除去される。図５Ｃは、パターニングされた第３のマスク層４１６をエッチング及び除去した後の素子４００を示す上面図である。図５Ｃの線Ｇ−Ｇ’は図４Ｇの線Ｇ−Ｇ’に対応するが、素子４００は必ずしも縮尺通りでない。図５Ｃに示されるように、例えばｎ側コンタクト領域４２３は、素子４００の左下隅の「平坦化」領域に配置されてもよい。
【００３８】
図４Ｈに示されるように、フォトレジスト層であってもよい第４のマスク層４１８は、素子４００の上に形成され、ｎ側コンタクト領域４２１の上の第１の開口４２５及び「平坦化」領域４１５の上の第２の開口４２７を提供するために標準的なリソグラフィック技術を使用してパターニングされてもよい。第４のマスク層４１８における開口４２５、４２７は、ｎ金属コンタクト及びｐ金属コンタクトのそれぞれに対する場所を規定する。露出されたＴＣＯ層４１９及びあらゆる部分的にエッチングされたナノワイヤ４０１からｎ側金属コンタクトを分離するために、ｎ側金属コンタクトに対する開口４２５は、ｎ側コンタクト領域４２３より小さくてもよい。次に、Ａｌ、Ｔｉ及びＡｕを含みうる金属コンタクトスタックは、第４のマスク層４１８の上であって開口４２５、４２７の中に蒸発により堆積されてもよい。金属スタックは、１μｍ〜１０μｍ（例えば、約３．３μｍ等の２μｍ〜４μｍ）の厚さで堆積されてもよい。金属コンタクトスタックは、最初にアルミニウム最後に金の順序で堆積されてもよい。金は、表面上の膜であり、その場合、良好なオーミック接触を成すための熱処理を必要としない。図４Ｉに示されるように、次に、堆積された金属を有する第４のマスク層４１８は、素子４００上にｎ金属コンタクト４２９及びｐ金属コンタクト４３１を残すように除去される（例えば、素子をリフトオフされる）。図５Ｄは、パターニングされた第４のマスク層４１８の金属堆積及び金属除去（例えば、リフトオフ）の後の素子４００を示す上面図である。図５Ｄの線Ｈ−Ｈ’は図４Ｉの線Ｈ−Ｈ’に対応するが、素子４００は必ずしも縮尺通りでない。
【００３９】
図４Ｊに示されるように、次に第５のマスク層４２０は、素子４００の上に形成されてもよい。第５のマスク層４２０は、フォトレジストによってマスクされたＳｉＯ２層であってもよい。第５のマスク層４２０は、５μｍ〜２５μｍ（例えば、約１５μｍ等の１０μｍ〜２０μｍ）の平均厚さを有してもよい。第５マスク層４２０のフォトレジストは、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて処理及び現像されうる。図４Ｊに示されるように、該ＳｉＯ２層は、ｎ金属電極４２９及びｐ金属電極４３１の周囲の領域から第５のマスク層４２０を除去するためにウェットエッチング又はドライエッチングされうる。第５のマスク層４２０は、素子４００の活性領域の上に残ってもよい。図５Ｅは、第５のマスク層４２０、並びにｎ金属電極４２９及びｐ金属電極４３１を示す素子４００の上面図である。図５Ｅの線Ｉ−Ｉ’は図４Ｊの線Ｉ−Ｉ’に対応するが、素子３００は必ずしも縮尺通りでない。図４Ｊに示されるように、ワイヤ４３３、４３５は、ｎ金属電極４２９及びｐ金属電極４３１に結合されてもよい。
【００４０】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、方法の一実施形態に従って形成されたフォトレジストにより保護されたエッチングナノワイヤ及び未エッチングナノワイヤを示すＳＥＭ顕微鏡図である。図１０Ａは、ウエハを介した断面を示す。図の左側のナノワイヤ４０１は、フォトリソグラフィを使用して形成されたエッチングマスクを用いたエッチング中に保護された。図１０Ｂは、３０°の傾き及びより高い倍率で同一の実施形態を示す。図１０Ａから分かるように、ナノワイヤ４０１は、図の右側は除去されている一方で左側は保護された。図１０Ｃは、ウエハの保護されていない側の右の接写写真である。図１０Ｃは、バッファ層７を殆ど又は全くエッチングせずにナノワイヤを除去できることを実証する。
【００４１】
図１１は、ナノワイヤがエッチングされている領域上の金属コンタクトを示す垂直走査型電子顕微鏡（ＸＳＥＭ）顕微鏡図である。ＸＳＥＭ顕微鏡図は、ＧａＮバッファ層７と、バッファ層７上のＳｉＯ２層４０９と、ナノワイヤ４０１を覆うＩＴＯ層４１９と、ＩＴＯ層４１９の上の金属ボンドパッド８とを明確に示す。
【００４２】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、図４Ａ〜図５Ｅに関連して上述した実施形態に係るＧａＮ系ナノワイヤアレイ１２０１の上に形成されたＳｉＯ２等のＬＴＯ（ｌｏｗ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｏｘｉｄｅ）であってもよいパターニングされた絶縁層１２０９を有するアレイ１２０１の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示す。図１２Ａは、絶縁層１２０９（即ち、ＬＴＯ）を堆積した後のアレイ１２０１の垂直ＳＥＭ像である。図１２Ｂは、フォトレジストが剥がされた状態で金属コンタクトパッド１２３１を堆積した後のｐコンタクト領域の傾斜ＳＥＭ像である。図１２Ｃは、金属コンタクトパッドの外側のｐコンタクト領域の垂直ＳＥＭ像である。図１２Ｃに示されるように、ｐコンタクト領域は、ナノワイヤ１２０１に対して「平坦化され」、絶縁層１２０９（ＳｉＯ２等のＬＴＯ）は、上のｐ電極層１２１９から下にあるｎ−ＧａＮ層１２０７を絶縁し、ｐ電極層は、金属コンタクト１２３１をナノワイヤ１２０１のｐ−ＧａＮシェルと接続する。
【００４３】
図１３Ａ−１３Ｃは、エッチングをいつ停止させるかを決定する方法の実施形態を示す垂直断面図である。図１３Ａ−１３Ｃに示された方法は、例えば、図４Ａ−４Ｊ、特に図４Ａ−４Ｃに示されたナノワイヤＬＥＤアレイを製造するプロセスとともに使用されうる。図１３Ａに示されたナノワイヤＬＥＤ素子は、平坦な電気的に活性な材料（例えば、ＧａＮバッファ層）４０７の上に成長させたナノワイヤ４０１を含む。ナノワイヤ４０１は、平坦な電気的に活性な材料４０７の上の電気的に絶縁性（例えば、ＳｉＮ）のマスク層４０６の孔を通して成長させられる。
【００４４】
図１３Ｂに示されるように、フォトレジスト層でありうる第１マスク層４１２がナノワイヤ４０１の上に形成される。第１マスク層４１２は、素子４００の活性領域４１２におけるナノワイヤ４０１を覆うように標準的なリソグラフィ技術を用いてパターニングされ、露出領域４２１、４１５を規定する。素子４００（例えば、ナノワイヤおよびマスク層）は、第１マスク層４１２のパターンが素子４００に転写されるようにエッチングされる。エッチングは、塩素ガスプラズマを利用しうるドライエッチング（例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰエッチング）でありうる。
【００４５】
露出したナノワイヤ４０１は、図１３Ｃに示されるように、領域４１５、４２１における素子を”平坦化”するように除去される。この実施形態では、図４Ｃに示された方法とは対照的に、光学センサのようなセンサ１３０２がエッチングステップの進行をモニタするために組み込まれうる。１つの実施形態において、光学センサ１３０２は、発光分光法（ＯＥＳ）などを通して、エッチングプロセスのガス状副生成物を検出する。例えば、ＧａＮ系では、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮを含有するナノワイヤがプラズマドライエッチングにおいてエッチングされるときに、ガス状ガリウムを検出するためにＯＥＳが使用されうる。
【００４６】
図１４は、発光分光法を使用してエッチングをモニタした結果を示している。プラズマエッチングが、ＧａＮ平坦層４０７の上の保護されていないＧａＮナノワイヤをエッチングするために使用される。ＯＥＳ法は、エッチングの進行を測定し、ガリウムを欠いている窒化シリコンマスク層４０６がエッチングされたかどうかを決定する。図１４に見られるように、光学センサ１３０２は、ＧａＮナノワイヤがエッチングされているときに、一定の個数のガリウムを検出する。ナノワイヤが完全にエッチングされると、エッチングがＳｉＮマスク層４０６に達したときにガリウムの個数が急激に落ちる。その後、ガリウムの個数は、ＳｉＮマスク層４０６を貫通し、下のＧａＮ平坦バッファ層４０７のエッチングが開始されるまでは（つまり、窒化シリコンマスク層４０６が十分に除去され、ガリウム含有ＩＩＩ族半導体層、例えばＧａＮバッファ層４０７がプラズマに露出するまでは）少ないままである。エッチングがＳｉＮマスク層を貫通したら、ＧａＮ平坦層４０７がエッチングされたときにガリウムの個数が急激に増加する。
【００４７】
図１４に示される結果に基づいて、ＳｉＮ層４０６およびＧａＮバッファ層４０７にいつ到達し、エッチングをいつ停止させるべきかを決定するためにセンサ１３０２を使ってモニタすることを含むようにエッチングステップが改良されうる。センサ１３０２は、ＳｉＮマスク層４０６が殆ど又は完全に除去されたと判断されたとき（ＯＥＳによるガリウム個数が落ちた後に再び上昇したとき）にエッチングを自動的に中止させるようにプログラムされたパーソナルコンピュータまたは専用システムなどのコントローラに接続される。このようにして、下にある平坦層４０７のエッチング量が最小化されうる。加えて、下になる平坦層４０７における垂直側壁のフィーチャの形成も低減されうる。更に、エッチングの停止を制御するための光学センサの使用は、下にある平坦層４０７の厚さを薄くして使用することを可能にし、これにより、コストを削減し、ウエハの反りを減少させる。換言すると、平坦層４０７は、基板の上に配されたＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮバッファ層を含み、バッファ層のエッチング量を最小化するようにエッチングが停止される。これは、バッファ層への電気的なコンタクトを形成するために十分な厚さのバッファ層を残す一方で基板の反りを最小化するように、エッチングの停止後に残るバッファ層の厚さが最適化されるようになされる。
【００４８】
図１５は、１つの実施形態に従うエッチングのためのシステム１５００の概略断面図である。システム１５００は、ナノワイヤＬＥＤ素子４００のような素子を保持するように構成されたサンプルホルダー１５０２と、１又は複数のエッチャント源１５０４（例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングプラズマチャンバ）と、光学センサ（例えば、フォトディテクタ）のようなセンサ１３０２とを備える。システム１５００は、更に、例えばエッチングプロセスを停止させることなどによって、エッチングプロセスを制御するように構成されたパーソナルコンピュータ又は専用システムのようなコントローラ１５０６を備える。コントローラ１５０６は、センサ１３０２にワイヤ１５０８によって接続されてもよいし、ワイヤレスで接続されてもよい。１つの実施形態において、例えば、ＩＣＰを使用する場合などにおいて、センサ１３０２は、センサ１３０２をプラズマから保護するために壁１５１０によってサンプルホルダー１５０２から隔てられる。エッチング中に、センサ１３０２は、素子４００から発せられた又は反射された放射線（例えば、可視光、ＵＶ又は赤外放射線）を壁１５１０内のウインドウ１５１２を介して受けうる。図１５のシステムおよび図１４の方法は、図６Ａ−６Ｃ、７Ａ−７Ｃ、８Ａ−８Ｃ、９Ａ−９Ｄ、１３Ａ−１３Ｃに示されたエッチングステップ中にも使用されうる。
【００４９】
ナノワイヤＬＥＤに関して本発明を説明したが、電界効果トランジスタ等の他のナノワイヤを用いた半導体素子、ダイオード、特に、例えば光検出器、太陽電池、レーザ等の光吸収又は光生成に関係するデバイスをあらゆるナノワイヤ構造上で実現できることが理解されるべきである。
【００５０】
また、光がナノワイヤの基部から先端の方向に抽出される上部発光型ナノワイヤＬＥＤとしていくつかの実施形態の例を説明及び例示したが、実施形態は、下部発光型ナノワイヤＬＥＤを更に含んでもよいことが理解されるだろう。一般に、下部発光型ナノ構造の構成は、発せられた光を素子のバッファ層を介して逆方向に誘導するように、個々の発光ナノ素子の上端部分又はそれに近接して、即ちそれに隣接して鏡等の反射構造を提供することを伴う。双方とも全ての内容が参照によって本明細書に取り込まれる、２０１１年６月１７日に出願された米国特許出願公開第２０１１／０３０９３８２号公報及び２０１１年６月１７日に出願された国際公開／米国特許第１１／４０９３２号において、下部発光型電極を更に説明する。
【００５１】
この明細書で引用されている公表物及び特許は、それらの個々の公表物及び特許が上記の方法及び／又は材料を開示及び説明するために具体的かつ個別に参照によって取り込まれるものとして示されているが如くに、参照によって本明細書に取り込まれる。あらゆる公表物の引用は、出願日前の開示内容に対するものであり、本発明が先行する発明によりそのような公表物に対する先行する権利がないという承認として解釈されるべきではない。また、提供された出願日は、個別に確認される必要があってもよい実際の出願日とは異なってもよい。
【００５２】
上述の方法の説明は、単なる例示として提供され、種々の実施形態の工程が提示された順序で実行されなければならないことを要求すること又は示すことを意図しない。当業者には理解されるように、上述の実施形態の工程の順序はあらゆる順序で実行されてもよい。例えば「それ以降」、「その後」、「次に」等の用語は、必ずしも工程の順序を限定することを意図しない。これらの用語は、方法の説明を通して読者を誘導するために使用されてもよい。また、単数形の特許請求の範囲の要素を参照することは、要素を単数形に限定するものとして解釈されるべきではない。
【００５３】
開示された態様の先行する説明は、あらゆる当業者が本発明を実行又は使用できるように提供される。これらの態様に対する種々の変形は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書において規定された一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱せずに他の態様に適用されてもよい。従って、本発明は、本明細書において示された態様に限定されることを意図せず、本明細書において開示された原理及び新規な特徴と整合性のある最も広い範囲と一致することを意図する。
【図１】
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【図２】
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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４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５】
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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３Ｅ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【国際調査報告】
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