グラファイト基板上にエピタキシャル成長したナノワイヤを1つ以上含む物質の組成物であって、前記ナノワイヤは、1つ以上のIII-V族化合物もしくは1つ以上のII-VI族化合物または1つ以上の非炭素IV族元素を含む組成物。前記ナノワイヤは、[111]方向または[0001]方向に成長する、請求項1に記載の組成物。前記ナノワイヤは、III-V族化合物を含む、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記ナノワイヤは、GaSb、GaP、GaAsまたはInAsを含む、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記グラファイト基板は、グラフェン、グラファンまたは酸化グラフェンを含み、好ましくは、前記グラフェン、前記グラファンまたは前記酸化グラフェンは、10以下の層を含む、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記グラファイト基板は、キッシュグラファイトから剥離された積層基板、高配向性熱分解グラファイトHOPG、Ni膜上のCVD成長グラフェン層、またはCu箔上のCVD成長グラフェン層である、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記グラファイト基板は、フレキシブルで透明である、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記基板の表面は、酸素、水素、NO2およびそれらの組み合わせのガスを用いたプラズマ処理により改質されている、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記基板の表面は、FeCl3、AuCl3またはGaCl3の溶液を用いた化学ドーピングにより改質されている、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記ナノワイヤは、直径が200nm以下であり、長さが5μmまでである、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記基板は複数のナノワイヤを含み、前記ナノワイヤは実質的に平行である、前記請求項のいずれかに記載の組成物。前記ナノワイヤは触媒の存在下で成長した、前記請求項のいずれかに記載の組成物。グラファイト基板上にエピタキシャル成長したナノワイヤを1つ以上調製する方法であって、III-VI族元素またはIII-V族元素または1つ以上の非炭素IV族元素を、前記グラファイト基板の表面に、好ましくは分子線を介して準備する工程と、II前記グラファイト基板の表面からナノワイヤを1つ以上エピタキシャル成長させる工程とを含む方法。触媒が、前記基板上に堆積される、請求項13に記載の方法。前記触媒は、Au、または前記ナノワイヤに成長させる金属、例えばGaである、請求項13~14に記載の方法。前記基板は孔パターンのマスクでコーティングされ、前記触媒は前記孔パターンを介して露出する前記グラファイト基板の表面上に導入される、請求項13~15に記載の方法。前記孔パターンのマスクは、例えば電子線蒸着法e-beamevaporation、CVD、PE-CVDまたはスパッタリングにより堆積した、SiO2またはSi3N4を含む、請求項16に記載の方法。前記孔パターンを介して露出する前記グラファイト基板の表面は、酸素、水素、NO2およびそれらの組み合わせのガスを用いたプラズマ処理により改質される、請求項16~17に記載の方法。請求項13~18に記載の方法により製造されるナノワイヤ。請求項1~12に記載の組成物を含む装置であって、例えば光学装置または電子装置、例として太陽電池などの装置。ナノワイヤをグラファイト基板上に成長させるための分子線エピタキシーの使用。本願発明者らは、ナノワイヤをグラファイト基板上にエピタキシャル成長させることを試みた。グラファイト基板は、単層または多層のグラフェンgrapheneまたはその誘導体で構成される基板である。最も細微な形態では、グラフェンは、二重電子結合sp2結合と呼ばれるで結合してハニカム格子パターンに配置された炭素原子の1原子層厚のシートである。グラファイト基板は、GaAs基板などの他の半導体基板とは異なり、ナノワイヤ成長に理想的な基板を提供する非常に安価で容易に入手可能な材料である。数層のグラフェン基板の使用は理想的である。なぜなら、それらは薄く、軽く、フレキシブルでありながら、非常に強いからである。それらの電気特性は、高導電から絶縁まで変更できる。また、何の影響も受けにくく、非常に不活性であるため、金やほかの触媒と適合性がある。しかしながら、そのような異なる材料クラス間でナノワイヤを欠陥なくエピタキシャル成長させることは自明ではない。なぜなら大部分の半導体は、表面に反応性ダングリングボンドを有する三次元状であり、一方、グラファイトは、表面にダングリングボンドのない二次元のハニカム構造を持ち、従って非常に不活性で疎水性の表面を形成しているからである。グラファイトなどの基板上にナノワイヤを成長させることも困難となり得る。なぜなら、基板と成長するナノワイヤとの間に大きな格子不整合が存在すると考えられていたからである。大きな格子不整合は、転位を有する欠陥ナノワイヤを形成したり、実際にナノワイヤの非成長を招いたりする恐れがある。ナノワイヤが規則正しく、基板と整合する適合性結晶構造をとるように、ナノワイヤをエピタキシャル成長させることが重要である。多くの用途において、ナノワイヤを基板の表面に対して垂直に、直角に成長させることが重要であろう。半導体ナノワイヤは、一般的に[111]方向立方晶結晶構造の場合または[0001]方向六方晶結晶構造の場合に成長する。これは、六方対称に基板表面原子が配列されている基板の表面が、111配向または0001配向である必要があることを意味する。半導体ナノワイヤをグラファイト基板上に成長させるには、多くの乗り越えるべきハードルが残っている。上記のように、垂直のGaAsナノワイヤをSi111基板上に成長させる試みがなされてきた。本発明はグラファイト基板のみに関する。結晶ナノ材料をグラファイト基板上に成長させるいくつかの試みもなされてきた。米国化学会誌JACS、2010、132、3270-3271において、Ni、CoおよびFeの酸化物および水酸化物のナノ結晶が、グラフェンサポート上で合成されている。アプライドフィジックスレターズAppl.PhysLett.95、2131012009において、Kimらは、グラフェン層上に成長させた垂直整列のZnOナノ構造を報告している。これらは無触媒有機金属気相エピタキシーMOVPEを用いて成長が行われ、ZnOナノ構造の表面形態surfacemorphologyは成長温度に依存した。本願発明者らは、特定の化合物/元素のエピタキシャルナノワイヤをグラファイト基板上に成長させうることを見出した。グラファイト基板は表面にダングリングボンドがなく、シリコンやGaAsなどの典型的な半導体と比べて原子結合距離が非常に短いため、その上でナノワイヤの核生成やエピタキシャル成長を予想する理由は何もない。しかしながら、驚くべきことに、後述するように、半導体原子をグラフェン表面上にいかに配置するかに左右されてグラフェンを用いた場合、多くの半導体と良好な格子整合が存在する。特に、分子線エピタキシーを用いると、ナノワイヤ成長の観点で優れた結果がもたらされる。特に本発明は、IV、II-VI族または特にIII-V族の半導体ナノワイヤのグラファイト基板上における成長を可能にする。さらに、本明細書は、グラファイト基板上に成長したIII-V族エピタキシャルナノワイヤの最初の開示であり、グラファイト基板上に成長した触媒アシストエピタキシャルナノワイヤの最初の開示であると思われる。[発明の概要]従って、本発明は、一態様によると、グラファイト基板上にエピタキシャル成長したナノワイヤを1つ以上含む物質の組成物であって、前記ナノワイヤは、1つ以上のIII-V族化合物もしくは1つ以上のII-VI族化合物または1つ以上の非炭素IV族元素noncarbongroupIVelementを含むことを特徴とする組成物を提供する。本発明は、別の態様によると、グラファイト基板上にエピタキシャル成長したナノワイヤを1つ以上調製する方法であって、III-VI族元素またはIII-V族元素または1つ以上の非炭素IV族元素を、前記グラファイト基板の表面に、好ましくは分子線を介して準備する工程と、II前記グラファイト基板の表面からナノワイヤを1つ以上エピタキシャル成長させる工程とを含む方法を提供する。本発明は、別の態様によると、触媒の存在下、グラファイト基板上にエピタキシャル成長したナノワイヤを1つ以上調製する方法であって、III-VI族元素またはIII-V族元素または1つ以上の非炭素IV族元素を、前記グラファイト基板の表面に、好ましくは分子線を介して準備する工程と、II前記グラファイト基板の表面からナノワイヤを1つ以上エピタキシャル成長させる工程とを含む方法を提供する。任意に、前記グラファイト基板の表面を化学的/物理的に改質して、ナノワイヤのエピタキシャル成長を促進してもよい。本発明は、別の態様によると、上記に定義された方法により製造されたナノワイヤを提供する。本発明は、別の態様によると、上記に定義された組成物を含む電子装置などの装置であって、例えば太陽電池などの装置を提供する。本発明は、別の態様によると、上記に定義されたようにナノワイヤを1つ以上グラファイト基板上に成長させるための分子線エピタキシーの使用を提供する。[定義]III-V族化合物は、III族から1つ以上のイオンおよびV族から1つ以上のイオンを含む化合物を意味する。同様に、II-VI族化合物は、1つ以上のII族イオンおよび1つ以上のVI族イオンを含む化合物である。各族から2つ以上のイオンが存在してもよく、例えばInGaAs等である。非炭素IV族ナノワイヤは、1つ以上の非炭素IV族元素のみを含むナノワイヤであり、例えばSiナノワイヤである。本明細書において使用する用語ナノワイヤは、ナノ寸法の固形のワイヤ状構造を表す。ナノワイヤは、その大部分、例えばその長さの75以上にわたって直径が均一であることが好ましい。用語ナノワイヤは、ナノロッド、ナノピラー、ナノコラムまたはナノウィスカーの使用も範囲に含むことが意図されており、中にはテーパーエンド構造を持ってもよい。ナノワイヤは、幅または直径および長さが、典型的には数100nm~数μmの範囲のナノメートル寸法を持った本質的に一次元形態であると言える。典型的には、ナノワイヤは、200nm以下の二次元を持つ。理想的には、ナノワイヤ基部とナノワイヤ頂部の直径は、ほぼ同じのままであるべきである例えば、互いの20以内。ワイヤは、先端が細くなければならず、典型的には半球を形成することが理解されよう。基板が、好ましくは複数のナノワイヤを含むことが理解されよう。これはナノワイヤアレイと称され得る。グラファイト基板は、単層または多層のグラフェンまたはその誘導体で構成される基板である。用語グラフェンは、ハニカム結晶構造のsp2結合した炭素原子の平面シートのことをいう。グラフェンの誘導体は、グラフェンを表面改質したものである。例えば、水素原子をグラフェン表面に付加してグラファンgraphaneを形成することができる。炭素原子および水素原子とともに表面に付加された酸素原子を有するグラフェンは、酸化グラフェンと呼ばれる。表面改質は、化学ドーピングまたは酸素/水素プラズマ処理により行うこともできる。用語エピタキシーは、上方にaboveを意味するギリシャ語起源のepiと、規則正しい状態にinorderedmannerを意味するtaxisに由来する。ナノワイヤの原子配列は、基板の結晶学的構造に基づく。エピタキシーは、当該分野においてよく使用される用語である。エピタキシャル成長は、本明細書において、基板の配向を模倣するナノワイヤの基板上における成長を意味する。分子線エピタキシーMBEは、結晶基板上に堆積物を形成する方法である。MBEプロセスは、真空中で結晶基板を加熱して、基板の格子構造を活性化させることにより行われる。次に原子線または分子量線molecularmassbeamを基板の表面に向ける。上記で用いられた用語、元素は、その元素の原子、分子またはイオンの使用も範囲に含むことが意図されている。前記向けられた原子または分子が基板の表面に到達すると、以下に詳述されるように、基板の活性化された格子構造または触媒の液滴に遭遇する。時間をかけて、接近する原子がナノワイヤを形成する。本発明は、グラファイト基板上におけるナノワイヤのエピタキシャル成長に関する。本発明の組成物は、基板と、基板上に成長したナノワイヤの両方を含む。ナノワイヤをエピタキシャル成長させることにより、形成された材料に均質性が備わり、その均質性により、様々な最終特性、例えば機械的特性、光学的特性または電気的特性が促進され得る。エピタキシャルナノワイヤは、気体または液体の前駆体から成長し得る。基板が種子結晶として機能するため、堆積したナノワイヤは、基板と同一の格子構造および配向を受け継ぐことができる。これは、単結晶基板上でも多結晶膜または非晶質膜を堆積させる他の薄膜堆積方法とは異なる。本発明において、基板はグラファイト基板であり、より特別にはグラフェンである。本明細書において使用されているように、用語グラフェンは、ハニカム六角形結晶格子状に高密度に詰められたsp2結合炭素原子の平面シートのことをいう。このグラフェン基板は、10層以下のグラフェンまたはその誘導体を含むべきであり、好ましくは5層以下である数層のグラフェンと呼ばれる。特に好ましくは、それはグラフェンの1原子厚の平面シートである。グラファイトの結晶またはフレーク形態は、積み重なった多数のグラフェンシートからなる例えば、11シート以上。従って、グラファイト基板は、1または複数のグラフェンシートから作られる基板を意味する。基板は、厚さが20nm以下であれば好適である。グラフェンシートを積み重ねて、格子面間隔0.335nmのグラファイトを形成する。好適な基板は、そのような層をほんの数枚含み、理想的には厚さが10nm未満である。さらにより好ましくは、厚さが5nm以下である。基板の面積は限定されない。基板の面積は0.5mm2以上程度であり、例えば5mm2またはそれ以上まで、例としては10cm2までであり得る。このように、基板の面積は実用性によってのみ制限される。ナノワイヤをグラファイト基板上に成長させるために、グラファイト基板を支持する必要があることは明らかであろう。グラフェンシートは、従来の半導体基板や透明ガラスなどのあらゆる種類の材料上に支持され得る。シリカの使用が好適である。支持体は不活性でなければならない。グラファイト基板を、酸化シリコンウエハーに堆積したNi膜上、またはCu箔上に直接成長させることも可能である。そして、グラファイト基板をエッチングにより前記金属から分離して、容易に任意の材料上に移すことができる。非常に好適な実施形態において、グラファイト基板は、キッシュグラファイトから剥離された積層基板、または高配向性熱分解グラファイトHOPGである。あるいは、Ni膜またはCu箔上に化学気相堆積CVD成長させたグラフェン基板であってもよい。グラファイト基板を改質せずに用いるのが好適であるが、グラファイト基板の表面を改質してもよい。例えば、水素、酸素、NO2またはそれらの組み合わせのプラズマで表面を処理することができる。基板を酸化させると、ナノワイヤの核生成が促進されるであろう。例えばナノワイヤ成長前に純度を確保するために、基板を前処理することも好ましいであろう。HFやBOEなどの強酸を使う処理は任意である。基板をイソプロパノール、アセトンまたはn-メチル-2-ピロリドンで洗浄して、表面の不純物を取り除いてもよい。清浄されたグラファイト表面を、ドーピングによりさらに改質してもよい。ドーパント原子または分子は、ナノワイヤを成長させる種子として機能し得る。ドーピング工程において、FeCl3、AuCl3またはGaCl3の溶液を使用できるであろう。グラファイト基板、理想的には薄型グラファイト基板の使用が本発明に非常に好都合である。なぜなら、これらは薄いが非常に強く、軽くフレキシブルで、導電性および熱伝導性が高いからである。それらは厚みが薄いと透明であり、本明細書において好ましく採用され、不浸透で不活性なものである。商業上重要なナノワイヤを調製するために、ナノワイヤが基板上にエピタキシャル成長することは必須である。成長が基板に対して直角におこること、従って、理想的には[111]方向立方晶結晶構造の場合または[0001]方向六方晶結晶構造の場合におこることも理想である。上記のように、基板材料が成長させるナノワイヤと異なる特定の基板でこのような成長が可能であるという保証は何もない。しかしながら、本願発明者らは、グラファイト基板上におけるエピタキシャル成長が、半導体ナノワイヤにおける原子とグラフェンシートにおける炭素原子との間の可能な格子整合を決定することにより可能であると判断した。グラフェン層における炭素-炭素結合距離は、約0.142nmである。グラファイトは六方晶結晶形状をもつ。これを図1Aに示す。本願発明者らは、驚くべきことに、グラファイトが、半導体ナノワイヤがその上で成長可能な基板を提供できることを認識した。これは、成長するナノワイヤ材料とグラファイト基板との間の格子不整合が極めて低くなり得るからである。本願発明者らは、[111]方向に立方晶結晶構造で成長するナノワイヤの111面または、[0001]方向に六方晶結晶構造で成長するナノワイヤの0001面におけるグラファイト基板の六方対称および半導体原子の六方対称に起因して、成長するナノワイヤと基板との間に格子整合が実現できることを認識した。図1Aは、格子不整合が起こらないようにグラフェン層の六角形炭素原子の上部に配置された半導体原子のナノワイヤの111または0001面における六角形位置を示す。完全な格子整合は、立方晶半導体結晶の格子定数a格子定数aは、立方晶単位セルの辺の長さと定義されるが1.422Å炭素原子距離×3×sqr2=6.033Åに等しい場合に達成される。この値は、InAs、GaAs、InP、GaSb、InSb、GaPおよびAlAsなどの大部分のIII-V族化合物、並びにMgSe、ZnTe、CdSeおよびZnSe半導体結晶などのII-VI化合物の格子定数に近い。特に、この値は、InAsa=6.058Å、GaSba=6.096ÅおよびAlSba=6.136ÅなどのIII-V族化合物、並びにZnTea=6.103ÅおよびCdSea=6.052Å半導体結晶などのII-VI化合物の格子定数に近い。完全な格子整合は、六方晶半導体結晶の格子定数a1格子定数a1は、六方晶単位セルの六方晶底面の辺の長さと定義されるが1.422Å炭素原子距離×3=4.266Åに等しい場合にも達成される。これを図1Aに示す。この値は、II-VI材料CdSa1=4.160ÅおよびCdSea1=4.30Å結晶の六方晶形のa1格子定数半導体原子間の距離と同じに近い。これら半導体結晶の多くが、ナノワイヤ成長の際に立方晶結晶構造および六方晶結晶構造の両方に形成され得ることも注目される。一般的にこれら結晶形のうち一方のみが安定するバルク成長または薄膜成長とは対照的である。同じ半導体の立方格子における原子間距離および六方格子における原子間距離は、a=a1×sqr2と通常ほぼ同じである。従って、グラファイト層に対する格子不整合も、両方の結晶構造についてほぼ同じになる。理論に制限されるものではないが、グラファイト層における炭素原子の六方対称、および、立方晶半導体または六方晶半導体の原子のそれぞれ[111]および[0001]結晶方向大部分のナノワイヤ成長に好適な方向における六方対称に起因して、半導体原子がグラファイト基板の炭素原子上方に理想的には六角形パターン中に配置された場合に、グラファイト基板と半導体との間で緊密な格子整合が達成される。これは新規かつ驚くべき発見であり、グラファイト基板上におけるナノワイヤのエピタキシャル成長が可能になる。図1Aにおいて、半導体原子は、六角形炭素環のいくつかの特定の中心上方、例えばくぼみH-サイトに配置される。H-サイトの上部に配置する代わりに、全ての半導体原子を、炭素原子間のブリッジB-サイト上方に、または全てを炭素原子の上部T-サイトに中心を合わせて、六方対称パターンが依然維持されるように厳格に移動rigidlyshiftedさせてもよい。半導体原子のこれら3つの異なる六角形配置は、半導体格子定数に関して同じ要件を与える。半導体原子がグラファイト基板の炭素原子に対してどの配置H-、B-またはT-サイト位置上方をとるかは半導体それがII、III、IV、VまたはVI族の元素であるか等および化学結合の形に左右され得る。上記の説明では、全ての半導体原子が、グラファイト表面の上部で同じローカル位置H-、B-またはT-サイト位置の上方を持つことになる。原子がH-とB-サイトの両方図1BまたはH-とT-サイトの両方図1Cの上方に配置されても、半導体原子の六方対称を維持することができる。図1Bおよび1Cに示されているような原子配置により、半導体原子がグラファイト表面と格子整合するための2つの追加的な値が与えられる。図1Bのように、半導体原子がH-およびB-サイトの上方に交互に配置された場合、立方晶半導体結晶の格子定数aが1.422Å×3/2×sqr6=5.225Åに等しければ完全な格子整合が達成される。この値は、Sia=5.43Å、GaPa=5.45Å、AlPa=5.45Å、InNa=4.98ÅおよびZnSa=5.42Åの格子定数に近い。六方晶半導体結晶については、格子定数a1が1.422Å×3/2×sqr3=3.694Åに等しければ完全な格子整合が達成される。この値は、InNa1=3.54ÅおよびZnSa1=3.82Å結晶の六方晶形のa1格子定数に近い。図1Cのように、半導体原子がH-およびT-サイトの上方に交互に配置された場合、立方晶半導体結晶の格子定数aが1.422Å×2×sqr2=4.022Åに等しければ完全な格子整合が達成される。この値に近い格子定数を持つ立方晶半導体はいくつか存在し、最も近いものは3CSiCa=4.36Åである。六方晶半導体結晶については、格子定数a1が1.422Å×2=2.844Åに等しければ完全な格子整合が達成される。この値に近い格子定数を持つ六方晶半導体はいくつか存在し、最も近いものはSiCa1=3.07Å、AlNa1=3.11Å、GaNa1=3.19ÅおよびZnOa1=3.25Å結晶である。上記のような半導体原子の5つの異なる六角形配置は、このような材料の半導体ナノワイヤを垂直に成長させ、薄型炭素系グラファイト材料の上部に支持なしで立つfreestandingナノワイヤの形成を可能にする。成長するナノワイヤと基板との間に格子不整合がないことが理想的であるが、ナノワイヤは、例えば薄膜と比べて、はるかに大きな格子不整合に対応できる。本発明のナノワイヤは、基板と約10までの格子不整合があってもよく、依然エピタキシャル成長が可能である。理想的には、格子不整合は7.5以下、例えば5以下とすべきである。立方晶InAsa=6.058Å、立方晶GaSba=6.093Å、立方晶CdSea=6.052Åおよび六方晶CdSea=4.30Åなどのいくつかの半導体について、格子不整合が非常に小さいため<~1、これらの半導体の優れた成長が期待できる。GaAsa=5.653Åなどのいくつかの半導体について、半導体原子が図1Aと同じサイトに配置された場合a=6.033Å、よってGaAsの格子定数は6.3小さいまたは図1BのようにH-およびB-サイト上に交互に配置された場合a=5.255Å、よってGaAsの格子定数は8.2大きい格子不整合が非常に近いため、両方の配置が可能である。本発明の方法は、上記材料の半導体ナノワイヤを垂直に成長させ、薄型炭素系グラファイト材料の上部に支持なしで立つナノワイヤの形成を可能にする。本発明において成長したナノワイヤは、長さが250nm~数ミクロン、例えば5ミクロンまでであり得る。好ましくは、ナノワイヤは、長さ1ミクロン以上である。複数のナノワイヤが成長する場合、全てのナノワイヤがこれらの寸法要件を満たすのが好適である。理想的には、基板上に成長したナノワイヤの90以上が、長さ1ミクロン以上である。好ましくは、実質的に全てのナノワイヤが、長さ1ミクロン以上である。さらに、成長したナノワイヤが同じ寸法、例えば互いに10以内であることが好適であろう。よって、基板上のナノワイヤの90以上好ましくは、実質的に全てが、同じ直径および/または同じ長さすなわち、互いの直径/長さの10以内であることが好ましいであろう。従って、本質的に当業者は、均質性、および寸法面で実質的に同じナノワイヤを求めている。ナノワイヤの長さは、多くの場合、成長プロセスが行われる時間の長さにより制御される。プロセス時間が長い程、一般的にナノワイヤは非常に長くなる。ナノワイヤは、典型的には六角形の断面形状を有する。ナノワイヤは、25~200nmの断面直径すなわち、厚さを有し得る。上記の通り、前記直径は、理想的にはナノワイヤの大部分にわたって均一である。ナノワイヤの直径は、以下に更に述べられるようなナノワイヤの作製に使用される原子の割合を操作することにより、制御することができる。さらに、ナノワイヤの長さおよび直径は、それらが形成される温度に影響され得る。高い温度は、高いアスペクト比を促進する例えば、より長いおよび/またはより薄いナノワイヤ。当業者は、成長プロセスを操作して所望の寸法のナノワイヤを設計することができる。本発明のナノワイヤは、1つ以上のIII-V化合物、1つ以上のII-VI化合物から形成されるナノワイヤ、または、Si、Ge、SnもしくはPb、特にSiおよびGeから選択される1つ以上のIV族元素から成長するナノワイヤであり得る。従って、純粋なIV族ナノワイヤ、またはSiCおよびSiGeなどのナノワイヤの形成が考えられる。II族元素は、Be、Mg、Ca、Zn、CdおよびHgである。本明細書における好適な選択肢は、ZnおよびCdである。III族の選択肢は、B、Al、Ga、InおよびTlである。本明細書における好適な選択肢は、Ga、AlおよびInである。V族の選択肢は、N、P、As、Sbである。全てが好ましい。VI族の選択肢としては、O、S、SeおよびTeが挙げられる。SeおよびTeの使用が好ましい。III-V族化合物の製造が好適である。ナノワイヤ成長の際に形成されるいかなる化合物も、後述のようにドーピングが存在する可能性があることから、完全に化学量論どおりである必要はないことが理解されよう。ナノワイヤの製造に好適な化合物としては、InAs、GaAs、InP、GaSb、InSb、GaP、ZnTe、CdSeおよびZnSeが挙げられる。GaAsまたはInAsの使用が非常に好ましい。他の選択肢としては、Si、ZnO、GaN、AlNおよびInNが挙げられる。二成分材料の使用が好ましいが、三成分または四成分のナノワイヤなどが本発明の方法により成長できない理由は何もない。その化合物の格子が基板、特にグラフェンの格子と整合する限り、エピタキシャル成長が期待できる。よって、2つのIII族カチオンが1つのV族アニオンと存在する三成分系、例えばInGaAsは、本明細書における選択肢の一つである。他の選択肢は、当業者には明らかであろう。本発明の範囲には、ナノワイヤがドープされることも含まれる。ドーピングは通常、不純物イオンをナノワイヤに導入することを含む。不純物イオンは、1019/cm3まで、好ましくは1018/cm3までのレベルで導入することができる。ナノワイヤは、所望に応じて、非ドープ、pドープまたはnドープすることができる。ドープ半導体は外因性の導体であり、一方の非ドープ半導体は真性である。正孔濃度よりも電子濃度が高い外因性半導体は、n型半導体として公知である。n型半導体において、電子は多数キャリヤーであり、正孔は少数キャリヤーである。n型半導体は、真性半導体にドナー不純物をドープすることで形成される。III-V化合物に適したドナーは、例えばSiおよびTeであり得る。IV族半導体に適したドナーは、例えばPおよびAsであり得る。p型半導体は、電子濃度よりも正孔濃度が高い。表現p型は、正孔の正電荷のことをいう。p型半導体において、正孔は多数キャリヤーであり、電子は少数キャリヤーである。p型半導体は、真性半導体にアクセプタ不純物をドープすることで形成される。III-V化合物に適したアクセプタは、例えばBeおよびZnであり得る。IV族半導体に適したアクセプタは、例えばBであり得る。不純物がIII-V化合物でドナーまたはアクセプタとして作用するかどうかは、成長面の配向および成長条件に依存する場合もあることが理解されよう。ドープ剤は、成長プロセス中に導入することもできるし、ナノワイヤ形成後のイオン注入により導入することもできる。本発明のナノワイヤはエピタキシャルに成長する。ナノワイヤは共有結合または擬似的ファンデルワールス結合quasivanderWaalsbindingを介して、下に横たわるグラファイト基板に取り付けられる。それに伴い、基板とナノワイヤ基部との結合部には、結晶面がナノワイヤ内にエピタキシャルに形成される。これらが互いに同じ結晶学的方向に積み重なることにより、ナノワイヤがエピタキシャル成長する。好ましくは、ナノワイヤは垂直に成長する。本明細書において使用される垂直にという用語は、ナノワイヤがグラファイトサポートに対して直角に成長することを示す。実験科学ではその成長角度は正確に90°でないかもしれないが、用語垂直には、ナノワイヤが垂直/直角の約10°以内、例えば5°以内であることを示すことが理解されよう。基板は、好ましくは複数のナノワイヤを含むことが理解されよう。好ましくは、ナノワイヤは、互いにほぼ平行に成長する。従って、90以上、例えば95以上、好ましくは実質的に全てのナノワイヤが、基板の同じ面から同じ方向に成長することが好適である。基板内には、エピタキシャル成長が起こり得るたくさんの面があることが理解されよう。実質的に全てのナノワイヤが、同じ面において平行になるように成長することが好適である。その面が基板に対して直角であることが最も好ましい。本発明のナノワイヤは、好ましくは、立方晶結晶構造を持つナノワイヤについては[111]方向、六方晶結晶構造を持つナノワイヤについては[0001]方向に成長すべきである。成長するナノワイヤの結晶構造が立方晶である場合、これは軸方向成長がおこる立方晶ナノワイヤと触媒液滴との111界面も表す。ナノワイヤが六方晶結晶構造を持つ場合、ナノワイヤと触媒液滴との0001界面は、軸方向成長がおこる面を表す。面111と面0001の両方は、ナノワイヤの同じ六角形の面を表す。つまり、面の呼び方は、成長するナノワイヤの結晶構造によって変わる。ナノワイヤは、好ましくは分子線エピタキシーMBEにより成長が行われる。本発明の範囲には、気相堆積法の使用、例えばCVD、特に有機金属CVDMOCVDまたは有機金属気相エピタキシーMOVPE法も含まれるが、MBEの使用が非常に好適である。この方法では、基板に各反応物、例えば、III族元素およびV族元素の分子線が、好ましくは同時に供給される。MBE技術を用いて、例えばIIIおよびV族元素を選択的に供給できる拡散促進エピタキシーMEEまたは原子層MBEALMBEを使用することにより、グラファイト基板上におけるナノワイヤの核生成および成長の高度な制御が達成され得る。好適な技術は、固体ソースMBEである。この方法では、ガリウムおよびヒ素などの超純元素がゆっくりと蒸発例えば、ガリウムまたは昇華例えば、ヒ素を始めるまで個々の噴散セル内で加熱される。ガス状の元素はその後基板上で凝結し、そこで互いに反応し得る。ガリウムおよびヒ素の例においては、単結晶ガリウムヒ素が形成される。用語線ビームは、蒸発した原子例えば、ガリウムまたは分子例えば、As4またはAs2が互いに干渉しない、または、それらが基板に到達するまで真空室ガスと干渉しないという意味で使用する。MBEを用いて、ドーピングイオンも容易に導入することができる。図2は、MBEプロセスの装置の候補である。分子線エピタキシーMBEは、バックグラウンド圧力が通常約1010~109Torrの超高真空で行われる。ナノ構造は通常ゆっくりと成長が行われ、その速度は例えば数μm/時間まで、例としては約10μm/時間である。これにより、ナノワイヤがエピタキシャル成長し、構造性能は最大になる。本発明の範囲には、ナノワイヤが触媒の存在下または非存在下で成長が行われることも含まれる。よって、無触媒でナノワイヤを成長させることは、本発明の実施形態の一つである。好ましくは、触媒は成長プロセスにおいて使用される。前記触媒は、ナノワイヤを構成する元素の一つであってもよいしいわゆる自己触媒、ナノワイヤを構成する全ての元素と異なっていてもよい。触媒アシスト成長において、前記触媒は、AuもしくはAg、またはナノワイヤの成長に使用される族からの金属例えば、IIまたはIII族金属、中でも実際のナノワイヤを構成する金属元素の一つであり得る自己触媒作用。従って、例えばInV族ナノワイヤの触媒としてGaを使うというように、III-Vナノワイヤ成長用の触媒としてIII族から別の元素を使うことができる。前記触媒は、好ましくは、Auまたはその成長が自己触媒であるすなわち、GaV族ナノワイヤにGaを用いる等。前記触媒をグラファイト基板上に堆積して、ナノワイヤ成長の核生成部位として機能させることができる。理想的には、これは、基板表面上に形成される触媒物質の薄膜を提供することで達成できる。触媒膜が溶解すると多くの場合、1つ以上の半導体ナノワイヤ構成要素と共晶合金を形成する、基板上に液滴が形成され、これらの液滴はナノワイヤが成長できるポイントを形成する。触媒は液体、分子線は気体、そしてナノワイヤは固体成分を提供することから、これは気相-液相-固相成長VLSと呼ばれる。いくつかの場合、いわゆる気相-固相-固相成長VSS機構により、触媒粒子はナノワイヤ成長中に固体であってもよい。ナノワイヤが成長するにつれてVLS法により、液体例えば、金の液滴はナノワイヤ上部にとどまる。これを図に示す。上記のように、自己触媒ナノワイヤを調製することも可能である。自己触媒とは、ナノワイヤの成分の一つがその成長の触媒として機能することを意味する。例えば、Ga層を基板に設けて溶解すると、Ga含有ナノワイヤ成長の核生成部位として機能する液滴を形成することができる。また、Ga金属部分は、最終的にはナノワイヤ上部に位置し得る。触媒を成分として含むナノワイヤの触媒としてII族金属またはIII族金属を用いることにより、同様のプロセスを実施することができる。より詳細には、Ga/Inフラックスを一定期間基板の表面に供給すると、基板の加熱により表面上においてGa/In液滴の形成を開始することができる。そのとき、基板温度をそのナノワイヤの成長に適した温度に設定することができる。成長温度は、300~700°Cの範囲であり得る。しかしながら、採用される温度は、ナノワイヤにおける材料の性質および触媒材料により特有である。GaAsに関して、好適な温度は590~630°C、例えば610°Cである。InAsに関して、前記範囲はより低く、例えば430~540°C、例としては450°Cである。触媒膜がひとたび堆積し、溶解すれば、Ga/In噴散セルおよび対イオン噴散セルのシャッターを同時に開けることにより、ナノワイヤの成長を開始することができる。噴散セルの温度を利用して、成長速度を制御することができる。従来の平面層ごと成長の際に測定された都合のよい成長速度は、0.05~2μm/時間、例えば0.1μm/時間である。分子線の圧力を、成長させるナノワイヤの性質によって調整することもできる。ビーム等価圧力の適切なレベルは、1×107~1×105Torrである。驚いたことに、MBEを使用すると、GaAs基板の111B面上においてGaAsナノワイヤの成長が垂直におこる傾向があることを見出した。反応物間例えば、III族原子およびV族分子の線フラックス比を変更することができる。好適なフラックス比は、他の成長パラメータおよび成長させるナノワイヤの性質によって決まる。反応物間の線フラックス比がナノワイヤの結晶構造に影響を及ぼし得ることを見出した。例えば、Auを触媒として使用し、成長温度540°C、平面層ごと成長速度0.6μm/時間相当のGaフラックス、およびAs4のビーム等価圧力BEP9×106Torrの条件下でGaAsナノワイヤの成長を行うと、ウルツ鉱結晶構造が生じる。これとは対照的に、成長温度は同じであるが、平面成長速度0.9μm/時間相当のGaフラックス、およびAs4のBEP4×106Torrの条件下でGaAsナノワイヤの成長を行うと、閃亜鉛鉱結晶構造が生じる。いくつかの場合、成長パラメータを変更することにより、ナノワイヤの直径を変化させることができる。例えば、As4フラックスが軸方向のナノワイヤの成長速度を決定するという条件下で自己触媒GaAsナノワイヤの成長を行った場合、Ga:As4フラックス比を大きくする/小さくすることにより、ナノワイヤの直径を大きくする/小さくすることができる。従って、当業者は様々な方法でナノワイヤを操作することができる。よって、複数の工程を採用すること、例えば2工程の成長手順、例としてはナノワイヤの核生成とナノワイヤの成長を別々に最適化することは、本発明の実施形態の一つである。MBEの大きな利点は、成長するナノワイヤを例えば反射高速電子線回折RHEEDを使ってその場で分析できる点である。RHEEDは、結晶物質の表面の特性を調べるのに通常使用される技術である。このテクノロジーは、ナノワイヤがMOVPEなどの他の技術で形成された場合には容易に適用することができない。上記技術の一つの限界は、基板の表面上においてナノワイヤが成長する場所の制御に限界がある点である。ナノワイヤは触媒の液滴が形成される場所に成長するが、それらの液滴が形成され得る場所の制御がほとんどない。さらなる課題は、液滴の大きさを容易に制御できない点である。小さ過ぎてナノワイヤの核生成を開始できない液滴が形成されると、ナノワイヤの収量が低くなる可能性がある。これは、高収量のナノワイヤ成長を可能にするには小さすぎる金によって形成された液滴としての金の触媒を使用した場合特有の問題である。より規則的なナノワイヤ配列を調製するために、本願発明者らは、基板上にマスクを使用することを考えた。このマスクに、ナノワイヤが表面全体にわたって均一に成長できる規則的な孔を設けることができる。前記マスクにおける孔パターンは、従来のフォト/電子ビームリソグラフィまたはナノインプリンティングを用いて容易に製作することができる。集束イオンビームテクノロジーを利用して、ナノワイヤ成長用のグラファイト表面上に規則的な核生成部位の配列を形成してもよい。このように、マスクを基板に設け、グラファイト基板表面に露出する孔を、任意に規則的なパターンで、エッチングすることができる。さらに、孔の大きさを慎重に制御することができる。次に、それらの孔に触媒を導入して、ナノワイヤ成長用の核生成部位を提供することができる。孔を規則的に配置することにより、規則的なパターンのナノワイヤを成長させることができる。さらに、確実に各孔に一つだけナノワイヤを成長させるために、孔の大きさを制御することができる。最後に、孔の中に形成される触媒の液滴がナノワイヤの成長に足る大きさになるように、孔を作製することができる。このように、Au触媒作用を用いた場合でも、規則的な配列のナノワイヤを成長させることができる。前記マスクの材料は、堆積したときに下に横たわるグラファイト層を著しく損傷するものでなければ、いずれの材料であってもよい。本実施形態において使用される孔は、ナノワイヤの直径よりも僅かに大きい直径、例えば200nmまでであり得る。最小孔径は、50nm、好ましくは少なくとも100~200nmであり得る。マスク自体は、二酸化シリコンまたは窒化シリコンといった不活性な化合物から作製することができる。電子線堆積法、CVD、プラズマ促進CVDおよびスパッタリングなどの都合の良い技術を用いて、マスクを基板の表面上に設けることができる。マスク自体の厚さは、50nm未満であり得る。グラファイト基板上に正確に位置付けされたAu触媒ナノワイヤを調製するために、例えば厚さ50nm未満のAu薄膜を、マスクに孔パターンをエッチングした後に堆積することができる。前記堆積は、フォトレジストまたは電子ビームレジストを用いて上部に形成することができる。前記フォトレジストまたは電子ビームレジストを取り除くこと、いわゆるリフトオフliftoffプロセスにより、規則的に配列されたAuドットのパターンをグラファイト基板の表面上に製作することができる。選択的に、配列パターンの製作後にマスクを部分的または完全に取り除いてもよい。本発明において、触媒アシスト成長技術を採用することが好適ではあるが、触媒不在下でグラファイト基板上にナノワイヤが成長し得ることが考えられる。これは特にマスクとの併用により、可能となり得る。具体的には、気相-固相成長法を用いるだけで、ナノワイヤの成長が可能となり得る。このように、MBEにおいて、触媒無しで反応物、例えばInおよびAsを基板に用いるだけでナノワイヤを形成することができる。これは本発明のさらなる態様を成し、従って本発明は、上記元素から形成された半導体ナノワイヤのグラファイト基板上における直接成長を提供する。従って、用語直接は、成長を可能にする触媒膜の不在を意味する。上記のように、本発明のナノワイヤは、好ましくは立方晶閃亜鉛鉱構造または六方晶ウルツ鉱構造として成長する。本願発明者らは、上述したように、基板に供給される反応物の量を操作することにより、成長するナノワイヤの結晶構造を変えることができることを見出した。例えば、Ga供給量が高いと強制的にGaAs結晶は立方晶結晶構造になる。供給量が低いと六方晶構造が促進される。従って、反応物の濃度を操作することにより、ナノワイヤ内部の結晶構造を変化させることができる。異なる結晶構造を導入することで、ナノワイヤに存在する電子特性を異ならせることができる。これは、結晶相量子ドットの形成を可能にし、他の興味深いエレクトロニクス技術を発展させ得る。本発明の範囲には、ナノワイヤを形成する材料の性質が成長プロセスの際に変更されることも含まれる。このように、分子線の性質を変更することにより、異なる構造部分がナノワイヤ内に導入される。初期のGaAsナノワイヤは、例えばGa供給をIn供給に変えることにより、InAsナノワイヤ部と共に伸長し得る。またそのGaAs/InAsナノワイヤは、Ga供給などに戻すことにより、GaAsナノワイヤ部と共に伸長し得る。また、異なる電気的特性を持つ異なる構造を開発することにより、本願発明者らは、製造業者があらゆる種類の最終適用に向けて調整できる魅力的で操作可能な電子特性をナノワイヤに提供する。本発明のナノワイヤを、公知の方法、例えば放射状のエピタキシャルシェルでコーティングしてもよい。例えば、真性または外因性のコアのナノワイヤを別タイプの半導体のシェルでコーティングすることにより、真性および外因性の半導体の混合体を形成することができる。より複雑なナノワイヤも、外因性および真性の導体の混合体から形成することができる。絶縁性真性層を、例えばpドープされた外因性層およびnドープされた外因性層の間に配置することができる。従って、pドープコアを、外側にnドープ外因性導体シェルを有する真性半導体シェルにより覆うことができるまたは、その逆。これは、発光ダイオードおよび太陽電池技術における特有の用途である。シェルコーティングは、当業者に公知/明白な適した成長パラメータを用いて、MBEまたは他のエピタキシャル技術例えば、MOVPEにより実施することができる。本発明は、グラファイト基板上における特定の一方向のみへのナノワイヤの作製を可能にする。そのような構造は、テンプレートとしてのナノワイヤを有する単一ドメイン結合層singledomaincoalescencelayerの成長、または、電子、光電子、フォトニック用途などの半導体装置の製造を容易にする。[用途]本発明のナノワイヤは、幅広い実用性をもつ。それらは半導体であり、半導体技術が役立つすべての分野における用途提供が期待できる。前記ナノワイヤは、主に集積ナノエレクトロニクスおよびナノオプトエレクトロニクスの用途に使用される。それらの発展に理想的な装置は、ナノワイヤ太陽電池であろう。そのような太陽電池は、効率的、安価かつ同時にフレキシブルになる素質がある。ナノワイヤ太陽電池は急速に発展している分野であり、これらの価値ある材料のさらなる用途がここ数年で見出されるであろう半導体ナノワイヤは、そのシャープな先端、高いアスペクト比、並びに高い熱安定性および機械的安定性により、電界放出エミッタの候補でもある。その非常に高い表面積対体積比は、生物学的センサおよび化学的センサ、効率的なエネルギー変換装置および記憶装置において活用できる。同様の概念を、発光ダイオードLED、導波管およびレーザの製作にも用いることができる。本発明を、下記の非限定的実施例および図と関連づけてさらに説明する。[図面の簡単な説明]図1Aは、立方晶結晶構造または六方晶結晶構造のそれぞれ111面および0001面における、グラファイト基板の炭素原子灰色の円の六角形位置および半導体原子黄色の円の六角形位置を示す。グラファイト基板と完全な格子整合を達成するために必要な半導体原子間の間隔4.266Å=3×1.422Å炭素原子距離を示す。この実施例において、半導体原子は、六角形炭素環のいくつかの特定のくぼみH-サイト中心上方に配置される。H-サイトの上部に配置する代わりに、全ての半導体原子を、炭素原子間のブリッジB-サイト上方に、または全てを炭素原子の上部T-サイト上方に中心を合わせて、六方対称パターンが依然維持されるように厳格に移動させてもよい。図1Bは、グラフェン表面の炭素原子のH-およびB-サイト上部の、立方晶結晶構造または六方晶結晶構造のそれぞれ111面および0001面における半導体原子の位置を示す。グラファイト基板と完全な格子整合を達成するために必要な半導体原子間の間隔3.694Å=3/2×sqr3×1.422Å炭素原子距離を示す。図1Cは、グラフェン表面の炭素原子のH-およびT-サイト上部の、立方晶結晶構造または六方晶結晶構造のそれぞれ111および0001面における半導体原子の位置を示す。グラファイト基板と完全な格子整合を達成するために必要な半導体原子間の間隔2.844Å=2×1.422Å炭素原子距離を示す。図2は、MBE実験装置を示す。図3Aは、グラファイト上に成長したGa自己触媒のGaAsナノワイヤの理想図である。図3Bは、MBEによりキッシュグラファイトフレーク上に成長した2つの垂直なGaアシストGaAsナノワイヤの45°傾斜図SEM画像である。球状粒子はGa液滴である。図3Cは、キッシュグラファイト上部にエピタキシャル成長した垂直なGaアシストGaAsナノワイヤのグラファイト/ナノワイヤ界面を示す断面TEM画像である。図4は、グラファイト表面上のマスクの図を示し、前記マスクには孔がエッチングされている。本発明を、下記の非限定的実施例と関連づけて説明する。[実施例1][実験手順]Ga二重フィラメントセル、In二重フィラメントセルSUMOおよびAsバルブ付きクラッカーセルを備え、二量体と四量体の比率を固定させるバリアンゲンIIモジュラーVarianGenIIModular分子線エピタキシーMBEシステム内で、ナノワイヤNWを成長させた。現在の研究では、ヒ素の主要種はAs4である。NWの成長は、キッシュグラファイトフレーク上、または、酸化シリコンウエハーに堆積したNi膜上に化学気相堆積CVD技術で直接成長させたグラフェン膜1~7単層厚上で行われる。前記CVDグラフェン膜は、米国のグラフェンスーパーマーケットGrapheneSupermarketから購入した。2つの異なる手順を用いて、サンプルを調製した。第1の手順では、サンプルをイソプロパノール洗浄し、次に窒素でブロードライし、シリコンウエハーにIn結合した。第2の手順では、電子線蒸発室において、前記第1の手順を用いて調製した前記サンプル上に厚さ30nm以下のSiO2層を堆積し、次に電子ビームリソグラフィおよびプラズマエッチングを用いて前記SiO2に直径100nm以下の孔を製作した。次に、前記サンプルをMBEシステムに入れてNW成長を行った。Asシャッターを閉じた状態で、先ずはGa/InフラックスをGa/Inフラックスおよび所望の液滴サイズに応じて通常5秒~10分の時間間隔で表面に供給し、表面上におけるGa/In液滴の形成を開始した。基板温度をGaAs/InAsナノワイヤの成長に適した温度、すなわちそれぞれ610°C/450°Cまで昇温した。GaAs/InAsナノワイヤの成長は、Ga/In噴散セルのシャッター並びにAs噴散セルのシャッターおよびバルブを同時に開けることにより開始された。Ga/In噴散セルの温度を、公称平面成長速度が0.1μm/時間となるようにあらかじめ設定した。GaAsナノワイヤを形成するために、1.1×106TorrのAs4フラックスを使用し、一方InAsナノワイヤを形成するために、As4フラックスを4×106Torrに設定した。