JP2009221535A - Fine-structure element manufacturing apparatus and fine-structure element production method - Google Patents

Fine-structure element manufacturing apparatus and fine-structure element production method Download PDF

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Nobuhiko Ozaki
信彦 尾崎
Kiyoshi Asakawa
潔 浅川
Kasho Takada
賀章 高田
Shunsuke Okochi
俊介 大河内
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NEC Corp
University of Tsukuba NUC
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NEC Corp
University of Tsukuba NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fine-structure element manufacturing apparatus and a fine-structure element production method capable of producing a uniform fine-structure by applying the area selection growth technology. <P>SOLUTION: The fine-structure element manufacturing apparatus comprises a sample holder 40 with a substrate mounted thereon, a heater 50 for heating the substrate at the temperature in a predetermined range in order to selectively growing crystals on the substrate 30, at least one first aperture for selectively growing the crystal on the substrate 30, a mask 10 having a plurality of second apertures on the outer side of at least one aperture, and a mask holder 20 with the mask 10 being mounted thereon. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法に関し、さらに詳しくは微細構造の領域選択成長技術を適用した、微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法に関する。   The present invention relates to a fine structure element manufacturing apparatus and a fine structure element production method, and more particularly to a fine structure element production apparatus and a fine structure element production method to which a fine structure region selective growth technique is applied.

今日では、光情報通信ネットワークは社会にとってなくてはならない存在である。さらに、通信需要は急速に拡大しており、従来より使用されているデジタル信号処理を担う電気素子では、光信号の処理速度に限界があり、さらに高速化に伴い消費電力が肥大化する等の問題がある。つまり、電気で光信号を制御する方式では、消費電力と処理速度に関して問題が生じる。   Today, optical information communication networks are indispensable for society. Furthermore, the demand for communication is expanding rapidly, and the electrical elements that are used for digital signal processing that has been used in the past have a limit in the processing speed of the optical signal. There's a problem. That is, the method of controlling the optical signal with electricity has a problem with respect to power consumption and processing speed.

そこで、光で光信号を制御する全光スイッチング素子が大変期待されている。これらの全光スイッチング素子の例としては、現時点では、以下に示すような対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチが提案されている(非特許文献1、非特許文献2等参照)。   Therefore, an all-optical switching element that controls an optical signal with light is highly expected. As examples of these all-optical switching elements, symmetric Mach-Zehnder all-optical switches as described below have been proposed at present (see Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, etc.).

〔対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチ〕
対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチ(Photonic Crystal Symmetrical Mach−Zehnder:PC−SMZ)は、図11に示すように、フォトニック結晶光導波路510(Photonic Crystal Wave Guide:PC−WG)と、光導波路中に埋め込まれた量子ドット520(Quantum Dot:QD)を基本構成要素とする。フォトニック結晶光導波路を対称マッハ・ツェンダー型に配置し、2本の光非線形アーム内部(斜線部)に量子ドットを埋め込んだ構造を有する。非線形アーム部には、それぞれ量子ドット励起用の制御光(Control Pulse)を導入する光導波路が設けられる。この素子において量子ドットは、光非線形媒体として用いられ、信号光(Signal Pulse)の位相を変調させる役割を果たす。
(Symmetric Mach-Zehnder all-optical switch)
As shown in FIG. 11, a symmetric Mach-Zehnder type all-optical switch (Photonic Crystal Mach-Zehnder: PC-SMZ) includes a photonic crystal optical waveguide 510 (PC-WG) and an optical waveguide. Quantum dots 520 (Quant Dot: QD) embedded in the basic component. A photonic crystal optical waveguide is arranged in a symmetric Mach-Zehnder type, and has a structure in which quantum dots are embedded in two optical nonlinear arms (shaded portions). Each nonlinear arm portion is provided with an optical waveguide for introducing control light (Control Pulse) for exciting quantum dots. In this element, the quantum dot is used as an optical nonlinear medium, and plays a role of modulating the phase of signal light (Signal Pulse).

具体的なスイッチ動作を図12に模式的に示す。信号光は、図12の左側上から2番目のポートから入射され、初めの方向性結合器(DC1)により二分割される。分割された信号光はDC2において再び出会い、制御光が導入されない状態においては、両者の位相差は0であるから、図右側の下のポートから出射される。次に、スイッチON用の制御光を図左側最上部のポートから入射すると、非線形アーム(1)内の量子ドットが励起され、量子ドット内の伝導帯準位をキャリアが満たすことにより、準位間での吸収飽和(3次の光非線形現象)を起こす。   A specific switch operation is schematically shown in FIG. The signal light is incident from the second port from the upper left side in FIG. 12, and is divided into two by the first directional coupler (DC1). The divided signal light meets again at DC2, and in the state where the control light is not introduced, the phase difference between the two is 0, so that it is emitted from the lower port on the right side of the figure. Next, when the control light for turning on the switch is incident from the uppermost port on the left side of the figure, the quantum dots in the nonlinear arm (1) are excited and the carriers satisfy the conduction band levels in the quantum dots. Absorption saturation (third-order optical nonlinear phenomenon).

これにより、アーム(1)部の実効的な屈折率が変化するため、アーム(1)を伝播する信号光の位相がシフトする。位相シフト量が180度の場合、位相シフトしたアーム(1)伝播光と、位相シフトしていないアーム(2)伝播光がDC2で再び干渉すると、出力ポートが上側に切り替わり、スイッチングが起こる。次に、スイッチOFF用の制御光を図左側最下部のポートから入射すると、非線形アーム(2)内の量子ドットが励起され、同様にアーム(2)伝播光も位相がシフトされるため、両アームの伝播光の位相差が無くなり、再び下側のポートから信号光が出射する。   As a result, the effective refractive index of the arm (1) changes, so that the phase of the signal light propagating through the arm (1) is shifted. When the phase shift amount is 180 degrees, when the phase-shifted arm (1) propagation light and the non-phase-shift arm (2) propagation light interfere again at DC2, the output port is switched to the upper side and switching occurs. Next, when the control light for turning off the switch is incident from the bottom port on the left side of the figure, the quantum dots in the nonlinear arm (2) are excited, and similarly, the phase of the arm (2) propagating light is also shifted. The phase difference of the propagation light of the arm disappears, and the signal light is emitted again from the lower port.

このようにして全光スイッチ動作が実現されるが、この素子作製にもっとも重要となるのが、非線形アーム部領域にのみ位置選択的に均一な量子ドットを形成することである。また、この素子を1枚の基板に大量に集積化して作製する際は、この選択領域の位置精度を確保することも必要となる。   An all-optical switch operation is realized in this way, but the most important for the fabrication of this element is to form uniform quantum dots in a position-selective manner only in the nonlinear arm region. In addition, when this element is integrated in a large amount on a single substrate, it is necessary to ensure the positional accuracy of the selected region.

〔光フリップ・フロップ〕
光フリップ・フロップ(Photonic Crystal Flip Flop:PC−FF)は、光デジタル信号処理素子であり、図13のように、前述のPC−SMZを2個集積した構造を有する。詳細な動作原理の説明は割愛するが、本素子は異なる2波長の光(λ、λ:図中実線と点線)を用いて動作する。すなわち、PC−SMZ1とPC−SMZ2とはそれぞれ異なる吸収波長のQDを非線形アーム部に埋め込んだ構造となっている。そのため、PC−FF実現のためには2種類の異なる吸収波長を有するQDを、一枚の基板上にモノリシック(monolithic)に形成する必要がある。詳しくは、発明者らが出願した明細書に記載されている(特許文献1等参照)。
[Optical flip-flop]
An optical flip-flop (PC-FF) is an optical digital signal processing element and has a structure in which two PC-SMZs are integrated as shown in FIG. Although a detailed description of the principle of operation is omitted, this element operates using light of two different wavelengths (λ 1 and λ 2 : solid line and dotted line in the figure). That is, PC-SMZ1 and PC-SMZ2 have a structure in which QDs having different absorption wavelengths are embedded in the nonlinear arm portion. Therefore, in order to realize the PC-FF, it is necessary to form QDs having two different absorption wavelengths monolithically on a single substrate. The details are described in the specification filed by the inventors (see Patent Document 1, etc.).

これらの全光スイッチング素子に必要な特定の選択領域にのみ半導体薄膜などの微細構造を作製する技術として、通常の蒸着型結晶成長技術法などに加え、金属製などのマスクを試料上に配置する手法は多数報告がある。中でも、MBE法による結晶成長時に、試料ホルダ上にメタルマスクホルダを装着し、基板とマスクとの距離を一定に保つよう工夫したマスクを用いて、選択領域にのみ量子ドットを作製する方法を発明者の一人である大河内らが提案している(特許文献2等参照)。   In addition to the usual vapor deposition type crystal growth technique, a mask made of metal or the like is arranged on the sample as a technique for producing a fine structure such as a semiconductor thin film only in a specific selection region necessary for these all-optical switching elements. There are many reports on the method. In particular, inventing a method of manufacturing quantum dots only in selected regions using a mask that is devised so that a metal mask holder is mounted on a sample holder and the distance between the substrate and the mask is kept constant during crystal growth by the MBE method. Proposed by Okouchi et al. (See Patent Document 2, etc.).

特開2008−46543号公報JP 2008-46543 A 特開2008−34445号公報JP 2008-34445 A Kiyoshi Asakawa,“Photonic crystal and quantum dot technologies for all−optical switch and logic device”New Journal of Physics Vol.8(2006)208pKiyoshi Asakawa, “Photonic crystal and quantum dot technologies for all-optical switch and logic devices” New Journal of Physics. 8 (2006) 208p 浅川 潔他「超高速信号処理ナノ光制御素子および光集積技術に関する研究」TARA NEWS No.33 2006年9月 10p 筑波大学先端学際領域研究センター発行Kiyoshi Asakawa et al. “Research on ultra-high-speed signal processing nano-optical control devices and optical integration technology” TARA NEWS No. 33 September 2006 10p Published by University of Tsukuba Advanced Interdisciplinary Research Center 浅川 潔他「実用化に向けたフォトニック結晶の構造制御」(社)応用物理学会 第74巻第号(2005)186pKiyoshi Asakawa et al. “Structural control of photonic crystals for practical use” Japan Society of Applied Physics 74th volume (2005) 186p

大河内の方法で選択領域への量子ドット成長は可能であるが、背景技術で述べたPC−SMZやPC−FFを作製する場合、成長中のメタルマスクからは熱放射が発生しており、特に図14に示すようなマスクパターンの開口領域が大きい場合、中心部と周辺部でのマスク領域の相対的な被服量が異なるため、成長時の基板の温度分布が不均一になる傾向がある。また、メタルマスク開口領域中心部では、MBEの分子線が十分に照射されるが、周辺部にいくと不足気味になるため、形成された選択成長領域間でのバラツキが生じる。図15に従来例により作製されたQDの選択成長領域のフォトルミネッセンス発光強度分布マッピングの一例を示す。この結果をみればわかるように、試料中心部では比較的発光強度が強いが、周辺部へ行くと弱くなる傾向があり、全体で不均一な発光強度分布となっている。   Quantum dots can be grown in a selected region by the method in Okochi, but when making PC-SMZ and PC-FF described in the background art, thermal radiation is generated from the growing metal mask. When the opening area of the mask pattern as shown in FIG. 14 is large, the relative coverage of the mask area in the central part and the peripheral part is different, so that the temperature distribution of the substrate during growth tends to be non-uniform. In addition, although the MBE molecular beam is sufficiently irradiated at the central portion of the metal mask opening region, it becomes deficient when going to the peripheral portion, resulting in variations between the formed selective growth regions. FIG. 15 shows an example of the photoluminescence emission intensity distribution mapping of the selective growth region of the QD produced by the conventional example. As can be seen from this result, the emission intensity is relatively strong at the center of the sample, but tends to become weaker toward the periphery, resulting in an uneven emission intensity distribution as a whole.

本発明は、以上のような問題点を解決し、微細構造の領域選択成長技術を適用した、微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fine structure element manufacturing apparatus and a fine structure element production method that solve the above problems and apply a fine structure region selective growth technique.

本発明者らは、結晶成長時の基板温度分布を均一化することと基板表面での供給原料の均一化を促進することの有用性を見出し、下記の発明を完成するに至った。   The present inventors have found the utility of homogenizing the substrate temperature distribution during crystal growth and promoting the homogenization of the feedstock on the substrate surface, and have completed the following invention.

(1) 基板が搭載される試料ホルダと、前記基板に選択的に結晶を成長させるため基板の温度を所定の範囲に加熱する加熱器と、前記基板に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の第1の開口部と、当該1つ以上の第1の開口部の外側に複数の第2の開口部を有するマスクと、前記マスクが搭載されるマスクホルダと、を備える微細構造素子製造装置。   (1) A sample holder on which a substrate is mounted, a heater for heating the temperature of the substrate to a predetermined range in order to selectively grow crystals on the substrate, and at least for selectively growing crystals on the substrate A microstructure comprising one or more first openings, a mask having a plurality of second openings outside the one or more first openings, and a mask holder on which the mask is mounted Element manufacturing equipment.

(1)の記載による微細構造素子製造装置によれば、基板が搭載される試料ホルダと、基板に選択的に結晶を成長させるため基板の温度を所定の範囲に加熱する加熱器と、マスクと、マスクが搭載されるマスクホルダと、を備えている。当該マスクは、基板に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の第1の開口部と、当該1つ以上の第1の開口部の外側に複数の第2の開口部を有するので、量子ドット成長時の温度勾配や供給原料分圧といった成長条件の均一化が可能となり、その結果、選択領域成長量子ドットの構造や光学特性の均一化を図ることができる。   According to the microstructure device manufacturing apparatus described in (1), a sample holder on which a substrate is mounted, a heater that heats the temperature of the substrate to a predetermined range in order to selectively grow crystals on the substrate, a mask, And a mask holder on which the mask is mounted. The mask has at least one or more first openings for selectively growing crystals on the substrate and a plurality of second openings on the outside of the one or more first openings. The growth conditions such as the temperature gradient and the feedstock partial pressure during quantum dot growth can be made uniform, and as a result, the structure and optical characteristics of the selected region grown quantum dots can be made uniform.

基板は、微細構造素子を作製するための基板である。素材は半導体であってもよいし、金属でもよいし、磁性体または強誘電体であってもよい。   The substrate is a substrate for producing a microstructure element. The material may be a semiconductor, a metal, a magnetic material, or a ferroelectric material.

第1の開口部は、基板に選択的に結晶を成長させる場合に、必要な位置に原料を照射するための案内となり、1つの基板より多数の素子を生産するための多数の第1の開口部が設けられる。一方、第2の開口部は、量子ドット成長時の温度勾配や供給原料分圧といった成長条件の均一化を図るために設けられたものである。第2の開口部は、マスクの中心部と第1の開口部の外周に設けることが望ましい。   The first opening serves as a guide for irradiating a raw material to a required position when a crystal is selectively grown on the substrate, and a plurality of first openings for producing a larger number of elements than one substrate. Parts are provided. On the other hand, the second opening is provided in order to achieve uniform growth conditions such as temperature gradient and supply material partial pressure during quantum dot growth. The second opening is desirably provided at the center of the mask and the outer periphery of the first opening.

(2) 前記マスクホルダには、前記基板と前記マスクとの間の空間と当該マスクホルダの外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔を設けたことを特徴とする(1)に記載の微細構造素子製造装置。   (2) The mask holder is provided with a plurality of diffusion holes through which a material irradiated for crystal growth can be diffused between the space between the substrate and the mask and the outside of the mask holder. (1) The fine structure element manufacturing apparatus according to (1).

(2)の記載による微細構造素子製造装置によれば、マスクホルダには、基板とマスクとの間の空間と当該マスクホルダの外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔を設けられている。成長時に照射される周期表のV族原料は周期表のIII族原料に比べて基板表面で拡散する傾向が大きく、開口部へ照射された後、開口周辺へ表面拡散する。素子製作領域は、開口が多いため充分なV族原料が存在しているが、周辺部は相対的に開口が少ないため、V族原料が不足気味になる。そこで、マスクホルダに複数の拡散孔を設けることにより、マスクホルダの内外で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となるので、このV族原料不足を補うことが可能となる。   According to the microstructure device manufacturing apparatus described in (2), the raw material irradiated for growing crystals can be diffused in the mask holder between the space between the substrate and the mask and the outside of the mask holder. A plurality of diffusion holes are provided. The group V raw material of the periodic table irradiated during growth has a greater tendency to diffuse on the substrate surface than the group III raw material of the periodic table, and after irradiating the opening, the surface diffuses around the opening. The element manufacturing region has a large number of openings, so that there are sufficient Group V materials. However, since the peripheral part has relatively few openings, the Group V materials are scarce. Therefore, by providing a plurality of diffusion holes in the mask holder, it is possible to diffuse the raw material irradiated for crystal growth inside and outside the mask holder, so that it is possible to make up for this shortage of group V materials.

(3) 前記加熱器により、前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする(1)又は(2)に記載の微細構造素子製造装置。   (3) The fine structure element manufacturing apparatus according to (1) or (2), wherein the heated portion of the substrate moves with time by the heater.

(3)の記載による微細構造素子製造装置によれば、加熱器により、基板の加熱される部分が時間とともに移動するので、基板の温度が均一化する。また、基板の加熱される部分が時間とともに移動するので、微細構造素子製造装置の中でV族原料がより拡散可能となる。   According to the microstructure element manufacturing apparatus described in (3), the heated portion of the substrate is moved with time by the heater, so that the temperature of the substrate becomes uniform. In addition, since the heated portion of the substrate moves with time, the group V raw material can be more diffused in the microstructure device.

(4) 前記加熱器は、発熱体が電気的に2相以上で構成され、各相に異なる位相の電圧を印加することにより前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする(3)に記載の微細構造素子製造装置。   (4) In the heater, the heating element is electrically composed of two or more phases, and a heated portion of the substrate moves with time by applying a voltage having a different phase to each phase. The microstructure device manufacturing apparatus according to (3).

(4)の記載による微細構造素子製造装置によれば、発熱体が電気的に2相以上で構成され、各相に異なる位相の電圧を印加することにより基板の加熱される部分が時間とともに移動する。発熱体が3相で構成され、3相交流を印加することにより、基板の加熱される部分が3相モータのように回転するのが望ましい。なお、単相の電源で、コンデンサ、リアクトルにより位相の異なる電圧を印加することにより、基板の加熱される部分を回転させることもできる。この機構は、基板を回転させることが何らかの理由で難しい場合にも、基板回転による形成層の均一化と同等の効果をもたらすことができる。   According to the microstructure device manufacturing apparatus described in (4), the heating element is electrically composed of two or more phases, and the heated portion of the substrate moves with time by applying voltages of different phases to each phase. To do. It is desirable that the heating element is composed of three phases, and the heated portion of the substrate rotates like a three-phase motor by applying a three-phase alternating current. Note that a heated portion of the substrate can be rotated by applying a voltage having a different phase by a capacitor and a reactor with a single-phase power source. Even when it is difficult to rotate the substrate for some reason, this mechanism can provide the same effect as that of forming a uniform layer by rotating the substrate.

(5) 基板が、試料ホルダに搭載される工程と、前記基板に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の開口と、当該1つ以上の開口の外側に複数の開口部を有するマスクをマスクホルダに搭載する工程と、前記試料ホルダと前記マスクホルダとを弾性体を用いて軸方向に位置決めをする位置決め工程と、前記基板に選択的に結晶を成長させるため基板の温度を所定の範囲に加熱し保持する加熱工程と、前記基板に素材を蒸発させて当該基板上に結晶を成長させる結晶成長工程と、を有する微細構造素子生産方法。   (5) The substrate has a step of mounting on the sample holder, at least one or more openings for selectively growing crystals on the substrate, and a plurality of openings outside the one or more openings. A step of mounting a mask on the mask holder, a positioning step of positioning the sample holder and the mask holder in an axial direction using an elastic body, and a substrate temperature for selectively growing crystals on the substrate. A method for producing a fine structure element, comprising: a heating step of heating and holding the substrate within a range; and a crystal growth step of evaporating a material on the substrate to grow a crystal on the substrate.

(5)に記載の発明は微細構造素子生産方法に関するものである。(1)に記載の微細構造素子製造装置を用いて均一性のある素子の微細構造素子生産方法を実現することができる。   The invention described in (5) relates to a method for producing a fine structure element. Using the microstructure device manufacturing apparatus described in (1), a method for producing a microstructure device with uniform elements can be realized.

(6) 前記マスクホルダには、前記基板と前記マスクとの間の空間と当該マスクホルダの外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔を設けられ、前記加熱工程では、前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする(5)に記載の微細構造素子生産方法。   (6) The mask holder is provided with a plurality of diffusion holes through which a material irradiated for crystal growth can be diffused between the space between the substrate and the mask and the outside of the mask holder. In the heating step, the part to be heated of the substrate moves with time, and the method for producing a fine structure element according to (5).

(6)に記載の発明は微細構造素子生産方法に関するものであり、(3)又は(4)に記載の微細構造素子製造装置を用いて、均一性のある素子の微細構造素子生産方法を実現することができる。   The invention described in (6) relates to a method for producing a fine structure element, and realizes a fine structure element production method for a uniform element by using the fine structure element manufacturing apparatus described in (3) or (4). can do.

本発明によれば、PC−SMZやPC−FFを作製する場合、成長中のメタルマスクからは熱放射が発生しており、特にマスクパターンの開口領域が大きい場合、中心部と周辺部でのマスク領域の相対的な被服量が異なるため、成長時の基板の温度分布が不均一になるという問題を解決して、均一性のある素子の生産に適する微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法を提供することができる。   According to the present invention, when PC-SMZ or PC-FF is manufactured, thermal radiation is generated from the growing metal mask, and particularly in the case where the opening area of the mask pattern is large, in the central portion and the peripheral portion. Resolving the problem of non-uniform temperature distribution of the substrate during growth because the relative coverage of the mask area is different, the fine structure element manufacturing apparatus and the fine structure element production suitable for the production of uniform elements A method can be provided.

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. This is merely an example, and the technical scope of the present invention is not limited to this.

<実施例1>
図1は、本発明の微細構造素子製造装置を用いた結晶成長装置を説明する図であり、図2は、本発明の微細構造素子製造装置のマスクパターンの1例を示す図である。図3は、本発明の微細構造素子生産方法の工程を表したブロック図である。図4は、本発明のマスクパターンにより作製された量子ドット選択成長のPL発光強度分布を示す図である。以下、これらの図を参照して説明をする。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram for explaining a crystal growth apparatus using the microstructure device manufacturing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing an example of a mask pattern of the microstructure element manufacturing apparatus of the present invention. FIG. 3 is a block diagram showing the steps of the fine structure element production method of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a PL emission intensity distribution of the quantum dot selective growth produced by the mask pattern of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings.

本発明の微細構造素子製造装置1は、図1(a)に示すように、基板30が搭載され、回転方向の角度を規定することのできる回転規制手段44を有する試料ホルダ40と、基板30に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の開口を有するマスク10と、回転規制手段44に接合して回転方向と半径方向との試料ホルダ40との相対位置が決まる位置固定手段29を有するマスクホルダ20と、基板30とマスク10とをあらかじめ定められた距離に近接して位置決めするために試料ホルダ40とマスクホルダ20とが互いに軸方向に離反するように設けられた弾性体であるバネ28と、結晶を安定して成長させる際に基板30の温度を所定の範囲に加熱して保持する加熱器50とがある。また、図1(b)は基板30とマスク10と選択結晶成長層32を示す拡大図である。   As shown in FIG. 1A, the microstructure device manufacturing apparatus 1 of the present invention includes a sample holder 40 having a substrate 30 mounted thereon and having a rotation restricting means 44 capable of defining an angle in the rotation direction, and the substrate 30. The position fixing means 29 which is bonded to the rotation restricting means 44 and the relative position between the sample holder 40 in the rotation direction and the radial direction is determined by joining the mask 10 having at least one opening for selectively growing crystals on the surface. And an elastic body provided so that the sample holder 40 and the mask holder 20 are separated from each other in the axial direction in order to position the substrate 30 and the mask 10 close to a predetermined distance. There is a certain spring 28 and a heater 50 that heats and maintains the temperature of the substrate 30 within a predetermined range when the crystal is stably grown. FIG. 1B is an enlarged view showing the substrate 30, the mask 10, and the selective crystal growth layer 32.

結晶成長を行う際、微細構造素子製造装置1は、結晶成長装置の大気と隔離した成長室内に配置される。結晶成長装置には、基板30に原料を照射するための複数の蒸発源60(60A、60B、60C)が設けられている。また、蒸発源60については全体を成長室内に設けている必要はなく、原料の照射口が成長室内にあればよい。また、蒸発源60の数は3つの場合に限られない。なお、結晶成長装置には、成長室を減圧するための排気ポンプや排気ポンプと成長室を接続するための配管などがあるが、それらの構成は従来と同様であるので、説明を省略する。より詳細には、中嶋一雄責任編集「エピタキシャル成長のメカニズム」共立出版株式会社出版、2005年5月20日、p.78−79参照。   When performing crystal growth, the microstructure device manufacturing apparatus 1 is placed in a growth chamber isolated from the atmosphere of the crystal growth apparatus. The crystal growth apparatus is provided with a plurality of evaporation sources 60 (60A, 60B, 60C) for irradiating the substrate 30 with the raw material. Further, the evaporation source 60 does not have to be provided in the growth chamber as a whole, and the raw material irradiation port may be provided in the growth chamber. Further, the number of evaporation sources 60 is not limited to three. Note that the crystal growth apparatus includes an exhaust pump for decompressing the growth chamber and piping for connecting the exhaust pump and the growth chamber, and the configuration thereof is the same as the conventional one, and the description thereof is omitted. For details, see Kazuo Nakajima's “Epitaxial Growth Mechanism” published by Kyoritsu Shuppan Co., Ltd., May 20, 2005, p. See 78-79.

対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチの場合は、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法により、GaAs基板上に薄膜やQDを結晶成長させる。真空容器中で、当該半導体を構成する各元素を供給源(ソース)から供給し、適当な温度に加熱した基板上で結晶として成長させる。各構成元素は、Ga、In、Al、Asなどで、これらの構成元素の供給源としては元素単体ないし化合物のソースを用いる。   In the case of a symmetric Mach-Zehnder all-optical switch, a thin film or a QD is grown on a GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE). In the vacuum container, each element constituting the semiconductor is supplied from a supply source (source) and grown as a crystal on a substrate heated to an appropriate temperature. Each constituent element is Ga, In, Al, As, or the like, and a simple substance or a compound source is used as a supply source of these constituent elements.

具体的なマスクパターンを図2に示す。マスク10は素材がタンタル(Ta)の直径35mmの円板で、厚さは0.1mmである。中央に設けられた第2の開口部12は、結晶成長中の基板温度をモニタするために設けられたものである。結晶成長中に基板表面温度を測定するためには、分子線エピタキシー法の場合、赤外線放射温度計を用いる手法や反射高エネルギー電子線回折(RHEED:Reflection High Energy Electron Diffraction)法を用いる手法が一般的である。赤外線放射温度計は、基板表面から放射された赤外線を測定し、基板温度を確定するものである。RHEEDは、電子線を極低角度で基板に照射し、反射した回折電子線を対向した蛍光板上に結像させ、表面の構造を解析することで表面の構造の変移点を測定し、基板温度を確定するものである。   A specific mask pattern is shown in FIG. The mask 10 is a disk made of tantalum (Ta) and having a diameter of 35 mm, and has a thickness of 0.1 mm. The second opening 12 provided in the center is provided for monitoring the substrate temperature during crystal growth. In order to measure the substrate surface temperature during crystal growth, in the case of the molecular beam epitaxy method, a method using an infrared radiation thermometer or a method using a reflection high energy electron diffraction (RHEED) method is generally used. Is. The infrared radiation thermometer measures infrared rays radiated from the substrate surface and determines the substrate temperature. RHEED irradiates the substrate with an electron beam at a very low angle, forms an image of the reflected diffracted electron beam on the opposing fluorescent plate, analyzes the surface structure, measures the transition point of the surface structure, Is determined.

図2に示すように、第1開口部ブロック13、14が設けられている。第1開口部ブロック13と14には0.5mmの正方形の第1開口部が多数設けられている。第1開口部ブロック13の外側には、図2に示すように第2開口部13A、13B、13C、13Dが設けられている。同様に、第1開口部ブロック14の外側には、図2に示すように第2開口部14A、14B、14C、14Dが設けられている。   As shown in FIG. 2, first opening block blocks 13 and 14 are provided. The first opening blocks 13 and 14 are provided with a large number of 0.5 mm square first openings. As shown in FIG. 2, second openings 13 </ b> A, 13 </ b> B, 13 </ b> C, and 13 </ b> D are provided outside the first opening block 13. Similarly, second openings 14A, 14B, 14C, and 14D are provided outside the first opening block 14 as shown in FIG.

図3は、本発明の微細構造素子生産方法の工程を表した図である。基板30が、回転方向の角度を規定することのできる回転規制手段44を有する試料ホルダ40に搭載される(S110)。そして、少なくとも1つ以上の第1の開口部を有するマスク10をマスクホルダ20に搭載する(S120)。さらに、試料ホルダ40とマスクホルダ20とを弾性体であるバネ28を用いて軸方向に位置決めをする(S130)。位置決め後、加熱器50により基板30の温度を所定の範囲に加熱して保持する。そして、基板30に素材を蒸発源60で蒸発させて基板30上に選択結晶成長層32(図1参照)を選択的に結晶を成長させる(S150)。   FIG. 3 is a diagram showing the steps of the fine structure element production method of the present invention. The substrate 30 is mounted on the sample holder 40 having the rotation restricting means 44 that can regulate the angle in the rotation direction (S110). Then, the mask 10 having at least one or more first openings is mounted on the mask holder 20 (S120). Further, the sample holder 40 and the mask holder 20 are positioned in the axial direction using the spring 28 which is an elastic body (S130). After positioning, the temperature of the substrate 30 is heated to a predetermined range by the heater 50 and held. Then, the material is evaporated on the substrate 30 by the evaporation source 60, and the selective crystal growth layer 32 (see FIG. 1) is selectively grown on the substrate 30 (S150).

マスク10周辺部の遮蔽領域のマスク10から生じる選択成長領域への熱放射の影響を、新たな複数の第2の開口部13A、13B、13C、13D、14A、14B、14C、14Dを設けることにより軽減し、成長時の基板温度分布の均一化を促進する。また、選択成長領域外の周辺部に複数の第2の開口部13A、13B、13C、13D、14A、14B、14C、14Dの開口を形成することにより、分子線ビーム照射時の供給原料の基板表面への供給を周辺部からの回り込みによっても行い、基板30の表面での供給原料の均一化を促進する。   A plurality of new second openings 13A, 13B, 13C, 13D, 14A, 14B, 14C, and 14D are provided to influence the influence of thermal radiation on the selective growth region generated from the mask 10 in the shielding region around the mask 10. And promotes uniform substrate temperature distribution during growth. Further, by forming openings of a plurality of second openings 13A, 13B, 13C, 13D, 14A, 14B, 14C, and 14D in the peripheral part outside the selective growth region, the substrate of the supply material at the time of molecular beam irradiation The supply to the surface is also performed by wrapping around from the peripheral part, and the uniformization of the feedstock on the surface of the substrate 30 is promoted.

本発明の場合は、図2に示すように周辺部領域に複数の第2の開口部13A、13B、13C、13D、14A、14B、14C、14Dを有していることである。これらの付加された第2の開口部は、素子作製領域外に作製されているため、実際の素子作製には用いない。しかしながら、選択成長領域に形成されたQDの均一性向上に大きな効果をもたらす。   In the case of the present invention, as shown in FIG. 2, the peripheral region has a plurality of second openings 13A, 13B, 13C, 13D, 14A, 14B, 14C, and 14D. Since these added second openings are formed outside the device manufacturing region, they are not used for actual device manufacturing. However, it has a great effect on improving the uniformity of the QD formed in the selective growth region.

作製試料の評価法として、He−Neレーザー(λ=633nm)励起によるフォトルミネッセンス(PL)の測定を室温において行った。基板上の任意の位置においてPLスペクトルを測定できるよう、試料ステージはステッピングモーターによる高分解能駆動ステージを用いた。また、基板面内での各座標位置においてPL強度をマッピングすることにより、発光位置すなわちQDの成長領域を判別した。   As an evaluation method of the manufactured sample, measurement of photoluminescence (PL) by excitation with a He—Ne laser (λ = 633 nm) was performed at room temperature. The sample stage was a high-resolution drive stage using a stepping motor so that the PL spectrum could be measured at an arbitrary position on the substrate. Further, by mapping the PL intensity at each coordinate position in the substrate plane, the light emission position, that is, the QD growth region was determined.

図4に、この図2に示すマスクパターンを用いて作製したQD選択成長試料のフォトルミネッセンス発光強度分布図を示す。図15と比較すると、各選択成長領域のPL発光強度分布が飛躍的に改善されたことがわかる。   FIG. 4 shows a photoluminescence emission intensity distribution diagram of a QD selective growth sample produced using the mask pattern shown in FIG. Compared with FIG. 15, it can be seen that the PL light emission intensity distribution in each selective growth region has been dramatically improved.

これは、第1に基板30の表面での温度分布が周辺部に第2の開口部を設けることにより改善したことによる効果が大きい。マスク10は、蒸発源からの原料照射を遮断する役割を持っているとともに、成長時にはマスク10が基板上方より熱を放射する。それは、マスク10自体が基板ホルダと一体化して加熱されているからである。また、基板30に半絶縁性GaAs基板を用いた場合は、加熱器から発生する遠赤外線は基板30を透過して、タンタルから成るマスク10で遠赤外線が吸収され、この場合は、マスク10が加熱される。そして、マスク10は基板30と近接しており、かつ、周辺領域には開口が少ないため、開口領域が多い素子作製領域より多くの熱が基板に照射される。したがって、周辺部の基板30の表面温度は上昇し、基板30上での温度が異なる分布が生じてしまう。   This is largely due to the fact that the temperature distribution on the surface of the substrate 30 is improved by providing the second opening at the periphery. The mask 10 serves to block the irradiation of the raw material from the evaporation source, and the mask 10 radiates heat from above the substrate during growth. This is because the mask 10 itself is integrally heated with the substrate holder. When a semi-insulating GaAs substrate is used as the substrate 30, far infrared rays generated from the heater are transmitted through the substrate 30, and the far infrared rays are absorbed by the mask 10 made of tantalum. Heated. Since the mask 10 is close to the substrate 30 and there are few openings in the peripheral region, more heat is applied to the substrate than in the element manufacturing region having many opening regions. Accordingly, the surface temperature of the substrate 30 in the peripheral portion increases, and a distribution in which the temperature on the substrate 30 is different occurs.

また、成長時に照射される周期表のV族原料(例えば、砒素)は周期表のIII族原料に比べて基板30の表面で拡散する傾向が大きく、第1の開口部へ照射された後、第1の開口部周辺へ表面拡散する。素子製作領域は、第1の開口部が多いため充分なV族原料が存在しているが、周辺部は開口が少ないため、V族原料が不足気味になる。そこで、素子作製領域外に第2の開口部を設けることにより、このV族原料不足を補うことが可能となる。これらの効果の相乗作用により選択成長領域に形成されたQDの均一性が大きく向上する。   Further, the Group V source material (for example, arsenic) of the periodic table irradiated at the time of growth has a larger tendency to diffuse on the surface of the substrate 30 than the Group III source material of the periodic table. The surface diffuses around the first opening. In the device manufacturing region, there are a large number of first openings, so that there are sufficient Group V materials. However, since there are few openings in the periphery, the Group V materials are scarce. Therefore, by providing the second opening outside the element manufacturing region, it becomes possible to compensate for the lack of the V group material. The synergistic action of these effects greatly improves the uniformity of the QD formed in the selective growth region.

<実施例2>
実施例2は、結晶を成長させるために照射された原料を拡散し並びに基板の加熱される部分が時間とともに移動することにより基板温度をさらに均一になるよう改良した微細構造素子製造装置及び微細構造素子生産方法を提供することを目的とする。図5は、本発明によるマスクホルダとマスクの一例の斜視図であり、図6は、本発明の微細構造素子製造装置のマスクパターンの他の例を示す図である。図7は、本発明の加熱器のヒータの接続図の一例である。図8は、本発明の加熱器のヒータの接続図の具体的な一例である。図9は、本発明の微細構造素子生産方法の他の一例の工程を表したブロック図である。以下、これらの図を参照して説明をする。
<Example 2>
Example 2 is a fine structure element manufacturing apparatus and fine structure in which the substrate temperature is made more uniform by diffusing the irradiated raw material for growing the crystal and moving the heated portion of the substrate with time. An object is to provide an element production method. FIG. 5 is a perspective view of an example of a mask holder and a mask according to the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing another example of a mask pattern of the microstructure device manufacturing apparatus of the present invention. FIG. 7 is an example of a connection diagram of heaters of the heater of the present invention. FIG. 8 is a specific example of a heater connection diagram of the heater of the present invention. FIG. 9 is a block diagram showing a process of another example of the microstructure manufacturing method of the present invention. Hereinafter, description will be given with reference to these drawings.

図5に示すように、マスクホルダ200には、基板30とマスク100との間の空間とマスクホルダ200の外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔210A、210B、210C、・・・210Hが設けられている。   As shown in FIG. 5, the mask holder 200 includes a plurality of diffusions in which a material irradiated to grow crystals can be diffused between the space between the substrate 30 and the mask 100 and the outside of the mask holder 200. Holes 210A, 210B, 210C,... 210H are provided.

マスク100は、図6に示すように、中心部に直径6mm以上の第2の開口部120を設け、その周辺に第1の開口部ブロック130と140を設けている。第1の開口部ブロック130と140は、基板30に選択的に結晶を成長させるため多数の開口部で構成されている。第1の開口部ブロック130と140の外側には、第2の開口部130A、130B、130C、130D、140A、140B、140C、140Dが設けられている。   As shown in FIG. 6, the mask 100 is provided with a second opening 120 having a diameter of 6 mm or more at the center, and first opening blocks 130 and 140 around the second opening 120. The first opening blocks 130 and 140 are composed of a large number of openings for selectively growing crystals on the substrate 30. Outside the first opening blocks 130 and 140, second openings 130A, 130B, 130C, 130D, 140A, 140B, 140C, and 140D are provided.

拡散孔210A、・・・210Hと第2の開口部130A、・・・140Dとは、原料が拡散可能となるように、図5に示すような相対位置に取り付けることが望ましい。   The diffusion holes 210A,... 210H and the second openings 130A,... 140D are desirably attached at relative positions as shown in FIG.

加熱器50のヒータは、基板30の加熱される部分が時間とともに移動することが望ましい。図7に示すように、ヒータU、ヒータV、ヒータWを星型に結線し各端子に3相交流の電圧を印加することにより、交流電動機の回転磁界のように、回転する熱源を提供することができる。   As for the heater of the heater 50, it is desirable that the heated portion of the substrate 30 moves with time. As shown in FIG. 7, the heater U, the heater V, and the heater W are connected in a star shape, and a three-phase AC voltage is applied to each terminal to provide a rotating heat source like a rotating magnetic field of an AC motor. be able to.

より具体的には、図8に示すように、8極の交流電動機のように各ヒータを円板上に15度ずつ離れて、図8に示すように配置して接続することにより、基板30の加熱される部分が時間とともに回転することにより基板30の温度が均一化される。さらに、基板30の加熱される部分が時間とともに回転するので、照射された原料がより拡散可能となる。   More specifically, as shown in FIG. 8, the substrate 30 is arranged by connecting the heaters 15 degrees apart from each other on a circular plate as shown in FIG. The temperature of the substrate 30 is made uniform by rotating the portion to be heated with time. Further, since the heated portion of the substrate 30 rotates with time, the irradiated raw material can be more diffused.

なお、基板30の加熱される部分が時間とともに移動することは、加熱器を回転させても良いし、3相交流でなくて単相交流を用いても良い。   In order to move the heated portion of the substrate 30 with time, the heater may be rotated, or a single-phase alternating current may be used instead of a three-phase alternating current.

一方、実施例2では、中心部の第2の開口部を直径6mm以上とし、多数の拡散孔210A・・・210Hを利用して、上記で述べた結晶成長中に基板表面温度を測定するために、反射高エネルギー電子線回折(RHEED:Reflection High Energy Electron Diffraction)法を用いる場合に、基板30の温度を結晶の異なる方向で測定できるという利点がある。   On the other hand, in Example 2, in order to measure the substrate surface temperature during the crystal growth described above by making the second opening at the center 6 mm or more in diameter and using a large number of diffusion holes 210A. In addition, when using a reflection high energy electron diffraction (RHEED) method, there is an advantage that the temperature of the substrate 30 can be measured in different directions of the crystal.

このような微細構造素子生産方法は、図9に示すように、基板30が、試料ホルダ40に搭載される(S210)。次に、基板30に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の開口と、当該1つ以上の開口の外側に複数の開口部を有するマスク100をマスクホルダ200に搭載する(S220)。そして、試料ホルダ40とマスクホルダ200とを弾性体28を用いて軸方向に位置決めをする(S230)。その後、基板30に選択的に結晶を成長させるため基板30の温度を所定の範囲を時間とともに移動して加熱し保持しながら(S240)。基板30に素材を蒸発させて当該基板上に結晶を成長させる(S250)。このようにして、より均一性に優れた微細構造素子を生産することができる。   In such a fine structure element production method, as shown in FIG. 9, the substrate 30 is mounted on the sample holder 40 (S210). Next, a mask 100 having at least one or more openings for selectively growing crystals on the substrate 30 and a plurality of openings outside the one or more openings is mounted on the mask holder 200 (S220). . Then, the sample holder 40 and the mask holder 200 are positioned in the axial direction using the elastic body 28 (S230). Thereafter, in order to selectively grow crystals on the substrate 30, the temperature of the substrate 30 is moved within a predetermined range with time to be heated and held (S240). The material is evaporated on the substrate 30 to grow crystals on the substrate (S250). In this way, it is possible to produce a microstructural element with better uniformity.

<実施例3>
実施例3は、本発明の微細構造素子製造装置のマスクの別の実施例である。図10に示すように、実施例3のマスク300は中心部に十字状の開口部320が設けられている。
<Example 3>
Example 3 is another example of the mask of the microstructure device manufacturing apparatus of the present invention. As shown in FIG. 10, the mask 300 of Example 3 is provided with a cross-shaped opening 320 at the center.

図10に示すように、基板30に選択的に結晶を成長させるための第1開口部ブロック330、340、350、360が設けられている。第1開口部ブロック330、340、350、360には0.5mmの正方形の第1開口部が多数設けられている。第1開口部ブロック330、340、350、360の外側には、図10に示すように第2開口部330A、340A、350A、360Aが設けられている。   As shown in FIG. 10, first opening blocks 330, 340, 350, 360 for selectively growing crystals on the substrate 30 are provided. The first opening block 330, 340, 350, 360 is provided with a number of 0.5 mm square first openings. As shown in FIG. 10, second openings 330A, 340A, 350A, and 360A are provided outside the first opening blocks 330, 340, 350, and 360.

図10に示すような、マスク300にても、実施例1または実施例2の要素と組み合わせることにより実施例1または実施例2と同様な効果を期待することができる。   Even in the mask 300 as shown in FIG. 10, the same effect as that of the first or second embodiment can be expected by combining with the elements of the first or second embodiment.

以上、本発明の実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば、近赤外光を透過させるGaAs基板にInとAsを選択領域に照射する自己組織化InAsの光制御素子について主に説明をしたが、GaAs基板のみならずその他の基板、例えば窒化ガリウム(GaN)、酸化亜鉛(ZnO)等をもちいて青色波長の光制御素子にも同様に対応することができる。   As mentioned above, although demonstrated using embodiment of this invention, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, a self-organized InAs light control element that irradiates a selected region with In and As on a GaAs substrate that transmits near-infrared light has been mainly described. However, not only a GaAs substrate but also other substrates such as gallium nitride ( It is also possible to cope with a blue wavelength light control element using GaN), zinc oxide (ZnO), or the like.

本発明の微細構造素子製造装置を用いた結晶成長装置を説明する図である。It is a figure explaining the crystal growth apparatus using the microstructure device manufacturing apparatus of this invention. 本発明の微細構造素子製造装置のマスクパターンの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mask pattern of the fine structure element manufacturing apparatus of this invention. 本発明の微細構造素子生産方法の工程を表したブロック図である。It is a block diagram showing the process of the fine structure element manufacturing method of this invention. 本発明のマスクパターンにより作製された量子ドット選択成長のPL発光強度分布を示す図である。It is a figure which shows PL light emission intensity distribution of the quantum dot selective growth produced with the mask pattern of this invention. 本発明によるマスクホルダとマスクの一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of a mask holder and a mask by the present invention. 本発明の微細構造素子製造装置のマスクパターンの他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the mask pattern of the fine structure element manufacturing apparatus of this invention. 本発明の加熱器のヒータの接続図の一例である。It is an example of the connection diagram of the heater of the heater of this invention. 本発明の加熱器のヒータの接続図の具体的な一例である。It is a specific example of the connection diagram of the heater of the heater of this invention. 本発明の微細構造素子生産方法の他の一例の工程を表したブロック図である。It is a block diagram showing the process of another example of the fine structure element production method of this invention. 本発明の微細構造素子製造装置のマスクの別の実施例である。It is another Example of the mask of the fine structure element manufacturing apparatus of this invention. 対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチを説明する図である。It is a figure explaining a symmetrical Mach-Zehnder type all-optical switch. 対称マッハ・ツェンダー型全光スイッチの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of a symmetrical Mach-Zehnder type all-optical switch. 本発明の光制御素子を有する光フリップ・フロップ素子を説明する図である。It is a figure explaining the optical flip-flop element which has the light control element of this invention. 従来のマスクのパターン図である。It is a pattern figure of the conventional mask. 従来例により作製されたQDの選択成長領域のフォトルミネッセンス発光強度分布マッピングの一例を示す。An example of the photoluminescence emission intensity distribution mapping of the selective growth area | region of QD produced by the prior art example is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 微細構造素子製造装置
10 マスク
12 第2の開口部
13 第1の開口部ブロック
13A、13B、13C、13D 第2の開口部
14 第1の開口部ブロック
14A、14B、14C、14D 第2の開口部
20 マスクホルダ
28 バネ
30 基板
32 選択結晶成長層
40 試料ホルダ
44 回転規制手段
50 加熱器
60 蒸発源
100 マスク
120 第2の開口部
130 第1の開口部ブロック
130A、130B、130C、130D 第2の開口部
140 第1の開口部ブロック
140A、140B、140C、140D 第2の開口部
200 マスクホルダ
210A、210B、210C、・・・210H 拡散孔
510 ホトニック結晶光導波路
520 量子ドット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fine structure element manufacturing apparatus 10 Mask 12 2nd opening part 13 1st opening part block 13A, 13B, 13C, 13D 2nd opening part 14 1st opening part block 14A, 14B, 14C, 14D 2nd Opening 20 Mask holder 28 Spring 30 Substrate 32 Selective crystal growth layer 40 Sample holder 44 Rotation restricting means 50 Heater 60 Evaporation source 100 Mask 120 Second opening 130 First opening block 130A, 130B, 130C, 130D First Two openings 140 First opening block 140A, 140B, 140C, 140D Second opening 200 Mask holder 210A, 210B, 210C,... 210H Diffusion hole 510 Photonic crystal optical waveguide 520 Quantum dot

Claims (6)

基板が搭載される試料ホルダと、
前記基板に選択的に結晶を成長させるため基板の温度を所定の範囲に加熱する加熱器と、
前記基板に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の第1の開口部と、当該1つ以上の第1の開口部の外側に複数の第2の開口部を有するマスクと、
前記マスクが搭載されるマスクホルダと、
を備える微細構造素子製造装置。
A sample holder on which a substrate is mounted;
A heater for heating the temperature of the substrate to a predetermined range in order to selectively grow crystals on the substrate;
At least one or more first openings for selectively growing crystals on the substrate; and a mask having a plurality of second openings outside the one or more first openings;
A mask holder on which the mask is mounted;
A fine structure element manufacturing apparatus comprising:
前記マスクホルダには、前記基板と前記マスクとの間の空間と当該マスクホルダの外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔を設けたことを特徴とする請求項1に記載の微細構造素子製造装置。   The mask holder is provided with a plurality of diffusion holes through which a material irradiated for crystal growth can be diffused between the space between the substrate and the mask and the outside of the mask holder. The microstructure device manufacturing apparatus according to claim 1. 前記加熱器により、前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする請求項1又は2に記載の微細構造素子製造装置。   3. The microstructure device manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the heated portion of the substrate moves with time by the heater. 前記加熱器は、発熱体が電気的に2相以上で構成され、各相に異なる位相の電圧を印加することにより前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする請求項3に記載の微細構造素子製造装置。   4. The heating device according to claim 3, wherein a heating element is electrically composed of two or more phases, and a heated portion of the substrate moves with time by applying a voltage having a different phase to each phase. The fine structure element manufacturing apparatus according to 1. 基板が、試料ホルダに搭載される工程と、
前記基板に選択的に結晶を成長させるための少なくとも1つ以上の開口と、当該1つ以上の開口の外側に複数の開口部を有するマスクをマスクホルダに搭載する工程と、
前記試料ホルダと前記マスクホルダとを弾性体を用いて軸方向に位置決めをする位置決め工程と、
前記基板に選択的に結晶を成長させるため基板の温度を所定の範囲に加熱し保持する加熱工程と、
前記基板に素材を蒸発させて当該基板上に結晶を成長させる結晶成長工程と、
を有する微細構造素子生産方法。
A step of mounting the substrate on the sample holder;
Mounting at least one or more openings for selectively growing a crystal on the substrate and a mask having a plurality of openings outside the one or more openings on a mask holder;
A positioning step of positioning the sample holder and the mask holder in an axial direction using an elastic body;
A heating step of heating and holding the temperature of the substrate within a predetermined range in order to selectively grow crystals on the substrate;
A crystal growth step of evaporating a material on the substrate to grow a crystal on the substrate;
A method for producing a fine structure element.
前記マスクホルダには、前記基板と前記マスクとの間の空間と当該マスクホルダの外側間で、結晶を成長させるために照射された原料が拡散可能となる複数の拡散孔を設けられ、
前記加熱工程では、前記基板の加熱される部分が時間とともに移動することを特徴とする請求項5に記載の微細構造素子生産方法。
The mask holder is provided with a plurality of diffusion holes in which a material irradiated to grow crystals can be diffused between the space between the substrate and the mask and the outside of the mask holder,
6. The method for producing a microstructure element according to claim 5, wherein the heated portion of the substrate moves with time in the heating step.
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