ナノワイヤデバイスの製造方法
【課題】半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができるナノワイヤデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填してナノワイヤ状半導体２を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。半導体基板６から、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離して、ナノワイヤ状半導体アレイ９，１０，１１，１３，１４，１５を形成する。ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離は、充填剤５上に支持基板８を形成した後、外力により行う。又は、充填剤５の熱収縮応力によりナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離した後、充填剤５上に支持基板８を形成する。
【解決手段】半導体基板１の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填してナノワイヤ状半導体２を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。半導体基板６から、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離して、ナノワイヤ状半導体アレイ９，１０，１１，１３，１４，１５を形成する。ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離は、充填剤５上に支持基板８を形成した後、外力により行う。又は、充填剤５の熱収縮応力によりナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離した後、充填剤５上に支持基板８を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の表面に、結晶を略垂直にエピタキシャル成長させることにより複数のナノワイヤ状半導体を形成したナノワイヤ状半導体アレイが知られている（例えば非特許文献１参照）。前記ナノワイヤ状半導体アレイは、太陽電池、発光デバイス、トランジスタ、各種センサ等のデバイスとしての応用が検討されている。尚、本願では、前記ナノワイヤ状半導体アレイを備えるデバイスを、「ナノワイヤデバイス」と記載する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】本久順一、福井孝志、「半導体ナノワイヤとナノデバイス応用」、応用物理、第７５巻、第３号、２００６、ｐｐ．２９６−３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のナノワイヤデバイスは、製造の際に半導体基板の表面にナノワイヤ状半導体を形成するので、該半導体基板がそのまま支持基板となり、半導体の接合や商品設計の面で制約を受けるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、かかる不都合を解消して、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができるナノワイヤデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第１の態様は、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の該半導体基板と反対側の面に支持基板を形成する工程と、該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び該支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、まず、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて形成した複数のナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する。次に、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に支持基板を形成し、該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する。
【０００８】
この結果、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び前記支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成することができ、該ナノワイヤ状半導体アレイをナノワイヤデバイスとして用いることができる。本発明の第１の態様により得られるナノワイヤデバイスは、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に前記半導体基板とは異なる支持基板を形成するので、該支持基板として所望の材料を用いることができ、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができる。
【０００９】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第１の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成する工程と、該電極上に前記支持基板を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１０】
このようにすることにより、本発明の第１の態様では、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体と前記支持基板との間に、所望の材料からなる電極を介在させることができる。
【００１１】
一方、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、該充填剤を熱収縮させ、該半導体基板から、該充填剤の熱収縮応力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、まず、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて形成した複数のナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する。次に、充填剤を熱収縮させ、前記半導体基板から、前記充填剤の熱収縮応力により前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する。
【００１３】
この結果、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体からなるナノワイヤ状半導体アレイを形成することができ、該ナノワイヤ状半導体アレイをナノワイヤデバイスとして用いることができる。本発明の第２の態様によれば、前記充填剤の熱収縮応力により前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離するので、該充填剤を熱収縮させればよく、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に外力を加える必要がない。従って、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１５】
このようにすることにより、本発明の第２の態様では、前記充填剤を熱収縮させて前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する際に、前記熱収縮性材料層も熱収縮させることができる。従って、前記充填剤の熱収縮応力に加えて、前記熱収縮性材料層の熱収縮応力も作用させることができ、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をより容易に行うことができる。
【００１６】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成し、該電極を備えるナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１７】
このようにすることにより、本発明の第２の態様では、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に、所望の材料からなる電極を設けることができる。前記電極は、熱収縮性材料からなるものであってもよく、この場合には、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に前記熱収縮性材料層を形成するときと同一の効果を奏することができる。
【００１８】
一方、前記電極が熱収縮性材料ではない場合には、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、該電極上に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることが好ましい。このようにすることにより、本発明の第２の態様では、熱収縮性材料ではない電極を形成する場合にも、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に前記熱収縮性材料層を形成するときと同一の効果を奏することができる。
【００１９】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体アレイの最外層に支持基板を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の第２の態様により得られるナノワイヤデバイスは、前記支持基板を形成することにより、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に前記半導体基板とは異なる支持基板を形成することができる。従って、前記支持基板として所望の材料を用いることができ、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができる。
【００２１】
前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板から剥離される面の反対側に設けられてもよく、該半導体基板から剥離される面に設けられてもよい。
【００２２】
また、前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体が前記熱収縮性材料層のみ、または前記電極と該熱収縮性材料層とを備える場合には、該熱収縮性材料層上に設けられてもよい。さらに、前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体が前記電極のみを備える場合には、該電極上に設けられてもよい。
【００２３】
本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれかの態様において、前記半導体基板の表面に、該半導体基板と異なる材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることが好ましい。このようにすることにより、前記半導体基板と前記ナノワイヤ状半導体とはヘテロ接合されることとなり、両者の間に歪みが形成されるので、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００２４】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれか態様においても、前記半導体基板の表面の一部を非晶質膜で被覆し、該非晶質膜から露出している該半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることにより、前記ナノワイヤ状半導体を形成することができる。
【００２５】
この場合、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記非晶質膜から露出している前記半導体基板の表面の径を前記ナノワイヤ状半導体の径よりも小径とすることが好ましい。このようにすることにより、前記半導体基板と前記ナノワイヤ状半導体との間に歪みが形成されるので、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００２６】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記半導体基板の表面に触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることによっても、前記ナノワイヤ状半導体を形成することができる。
【００２７】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれかの態様において、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離した前記半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成することが好ましい。このようにすることにより、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法では、前記半導体基板を再利用することができる。
【００２８】
前記半導体基板の再利用は、該半導体基板自体が高価である場合、又は該半導体基板のの表面の一部を前記非晶質膜で被覆するような繁雑な処理を必要とする場合に特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法の第１の形態を示す説明的断面図。
【図２】図１に示す半導体基板の構成を示す平面図。
【図３】図２に対応する半導体基板の走査型電子顕微鏡写真。
【図４】半導体基板に形成されたナノワイヤ状半導体の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】半導体基板から剥離されたナノワイヤ状半導体アレイの走査型電子顕微鏡写真。
【図６】ナノワイヤ状半導体アレイが剥離された後の半導体基板の走査型電子顕微鏡写真。
【図７】再利用された半導体基板に形成されたナノワイヤ状半導体の走査型電子顕微鏡写真。
【図８】本発明の製造方法の第２の形態を示す説明的断面図。
【図９】本発明の製造方法の第３の形態を示す説明的断面図。
【図１０】本発明の製造方法の第４の形態を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００３３】
半導体基板１としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、ＺｎＳｅ等の半導体からなるものを用いることができる。
【００３４】
半導体基板１は、図２に示すように、三角格子状に配列された円形孔３を備える非晶質膜４により表面の一部が被覆されており、円形孔３から半導体基板１の表面が露出している。図１（ａ）に示すナノワイヤ状半導体２は、円形孔３に形成されている。
【００３５】
ナノワイヤ状半導体２は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を洗浄し、ＳｉＯ２ターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１表面に非晶質ＳｉＯ２膜４を約２０ｎｍの厚さに成膜する。
【００３６】
次に、非晶質ＳｉＯ２膜４上にポジレジストを塗布し、電子ビーム描画装置にＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１をセットし、該ポジレジストにパターンを描画する。前記パターンは、例えば図２に示すように、直径１００ｎｍの円形孔３を４００ｎｍピッチで三角格子状に配列させたものとする。
【００３７】
前記描画後、レジストを現像して、１０％−ＢＨＦ溶液にＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を浸漬し、円形孔３のＳｉＯ２をエッチング除去する。そして、前記エッチング後、前記レジストを除去する。得られたＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１の図２に対応する走査型電子顕微鏡写真（５００００倍）を図３に示す。
【００３８】
次に、非晶質ＳｉＯ２膜４が形成されたＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１をＭＯＶＰＥ装置にセットし、チャンバーを真空排気した後にＨ２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍで安定するように流量と排気速度を調整する。次に、ＴＢＰ（tertialybutylphosphine）とキャリアガス（Ｈ２）との混合ガス（全圧：０．１ａｔｍ、ＴＢＰ分圧：１．１×１０−４ａｔｍ）を流しながら、基板温度が６６０℃になるまで昇温する。
【００３９】
次に、基板温度が６６０℃に達した後、流通ガスをＴＭＩ（trimetylindium）とＴＢＰとキャリアガスとの混合ガスに切替え、該混合ガスを反応室に導入し、ナノワイヤ状のＩｎＰ半導体２をエピタキシャル成長させる。全圧は０．１ａｔｍのままとし、ＴＭＩの分圧が４．４×１０−６ａｔｍ、ＴＢＰの分圧が５．５×１０−５ａｔｍになるように各有機金属ガスの流量を調整する。
【００４０】
２０分後に流通ガスをＴＢＰとキャリアガスとの混合ガス（全圧：０．１ａｔｍ、ＴＢＰ分圧：１．１×１０−４ａｔｍ）に切替え、ｐ型ＩｎＰ半導体２のエピタキシャル成長を終了する。次に、ＴＢＰとキャリアガスとの混合ガスを流通したまま冷却し、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を取り出す。
【００４１】
ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１に形成されたナノワイヤ状半導体２の走査型電子顕微鏡写真（３００００倍）を図４に示す。このようにして形成されたナノワイヤ状半導体２は、例えば、高さ３０００ｎｍ、直径１８０ｎｍとなっている。
【００４２】
次に、図１（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、例えば、ＢＣＢ樹脂（ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂、ダウ・ケミカル社製、商品名：シクロテン３０２２−３５）、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｓｉ−Ｈ含有ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、メチル基含有ＳｉＯ２、ポリイミド系高分子膜、パラキシリレン系高分子膜、フッ素ドープ非晶質カーボン、芳香族炭化水素系高分子、ポリアリルエーテル系材料、シリカガラス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドアミド、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリイソブチレン等を用いることができる。
【００４３】
充填剤５として、前記ＢＣＢ樹脂を用いる場合には、例えばスピンコートで塗布することによりナノワイヤ状半導体２の間隙に充填した後、不活性ガス雰囲気下、例えば２５０℃の温度で１時間アニール処理を行うことにより硬化させることができる。
【００４４】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１と反対側の充填剤５の一部を除去してナノワイヤ状半導体２の先端を露出させる。充填剤５の一部の除去は、例えば、充填剤５が前記ＢＣＢ樹脂である場合、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって、過剰に塗布されたＢＣＢ樹脂をエッチングすることにより行うことができる。この結果、ナノワイヤ状半導体２の先端を、例えば、１５０ｎｍだけ露出させる。
【００４５】
次に、図１（ｄ）に示すように、露出されたナノワイヤ状半導体２の先端に接続される電極７を形成する。電極７は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。ＩＴＯからなる電極７は、例えば、ＩＴＯターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、製膜することができる。
【００４６】
次に、図１（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に形成されている電極７上に支持基板８を形成する。支持基板８としては、ＳｉＯ２、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＳｂ等からなるものを用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて電極７に接着することにより、電極７上に形成することができる。
【００４７】
次に、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１とナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６とに、互いに離間させる方向に作用する外力を印加し、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する。この結果、図１（ｆ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８との間に電極７が介在されているナノワイヤ状半導体アレイ９を得ることができる。
【００４８】
得られたナノワイヤ状半導体アレイ９の走査型電子顕微鏡写真を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は１５０００倍であり、図５（ｂ）は５００００倍である。尚、図５（ａ）に電極７をＩＴＯ層として示す。
【００４９】
次に、ナノワイヤ状半導体アレイ９が剥離された半導体基板１を超音波洗浄する。前記超音波洗浄は、汎用の超音波洗浄装置であればどのようなものを用いて行ってもよいが、例えば２０〜１００ｋＨｚの範囲の周波数で、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２の強度のものを用いることができる。前記超音波洗浄は、前記範囲の周波数及び強度で、ブタノール中で２０分間、イソプロパノール中で１０分間、エタノール中で１０分間、この順に洗浄した後、さらに超純水中で２０分間行うことができる。
【００５０】
ナノワイヤ状半導体アレイ９が剥離され、前記超音波洗浄により洗浄された後の半導体基板１の走査型電子顕微鏡写真を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）は７００００倍であり、図６（ｂ）は２０００００倍である。
【００５１】
前記のようにして超音波洗浄された半導体基板１は、ナノワイヤ状半導体２の形成に再利用することができる。次に、前記超音波洗浄後の半導体基板１に、前述の方法と全く同一にして形成されたナノワイヤ状半導体２の走査型電子顕微鏡写真（３００００倍）を図７に示す。図７から、再利用の半導体基板１に形成されたナノワイヤ状半導体２は、バージンの半導体基板１に形成された図４に示すナノワイヤ状半導体２に対し何ら遜色が無く、半導体基板１は、再利用に供することが可能であることが明らかである。
【００５２】
図１に示す第１の実施形態の製造方法では、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す工程を省略し、図１（ｂ）に示すナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に、支持基板８を直接形成するようにしてもよい。この場合には、図１（ｇ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１０を得ることができる。
【００５３】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００５４】
図８（ａ）に示すように、本発明の第２の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００５５】
半導体基板１としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等の半導体からなるものを用いることができる。前記半導体は、２．６〜６．７ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数を備えている。
【００５６】
ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。尚、ＩｎＰは４．５ｐｐｍ／℃の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。
【００５７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。
【００５８】
充填剤５としては、例えば、ＢＣＢ樹脂（ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂、ダウ・ケミカル社製、商品名：シクロテン３０２２−３５）、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｓｉ−Ｈ含有ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、メチル基含有ＳｉＯ２、ポリイミド系高分子膜、パラキシリレン系高分子膜、テトラフルオロエチレン系高分子膜、フッ素ドープ非晶質カーボン、芳香族炭化水素系高分子、ポリアリルエーテル系材料、シリカガラス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドアミド等を用いることができる。
【００５９】
充填剤５として、前記ＢＣＢ樹脂を用いる場合には、例えばスピンコートで塗布することによりナノワイヤ状半導体２の間隙に充填した後、不活性ガス雰囲気下、例えば２５０℃の温度で１時間アニール処理を行うことにより硬化させることができる。尚、前記ＢＣＢ樹脂は、５２．０ｐｐｍ／℃の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。
【００６０】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５を熱収縮させる。このようにすると、充填剤５としての前記ＢＣＢ樹脂は、半導体基板１としてのＩｎＰよりも線膨張係数（熱収縮率）が大きいので、図８（ｃ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が剥離される。
【００６１】
前記充填剤５を熱収縮させる操作は、例えば、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を窒素気流中、４００℃まで加熱し、４００℃の温度に５分間保持した後、室温まで冷却することにより行うことができる。
【００６２】
次に、図８（ｄ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に支持基板８を形成することにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１１を得ることができる。支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて充填剤５に接着することにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６上に形成することができる。
【００６３】
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００６４】
図９（ａ）に示すように、本発明の第３の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００６５】
半導体基板１としては、例えば、図８（ａ）に示す第２の実施形態の場合と同一の半導体からなるものを用いることができ、ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。
【００６６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、図８（ｂ）に示す第２の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。
【００６７】
次に、図９（ｃ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に、熱収縮性材料層１２を形成する。熱収縮性材料層１２としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属からなる被膜として形成することができる。前記金属は、１０〜３１ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。前記熱収縮性材料層１２は前記金属のいずれか１種からなる被膜であってもよく、Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜等の前記金属の２種以上を組み合わせた被膜であってもよい。
【００６８】
Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜からなる熱収縮性材料層１２は、例えば、次のようにして製膜することができる。まず、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって、ナノワイヤ状半導体２の先端を１５０ｎｍだけ露出させたナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を真空蒸着装置に装着する。次に、前記真空蒸着装置の試料室内を真空排気した後、電子ビーム蒸着により、厚さ５００ÅのＴｉ膜を形成し、続いて抵抗加熱蒸着により、厚さ５００ÅのＡｕ膜を形成する。
【００６９】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる。このようにすると、図９（ｄ）に示すように、充填剤５の熱収縮応力に加えて、熱収縮性材料層１２の熱収縮応力が作用するので、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。
【００７０】
前記充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる操作は、例えば、次にようにして行うことができる。まず、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を赤外加熱炉内に設けられたカーボンサセプタ上に配置する。次に、前記赤外加熱炉内を真空排気した後、室温から４００℃まで２分間で昇温し、４００℃の温度に１分間保持した後、室温まで冷却する。このようにすることにより、Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜からなる熱収縮性材料層１２をＴｉ／Ａｕ界面で合金化させ、体積を収縮させることができる。
【００７１】
次に、図９（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に形成されている熱収縮性材料層１２上に支持基板８を形成する。このようにすることにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と熱収縮性材料層１２と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１３を得ることができる。
【００７２】
支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて熱収縮性材料層１２に接着することにより形成することができる。
【００７３】
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００７４】
図１０（ａ）に示すように、本発明の第４の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００７５】
半導体基板１としては、例えば、図８（ａ）に示す第２の実施形態の場合と同一の半導体からなるものを用いることができ、ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。
【００７６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、図８（ｂ）に示す第２の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。
【００７７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、半導体基板１と反対側の充填剤５の一部を除去してナノワイヤ状半導体２の先端を露出させる。充填剤５の一部の除去は、例えば、図１（ｃ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして行うことができる。
【００７８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、露出されたナノワイヤ状半導体２の先端に接続される電極７を形成する。電極７は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。ＩＴＯからなる電極７は、例えば、ＩＴＯターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、製膜することができる。
【００７９】
次に、図１０（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に形成されている電極７上に、熱収縮性材料層１２を形成する。熱収縮性材料層１２としては、図９（ｃ）に示す第３の実施形態の場合と同一の材料を用い、第３の実施形態の場合と同一にして製膜することができる。
【００８０】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる。このようにすると、図１０（ｆ）に示すように、充填剤５の熱収縮応力に加えて、熱収縮性材料層１２の熱収縮応力が作用するので、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。
【００８１】
前記充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる操作は、図９（ｄ）に示す第３の実施形態の場合と同様にして行うことができる。
【００８２】
次に、図１０（ｇ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に形成されている熱収縮性材料層１２上に支持基板８を形成する。このようにすることにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と電極７と熱収縮性材料層１２と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１４を得ることができる。
【００８３】
支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて熱収縮性材料層１２に接着することにより形成することができる。
【００８４】
図１０に示す第４の実施形態の製造方法では、電極７がＩＴＯ等の熱収縮性材料からなる場合には、図１０（ｅ）に示す工程を省略してもよい。この場合には、熱収縮性材料からなる電極７が熱収縮性材料層１２と同様の作用を示し、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。そして、図１０（ｈ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と電極７と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１５を得ることができる。
【００８５】
前記各実施形態の製造方法で得られたナノワイヤ状半導体アレイ９，１０，１１，１３，１４，１５は、いずれもナノワイヤデバイスとして、太陽電池、発光デバイス、トランジスタ、各種センサ等に用いることができる。
【００８６】
尚、前記各実施形態の製造方法では、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、ナノワイヤ状半導体２を形成しているが、ナノワイヤ状半導体２は半導体基板１と異なるからなるものであってもよい。この場合には、半導体基板１とナノワイヤ状半導体２とがヘテロ接合されることとなり、両者の間に歪みが形成されるので、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００８７】
半導体基板１と異なる材料からなる結晶のうち、格子整合系ヘテロ結合を形成するものとしては、次のものを用いることができる。まず、半導体基板１がＧａＡｓである場合には、ＡｌｘＧａ１−ＸＡｓ（０＜ｘ≦１）、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒（１＋ｙ）／２．０８）、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ、Ｇｅ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧａＰである場合には、ＡｌｘＧａ１−ＸＰ（０＜ｘ≦１）等を用いることができ、半導体基板１がＩｎＰである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒０．１８９４ｙ／（０．４１８４−０．０１３ｙ）、Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＺｎＳｅである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒（１．０６＋ｙ）／２．０６）等を用いることができ、半導体基板１がＧａＳｂである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＳｂ１−ｙ（ｙ＝（０．３８３５−０．３８３５ｘ）／０．４２１０＋０．２１６ｘ）等を用いることができる。
【００８８】
さらに、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＮＰＡｓ等の混晶材料を用いて前記格子整合系ヘテロ結合を形成するようにしてもよい。
【００８９】
また、半導体基板１と異なる材料からなる結晶のうち、格子不整合系ヘテロ結合を形成するものとしては、前記格子整合系ヘテロ結合を形成するもの以外の全てのものを用いることができる。例えば、半導体基板１がＧａＡｓである場合には、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ（Ｉｎ≠０．４９）、ＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＩｎＰである場合には、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ（Ｉｎ≠０．４９）、ＩｎＧａＰ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧａＰである場合には、ＩｎＡｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＳｉである場合には、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧｅである場合には、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ等を用いることができる。
【００９０】
また、前記各実施形態の製造方法において、半導体基板１の表面の一部を被覆する非晶質膜４の円形孔３の径をナノワイヤ状半導体２の径よりも小径にしてもよい。この場合には、半導体基板１とナノワイヤ状半導体２との間に、直径の差に由来する歪みが形成されるので、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００９１】
また、前記各実施形態の製造方法では、半導体基板１の表面の一部を被覆する非晶質膜４を形成し、非晶質膜４の円形孔３に露出する半導体基板１の表面に結晶をエピタキシャル成長させることによりナノワイヤ状半導体２を形成している。しかし、半導体基板１の表面に非晶質膜４を形成する代わりに触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させるようにしてもよい。
【００９２】
また、前記各実施形態の製造方法では、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離した半導体基板１の表面にナノワイヤ状半導体２を形成することにより、該半導体基板１を複数回再利用することができる。前記半導体基板１の再利用は、半導体基板１自体がＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等の化合物半導体からなる高価なものである場合、又は半導体基板１の表面を非晶質膜４で被覆し、非晶質膜４にリソグラフィーにより円形孔４を形成するような繁雑な処理を必要とする場合に特に有利である。
【符号の説明】
【００９３】
１…半導体基板、 ２…ナノワイヤ状半導体、 ４…非晶質膜、 ５…充填剤、 ６…ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体、 ７…電極、 ８…支持基板、 ９，１０，１１，１３，１４，１５…ナノワイヤ半導体アレイ、 １２…熱収縮材料層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板の表面に、結晶を略垂直にエピタキシャル成長させることにより複数のナノワイヤ状半導体を形成したナノワイヤ状半導体アレイが知られている（例えば非特許文献１参照）。前記ナノワイヤ状半導体アレイは、太陽電池、発光デバイス、トランジスタ、各種センサ等のデバイスとしての応用が検討されている。尚、本願では、前記ナノワイヤ状半導体アレイを備えるデバイスを、「ナノワイヤデバイス」と記載する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】本久順一、福井孝志、「半導体ナノワイヤとナノデバイス応用」、応用物理、第７５巻、第３号、２００６、ｐｐ．２９６−３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のナノワイヤデバイスは、製造の際に半導体基板の表面にナノワイヤ状半導体を形成するので、該半導体基板がそのまま支持基板となり、半導体の接合や商品設計の面で制約を受けるという不都合がある。
【０００５】
本発明は、かかる不都合を解消して、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができるナノワイヤデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するために、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第１の態様は、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の該半導体基板と反対側の面に支持基板を形成する工程と、該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び該支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、まず、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて形成した複数のナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する。次に、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に支持基板を形成し、該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する。
【０００８】
この結果、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び前記支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成することができ、該ナノワイヤ状半導体アレイをナノワイヤデバイスとして用いることができる。本発明の第１の態様により得られるナノワイヤデバイスは、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に前記半導体基板とは異なる支持基板を形成するので、該支持基板として所望の材料を用いることができ、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができる。
【０００９】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第１の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成する工程と、該電極上に前記支持基板を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１０】
このようにすることにより、本発明の第１の態様では、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体と前記支持基板との間に、所望の材料からなる電極を介在させることができる。
【００１１】
一方、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、該充填剤を熱収縮させ、該半導体基板から、該充填剤の熱収縮応力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、まず、半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて形成した複数のナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する。次に、充填剤を熱収縮させ、前記半導体基板から、前記充填剤の熱収縮応力により前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する。
【００１３】
この結果、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体からなるナノワイヤ状半導体アレイを形成することができ、該ナノワイヤ状半導体アレイをナノワイヤデバイスとして用いることができる。本発明の第２の態様によれば、前記充填剤の熱収縮応力により前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離するので、該充填剤を熱収縮させればよく、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に外力を加える必要がない。従って、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作を容易に行うことができる。
【００１４】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１５】
このようにすることにより、本発明の第２の態様では、前記充填剤を熱収縮させて前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する際に、前記熱収縮性材料層も熱収縮させることができる。従って、前記充填剤の熱収縮応力に加えて、前記熱収縮性材料層の熱収縮応力も作用させることができ、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をより容易に行うことができる。
【００１６】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成し、該電極を備えるナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００１７】
このようにすることにより、本発明の第２の態様では、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に、所望の材料からなる電極を設けることができる。前記電極は、熱収縮性材料からなるものであってもよく、この場合には、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に前記熱収縮性材料層を形成するときと同一の効果を奏することができる。
【００１８】
一方、前記電極が熱収縮性材料ではない場合には、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、該電極上に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることが好ましい。このようにすることにより、本発明の第２の態様では、熱収縮性材料ではない電極を形成する場合にも、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に前記熱収縮性材料層を形成するときと同一の効果を奏することができる。
【００１９】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法の第２の態様は、前記ナノワイヤ状半導体アレイの最外層に支持基板を形成する工程とを備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の第２の態様により得られるナノワイヤデバイスは、前記支持基板を形成することにより、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体に前記半導体基板とは異なる支持基板を形成することができる。従って、前記支持基板として所望の材料を用いることができ、半導体の接合や商品設計の面で優れた自由度を得ることができる。
【００２１】
前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板から剥離される面の反対側に設けられてもよく、該半導体基板から剥離される面に設けられてもよい。
【００２２】
また、前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体が前記熱収縮性材料層のみ、または前記電極と該熱収縮性材料層とを備える場合には、該熱収縮性材料層上に設けられてもよい。さらに、前記支持基板は、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体が前記電極のみを備える場合には、該電極上に設けられてもよい。
【００２３】
本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれかの態様において、前記半導体基板の表面に、該半導体基板と異なる材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることが好ましい。このようにすることにより、前記半導体基板と前記ナノワイヤ状半導体とはヘテロ接合されることとなり、両者の間に歪みが形成されるので、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００２４】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれか態様においても、前記半導体基板の表面の一部を非晶質膜で被覆し、該非晶質膜から露出している該半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることにより、前記ナノワイヤ状半導体を形成することができる。
【００２５】
この場合、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記非晶質膜から露出している前記半導体基板の表面の径を前記ナノワイヤ状半導体の径よりも小径とすることが好ましい。このようにすることにより、前記半導体基板と前記ナノワイヤ状半導体との間に歪みが形成されるので、前記半導体基板から前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００２６】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記半導体基板の表面に触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることによっても、前記ナノワイヤ状半導体を形成することができる。
【００２７】
また、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法は、前記いずれかの態様において、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離した前記半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成することが好ましい。このようにすることにより、本発明のナノワイヤデバイスの製造方法では、前記半導体基板を再利用することができる。
【００２８】
前記半導体基板の再利用は、該半導体基板自体が高価である場合、又は該半導体基板のの表面の一部を前記非晶質膜で被覆するような繁雑な処理を必要とする場合に特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の製造方法の第１の形態を示す説明的断面図。
【図２】図１に示す半導体基板の構成を示す平面図。
【図３】図２に対応する半導体基板の走査型電子顕微鏡写真。
【図４】半導体基板に形成されたナノワイヤ状半導体の走査型電子顕微鏡写真。
【図５】半導体基板から剥離されたナノワイヤ状半導体アレイの走査型電子顕微鏡写真。
【図６】ナノワイヤ状半導体アレイが剥離された後の半導体基板の走査型電子顕微鏡写真。
【図７】再利用された半導体基板に形成されたナノワイヤ状半導体の走査型電子顕微鏡写真。
【図８】本発明の製造方法の第２の形態を示す説明的断面図。
【図９】本発明の製造方法の第３の形態を示す説明的断面図。
【図１０】本発明の製造方法の第４の形態を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３１】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、本発明の第１の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００３３】
半導体基板１としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ、ＺｎＳｅ等の半導体からなるものを用いることができる。
【００３４】
半導体基板１は、図２に示すように、三角格子状に配列された円形孔３を備える非晶質膜４により表面の一部が被覆されており、円形孔３から半導体基板１の表面が露出している。図１（ａ）に示すナノワイヤ状半導体２は、円形孔３に形成されている。
【００３５】
ナノワイヤ状半導体２は、例えば、次のようにして形成することができる。まず、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を洗浄し、ＳｉＯ２ターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１表面に非晶質ＳｉＯ２膜４を約２０ｎｍの厚さに成膜する。
【００３６】
次に、非晶質ＳｉＯ２膜４上にポジレジストを塗布し、電子ビーム描画装置にＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１をセットし、該ポジレジストにパターンを描画する。前記パターンは、例えば図２に示すように、直径１００ｎｍの円形孔３を４００ｎｍピッチで三角格子状に配列させたものとする。
【００３７】
前記描画後、レジストを現像して、１０％−ＢＨＦ溶液にＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を浸漬し、円形孔３のＳｉＯ２をエッチング除去する。そして、前記エッチング後、前記レジストを除去する。得られたＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１の図２に対応する走査型電子顕微鏡写真（５００００倍）を図３に示す。
【００３８】
次に、非晶質ＳｉＯ２膜４が形成されたＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１をＭＯＶＰＥ装置にセットし、チャンバーを真空排気した後にＨ２ガスに置換し、全圧が０．１ａｔｍで安定するように流量と排気速度を調整する。次に、ＴＢＰ（tertialybutylphosphine）とキャリアガス（Ｈ２）との混合ガス（全圧：０．１ａｔｍ、ＴＢＰ分圧：１．１×１０−４ａｔｍ）を流しながら、基板温度が６６０℃になるまで昇温する。
【００３９】
次に、基板温度が６６０℃に達した後、流通ガスをＴＭＩ（trimetylindium）とＴＢＰとキャリアガスとの混合ガスに切替え、該混合ガスを反応室に導入し、ナノワイヤ状のＩｎＰ半導体２をエピタキシャル成長させる。全圧は０．１ａｔｍのままとし、ＴＭＩの分圧が４．４×１０−６ａｔｍ、ＴＢＰの分圧が５．５×１０−５ａｔｍになるように各有機金属ガスの流量を調整する。
【００４０】
２０分後に流通ガスをＴＢＰとキャリアガスとの混合ガス（全圧：０．１ａｔｍ、ＴＢＰ分圧：１．１×１０−４ａｔｍ）に切替え、ｐ型ＩｎＰ半導体２のエピタキシャル成長を終了する。次に、ＴＢＰとキャリアガスとの混合ガスを流通したまま冷却し、ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１を取り出す。
【００４１】
ＩｎＰ（１１１）Ａ半導体基板１に形成されたナノワイヤ状半導体２の走査型電子顕微鏡写真（３００００倍）を図４に示す。このようにして形成されたナノワイヤ状半導体２は、例えば、高さ３０００ｎｍ、直径１８０ｎｍとなっている。
【００４２】
次に、図１（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、例えば、ＢＣＢ樹脂（ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂、ダウ・ケミカル社製、商品名：シクロテン３０２２−３５）、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｓｉ−Ｈ含有ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、メチル基含有ＳｉＯ２、ポリイミド系高分子膜、パラキシリレン系高分子膜、フッ素ドープ非晶質カーボン、芳香族炭化水素系高分子、ポリアリルエーテル系材料、シリカガラス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドアミド、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリイソブチレン等を用いることができる。
【００４３】
充填剤５として、前記ＢＣＢ樹脂を用いる場合には、例えばスピンコートで塗布することによりナノワイヤ状半導体２の間隙に充填した後、不活性ガス雰囲気下、例えば２５０℃の温度で１時間アニール処理を行うことにより硬化させることができる。
【００４４】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体基板１と反対側の充填剤５の一部を除去してナノワイヤ状半導体２の先端を露出させる。充填剤５の一部の除去は、例えば、充填剤５が前記ＢＣＢ樹脂である場合、ＣＦ４とＯ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって、過剰に塗布されたＢＣＢ樹脂をエッチングすることにより行うことができる。この結果、ナノワイヤ状半導体２の先端を、例えば、１５０ｎｍだけ露出させる。
【００４５】
次に、図１（ｄ）に示すように、露出されたナノワイヤ状半導体２の先端に接続される電極７を形成する。電極７は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。ＩＴＯからなる電極７は、例えば、ＩＴＯターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、製膜することができる。
【００４６】
次に、図１（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に形成されている電極７上に支持基板８を形成する。支持基板８としては、ＳｉＯ２、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＳｂ等からなるものを用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて電極７に接着することにより、電極７上に形成することができる。
【００４７】
次に、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１とナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６とに、互いに離間させる方向に作用する外力を印加し、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する。この結果、図１（ｆ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８との間に電極７が介在されているナノワイヤ状半導体アレイ９を得ることができる。
【００４８】
得られたナノワイヤ状半導体アレイ９の走査型電子顕微鏡写真を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は１５０００倍であり、図５（ｂ）は５００００倍である。尚、図５（ａ）に電極７をＩＴＯ層として示す。
【００４９】
次に、ナノワイヤ状半導体アレイ９が剥離された半導体基板１を超音波洗浄する。前記超音波洗浄は、汎用の超音波洗浄装置であればどのようなものを用いて行ってもよいが、例えば２０〜１００ｋＨｚの範囲の周波数で、０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２の強度のものを用いることができる。前記超音波洗浄は、前記範囲の周波数及び強度で、ブタノール中で２０分間、イソプロパノール中で１０分間、エタノール中で１０分間、この順に洗浄した後、さらに超純水中で２０分間行うことができる。
【００５０】
ナノワイヤ状半導体アレイ９が剥離され、前記超音波洗浄により洗浄された後の半導体基板１の走査型電子顕微鏡写真を図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）は７００００倍であり、図６（ｂ）は２０００００倍である。
【００５１】
前記のようにして超音波洗浄された半導体基板１は、ナノワイヤ状半導体２の形成に再利用することができる。次に、前記超音波洗浄後の半導体基板１に、前述の方法と全く同一にして形成されたナノワイヤ状半導体２の走査型電子顕微鏡写真（３００００倍）を図７に示す。図７から、再利用の半導体基板１に形成されたナノワイヤ状半導体２は、バージンの半導体基板１に形成された図４に示すナノワイヤ状半導体２に対し何ら遜色が無く、半導体基板１は、再利用に供することが可能であることが明らかである。
【００５２】
図１に示す第１の実施形態の製造方法では、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す工程を省略し、図１（ｂ）に示すナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に、支持基板８を直接形成するようにしてもよい。この場合には、図１（ｇ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１０を得ることができる。
【００５３】
次に、図８を参照して、本発明の第２の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００５４】
図８（ａ）に示すように、本発明の第２の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００５５】
半導体基板１としては、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、３Ｃ−ＳｉＣ、６Ｈ−ＳｉＣ等の半導体からなるものを用いることができる。前記半導体は、２．６〜６．７ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数を備えている。
【００５６】
ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。尚、ＩｎＰは４．５ｐｐｍ／℃の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。
【００５７】
次に、図８（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。
【００５８】
充填剤５としては、例えば、ＢＣＢ樹脂（ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂、ダウ・ケミカル社製、商品名：シクロテン３０２２−３５）、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ、Ｓｉ−Ｈ含有ＳｉＯ２、ＳｉＯＣ、メチル基含有ＳｉＯ２、ポリイミド系高分子膜、パラキシリレン系高分子膜、テトラフルオロエチレン系高分子膜、フッ素ドープ非晶質カーボン、芳香族炭化水素系高分子、ポリアリルエーテル系材料、シリカガラス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドアミド等を用いることができる。
【００５９】
充填剤５として、前記ＢＣＢ樹脂を用いる場合には、例えばスピンコートで塗布することによりナノワイヤ状半導体２の間隙に充填した後、不活性ガス雰囲気下、例えば２５０℃の温度で１時間アニール処理を行うことにより硬化させることができる。尚、前記ＢＣＢ樹脂は、５２．０ｐｐｍ／℃の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。
【００６０】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５を熱収縮させる。このようにすると、充填剤５としての前記ＢＣＢ樹脂は、半導体基板１としてのＩｎＰよりも線膨張係数（熱収縮率）が大きいので、図８（ｃ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が剥離される。
【００６１】
前記充填剤５を熱収縮させる操作は、例えば、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を窒素気流中、４００℃まで加熱し、４００℃の温度に５分間保持した後、室温まで冷却することにより行うことができる。
【００６２】
次に、図８（ｄ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に支持基板８を形成することにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１１を得ることができる。支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて充填剤５に接着することにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６上に形成することができる。
【００６３】
次に、図９を参照して、本発明の第３の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００６４】
図９（ａ）に示すように、本発明の第３の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００６５】
半導体基板１としては、例えば、図８（ａ）に示す第２の実施形態の場合と同一の半導体からなるものを用いることができ、ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。
【００６６】
次に、図９（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、図８（ｂ）に示す第２の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。
【００６７】
次に、図９（ｃ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に、熱収縮性材料層１２を形成する。熱収縮性材料層１２としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属からなる被膜として形成することができる。前記金属は、１０〜３１ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数（熱収縮率）を備えている。前記熱収縮性材料層１２は前記金属のいずれか１種からなる被膜であってもよく、Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜等の前記金属の２種以上を組み合わせた被膜であってもよい。
【００６８】
Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜からなる熱収縮性材料層１２は、例えば、次のようにして製膜することができる。まず、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）処理によって、ナノワイヤ状半導体２の先端を１５０ｎｍだけ露出させたナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を真空蒸着装置に装着する。次に、前記真空蒸着装置の試料室内を真空排気した後、電子ビーム蒸着により、厚さ５００ÅのＴｉ膜を形成し、続いて抵抗加熱蒸着により、厚さ５００ÅのＡｕ膜を形成する。
【００６９】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる。このようにすると、図９（ｄ）に示すように、充填剤５の熱収縮応力に加えて、熱収縮性材料層１２の熱収縮応力が作用するので、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。
【００７０】
前記充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる操作は、例えば、次にようにして行うことができる。まず、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を赤外加熱炉内に設けられたカーボンサセプタ上に配置する。次に、前記赤外加熱炉内を真空排気した後、室温から４００℃まで２分間で昇温し、４００℃の温度に１分間保持した後、室温まで冷却する。このようにすることにより、Ｔｉ／Ａｕ金属多層膜からなる熱収縮性材料層１２をＴｉ／Ａｕ界面で合金化させ、体積を収縮させることができる。
【００７１】
次に、図９（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に形成されている熱収縮性材料層１２上に支持基板８を形成する。このようにすることにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と熱収縮性材料層１２と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１３を得ることができる。
【００７２】
支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて熱収縮性材料層１２に接着することにより形成することができる。
【００７３】
次に、図１０を参照して、本発明の第４の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法について説明する。
【００７４】
図１０（ａ）に示すように、本発明の第４の実施形態のナノワイヤデバイスの製造方法では、まず、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、複数のナノワイヤ状半導体２を形成する。
【００７５】
半導体基板１としては、例えば、図８（ａ）に示す第２の実施形態の場合と同一の半導体からなるものを用いることができ、ナノワイヤ状半導体２は、図１（ａ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして形成することができる。
【００７６】
次に、図１０（ｂ）に示すように、ナノワイヤ状半導体２の間隙に充填剤５を充填して、ナノワイヤ状半導体２を充填剤５に埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を形成する。充填剤５としては、図８（ｂ）に示す第２の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。
【００７７】
次に、図１０（ｃ）に示すように、半導体基板１と反対側の充填剤５の一部を除去してナノワイヤ状半導体２の先端を露出させる。充填剤５の一部の除去は、例えば、図１（ｃ）に示す第１の実施形態の場合と同様にして行うことができる。
【００７８】
次に、図１０（ｄ）に示すように、露出されたナノワイヤ状半導体２の先端に接続される電極７を形成する。電極７は、例えば、ＩＴＯにより形成することができる。ＩＴＯからなる電極７は、例えば、ＩＴＯターゲットを備えたＲＦスパッタ装置を用いて、製膜することができる。
【００７９】
次に、図１０（ｅ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の半導体基板１と反対側の面に形成されている電極７上に、熱収縮性材料層１２を形成する。熱収縮性材料層１２としては、図９（ｃ）に示す第３の実施形態の場合と同一の材料を用い、第３の実施形態の場合と同一にして製膜することができる。
【００８０】
次に、半導体基板１及びナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を加熱し、充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる。このようにすると、図１０（ｆ）に示すように、充填剤５の熱収縮応力に加えて、熱収縮性材料層１２の熱収縮応力が作用するので、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が半導体基板１から離間する部分ほど大きく収縮する。この結果、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。
【００８１】
前記充填剤５及び熱収縮性材料層１２を熱収縮させる操作は、図９（ｄ）に示す第３の実施形態の場合と同様にして行うことができる。
【００８２】
次に、図１０（ｇ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６の剥離面６ａと反対側の面に形成されている熱収縮性材料層１２上に支持基板８を形成する。このようにすることにより、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と電極７と熱収縮性材料層１２と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１４を得ることができる。
【００８３】
支持基板８としては、図１（ｅ）に示す第１の実施形態の場合と同一の材料を用いることができる。支持基板８は、例えば、ＳｉＯ２からなる場合には導電性カーボン両面接着テープを用いて熱収縮性材料層１２に接着することにより形成することができる。
【００８４】
図１０に示す第４の実施形態の製造方法では、電極７がＩＴＯ等の熱収縮性材料からなる場合には、図１０（ｅ）に示す工程を省略してもよい。この場合には、熱収縮性材料からなる電極７が熱収縮性材料層１２と同様の作用を示し、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６が、容易に剥離される。そして、図１０（ｈ）に示すように、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６と電極７と支持基板８とからなるナノワイヤ状半導体アレイ１５を得ることができる。
【００８５】
前記各実施形態の製造方法で得られたナノワイヤ状半導体アレイ９，１０，１１，１３，１４，１５は、いずれもナノワイヤデバイスとして、太陽電池、発光デバイス、トランジスタ、各種センサ等に用いることができる。
【００８６】
尚、前記各実施形態の製造方法では、半導体基板１の表面に、半導体基板１と同一材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて、ナノワイヤ状半導体２を形成しているが、ナノワイヤ状半導体２は半導体基板１と異なるからなるものであってもよい。この場合には、半導体基板１とナノワイヤ状半導体２とがヘテロ接合されることとなり、両者の間に歪みが形成されるので、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００８７】
半導体基板１と異なる材料からなる結晶のうち、格子整合系ヘテロ結合を形成するものとしては、次のものを用いることができる。まず、半導体基板１がＧａＡｓである場合には、ＡｌｘＧａ１−ＸＡｓ（０＜ｘ≦１）、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒（１＋ｙ）／２．０８）、Ｉｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ、Ｇｅ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧａＰである場合には、ＡｌｘＧａ１−ＸＰ（０＜ｘ≦１）等を用いることができ、半導体基板１がＩｎＰである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒０．１８９４ｙ／（０．４１８４−０．０１３ｙ）、Ｇａ０．４７Ｉｎ０．５３Ａｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＺｎＳｅである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙ（ｘ≒（１．０６＋ｙ）／２．０６）等を用いることができ、半導体基板１がＧａＳｂである場合には、ＧａｘＩｎ１−ｘＡｓｙＳｂ１−ｙ（ｙ＝（０．３８３５−０．３８３５ｘ）／０．４２１０＋０．２１６ｘ）等を用いることができる。
【００８８】
さらに、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰ、ＡｌＩｎＮＰ、ＧａＮＡｓＳｂ、ＧａＮＰ、ＧａＮＰＡｓ等の混晶材料を用いて前記格子整合系ヘテロ結合を形成するようにしてもよい。
【００８９】
また、半導体基板１と異なる材料からなる結晶のうち、格子不整合系ヘテロ結合を形成するものとしては、前記格子整合系ヘテロ結合を形成するもの以外の全てのものを用いることができる。例えば、半導体基板１がＧａＡｓである場合には、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ（Ｉｎ≠０．４９）、ＩｎＧａＡｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＩｎＰである場合には、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ（Ｉｎ≠０．４９）、ＩｎＧａＰ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧａＰである場合には、ＩｎＡｓ等を用いることができる。また、半導体基板１がＳｉである場合には、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、Ｇｅ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ等を用いることができる。また、半導体基板１がＧｅである場合には、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ等を用いることができる。
【００９０】
また、前記各実施形態の製造方法において、半導体基板１の表面の一部を被覆する非晶質膜４の円形孔３の径をナノワイヤ状半導体２の径よりも小径にしてもよい。この場合には、半導体基板１とナノワイヤ状半導体２との間に、直径の差に由来する歪みが形成されるので、半導体基板１からナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離する操作をさらに容易に行うことができる。
【００９１】
また、前記各実施形態の製造方法では、半導体基板１の表面の一部を被覆する非晶質膜４を形成し、非晶質膜４の円形孔３に露出する半導体基板１の表面に結晶をエピタキシャル成長させることによりナノワイヤ状半導体２を形成している。しかし、半導体基板１の表面に非晶質膜４を形成する代わりに触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させるようにしてもよい。
【００９２】
また、前記各実施形態の製造方法では、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体６を剥離した半導体基板１の表面にナノワイヤ状半導体２を形成することにより、該半導体基板１を複数回再利用することができる。前記半導体基板１の再利用は、半導体基板１自体がＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ等の化合物半導体からなる高価なものである場合、又は半導体基板１の表面を非晶質膜４で被覆し、非晶質膜４にリソグラフィーにより円形孔４を形成するような繁雑な処理を必要とする場合に特に有利である。
【符号の説明】
【００９３】
１…半導体基板、 ２…ナノワイヤ状半導体、 ４…非晶質膜、 ５…充填剤、 ６…ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体、 ７…電極、 ８…支持基板、 ９，１０，１１，１３，１４，１５…ナノワイヤ半導体アレイ、 １２…熱収縮材料層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の該半導体基板と反対側の面に支持基板を形成する工程と、
該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び該支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、
前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、
露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成する工程と、
該電極上に前記支持基板を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項３】
半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、
該充填剤を熱収縮させ、該半導体基板から、該充填剤の熱収縮応力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、
前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、
露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成し、該電極を備えるナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記電極上に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体アレイの最外層に支持基板を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面に、該半導体基板と異なる材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面の一部を非晶質膜で被覆し、該非晶質膜から露出している該半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記非晶質膜から露出している前記半導体基板の表面の径を前記ナノワイヤ状半導体の径よりも小径とすることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面に触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離した前記半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成することを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１】
半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の該半導体基板と反対側の面に支持基板を形成する工程と、
該半導体基板から、外力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体及び該支持基板を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、
前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、
露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成する工程と、
該電極上に前記支持基板を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項３】
半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程と、
該ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程と、
該充填剤を熱収縮させ、該半導体基板から、該充填剤の熱収縮応力により該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離して、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を備えるナノワイヤ状半導体アレイを形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、
前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、該ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体の前記半導体基板と反対側の面に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項３記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体の間隙に充填剤を充填して該ナノワイヤ状半導体を埋設し、ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成した後、前記半導体基板と反対側の該充填剤の一部を除去して、該ナノワイヤ状半導体の先端を露出させる工程と、
露出された該ナノワイヤ状半導体の先端に接続される電極を形成し、該電極を備えるナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記電極上に熱収縮性材料層を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体アレイの最外層に支持基板を形成する工程とを備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面に、該半導体基板と異なる材料からなる結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面の一部を非晶質膜で被覆し、該非晶質膜から露出している該半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項９記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記非晶質膜から露出している前記半導体基板の表面の径を前記ナノワイヤ状半導体の径よりも小径とすることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記半導体基板の表面に触媒金属を配置し、該触媒金属を介して結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成する工程を備えることを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載のナノワイヤデバイスの製造方法において、前記ナノワイヤ状半導体−充填剤複合体を剥離した前記半導体基板の表面に、結晶をエピタキシャル成長させて複数のナノワイヤ状半導体を形成することを特徴とするナノワイヤデバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５６０１５（Ｐ２０１２−５６０１５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１３２９（Ｐ２０１０−２０１３２９）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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