JP2007319988A - Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 - Google Patents
Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007319988A JP2007319988A JP2006153359A JP2006153359A JP2007319988A JP 2007319988 A JP2007319988 A JP 2007319988A JP 2006153359 A JP2006153359 A JP 2006153359A JP 2006153359 A JP2006153359 A JP 2006153359A JP 2007319988 A JP2007319988 A JP 2007319988A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nanowire
- fine particles
- source gas
- mixed
- catalytic metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】ＩＶ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法を提供する。
【解決手段】 気相−液相−固相（Vapor-Liquid-Solid: VLS ）成長法により、Ｓｉと Ｇｅの混晶ナノ細線を成長し、酸化濃縮法によりＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線 を作製する。また、気相- 液相- 固相成長法により、Ｓｉ結晶およびＳｉとＧｅの混晶からなる超格子ナノ細線を作製し、酸化濃縮法を利用してナノメートル（ｎｍ）スケールでサイズ制御された、ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク又はナノドットを周期的に配列したナノ細線を作製する。
【選択図】図１
【解決手段】 気相−液相−固相（Vapor-Liquid-Solid: VLS ）成長法により、Ｓｉと Ｇｅの混晶ナノ細線を成長し、酸化濃縮法によりＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線 を作製する。また、気相- 液相- 固相成長法により、Ｓｉ結晶およびＳｉとＧｅの混晶からなる超格子ナノ細線を作製し、酸化濃縮法を利用してナノメートル（ｎｍ）スケールでサイズ制御された、ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク又はナノドットを周期的に配列したナノ細線を作製する。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ナノ細線の生成方法の1 つである気相−液相−固相（Vapor-Liquid-Solid: VLS ）成長法および酸化濃縮法を利用したナノメートル（ｎｍ）スケールでサイズ制御するＩＶ族半導体ナノ細線の製造方法とその構造制御方法に関する。本方法は、将来の半導体電子・光素子としての応用が期待されているＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法として利用することができる。
近年、将来の半導体電子・光素子として、径がナノメーター・サイズのナノ細線、異なる物質を周期的に配列した超格子構造のナノ細線、あるいは、絶縁物ナノ細線中にナノ微粒子（ナノドット、ナノディスク）を周期的に配列したナノ細線が注目されている。その主な理由は、例えば、ＩＶ族半導体ナノ細線を囲んでソース、ドレイン及びゲートを設けたサラウンディングゲートトランジスタ（Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＳＧＴ）は、ナノ細線の一次元量子効果により、超高速の動作速度が実現できるためである。また。Ｓｉ（シリコン）はバルク状態では、間接遷移型半導体であるため発光素子としては使用できないが、数ｎｍ径のナノ細線やナノ微粒子になると、量子サイズ効果により発光するようになるためである。
また、ＳｉやＧｅを周期的に配列した超格子構造のナノ細線は、将来の半導体光素子として注目されている。例えば、これらの周期構造は、電子・正孔対の閉じ込め効果を強くし、発光効率を高めるためである。
さらに、絶縁物ナノ細線中にナノ微粒子を周期的に配列したナノ細線が将来の半導体光素子として注目されている。例えば、これらのナノ微粒子のサイズを制御できれば、高効率、且つ波長選択性の高い発光素子が得られるからである。
また、ＳｉやＧｅを周期的に配列した超格子構造のナノ細線は、将来の半導体光素子として注目されている。例えば、これらの周期構造は、電子・正孔対の閉じ込め効果を強くし、発光効率を高めるためである。
さらに、絶縁物ナノ細線中にナノ微粒子を周期的に配列したナノ細線が将来の半導体光素子として注目されている。例えば、これらのナノ微粒子のサイズを制御できれば、高効率、且つ波長選択性の高い発光素子が得られるからである。
半導体ナノ細線をいかに構造制御性良く生成することができるかが近年のこの技術分野の課題であるが、サイズがナノメーター・スケールであるため、従来の半導体加工技術である、単結晶基板を削って形成するトップダウン手法は困難であり、ナノ構造を構成する物質を成長する際にナノメーター・スケールで成長させるボトムアップ成長法が有力である。半導体ナノ細線のボトムアップ成長に関しては、金属ナノドットを成長触媒として利用したＶＬＳ成長法（非特許文献１参照）による生成が主流となっている。次に、ＶＬＳ成長法のメカニズムを説明する。
図４は、ＶＬＳ成長法のメカニズムを説明する図である。図４（ａ）に示すように、基板５１上に、ナノメーター・サイズの触媒金属微粒子５２を堆積し、触媒金属微粒子５２が液体微粒子となる温度において、触媒金属微粒子５２を取り囲む周囲の空間から、成長しようとするナノ細線の原料ガス５３を供給すると、原料ガス５３中の原料原子が触媒金属微粒子５２に過飽和に溶け込み、過飽和に溶け込んだ原料原子が液体微粒子５２中に結晶核を形成し、（ｂ）に示すように、この結晶核上に原料原子からなるナノ細線５４が基板５１に垂直に成長する。
ＶＬＳ成長法を用いて、例えば、Ｓｉ及びＧｅナノ細線が成長できることが報告されており（非特許文献２，３参照）、また、ＳｉとＧｅの超格子構造を有するナノ細線が成長できることが報告されている（非特許文献４参照）。
ＶＬＳ成長法を用いて、例えば、Ｓｉ及びＧｅナノ細線が成長できることが報告されており（非特許文献２，３参照）、また、ＳｉとＧｅの超格子構造を有するナノ細線が成長できることが報告されている（非特許文献４参照）。
ところで、従来の半導体ナノ細線の成長方法とは関係がないが、Ｇｅに比べてＳｉが優先的に酸化されることを利用してＧｅ層を形成する酸化濃縮という現象が知られている。この現象はＳｉの移動度が極めて高い、ストレインＳｉ膜（Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｓｉ）の製造に用いられた（非特許文献５参照）。
次に、酸化濃縮現象を説明する。
図５は、酸化濃縮現象法を説明する図である。図５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ2 （二酸化珪素）膜６２を形成し、ＳｉＯ2 膜６２上にＳｉとＧｅの混晶膜６３（Ｓｉ1-x Ｇｅx 、ｘ：組成比）を堆積し、（ｂ）に示すように、酸素雰囲気中で所定の温度で熱酸化すると、混晶膜６３中のＳｉとＧｅが酸化されて、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁膜６４が表面から形成されるが、ＳｉがＧｅに較べて優先的に酸化され、また、ＧｅのＳｉＯ2 中における固溶度及び拡散定数が極めて小さいために、絶縁膜６４の部分に存在していた混晶膜６３のＧｅの一部は絶縁膜６４の下側の混晶膜６３に濃縮され、Ｇｅの組成比が大きい混晶膜６３’が形成される。さらに酸化を進めると最終的に、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁膜６４がＳｉＯ2 膜６４’となると共に、混晶膜６３’はＧｅ結晶膜６３”となる。
図５は、酸化濃縮現象法を説明する図である。図５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６１上にＳｉＯ2 （二酸化珪素）膜６２を形成し、ＳｉＯ2 膜６２上にＳｉとＧｅの混晶膜６３（Ｓｉ1-x Ｇｅx 、ｘ：組成比）を堆積し、（ｂ）に示すように、酸素雰囲気中で所定の温度で熱酸化すると、混晶膜６３中のＳｉとＧｅが酸化されて、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁膜６４が表面から形成されるが、ＳｉがＧｅに較べて優先的に酸化され、また、ＧｅのＳｉＯ2 中における固溶度及び拡散定数が極めて小さいために、絶縁膜６４の部分に存在していた混晶膜６３のＧｅの一部は絶縁膜６４の下側の混晶膜６３に濃縮され、Ｇｅの組成比が大きい混晶膜６３’が形成される。さらに酸化を進めると最終的に、図５（ｃ）に示すように、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁膜６４がＳｉＯ2 膜６４’となると共に、混晶膜６３’はＧｅ結晶膜６３”となる。
R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4, 89 (1964).
A. M. Morales and C. M. Lieber, Science 279, 208 (1998).
D. Wang, Q. Wang, A. Javey, R. Tu, H. Daia, H. Kim, P. C. McIntyre, T. Krishnamohan and K. C. Saraswat, Appl. Phys. Lett. 83, 2432 (2003).
Y. Wu, R. Fan, and P. Yang, Nano Lett. 2, 83 (2002).
T. Tezuka, N. Sugiyama, and S. Takagi, Appl. Phys. Lett. 79, 1798(2001).
ところで、上記に説明した、将来の応用が期待されるＩＶ族半導体ナノ細線を用いた半導体電子・光素子の構造を実現するためには、上述したＶＬＳ成長法だけでは不十分で、以下に説明する解決すべき課題がある。
（１）ＳｉＯ2 膜は、高温・多湿中でもその構造が安定であるため、Ｓｉナノ細線の 場合は、熱酸化してＳｉナノ細線の表面をＳｉＯ2 膜で被覆することにより、耐環境性 の良い素子とすることができるが、Ｇｅ細線の場合には、熱酸化して形成されるＧｅＯ2 膜が著しく高温・多湿の中で不安定であるため、耐環境性の良い素子とすることがで きない。従って、従来方法だけでは、Ｇｅナノ細線を実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線とすることができない。
（２）また、ナノ細線の一次元量子効果は、ナノ細線の径によって大きく変化するので、径を精密に制御する必要がある。ＶＬＳ成長法で形成するＳｉやＧｅのナノ細線は、液体触媒微粒子の粒径でその径が決定されるが、液体触媒微粒子の粒径は、液体触媒微粒子を構成する物質の種類と基板を構成する物質の種類でほぼ決定されてしまい、Ｓｉナノ細線の場合には、熱酸化条件（温度、時間）を制御してＳｉ細線の表面のＳｉＯ2 の厚さを制御することでナノ細線の径を制御できるが、Ｇｅの場合には、上記に説明 したように、ＧｅＯ2 が極めて不安定であるために、Ｇｅナノ細線の径を一定不変の径 に制御することが困難である。すなわち、従来方法だけでは、Ｇｅナノ細線の径をナノメーター・スケールで制御することが困難である。
（３）また、絶縁物ナノ細線中にナノドットやナノディスクを周期的に配列した、半導体電子・光素子が提案されているが、ナノディスクやナノドットをどのような方法で形成するのか、提案されていない。すなわち、従来方法だけでは、絶縁物ナノ細線中に、ナノドットやナノディスクを周期的に配列することが困難である。
（４）また、上記のナノドットやナノディスクのサイズをどのように制御するのかも提案されていない。すなわち、従来方法だけでは、絶縁物ナノ細線中の、ナノディスクやナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御することが困難である。
（５）また、サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密
度に配置すれば、極めて発光効率の高く且つ波長選択性のある光素子が実現できる。しかしながら、上記に説明したように、ナノドットやナノディスクを周期的に配列することやナノドットやナノディスクのサイズをナノメーター・スケールで制御することが困難であるので、従来方法だけでは、サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密度に配置することが困難であると言う課題がある。
本発明者らは、上記に説明したＶＬＳ成長法に、酸化濃縮法を組み合わせれば、上記（１）〜（５）の課題を解決できることに想到し、本発明に至った。
（１）ＳｉＯ2 膜は、高温・多湿中でもその構造が安定であるため、Ｓｉナノ細線の 場合は、熱酸化してＳｉナノ細線の表面をＳｉＯ2 膜で被覆することにより、耐環境性 の良い素子とすることができるが、Ｇｅ細線の場合には、熱酸化して形成されるＧｅＯ2 膜が著しく高温・多湿の中で不安定であるため、耐環境性の良い素子とすることがで きない。従って、従来方法だけでは、Ｇｅナノ細線を実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線とすることができない。
（２）また、ナノ細線の一次元量子効果は、ナノ細線の径によって大きく変化するので、径を精密に制御する必要がある。ＶＬＳ成長法で形成するＳｉやＧｅのナノ細線は、液体触媒微粒子の粒径でその径が決定されるが、液体触媒微粒子の粒径は、液体触媒微粒子を構成する物質の種類と基板を構成する物質の種類でほぼ決定されてしまい、Ｓｉナノ細線の場合には、熱酸化条件（温度、時間）を制御してＳｉ細線の表面のＳｉＯ2 の厚さを制御することでナノ細線の径を制御できるが、Ｇｅの場合には、上記に説明 したように、ＧｅＯ2 が極めて不安定であるために、Ｇｅナノ細線の径を一定不変の径 に制御することが困難である。すなわち、従来方法だけでは、Ｇｅナノ細線の径をナノメーター・スケールで制御することが困難である。
（３）また、絶縁物ナノ細線中にナノドットやナノディスクを周期的に配列した、半導体電子・光素子が提案されているが、ナノディスクやナノドットをどのような方法で形成するのか、提案されていない。すなわち、従来方法だけでは、絶縁物ナノ細線中に、ナノドットやナノディスクを周期的に配列することが困難である。
（４）また、上記のナノドットやナノディスクのサイズをどのように制御するのかも提案されていない。すなわち、従来方法だけでは、絶縁物ナノ細線中の、ナノディスクやナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御することが困難である。
（５）また、サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密
度に配置すれば、極めて発光効率の高く且つ波長選択性のある光素子が実現できる。しかしながら、上記に説明したように、ナノドットやナノディスクを周期的に配列することやナノドットやナノディスクのサイズをナノメーター・スケールで制御することが困難であるので、従来方法だけでは、サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密度に配置することが困難であると言う課題がある。
本発明者らは、上記に説明したＶＬＳ成長法に、酸化濃縮法を組み合わせれば、上記（１）〜（５）の課題を解決できることに想到し、本発明に至った。
本発明は、上記課題に鑑み、（１）実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線の作製方法を提供する、（２）Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御する方法を提供する、（３）絶縁物ナノ細線中に、ナノディスクやナノドットを周期的に配列する方法を提供する、（４）絶縁物ナノ細線中の、ナノドットやナノディスクのサイズをナノメーター・スケールで制御する方法を提供する、（５）サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密度に配置する方法を提供する、そして（６）上記の方法で作製したナノ細線を用いた半導体電子・光素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の製造方法は、基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給して上記基板上にＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線を成長し、このナノ細線のＳｉを完全に熱酸化することにより、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線を作製することを特徴とする。
この方法によれば、ＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線の表面に、均一な膜厚のＳｉＯ2 膜が形成されると共に、このＳｉＯ2 膜以外のナノ細線部分にＧｅが濃縮されてＧｅ結晶が形成されて、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線が形成できる。ＳｉＯ2 膜は耐環境性に優れているので、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線を作製できる。
この方法によれば、ＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線の表面に、均一な膜厚のＳｉＯ2 膜が形成されると共に、このＳｉＯ2 膜以外のナノ細線部分にＧｅが濃縮されてＧｅ結晶が形成されて、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線が形成できる。ＳｉＯ2 膜は耐環境性に優れているので、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線を作製できる。
本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法は、基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを所定の混合比に制御して供給することで上記基板上にＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線を成長し、このナノ細線のＳｉを完全に熱酸化することにより、ＳｉＯ2 で被覆されたＧｅナノ細線の径を制御することを特徴とする。
例えば、Ｓｉの原料ガスの混合比を大きくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を小さくすれば、ＳｉとＧｅの混晶はＳｉが多く、Ｇｅは少ない。熱酸化すると、Ｓｉが多いので厚いＳｉＯ2 膜が形成されると共に、Ｇｅは少ないので径の小さいＧｅナノ細線が形成される。反対に、Ｓｉの原料ガスの混合比を小さくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を大きくすれば、薄いＳｉＯ2 膜が形成されると共に、径の大きなＧｅナノ細線が形成される。このようにして、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混合比を制御することにより、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線の径を制御することができる。
例えば、Ｓｉの原料ガスの混合比を大きくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を小さくすれば、ＳｉとＧｅの混晶はＳｉが多く、Ｇｅは少ない。熱酸化すると、Ｓｉが多いので厚いＳｉＯ2 膜が形成されると共に、Ｇｅは少ないので径の小さいＧｅナノ細線が形成される。反対に、Ｓｉの原料ガスの混合比を小さくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を大きくすれば、薄いＳｉＯ2 膜が形成されると共に、径の大きなＧｅナノ細線が形成される。このようにして、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混合比を制御することにより、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線の径を制御することができる。
また、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法は、基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この液体微粒子の周囲の空間からＳｉの原料ガス及びＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを、それぞれ時間を制御して供給し、上記基板上に、Ｓｉ結晶と、ＳｉとＧｅの混晶とが交互に成長した超格子ナノ細線を成長し、この超格子ナノ細線を熱酸化することにより、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク又はナノドットを周期的に配列したナノ細線を作製することを特徴とする。
この方法によれば、超格子のＳｉ結晶部分がＳｉＯ2 に変換され、且つ、ＳｉとＧｅの混晶部分の表面がＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物に変換されると共に、ＳｉＯ2 や絶縁物以外の部分に、Ｇｅが濃縮されたＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク又はナノドットが形成され、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列したナノ細線が得られる。
この方法によれば、超格子のＳｉ結晶部分がＳｉＯ2 に変換され、且つ、ＳｉとＧｅの混晶部分の表面がＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物に変換されると共に、ＳｉＯ2 や絶縁物以外の部分に、Ｇｅが濃縮されたＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク又はナノドットが形成され、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列したナノ細線が得られる。
また、上記方法において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスの混合比を制御してＳｉとＧｅの混晶の混晶比を制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御すれば好ましい。例えば、Ｓｉの原料ガスの混合比を大きくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を小さくすれば、ＳｉとＧｅの混晶はＳｉが多く、Ｇｅは少ない。熱酸化すると、Ｓｉが多いので厚いＳｉＯ2 とＧｅＯ2 が混在した絶縁膜が形成されると共に、径の小さいＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが形成される。反対に、Ｓｉの原料ガスの混合比を小さくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を大きくすれば、薄い絶縁膜が形成されると共に、径の大きな、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが形成される。このようにして、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混合比を制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ｅナノディスク又はナノドットのサイズを制御することができる。
上記方法において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給する時間を制御して、ＳｉとＧｅからなる混晶の厚さを制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御すれば好ましい。例えば、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給する時間を長くして、ＳｉとＧｅからなる混晶の厚さを厚くすれば、熱酸化後に形成されるＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズは大きくなり、反対に、混合原料ガスを供給する時間を短くして、ＳｉとＧｅからなる混晶の厚さを薄くすれば、熱酸化後に形成されるＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズは小さくなる。このようにして、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御することができる。
また、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法は、基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を複数担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、これらの複数の触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉの原料ガス及びＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを、それぞれ時間を制御して供給し、上記基板上に、Ｓｉ結晶と、ＳｉとＧｅの混晶とが交互に成長した超格子ナノ細線を複数成長し、これらの超格子ナノ細線を熱酸化することにより、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置することを特徴とする。
この方法によれば、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物ナノ細線中に、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列したナノ細線が基板上に垂直に複数配列するので、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置することができる。
この方法によれば、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とからなる絶縁物ナノ細線中に、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列したナノ細線が基板上に垂直に複数配列するので、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置することができる。
本発明の発光材料は、上記方法で作製した、基板と、基板に垂直に且つ複数成長した、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク又はナノドットが周期的に配列した、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線とから成ることを特徴とする。
この構成によれば、Ｇｅから成るナノディスク又はナノドットが周期的に配列しているので、例えば、電子を注入することで、極めて低損失に発光させることができ、また、Ｇｅから成るナノディスク又はナノドットのサイズを制御できるので、発光波長を選択することができる。また、これらのナノディスク又はナノドットが３次元的に高密度に配列しているので、極めて高輝度の発光材料となる。
この構成によれば、Ｇｅから成るナノディスク又はナノドットが周期的に配列しているので、例えば、電子を注入することで、極めて低損失に発光させることができ、また、Ｇｅから成るナノディスク又はナノドットのサイズを制御できるので、発光波長を選択することができる。また、これらのナノディスク又はナノドットが３次元的に高密度に配列しているので、極めて高輝度の発光材料となる。
以下、本発明の最良の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実質的に同一の部材には同一の符号を用いて説明する。
初めに、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法のうち、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線の作製方法、及び、Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御する方法を説明する。
図１は、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線の作製方法、及び、Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御する方法を説明する模式図である。図１（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観図であり、図１（ｂ）は熱酸化工程を示しており、（ｂ−１）、（ｂ−２）は熱酸化後のナノ細線の断面を示す模式図である。
本発明の方法は初めに図１（ａ）に示すように、基板１上に、Ｓｉ及びＧｅを溶融できるナノメートル・サイズの触媒金属微粒子２を担持し、触媒金属微粒子２が溶融して液体となる温度において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスを混合した混合原料ガスを金属微粒子２に供給する。この工程によれば、ＶＬＳ成長法により、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスからＳｉ原子とＧｅ原子が液体状態の触媒金属微粒子２に過飽和に溶け込み、結晶核が形成されて、この結晶核からＳｉとＧｅの混晶、すなわち、Ｓｉ1-x Ｇｅx （ただし、ｘはＧｅの組成比）から成るナノ細線３が成長する。
初めに、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法のうち、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線の作製方法、及び、Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御する方法を説明する。
図１は、実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線の作製方法、及び、Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御する方法を説明する模式図である。図１（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観図であり、図１（ｂ）は熱酸化工程を示しており、（ｂ−１）、（ｂ−２）は熱酸化後のナノ細線の断面を示す模式図である。
本発明の方法は初めに図１（ａ）に示すように、基板１上に、Ｓｉ及びＧｅを溶融できるナノメートル・サイズの触媒金属微粒子２を担持し、触媒金属微粒子２が溶融して液体となる温度において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスを混合した混合原料ガスを金属微粒子２に供給する。この工程によれば、ＶＬＳ成長法により、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスからＳｉ原子とＧｅ原子が液体状態の触媒金属微粒子２に過飽和に溶け込み、結晶核が形成されて、この結晶核からＳｉとＧｅの混晶、すなわち、Ｓｉ1-x Ｇｅx （ただし、ｘはＧｅの組成比）から成るナノ細線３が成長する。
次に図１（ｂ）に示すように、ナノ細線３を酸素雰囲気中でＳｉが酸化する温度で加熱し、ナノ細線３中のＳｉを完全に熱酸化する。この工程によれば、（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、酸化濃縮現象により、ナノ細線３の表面にＳｉＯ2 膜４が形成さ れると共に、Ｇｅがナノ細線３の中心軸方向に濃縮されて、Ｇｅ結晶から成るＧｅナノ細線５が形成され、ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線６が形成される。
この方法によれば、ＳｉＯ2 膜が高温多湿中でも安定であり、高温多湿の実使用状態においてもＧｅナノ細線５の径や材質が変化することが無く、従って、実用に耐え得る耐環境性の良いＧｅナノ細線が得られる。
この方法によれば、ＳｉＯ2 膜が高温多湿中でも安定であり、高温多湿の実使用状態においてもＧｅナノ細線５の径や材質が変化することが無く、従って、実用に耐え得る耐環境性の良いＧｅナノ細線が得られる。
また、Ｓｉ原料ガスの混合比を大きくした場合にはＳｉとＧｅからなる混晶のＳｉの割合が大きくなり、Ｇｅの割合は小さくなるので、図１（ｂ）の（ｂ−１）に示すように、ＳｉＯ2 膜４の厚さが厚くなり、Ｇｅナノ細線５の径は小さくなり、厚いＳｉＯ2 膜で被覆された径の小さなＧｅナノ細線６が形成される。反対に、Ｓｉ原料ガスの混合比を小さくした場合にはＳｉとＧｅからなる混晶のＳｉの割合が小さくなり、Ｇｅの割合が大きくなるので、図１（ｂ）の（ｂ−２）に示すように、ＳｉＯ2 膜４の厚さが薄く なり、Ｇｅナノ細線５の径は大きくなり、薄いＳｉＯ2 膜で被覆された径の大きなＧｅ ナノ細線６が形成される。従って、混合原料ガスの混合比を精密に制御することによって、Ｇｅナノ細線の径をナノメーター・スケールで制御することができる。
次に、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法のうち、絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスクやナノドットを周期的に配列する方法、及びＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスクやナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御する方法を説明する。
図２は、絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクやナノドットを周期的に配列する方法を説明する模式図である。図２（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観図で、（ｂ）は熱酸化工程を示している。図２の（ｂ−１）及び（ｂ−２）は熱酸化後のナノ細線の断面を示す模式図であり、図２の（ｂ−３）及び（ｂ−４）は熱酸化時間を長くした場合のナノ細線の断面を示す模式図である。
図２は、絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクやナノドットを周期的に配列する方法を説明する模式図である。図２（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観図で、（ｂ）は熱酸化工程を示している。図２の（ｂ−１）及び（ｂ−２）は熱酸化後のナノ細線の断面を示す模式図であり、図２の（ｂ−３）及び（ｂ−４）は熱酸化時間を長くした場合のナノ細線の断面を示す模式図である。
本発明の方法は初めに図２（ａ）に示すように、基板１上に、Ｓｉ及びＧｅを溶融できるナノメートル・サイズの触媒金属微粒子２を担持し、触媒金属微粒子２が溶融して液体となる温度において、Ｓｉ原料ガスと、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとを混合した混合原
料ガスを、時間を制御して交互に触媒金属微粒子２に供給する。この工程によれば、ＶＬＳ成長法により、Ｓｉ原料ガスを供給した場合には、Ｓｉ結晶１１が成長し、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給した場合には、ＳｉとＧｅから成る混晶１２が成長する。この工程を交互に繰り返すことによって、Ｓｉ結晶１１と混晶１２が周期的に積層され、基板１の表面に垂直に成長した超格子ナノ細線１３が形成される。
次に、図２（ｂ）に示すように、超格子ナノ細線１３を酸素雰囲気中で熱酸化する。図２（ｂ）の（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、熱酸化によって、Ｓｉ結晶１１がＳｉＯ2 からなる絶縁物１４に変換されると共に、混晶１２の表面がＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物１４に変換され、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物細線中に、Ｇｅが濃縮したＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク１５が周期的に配列したナノ細線１６が形成される。
また、熱酸化時間をさらに長くすれば、ＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク１５は球状となり、（ｂ−３）、（ｂ−４）に示すように、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 から成る絶縁物細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノドット１７が周期的に配列したナノ細線１８が形成される。
料ガスを、時間を制御して交互に触媒金属微粒子２に供給する。この工程によれば、ＶＬＳ成長法により、Ｓｉ原料ガスを供給した場合には、Ｓｉ結晶１１が成長し、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給した場合には、ＳｉとＧｅから成る混晶１２が成長する。この工程を交互に繰り返すことによって、Ｓｉ結晶１１と混晶１２が周期的に積層され、基板１の表面に垂直に成長した超格子ナノ細線１３が形成される。
次に、図２（ｂ）に示すように、超格子ナノ細線１３を酸素雰囲気中で熱酸化する。図２（ｂ）の（ｂ−１）、（ｂ−２）に示すように、熱酸化によって、Ｓｉ結晶１１がＳｉＯ2 からなる絶縁物１４に変換されると共に、混晶１２の表面がＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物１４に変換され、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物細線中に、Ｇｅが濃縮したＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク１５が周期的に配列したナノ細線１６が形成される。
また、熱酸化時間をさらに長くすれば、ＳｉとＧｅの混晶からなるナノディスク１５は球状となり、（ｂ−３）、（ｂ−４）に示すように、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 から成る絶縁物細線中に、ＳｉとＧｅの混晶ナノドット１７が周期的に配列したナノ細線１８が形成される。
次に、ＳｉとＧｅの混晶のナノディスクやナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御する方法を説明する。
上記方法において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスの混合比を制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御することができる。例えば、Ｓｉの原料ガスの混合比を大きくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を小さくすれば、ＳｉとＧｅの混晶１２はＳｉが多く、Ｇｅは少ない。熱酸化すると、図２（ｂ）の（ｂ−１）、（ｂ−３）に示すように、Ｓｉが多いので、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 からなる絶縁物１４が厚くなると共に、径の小さい、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドッ１７が形成される。反対に、Ｓｉの原料ガスの混合比を小さくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を大きくすれば、（ｂ−２）、（ｂ−４）に示すように、薄い絶縁物１４が形成されると共に、径の大きな、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７が形成される。従って、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混合比を精密に制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御できる。
上記方法において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスの混合比を制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御することができる。例えば、Ｓｉの原料ガスの混合比を大きくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を小さくすれば、ＳｉとＧｅの混晶１２はＳｉが多く、Ｇｅは少ない。熱酸化すると、図２（ｂ）の（ｂ−１）、（ｂ−３）に示すように、Ｓｉが多いので、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 からなる絶縁物１４が厚くなると共に、径の小さい、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドッ１７が形成される。反対に、Ｓｉの原料ガスの混合比を小さくし、Ｇｅの原料ガスの混合比を大きくすれば、（ｂ−２）、（ｂ−４）に示すように、薄い絶縁物１４が形成されると共に、径の大きな、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７が形成される。従って、Ｓｉの原料ガスとＧｅの原料ガスとの混合比を精密に制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御できる。
また、上記方法において、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給する時間を制御して、超格子のＳｉとＧｅからなる混晶１２の厚さを制御することにより、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７のサイズを制御してもよい。
ＶＬＳ成長工程において、混合原料ガスを供給する時間を短くして、ＳｉとＧｅからなる混晶１２の厚さを薄くすれば、（ｂ−１）、（ｂ−３）に示すように、熱酸化後に形成される、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７のサイズは小さくなり、反対に、混合原料ガスを供給する時間を長くして、混晶１２の厚さを厚くすれば、（ｂ−２）、（ｂ−４）に示すように、熱酸化後に形成される、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７のサイズは大きくなる。従って、Ｓｉ原料ガスを供給する時間と、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給する時間を精密に制御することによって、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御することができる。
ＶＬＳ成長工程において、混合原料ガスを供給する時間を短くして、ＳｉとＧｅからなる混晶１２の厚さを薄くすれば、（ｂ−１）、（ｂ−３）に示すように、熱酸化後に形成される、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７のサイズは小さくなり、反対に、混合原料ガスを供給する時間を長くして、混晶１２の厚さを厚くすれば、（ｂ−２）、（ｂ−４）に示すように、熱酸化後に形成される、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク１５又はナノドット１７のサイズは大きくなる。従って、Ｓｉ原料ガスを供給する時間と、Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスの混合原料ガスを供給する時間を精密に制御することによって、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズをナノメーター・スケールで制御することができる。
次に、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法のうち、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置する方法を説明する。
図３は、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置する方法を説明する模式図である。図３（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観模式図であり、（ｂ）は熱酸化工程を示し、同（ｂ−１）は熱酸化工程を加え
た後のナノ細線の断面を示す模式図であり、（ｂ−２）はさらに熱酸化工程を加えた後のナノ細線の断面を示す模式図である。
初めに図３（ａ）に示すように、基板１上に、Ｓｉ及びＧｅを溶融できるナノメートル・サイズの触媒金属微粒子２を複数担持し、上記図２で示した方法により、基板１上に、Ｓｉ結晶１１と、ＳｉとＧｅの混晶１２とが交互に成長した超格子ナノ細線１３を複数成長する。
次に図３（ｂ）に示すように、基板１上に垂直に成長した複数の超格子ナノ細線１３を、上記図２で示した方法により熱酸化し、図３（ｂ）の（ｂ−１）に示すように、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクが周期的に配列した、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線１６に形成する。
絶縁物ナノ細線１６によって、基板１の垂直方向に、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶Ｇｅナノディスクが周期的に配列し、且つ基板１上に絶縁物ナノ細線１６が複数配列しているので、サイズが制御されたナノディスクを周期的に３次元的に高密度に配列することができる。
また、熱酸化をさらに加えれば、上記図２の方法で説明したように、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクがナノドットとなるので、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノドットを周期的に３次元的に高密度に配列することができる。
図３は、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に高密度に配置する方法を説明する模式図である。図３（ａ）はＶＬＳ成長工程を示す外観模式図であり、（ｂ）は熱酸化工程を示し、同（ｂ−１）は熱酸化工程を加え
た後のナノ細線の断面を示す模式図であり、（ｂ−２）はさらに熱酸化工程を加えた後のナノ細線の断面を示す模式図である。
初めに図３（ａ）に示すように、基板１上に、Ｓｉ及びＧｅを溶融できるナノメートル・サイズの触媒金属微粒子２を複数担持し、上記図２で示した方法により、基板１上に、Ｓｉ結晶１１と、ＳｉとＧｅの混晶１２とが交互に成長した超格子ナノ細線１３を複数成長する。
次に図３（ｂ）に示すように、基板１上に垂直に成長した複数の超格子ナノ細線１３を、上記図２で示した方法により熱酸化し、図３（ｂ）の（ｂ−１）に示すように、サイズが制御された、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクが周期的に配列した、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線１６に形成する。
絶縁物ナノ細線１６によって、基板１の垂直方向に、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶Ｇｅナノディスクが周期的に配列し、且つ基板１上に絶縁物ナノ細線１６が複数配列しているので、サイズが制御されたナノディスクを周期的に３次元的に高密度に配列することができる。
また、熱酸化をさらに加えれば、上記図２の方法で説明したように、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクがナノドットとなるので、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノドットを周期的に３次元的に高密度に配列することができる。
次に、本発明の高輝度発光材料を説明する。
本発明の高輝度発光材料は、図３の（ｂ−１）又は（ｂ−２）に示した構成からなり、基板１と、基板１に垂直に且つ複数成長した、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列した、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線１６又は１７とから成る。
この構成によれば、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列しているので、例えば、電子を注入することで、極めて低損失に発光させることができ、また、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御できるので、発光波長を選択できる。また、これらのナノディスク又はナノドットが３次元的に高密度に配列しているので、極めて高輝度の発光材料となる。
本発明の高輝度発光材料は、図３の（ｂ−１）又は（ｂ−２）に示した構成からなり、基板１と、基板１に垂直に且つ複数成長した、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列した、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線１６又は１７とから成る。
この構成によれば、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが周期的に配列しているので、例えば、電子を注入することで、極めて低損失に発光させることができ、また、ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御できるので、発光波長を選択できる。また、これらのナノディスク又はナノドットが３次元的に高密度に配列しているので、極めて高輝度の発光材料となる。
上記説明から理解されるように、本発明のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法によれば、（１）実用に耐え得る耐環境性を有したＧｅナノ細線が得られ、（２）Ｇｅナノ細線の径を、ナノメーター・スケールで制御することができ、（３）絶縁物ナノ細線中に、ナノディスクやナノドットを周期的に配列することが可能になり、（４）絶縁物ナノ細線中の、ナノドットやナノディスクのサイズをナノメーター・スケールで制御することができ、（５）サイズが制御されたナノドットやナノディスクを３次元的に周期的に高密度に配置することができるので、将来の半導体電子・光素子としての応用が期待されているＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法として利用できる。また、本発明の方法を用いた、ナノ細線を用いた半導体電子・光素子を提供することができる。
１ 基板
２ 触媒金属微粒子
３ ＳｉとＧｅの混晶から成るナノ細
４ ＳｉＯ2 膜
５ Ｇｅナノ細線
６ ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線
１１ Ｓｉ結晶
１２ ＳｉとＧｅからなる混晶
１３ 超格子ナノ細線
１４ ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物
１５ ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク
１６ ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクが周期的に配列したナノ細線
１７ ＳｉとＧｅの混晶ナノドット
１８ ＳｉとＧｅの混晶ナノドットが周期的に配列したナノ細線
２ 触媒金属微粒子
３ ＳｉとＧｅの混晶から成るナノ細
４ ＳｉＯ2 膜
５ Ｇｅナノ細線
６ ＳｉＯ2 膜で被覆されたＧｅナノ細線
１１ Ｓｉ結晶
１２ ＳｉとＧｅからなる混晶
１３ 超格子ナノ細線
１４ ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物
１５ ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク
１６ ＳｉとＧｅの混晶ナノディスクが周期的に配列したナノ細線
１７ ＳｉとＧｅの混晶ナノドット
１８ ＳｉとＧｅの混晶ナノドットが周期的に配列したナノ細線
Claims (8)
- 基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを供給して上記基板上にＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線を成長し、このナノ細線のＳｉを完全に熱酸化することにより、ＳｉＯ2 で被覆されたＧｅナノ細線を作製することを特徴とする、ＩＶ族半導体ナノ細線の製造方法。
- 基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを所定の混合比に制御して供給することで上記基板上にＳｉとＧｅの混晶からなるナノ細線を成長し、このナノ細線のＳｉを完全に熱酸化することにより、ＳｉＯ2 で被覆されたＧｅナノ細線の径を制御することを特徴とする、ＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法。
- 基板上にＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を担持し、この触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、この液体微粒子の周囲の空間からＳｉの原料ガス及びＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを、それぞれ時間を制御して供給し、上記基板上に、Ｓｉ結晶と、ＳｉとＧｅの混晶とが交互に成長した超格子ナノ細線を成長し、この超格子ナノ細線を熱酸化することにより、ＳｉＯ2 とＧｅＯ2 とから成る絶縁物ナノ細線中に、ＳｉとＧｅの混晶から成るナノディスク又はナノドットを周期的に配列したナノ細線を作製することを特徴とする、ＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法。
- 前記Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスの混合比を制御して、前記ＳｉとＧｅの混晶の混晶比を制御することにより、前記ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御することを特徴とする、請求項３に記載のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法。
- 前記Ｓｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを供給する時間を制御して、前記ＳｉとＧｅの混晶の厚さを制御することにより、前記ＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットのサイズを制御することを特徴とする、請求項３に記載のＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法。
- 基板上に、ＳｉとＧｅを溶融する触媒金属元素から成るナノサイズの触媒金属微粒子を複数担持し、これらの触媒金属微粒子が液体微粒子となる温度において、これらの複数の触媒金属微粒子の周囲の空間からＳｉの原料ガス及びＳｉ原料ガスとＧｅ原料ガスとの混合原料ガスを、それぞれ時間を制御して供給し、上記基板上に、Ｓｉ結晶と、ＳｉとＧｅの混晶とが交互に成長した超格子ナノ細線を複数成長し、これらの超格子ナノ細線を熱酸化することにより、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットを３次元的に周期的に配置することを特徴とする、ＩＶ族半導体ナノ細線の構造制御方法。
- 請求項６の方法で作製した、サイズが制御されたＳｉとＧｅの混晶ナノディスク又はナノドットが３次元的に周期的に配置された材料を発光材料としたことを特徴とする、発光材料。
- 請求項１〜６の何れかの方法で作製した、ナノ細線又はナノ細線の集合体を用いたことを特徴とする、半導体電子・光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006153359A JP2007319988A (ja) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006153359A JP2007319988A (ja) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012198008A Division JP5435600B2 (ja) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007319988A true JP2007319988A (ja) | 2007-12-13 |
Family
ID=38853204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006153359A Pending JP2007319988A (ja) | 2006-06-01 | 2006-06-01 | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2007319988A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010260170A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-18 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | シリコン及び／又はゲルマニウムナノワイヤの組立方法 |
| JP2012222274A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ナノピラーの作製方法 |
| EP2572242A2 (en) * | 2010-05-21 | 2013-03-27 | Princeton University | Structures for enhancement of local electric field, light absorption, light radiation, material detection and methods for making and using of the same |
| US8513101B2 (en) | 2009-02-25 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of synthesizing nanowires |
| US8513641B2 (en) | 2008-08-05 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Core-shell nanowire comprising silicon rich oxide core and silica shell |
| US9013690B1 (en) | 2010-05-21 | 2015-04-21 | The Trustees Of Princeton University | Highly sensitive detection of biomarkers for diagnostics |
| CN107342350A (zh) * | 2016-05-03 | 2017-11-10 | 文特西斯拉夫·M·拉夫希弗 | 针对紫外和可见光谱范围的基于一个或多个iv族材料的发光结构和系统 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004067433A (ja) * | 2002-08-06 | 2004-03-04 | National Institute For Materials Science | シリコンゲルマニウムナノワイヤーとその製造方法 |
| JP2004532133A (ja) * | 2001-03-30 | 2004-10-21 | ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| JP2005142217A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Toshiba Corp | 素子形成用基板 |
| WO2005064337A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical nanowire biosensor based on energy transfer |
| JP2006501690A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-01-12 | ナノシス・インコーポレイテッド | ナノ−イネーブルな、ナノワイヤおよびナノワイヤ混成物が組み込まれた大面積マクロエレクトロニクス基板のアプリケーション |
| WO2006043471A1 (ja) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 半導体ウェーハの製造方法 |
| JP2006140293A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体微小構造体及びその製造方法 |
-
2006
- 2006-06-01 JP JP2006153359A patent/JP2007319988A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004532133A (ja) * | 2001-03-30 | 2004-10-21 | ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| JP2004067433A (ja) * | 2002-08-06 | 2004-03-04 | National Institute For Materials Science | シリコンゲルマニウムナノワイヤーとその製造方法 |
| JP2006501690A (ja) * | 2002-09-30 | 2006-01-12 | ナノシス・インコーポレイテッド | ナノ−イネーブルな、ナノワイヤおよびナノワイヤ混成物が組み込まれた大面積マクロエレクトロニクス基板のアプリケーション |
| JP2005142217A (ja) * | 2003-11-04 | 2005-06-02 | Toshiba Corp | 素子形成用基板 |
| WO2005064337A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-07-14 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Optical nanowire biosensor based on energy transfer |
| WO2006043471A1 (ja) * | 2004-10-20 | 2006-04-27 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | 半導体ウェーハの製造方法 |
| JP2006140293A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体微小構造体及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN7008001132; Ｙｉｙｉｎｇ Ｗｕ，Ｒｏｎｇ Ｆａｎ，Ｐｅｉｄｏｎｇ Ｙａｎｇ: '"Ｂｌｏｃｋ-ｂｙ-Ｂｌｏｃｋ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ Ｓｉｎｇｌｅ-Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ／ＳｉＧｅ Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ"' ＮＡＮＯ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．２, 20020213, ８３-８６, Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8513641B2 (en) | 2008-08-05 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Core-shell nanowire comprising silicon rich oxide core and silica shell |
| US8513101B2 (en) | 2009-02-25 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of synthesizing nanowires |
| JP2010260170A (ja) * | 2009-04-28 | 2010-11-18 | Commissariat A L'energie Atomique & Aux Energies Alternatives | シリコン及び／又はゲルマニウムナノワイヤの組立方法 |
| US9007575B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-04-14 | The Trustees Of Princeton University | Nanostructure device that enhances fluorescence and luminescence |
| EP2572242A2 (en) * | 2010-05-21 | 2013-03-27 | Princeton University | Structures for enhancement of local electric field, light absorption, light radiation, material detection and methods for making and using of the same |
| EP2572242A4 (en) * | 2010-05-21 | 2014-02-19 | Univ Princeton | STRUCTURES FOR LOCAL ELECTRIC FIELD ENHANCEMENT, LIGHT ABSORPTION, LUMINOUS RADIATION AND MATERIAL DETECTION, AND METHODS OF MANUFACTURE AND USE |
| US9013690B1 (en) | 2010-05-21 | 2015-04-21 | The Trustees Of Princeton University | Highly sensitive detection of biomarkers for diagnostics |
| US9182338B2 (en) | 2010-05-21 | 2015-11-10 | The Trustees Of Princeton University | Structures for enhancement of local electric field, light absorption, light radiation, material detection and methods for making and using of the same |
| US9909989B2 (en) | 2010-05-21 | 2018-03-06 | The Trustees Of Princeton University | Structures for enhancement of local electric field, light absorption, light radiation, material detection and methods for making and using of the same |
| US10234394B2 (en) | 2010-05-21 | 2019-03-19 | The Trustees Of Princeton University | Method for highly sensitive detection of biomarkers for diagnostics |
| JP2012222274A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ナノピラーの作製方法 |
| CN107342350A (zh) * | 2016-05-03 | 2017-11-10 | 文特西斯拉夫·M·拉夫希弗 | 针对紫外和可见光谱范围的基于一个或多个iv族材料的发光结构和系统 |
| CN107342350B (zh) * | 2016-05-03 | 2020-10-20 | 文特西斯拉夫·M·拉夫希弗 | 针对紫外和可见光谱范围的基于一个或多个iv族材料的发光结构和系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Composition modulation in one-dimensional and two-dimensional chalcogenide semiconductor nanostructures | |
| JP2006225258A (ja) | シリコンナノワイヤおよびその製造方法 | |
| JP2007319988A (ja) | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法並びに構造制御方法 | |
| Fan et al. | Semiconductor nanowires: from self‐organization to patterned growth | |
| JP5013650B2 (ja) | ドープされた細長い半導体、そのような半導体の成長、そのような半導体を含んだデバイス、およびそのようなデバイスの製造 | |
| Sekiguchi et al. | Ti-mask selective-area growth of GaN by RF-plasma-assisted molecular-beam epitaxy for fabricating regularly arranged InGaN/GaN nanocolumns | |
| Yang | The chemistry and physics of semiconductor nanowires | |
| JP4701161B2 (ja) | 正確に位置決めされたナノウィスカおよびナノウィスカアレイ、およびそれらを作成する方法 | |
| Rao et al. | Inorganic nanowires | |
| US7625812B2 (en) | Silicon nano wires, semiconductor device including the same, and method of manufacturing the silicon nano wires | |
| JP2007152548A (ja) | 多孔性テンプレートを用いたナノワイヤの製造方法及びナノワイヤ構造体 | |
| JP2007260896A (ja) | 多孔性ガラステンプレートを用いたシリコンナノワイヤーの製造方法、及びこれにより形成されたシリコンナノワイヤーを含む素子 | |
| JPWO2007086188A1 (ja) | 三層型半導体ナノ粒子および三層型半導体ナノロッド | |
| JP2006505477A (ja) | ナノ構造体、そのようなナノ構造体を有する電子機器およびナノ構造体を調製する方法 | |
| Wang et al. | Exploiting Rayleigh instability in creating parallel Au nanowires with exotic arrangements | |
| JP5435600B2 (ja) | Ｉｖ族半導体ナノ細線の製造方法 | |
| US9181091B2 (en) | Porous nanostructure and method of manufacturing the same | |
| JP2007234962A (ja) | 量子ドットデバイスの製造方法及びその方法で作製したデバイスからなる集積回路 | |
| JP5032823B2 (ja) | ナノ構造およびナノ構造の作製方法 | |
| US20100117058A1 (en) | Multi-structure nanowire and method of manufacturing the same | |
| KR101348728B1 (ko) | 나노와이어 내부에 귀금속을 불연속적으로 포함하는 산화갈륨 나노와이어의 제조방법 및 이에 의해 제조되는 산화갈륨 나노와이어 | |
| JP2007216369A (ja) | シリコンナノ結晶材料の製造方法及び該製造方法で製造されたシリコンナノ結晶材料 | |
| JP2008311396A (ja) | 薄壁のグラフィチック・カーボンナノチューブで被覆されたヘテロ接合含有窒化マグネシウム・ナノワイヤ及びガリウム・ナノワイヤ | |
| Zhang et al. | Emergence of nanowires | |
| Li et al. | Growth and characterisation of Ge Nanowires by chemical vapour deposition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090528 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120710 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120910 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121002 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130205 |