JP2011514656A - ナノ構造、及び同構造を作成する方法 - Google Patents

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Abstract

高導電性の微結晶層（１８）、双極性ナノワイヤ（１６）、及びもう１つの層（１８，３０）を含むナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。高導電性の微結晶層（１８）は、微結晶材料、及び金属を含む。双極性ナノワイヤ（１６）は、その一端が、高導電性の微結晶層（１８）に取り付けられ、他端が、もう１つの層（１８，３０）に取り付けられる。
【選択図】図４

Description
本開示は、概して、ナノ構造、及び同構造を作成する方法に関する。
半導体技術の発端以来、一貫して、より小さなデバイスサイズ、及びより高いデバイス密度を目指した開発の傾向は続いている。その結果、ナノテクノロジーは爆発的な成長を遂げ、大きな関心を生み出した。ナノテクノロジーは、ナノスケールの構造、すなわち、従来の半導体構造の５分の一から１００分の一の寸法をしばしば有する構造の製造、及び使用を中心とする。ナノワイヤは、ナノスケール構造のカテゴリに含まれる。
ナノワイヤは、約１ｎｍから約８００ｎｍの範囲の少なくとも1つの直線寸法（例えば直径）を有するワイヤ状の構造である。ナノワイヤの直径は、長手方向に沿って変化する場合もあると考えられる（例えば、基部における数百ナノメートルから先端部における数ナノメートルまで）。ナノワイヤは、配線を目的とする従来のワイヤのような機能、又は半導体デバイスとしての機能を含む、種々の用途における使用に適する。また、ナノワイヤは、２〜３例を挙げれば、ナノスケールの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ｐ−ｎダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、及びナノワイヤベースのセンサのような多くのナノスケールデバイスの構成要素でもある。
本開示の実施形態の特徴、及び利点は、下記の詳細な説明、及び図面を参照することにより明らかになるであろう。図面の中で同様の参照符号は、同一の構成要素、又は同一ではないが類似の構成要素に対応する。簡明にするために、既に説明された役割を持つ参照符号は、それらが登場する後続の図面に関しては、説明される場合もあれば、説明されない場合もある。
ナノ構造の一実施形態を形成する方法の一実施形態を示すフロー図である。 ナノ構造の一実施形態を形成する方法の一実施形態を概略的に示す図である。 ナノ構造の他の実施形態を形成する方法の他の実施形態を概略的に示す図である。である。 ナノ構造のさらに別の実施形態を形成する方法のさらに別の実施形態を概略的に示す図である。 ナノ構造の一実施形態を形成する方法のさらに別の実施形態を概略的に示す図である。
本明細書に開示するナノ構造の種々の実施形態は、有利なことに、１以上の双極性ナノワイヤを含み、その少なくとも一端は、高導電性の微結晶層に取り付けられる。
本明細書において、「双極性ナノワイヤ」とは、少なくとも２つの導電性タイプの部分を含むナノワイヤを言う。一般に、それらのドープされた部分は、ナノワイヤの長手方向に沿って所定の距離だけ延在し、例えば高導電性の微結晶層に接触する端部を超えて延在する。ナノワイヤは、ｐ−ｎナノワイヤであっても、ｎ−ｐナノワイヤであってもよい。そのようなナノワイヤ・ナノ構造は、光放射器及び光検出器としての使用に特に適する場合がある。本明細書に開示するナノワイヤは、その内部に１以上のヘテロ接合（すなわち、その場所で2つの異なる物質が接触する）をさらに有する場合がある。さらに、ナノワイヤは、ナノワイヤの全長にわたって複数のｐ型部分、又はｎ型部分を有する場合があり、及び／又は未ドープの内部半導体領域（例えば、ｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐ）を有する場合がある。マルチセグメント・ナノワイヤの非限定的な例としては、ｐ＋−ｐ−ｎ−ｎ＋、及びｐ＋−ｐ−ｉ−ｎ−ｎ＋が挙げられる。ここで、「ｐ＋」又は「ｎ＋」は、ｐ又はｎ単体に比べてドーピングレベルが高いことを意味する。場合によっては、ナノワイヤが高導電性の微結晶層と接触する領域において、ドーピングレベルをより高くすることが望ましい場合がある。フォトダイオードの場合、ｐ＋−ｐ−ｉ−ｎ−ｎ＋のナノワイヤが特に適する場合があり、ドーピングレベルを高くすることによって、高導電性の微結晶層との間にオーム接点が形成される。
さらに、双極性ナノワイヤは、その内部に量子井戸、又はヘテロ構造を有する場合がある。ｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐナノワイヤ・ナノ構造、及び内部に量子井戸又はヘテロ構造が形成されるナノ構造は、光検出器及び光放射器としての使用に特に適する場合がある。非限定的な例として、ヘテロ構造、及び量子井戸は、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰナノワイヤを成長させることにより形成される場合があり、ＩｎＧａＡｓＰ部分の長さが約３０ｎｍであるときに、各ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰ−ＩｎＰ部分は、量子井戸として機能する。また、ＩｎＧａＡｓＰ部分が比較的大きい場合（すなわち、１００ｎｍ以上の長さを有する場合）、例えば、さらにヘテロ構造が形成される場合がある。
また、本明細書において、微結晶層について「高導電性の」と言った場合、それは、その層が約１μオーム／ｃｍから約１０μオーム／ｃｍの範囲の抵抗値を有することを意味する。場合によっては、抵抗値は、約１μオーム／ｃｍから約１０μオーム／ｃｍの範囲の値を有する場合があり、場合によっては、抵抗値は、５０μオーム／ｃｍ未満である場合もある。一般に、抵抗値が下がるほど、微結晶層は、導電性の高いものとなる。
本明細書に開示する方法の種々の実施形態において、ナノワイヤは一般に、成長の際にドーピングされる。場合によっては、高導電性の微結晶層の形成に使用される金属材料は、所望のレベルの導電性を得るために十分であり、したがって、高導電性の微結晶層をドーピングするためのさらなる処理工程は省略できる場合がある。
次に図１を参照すると、方法の種々の実施形態は一般に、参照符号１００で示されるような高導電性の微結晶層を形成するステップと、双極性ナノワイヤの一端が高導電性の微結晶層に取り付けられ、他端が参照符号１０２で示されるような他の層に取り付けられるように、双極性ナノワイヤを成長させるステップとを含む。図１に示した方法のさらに詳細な態様、及びその結果得られるナノ構造については、他の図面を参照して詳しく説明される。
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本明細書に開示する方法の一実施形態を示している。この実施形態において、金属材料／層１２は、基板１４上に形成される。任意の適当な基板１４を使用してよいものと考えられる。基板１４は、例えば、デバイス１０（図２（Ｂ）に示す）の所望の最終的用途に応じて、透明であっても不透明であってもよい。適当な基板材料のより具体的な例としては、限定はしないが、石英、シリコンウェーハ、金属箔（例えば、ステンレス鋼箔）、ガラス、ポリマー、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
広域的高温（例えば、アニーリング、又は、層／ナノワイヤ成長等に使用される）は、ポリマーのような特定の基板材料を劣化させる場合がある。したがって、そのような材料を基板１４に使用する場合、アニーリングのための熱、及び／又は、半導体材料、微結晶、及び／又はナノワイヤ１６成長のための熱の生成に、局部的加熱（例えば、レーザー光源）を使用することが望ましい場合がある。場合によっては、レーザースポットの走査を使用して、より広い面積に対する局部的加熱を行う場合がある。
金属材料／層１２は、任意の所望の構成を有するように形成され、この実施形態では、金属材料／層１２は複数のピークを有し、その間にナノワイヤ１６（図２Ｂ）が形成される場合がある。適当な材料の非限定的例としては、例えば、プラチナ、チタニウム、タングステン、ニッケル、コバルト、あるいは、例えばケイ素若しくは他の高導電性の微結晶層を形成するための任意の適当なアルカリ金属が挙げられる。金属材料／層１２は、制限はしないが、スパッタリング、蒸着、化学気相蒸着等のような任意の適当な蒸着技術を使用して形成される場合がある。
一般に、金属材料／層１２は、任意の所望の厚みを有するように形成され、当該厚みは、形成された材料／層１２の長手方向に沿って変化する場合がある。実施形態によっては、金属材料／層１２は、最終的に得られる導電性の微結晶層１８（図２Ｂ）に対し十分な導電性を与えるような厚みを有する場合がある。非限定的な例として、金属材料／層１２は、約１０ｎｍから約１００ｎｍの範囲の厚みを有する場合がある。
微結晶材料／層２０は、金属材料／層１２の少なくとも一部の上に形成される。微結晶材料／層２０は、微結晶シリコン、微結晶ゲルマニウム、又はそれらの合金から形成される場合がある。微結晶材料／層２０は、ドーピングされない場合もあれば、ｐ型導電性又はｎ型導電性を有するように軽くドーピングされる場合もあるものと考えられる。一般に（後で詳しく説明するように）、微結晶材料／層２０は、金属材料／層１２と反応し、高導電性の微結晶層１８（その非限定的な例としては、ケイ化物又はゲルマニウム化物（例えば、ケイ化プラチナ、及び／又はゲルマニウム化プラチナ）が挙げられる）を形成する。この反応の結果、未ドープの、又は軽くドープされた微結晶材料／層２０はいずれも、高い導電性を有するものとなる。
微結晶材料／層２０は、任意の適当な技術（例えば、プラズマ拡張化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ））を使用して形成することができ、任意の所望の厚み（一般的には、約１０ｎｍから約１００００ｎｍの範囲）で形成することができる。もし、未ドープの微結晶材料／層２０の厚み全体を高導電性の微結晶に変換したい場合、材料／層２０の厚みは、比較的薄いものとされる場合がある。一実施形態において、金属材料／層１２の厚みは、約１０ｎｍから約１０００ｎｍの範囲とされ、微結晶材料／層２０の厚みは、約１０ｎｍから約１００００ｎｍの範囲とされる。材料／層１２、２０のそれぞれの厚みは、少なくとも、微結晶材料／層２０が軽くドーピングされているかそれとも未ドープであるか、最終的に得られる微結晶層１８がどの程度の導電性を有することが望ましいか、又はそれらの組み合わせに少なくとも一部基いて変えることができる。一つの非限定的な例として、金属材料／層１２は、約１００ｎｍの厚みを有し、微結晶材料／層２０は、約５００ｎｍの厚みを有する場合がある。
図２（Ａ）に示すように、微結晶材料／層２０の一つの上に、触媒ナノ粒子２２が形成される場合がある。一実施形態において、触媒ナノ粒子２２は、材料（複数の場合もあり）を堆積させる（微結晶材料／層２０の上に）ことによって形成され、その後材料は、（例えば、熱にさらされたときに）触媒ナノ粒子２２を形成する。さらに別の実施形態では、事前形成された触媒ナノ粒子２２が、微結晶材料／層２０上に堆積される場合がある。いずれの実施形態においても、適当な堆積プロセスとして、限定はしないが、例えば、物理的堆積プロセス、溶液堆積プロセス、化学的堆積プロセス、電気化学的堆積プロセス、及び／又はそれらの組み合わせが挙げられる。
適当な触媒ナノ粒子材料の非限定的な例としては、金、チタニウム、プラチナ、パラジウム、ガリウム、ニッケル、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
ナノワイヤ１６の成長は、触媒ナノ粒子２２、及び前駆体ガスによって開始される。この実施形態では、ナノワイヤ１６の成長条件（例えば、温度）が、金属材料／層１２と微結晶材料／層２０の間の反応を開始するのに適した条件に設定され、それによって、高導電性の微結晶層１８が形成される。この実施形態では、金属材料／層１２の厚みは、微結晶材料／層２０を高導電性の微結晶層１８に完全に変換するのに十分である。金属材料／層１２は微結晶材料／層２０と結合し、最終的に生成される微結晶層１８は、金属からの電子によって、高い導電性を有するものとなる。したがって、高導電性の微結晶層１８は一般に、ｎ型導電性を有するようにドーピングされる。
最終的に得られる高導電性の微結晶層１８の組成は、使用される金属、及び微結晶に少なくとも一部基いて変わることがあり、また、材料／層１２、２０の厚みによっても変わる場合もある。非限定的な例として、高導電性の微結晶層１８は、ケイ化物であってもゲルマニウム化物であってもよく、あるいはケイ化物とゲルマニウム化物の組み合わせであってもよい。
図２Ｂに示す実施形態では、こうしたナノワイヤ成長条件により高導電性の微結晶層１８が形成された後、ナノワイヤ１６の成長は、１つの高導電性の微結晶層１８表面から開始され、他の高導電性の微結晶層１８表面との接続が形成される。高導電性の微結晶層１８から成長が開始される限り、ナノワイヤ端部の一方は、別の表面（すなわち、高導電性の微結晶層１８の表面以外）に取り付けられる場合もあると考えられる。１つのナノワイヤ端部を取り付けることが可能な表面の非限定的な例としては、高導電性の微結晶層１８、導電性酸化物層、石英層、又はそれらの層が挙げられる。１つの非限定的な例として、ナノワイヤ１６を取り付けることが可能なピーク上には、高導電性の微結晶層１８の代わりに、導電性酸化物の層が形成される場合がある。
ナノワイヤ１６の成長に従って、その所定の幾つかの領域に、ナノワイヤ部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの１以上に対し異なる導電性タイプを与えることが可能なドーパントがドーピングされる。ドーパントは、前駆体ガスとともに注入される。一般に、部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの少なくとも２つが、双極性ナノワイヤ１６を形成するために、異なる型にドーピングされる。部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの少なくとも１つは、ｐ型又はｎ型にドーピングされ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうちの少なくとも１つの他の部分は、ｎ形型又はｐ型以外にドーピングされる。非限定的な例として、ナノワイヤ１６は、２つの異なるドーピング部分Ｓ１、Ｓ２（例えば、図４（Ｄ）参照）を有し、それにって、ｐ−ｎ又はｎ−ｐナノワイヤ１６を形成する場合がある。前述のように、ナノワイヤ１６は、複数のｐ型部分、及びｎ型部分（図示せず）を有するように成長される場合もあれば、未ドープの内部半導体領域（例えば、図２（Ｂ）、及び図３（Ｃ）参照）を有するように成長される場合もある。
一般に、ナノワイヤ部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、半導体材料から選択される。そのような材料の非限定的な例としては、ケイ素、ゲルマニウム、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム等、又はそれらの合金、あるいはそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、ＩＶ族半導体にｐ型導電性を与えるためのドーパントとしては、限定はしないが、ホウ素、その他の元素、あるいはそれらの組み合わせが挙げられ、ＩＶ族半導体にｎ型導電性を与えるためのドーパントとしては、限定はしないが、例えば、リン、ヒ素、アンチモン、その他同様の元素、又はそれらの組み合わせが挙げられる。III族〜Ｖ族の材料の場合、異なるドーパント、例えば、ケイ素、炭素、亜鉛等、又はそれらの組み合わせが適する場合がある。
第１部分Ｓ１は、所望の長さに達するまで成長される。一般に、第１部分Ｓ１は、当該第１部分が成長する基礎となる表面との間に所望のオーム接触が形成されるようにドーピングされる。
本方法は、第１部分Ｓ１を所望の長さまで成長させた後、ドーパント濃度を変更し、又は除去し、第１部分Ｓ１の端部に第２部分Ｓ２を形成するステップを含む。図２Ｂの実施形態において、第２部分Ｓ２は、未ドープの内部半導体領域である。この部分Ｓ２は一般に、前駆体ガスからドーパント（複数の場合もあり）を除去し、ナノワイヤ１６の成長を継続することによって形成される。
３以上の部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を含むナノワイヤ１６の場合、本方法は、第２部分Ｓ２を所望の長さまで成長させた後、ドーパント濃度を変更し、又は他のドーパント濃度で再注入し、第２部分Ｓ２の端部に第３部分Ｓ３を形成するステップを含む。図２Ｂに示した実施形態において、第３部分Ｓ３は、第１部分Ｓ１の導電性タイプとは異なる導電性タイプを有するものとなるようにドーピングされる。一般に、第３部分Ｓ３は、当該第３部分が取り付けられる基礎となる表面との間に所望のオーム接触が形成されるようにドーピングされる。
部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のラベル（すなわち、第１、第２、第３）は、単に例示の目的で使用されたものであり、いずれかの特定のナノワイヤ１６をいずれかの特定部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の向きに制限するためのものではない。例えば、場合によっては、第３部分Ｓ３は、未ドープの内部半導体領域とされ、したがって、２つの他のナノワイヤ部分Ｓ１、Ｓ２の間に配置される場合がある。
図２Ｂにおいて、最終的に得られるナノワイヤ１６は、金属材料／層１２の隣りのピーク上に形成された他の高導電性の微結晶層１８に接続される。図２Ｂに示したナノワイヤは、ピーク間に実質的に水平な向きに配置されるように描かれているが、ナノワイヤ（複数の場合もあり）１６は、ある表面から別の表面へと比較的不規則に成長するものと考えられる。したがって、ナノワイヤ１６の向きは、少なくとも、形成されるデバイス１０のタイプ、及び当該ナノワイヤ１６が成長する基礎となる高導電性の微結晶層（場合によっては、不規則な向きの微結晶を含む）の表面の向きに応じて、水平になる場合、垂直になる場合、何らかの不規則な角度になる場合がある。
次に、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照すると、デバイス１０’（図３（Ｃ）に示したもの）の他の実施形態を形成する一実施形態が示されている。この実施形態では、微結晶材料／層２０は、基板１４の少なくとも一部の上に形成され、金属材料／層１２は、微結晶材料／層２０の少なくとも一部の上に形成される。そのような材料／層１２、２０、又は基板１４に使用される上記の材料、及び方法は、本明細書に開示する実施形態のいずれにおいても使用することができる。
図３（Ａ）に示されているように、微結晶材料／層２０は、ギャップ２４を有するように構成され、ナノワイヤ１６は、ギャップ２４をまたいで延在するように成長される場合がある。微結晶材料／層２０は、図２（Ａ）、及び（Ｂ）に示した金属材料／層１２のピーク構成のように、任意の所望の形で基板１４上に形成される場合がある。一般に、微結晶材料／層２０、及び金属材料／層１２の構成は、少なくとも、ナノワイヤ１６の所望の位置に応じて決まる。
金属材料／層１２が微結晶材料／層２０の上に形成される場合、本方法は、ナノワイヤ１６を形成する前にアニーリングするステップ、及び触媒ナノ粒子２２を形成するステップをさらに含むものと考えられる。アニーリングにより、金属材料／層１２と、基礎となる微結晶材料／層２０の一部との間の反応が開始される。この反応の結果、微結晶材料／層２０の表面から微結晶材料／層２０の一部へと延びる高導電性の微結晶層１８が形成される。アニーリング温度は、少なくとも、金属材料／層１２の厚みに応じて決まる。非限定的な例として、アニーリング温度は、約３５０℃から約５５０℃の範囲とされる場合がある。
金属材料／層１２と反応する微結晶材料／層２０の量は、少なくとも、金属材料／層１２の厚みに応じて決まる。もし、未ドープの微結晶材料／層２０を使用し、材料／層２０の一部が未ドープのまま残され、又は反応後に軽くドーピングされる場合、残りの未ドープ／軽くドープされた部分は、所望の高い導電性を示すようにドーピングされる場合がある。これについては、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して以下で詳しく説明される。
図３（Ｂ）に示すように、高導電性の微結晶層１８が形成された後、その上に、触媒ナノ粒子２２が形成される場合がある。その後、触媒ナノ粒子２２、及び前駆体ガスによって、ナノワイヤ１６の成長が開始される。
図３（Ｃ）は、最終的に得られるナノワイヤ１６を示している。図示のように、この実施形態では、ナノワイヤ１６は、２つの高導電性の微結晶層１８表面に取り付けられる。前述のように、ナノワイヤ端部の一方は、異なる表面（すなわち、高導電性の微結晶層１８の表面以外）に取り付けられる場合があるものと考えられる。
ナノワイヤ１６の成長に従って、その所定の幾つかの領域に、ナノワイヤ部分Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３のうちの１以上に対し異なる導電性タイプを与えることが可能なドーパントがドーピングされる。この実施形態では、ナノワイヤ１６は、第１の導電性タイプを有するようにドープされた部分Ｓ１と、未ドープの内部半導体の部分Ｓ２と、第１の導電性タイプとは異なる第２の導電性タイプを有するようにドープされた部分Ｓ３とを有する。第１、及び第２の導電性タイプは、ｐ型、及びｎ型から選択されるものと考えられる。したがって、図３（Ｃ）に示した実施形態は、ｐ−ｉ−ｎ又はｎ−ｉ−ｐナノワイヤ１６である。前述のように、それぞれの部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は任意の所望の長さまで成長される場合がある。図２（Ａ）、及び（Ｂ）を参照して上で述べたように、未ドープの内部半導体部分Ｓ２の成長中に、ドーパント（ｓ）は、前駆体ガスから除去され、ナノワイヤ１６は、他のドーパントを注入する前に、所定の時間だけ成長することが許される。
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、デバイス１０’’（図４（Ｄ）参照）の他の実施形態を形成する方法のさらに別の実施形態を示している。この実施形態では、微結晶材料／層２０は未ドープであり、金属材料／層１２の少なくとも一部の上に形成される。図４（Ａ）には示されていないが、基板１４上には、前述のように、金属材料／層１２が形成される場合がある。
材料／層１２、２０は、アニーリングを受ける。この実施形態では、未ドープの微結晶材料／層２０は、アニーリングされたときに、未ドープの微結晶材料／層２０の一部が未ドープのまま残り、すなわち、軽くドープされた微結晶部分２６となり、未ドープの微結晶材料／層２０の他の部分が、金属材料／層１２と反応し、高導電性の微結晶層１８を形成するような厚みを有する。一般に、金属材料／層１２が、未ドープの微結晶材料／層２０の全部と反応するだけの十分な厚みを持たない場合、未ドープ、又は軽くドープされた微結晶部分２６は、アニーリング後にも残る。金属材料／層１２と未ドープの微結晶材料／層２０の間の反応は、２つの材料／層１２、２０の間の境界で発生することから、金属材料／層１２の直ぐ隣りにある未ドープの微結晶材料／層２０の部分は、高導電性の微結晶層１８に変換される。したがって、未ドープの微結晶材料／層２０が厚すぎ、及び／又は金属材料／層１２が薄すぎる場合、反応は、未ドープの微結晶材料／層２０の厚み全体よりも短い距離しか進行せず、少なくとも未ドープの微結晶材料／層２０の表面は、未ドープの状態に留まり、又は軽くドーピングされることになる。
ナノワイヤ１６は、高導電性の表面から成長させることが望ましいので、本方法のこの実施形態は、未ドープの、又は軽くドープされた微結晶部分２６をドーピングし、Ｐ型導電性、又はｎ型導電性を与えることをさらに含む。図４（Ｃ）において、ドープされた微結晶部分には、符号２８が付されている。部分２６をさらにドーピングすることにより、抵抗値の上昇（未ドープの領域、又は軽くドープされた部分２６による）は最小限に抑えられ、又は抑制される。使用されるドーパントは、少なくとも、ドープされた微結晶部分２８に接触することになるナノワイヤ１６の部分Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の導電性タイプによって決まる。
本方法のこの実施形態によれば、ナノワイヤ成長表面は導電性とされたが、この実施形態の高導電性の成長表面は、１）金属材料／層１２と未ドープの微結晶層２０（すなわち、高導電性の微結晶層１８）との間の反応の結果である部分と、２）所望の導電性タイプを有するようにドープされたもう１つの部分とを含むものと考えられる。
成長が完全に終わった後、表面は、ある形の高導電性の微結晶材料から構成され、触媒ナノ粒子２２が形成され、ナノワイヤ１６成長が、前述のように開始される場合がある。図４（Ｄ）は、本方法のこの実施形態により形成されたデバイス１０’’の一実施形態を示している。図示のように、ナノワイヤ１６は、成長中に２回ドーピングされ、その結果、異なる導電性タイプ（すなわち、ｐ−ｎナノワイヤ、又はｎ−ｐなのワイヤ）を有する２つの部分Ｓ１、Ｓ２が得られる。
デバイス１０’’’の更に別の実施形態を形成する方法のさらに別の実施形態を、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す。この実施形態では、高導電性の微結晶層１８ともう１つの層３０との間に、複数のナノワイヤ１６が、若干垂直に近い方向で不規則に成長される。
上に開示した実施形態はいずれも、複数のナノワイヤ１６を備えることができるものと考えられる。
図５（Ａ）は、既に形成された高導電性の微結晶層１８、及び既に成長された複数のナノワイヤ１６を示している。層１８、及びナノワイヤ１６は、上に開示した種々の実施形態のいずれを使用して形成、又は成長させてもよいものと考えられる。この実施形態では、金属材料／層１２は、基板１４上に形成され、未ドープの微結晶材料／層２０（図示せず）は最初に、金属材料／層１２の上に形成される。
図５（Ａ）に示すように、金属材料／層１２は、導電性酸化物層３２が形成された基板１４の上に形成される。そのような導電性酸化物層３２の非限定的な一例は、インジウムスズ酸化物である。本明細書に開示する実施形態はいずれも、そのような導電性酸化物層３２を有する場合がある。
本方法のこの実施形態において、材料３４は、ナノワイヤ１６の間に形成される。材料３４は、ナノワイヤ１６（図５（Ｂ）に示すような）を覆うように形成される場合がある。ただし、実施形態によっては、材料３４は、ナノワイヤ１６が材料３４を通して延在し、それによって反射防止表面が形成されるように形成されることが望ましい場合がある。そのような材料３４の非限定的な例としては、限定はしないが、例えば、フッ化カルシウム、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、スピンオンガラス、及び／又はそれらの組み合わせが挙げられる。そのような材料３４は、スパッタリング、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、蒸着、液滴及び回転（例えば、スピンオンガラス）、及び／又は同様の技術によって形成される場合がある。材料３４は、ナノワイヤ１６に対し、パッシベーション層としての働きもする場合がある。
ナノワイヤ１６を覆うように材料３４が形成されるとき、次に、材料３４を背面からエッチングし（例えば、化学機械平坦化（ＣＭＰ）によって）、各ナノワイヤ１６の部分Ｓ１が露出されるようにすることが望ましい場合がある。この実施形態では、ナノワイヤ１６は、材料３４の表面Ｓに対して実質的に平面状にされる場合もあれば（図５（Ｃ）参照）、表面Ｓに対して実質的に平面状にされない場合もある。その後、必要に応じて他の層３０が、材料３４、及び露出されたナノワイヤ部分Ｓ１の上に形成される場合がある。他の層３０の非限定的な例としては、高導電性の微結晶層１８（例えば、本明細書に開示した方法により形成される）、導電性酸化物層、金属オーム層、又はそれらの層が挙げられる。また、他の層３０は、さらに別の基板（図示せず）にも取り付けられる場合があるものと考えられる。
複数の実施形態を詳細に説明したが、当業者には、開示した実施形態に変更を加えることも可能であることは、明らかであろう。したがって、上記の説明は、制限としてではなく、例示として捉えるべきものである。

Claims (15)

  1. 微結晶材料、及び金属を含む高導電性の微結晶層（１８）と、
    一端が前記高導電性の微結晶層（１８）に取り付けられた双極性ナノワイヤ（１６）と、
    前記双極性ナノワイヤ（１６）の他端に取り付けられたもう１つの層（１８，３０と
    を含むナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  2. 前記双極性ナノワイヤ（１６）は、前記高導電性の微結晶層（１６）と、前記もう１つの層（１８，３０）との間に、不規則な向きで配置される、請求項１に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  3. 前記双極性ナノワイヤ（１６）は、第１の導電性タイプを有する第１部分（Ｓ１）と、前記第１の導電性タイプとは異なる第２の導電性タイプを有する第２部分（Ｓ３）とを含む、請求項１又は請求項２に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  4. 前記双極性ナノワイヤ（１６）は、前記第１部分と前記第２部分（Ｓ１，Ｓ３）の間に配置された第３部分（Ｓ２）をさらに含み、前記第３部分（Ｓ２）は、未ドープの内部半導体領域である、請求項３に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  5. 前記高導電性の微結晶層（１８）と前記もう１つの層（１８，３０）との間に配置された複数の双極性ナノワイヤ（１６）をさらに含み、前記複数の双極性ナノワイヤ（１６）のそれぞれが、第１の導電性タイプを有する第１部分（Ｓ１）と、前記第１の導電性タイプとは異なる第２の導電性タイプを有する第２部分（Ｓ３）とを含む、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  6. 隣り合う双極性ナノワイヤ（１６）間に形成された材料（３４）をさらに含み、前記材料（３４）は、フッ化カルシウム、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、スピンオンガラス、及びそれらの組み合わせから選択される、請求項５に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  7. 基板（１４）上に高導電性の微結晶層（１８）が形成されたものと、
    前記高導電性の微結晶層（１８）と、前記基板（１４）との間に形成された導電性酸化物層（３２）と
    をさらに含む、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  8. 前記双極性ナノワイヤ（１６）の前記第１部分と前記第２部分（Ｓ１，Ｓ３）の間に形成された量子井戸をさらに含む、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  9. 前記高導電性の微結晶層（１８）は、ケイ化物、ゲルマニウム化物、又はケイ素とゲルマニウムの合金を含む、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  10. 前記高導電性の微結晶層（１８）は、約１μオーム／ｃｍから約１００μオーム／ｃｍの範囲の抵抗値を有する、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）。
  11. ナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）を作成する方法であって、
    高導電性の微結晶層（１８）を形成するステップと、
    双極性ナノワイヤ（１６）の一端が前記高導電性の微結晶層（１８）に取り付けられ、当該双極性ナノワイヤ（１６）の他端がもう１つの層（１８，３０）に取り付けられるように、双極性ナノワイヤ（１６）を成長させるステップと
    を含む方法。
  12. 前記高導電性の微結晶層（１８）から複数の双極性ナノワイヤ（１６）を成長させるステップと、
    隣り合う双極性ナノワイヤ（１６）の間、及び前記複数の双極性ナノワイヤ（１６）のそれぞれの他端に、材料（３４）を形成するステップと、
    前記複数の双極性ナノワイヤ（１６）のそれぞれの露出された端部に前記もう１つの層（１８，３０）が取り付けられるように、前記もう１つの層（１８，３０）を形成するステップと
    をさらに含む、請求項１１に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）を作成する方法。
  13. 前記成長は、
    前記高導電性の微結晶層の上に触媒ナノ粒子（２２）を形成し、
    前記触媒ナノ粒子（２２）を第１のドープガスにさらすことにより、前記双極性ナノワイヤ（１６）の成長を開始し、第１の導電性タイプを有する前記双極性ナノワイヤ（１６）の第１部分（Ｓ１）を形成し、
    成長するナノワイヤを前記第１のドープガスとは異なる第２のドープガスにさらすことにより、前記第１の導電性タイプとは異なる第２の導電性タイプを有する前記双極性ナノワイヤ（１６）の第２部分（Ｓ３）を形成する
    ことによって達成される請求項１１又は請求項１２に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）を作成する方法。
  14. 前記高導電性の微結晶層（１８）を形成するステップは、
    基板（１４）上に金属層（１２）を形成するステップと、
    前記金属層（１２）の上に、未ドープの微結晶層（２０）を形成するステップと、
    ｉ）前記未ドープの微結晶層（２０）の部分が未ドープのまま残され、又は軽くドープされた微結晶部分（２６）となり、かつii）前記未ドープの微結晶層（２０）の他の部分が前記金属層（１２）と反応し、前記高導電性の微結晶層（１８）を形成するように、前記層（１２，２０）をアニールするステップと、
    前記未ドープの、又は軽くドープされた微結晶部分（２６）をドーピングし、ｐ型導電性、又はｎ型導電性を与えるステップと
    を含む、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）を作成する方法。
  15. 前記高導電性の微結晶層（１８）を形成するステップは、
    未ドープ又は軽くドープされた微結晶層（２０）を基板（１４）上に形成するステップと、
    前記未ドープ又は軽くドープされた微結晶層（２０）上に金属層（１２）を形成するステップと、
    前記層（１２，２０）をアニールし、高導電性の微結晶層（１８）を形成するステップと
    を含む、請求項１１〜１３のうちいずれか一項に記載のナノ構造（１０、１０’、１０’’、１０’’’）を作成する方法。
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