JP3341387B2 - Method for manufacturing microstructured material, apparatus for manufacturing the same, and light emitting device having microstructure - Google Patents

Method for manufacturing microstructured material, apparatus for manufacturing the same, and light emitting device having microstructure

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JP3341387B2 JP23007393A JP23007393A JP3341387B2 JP 3341387 B2 JP3341387 B2 JP 3341387B2 JP 23007393 A JP23007393 A JP 23007393A JP 23007393 A JP23007393 A JP 23007393A JP 3341387 B2 JP3341387 B2 JP 3341387B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、粒径の揃ったクラスタ
ー(代表的にその寸法が、球径として直径数十nm程度
以下のものをいう、以降同様)、換言すれば量子箱(電
子、励起子等の荷電体が数十nm以下の微小領域に3次
元的に閉じ込められた0次元電子系)、配列方向の揃っ
た1次元高分子、1次元電気伝導体あるいは細線状クラ
スター、換言すれば量子細線(電子、励起子等の荷電体
が数十nm以下の微小領域に2次元に閉じ込められた1
次元電子系)等、微細構造材料の製造方法、製造装置、
そして、これらを利用した発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a cluster having a uniform particle diameter (typically, a cluster whose diameter is about several tens nm or less in diameter, the same applies hereinafter), in other words, a quantum box (electron , A zero-dimensional electron system in which charged substances such as excitons are three-dimensionally confined within a small region of several tens of nanometers or less), a one-dimensional polymer having a uniform arrangement direction, a one-dimensional electric conductor or a fine wire cluster, A quantum wire (a charged body such as an electron or an exciton is two-dimensionally confined in a minute area
Manufacturing method, manufacturing apparatus, etc.
Further, the present invention relates to a light emitting element using these.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、量子井戸レーザを始めとして、光
変調器、双安定光素子等、量子井戸構造を用いた光電子
素子の開発が盛んに行われてくるようになってきた。
2. Description of the Related Art In recent years, optoelectronic devices using a quantum well structure, such as a quantum well laser, an optical modulator, a bistable optical device, and the like, have been actively developed.

【0003】量子井戸構造(2次元電子系)を用いるこ
とにより、例えば、量子井戸レーザについて言えば、通
常のダブルヘテロ接合レーザに比べ、(1)微分利得の
増大、(2)緩和振動周波数の増大、(3)スペクトル
線幅の低減、等の特性改善がなされている。
[0003] By using a quantum well structure (two-dimensional electron system), for example, in a quantum well laser, (1) an increase in differential gain and (2) a relaxation oscillation frequency as compared with an ordinary double heterojunction laser. Improvements in characteristics such as increase and (3) reduction in spectral line width have been made.

【0004】また、2次元電子系をさらに低次元化す
る、すなわち、量子細線(1次元電子系)や量子箱(0
次元電子系)を実現することにより、前記光電子素子の
さらなる特性改善を図る、あるいは新しい物理現象に基
づく素子を構築しようとする試みも、なされるようにな
ってきた。
Further, a two-dimensional electron system is further reduced in dimension, that is, a quantum wire (one-dimensional electron system) or a quantum box (0
Attempts to further improve the characteristics of the optoelectronic device or to construct a device based on a new physical phenomenon have been made by realizing a three-dimensional electronic system.

【0005】例えば、量子箱レーザが実現されれば、
(1)しきい値電流の減少、(2)しきい値電流の温度
依存性の緩和、(3)前記量子井戸レーザで述べた
(1)〜(3)項目の特性のさらなる改善、等が期待さ
れる。
For example, if a quantum box laser is realized,
(1) Reduction of threshold current, (2) Relaxation of temperature dependence of threshold current, (3) Further improvement of characteristics of items (1) to (3) described in the quantum well laser, and the like. Be expected.

【0006】これらの状況は、例えば、「固体物理」
(荒川泰彦、第22巻、第2号、71頁(1987))
に記載されている。
[0006] These situations are described, for example, in "Solid State Physics".
(Yasuhiko Arakawa, Vol. 22, No. 2, p. 71 (1987))
It is described in.

【0007】一方、光学非線形性の観点から見ても、量
子細線および量子箱は、注目されている。
On the other hand, quantum wires and quantum boxes are attracting attention from the viewpoint of optical nonlinearity.

【0008】光学非線形性は、通常、非線形感受率によ
り分類され、2次の非線形感受率(印加電界の2乗に比
例する非線形分極成分の比例定数)の高い材料は、第2
高調波発生(SHG)、光混合あるいは光パラメトリッ
ク発振等を、そして、3次の非線形感受率(印加電界の
3乗に比例する非線形分極成分の比例定数)の高い材料
は、第3高調波発生(THG)、非線形屈折率変化ある
いは誘導ラマン効果等を、それぞれ利用した、光電子素
子への応用に大きな効果をもたらす。
The optical nonlinearity is generally classified by the nonlinear susceptibility, and a material having a high second-order nonlinear susceptibility (proportional constant of a nonlinear polarization component proportional to the square of the applied electric field) is the second material.
Materials with high harmonic generation (SHG), optical mixing or optical parametric oscillation, etc., and a material with a high third-order nonlinear susceptibility (proportional constant of nonlinear polarization component proportional to the cube of the applied electric field) can be used as a third harmonic generator. (THG), a nonlinear refractive index change, a stimulated Raman effect, etc., are utilized, respectively, and bring great effects to application to optoelectronic devices.

【0009】そして、このような光学非線形性は、バル
ク結晶よりも、量子井戸構造(2次元電子系)、量子細
線(1次元電子系)あるいは量子箱(0次元電子系)と
することにより増大する。
Such optical nonlinearity is increased by using a quantum well structure (two-dimensional electronic system), a quantum wire (one-dimensional electronic system) or a quantum box (zero-dimensional electronic system), as compared with a bulk crystal. I do.

【0010】例えば、量子箱の3次の非線形感受率は、
構成材料・寸法によっても異なるが、バルク結晶のそれ
よりも、200〜8000倍となることが予想されてい
る。
For example, the third-order nonlinear susceptibility of a quantum box is
Although it depends on the constituent materials and dimensions, it is expected to be 200 to 8000 times that of the bulk crystal.

【0011】仮に物質中に1%程度しか量子箱が含まれ
ていないとしても、3次の非線形感受率は2〜80倍と
なることになる。
Even if only about 1% of the quantum box is contained in the substance, the third-order nonlinear susceptibility becomes 2-80 times.

【0012】さらに、量子箱では、量子閉じ込め(量子
サイズ)効果によるエネルギー状態の変化が顕著であ
り、発光素子を例に取れば、発光スペクトル幅の縮小化
(単色性の増大)および光子エネルギーの増大(発光波
長の短波長化)に大きな効果をもたらす。
Further, in a quantum box, a change in energy state due to a quantum confinement (quantum size) effect is remarkable. In the case of a light emitting element, for example, the emission spectrum width is reduced (monochromaticity is increased) and the photon energy is increased. This has a great effect on the increase (shortening of the emission wavelength).

【0013】これらの状況は、例えば、「最新特許にみ
る非線形光エレクトロニクス−材料からデバイスまで
−」(伏見隆夫著、(株)工業調査会刊(199
2))、あるいは、「日本物理学会誌」(新井敏弘、第
44巻、第4号、252頁(1989))に記載されて
いる。
These situations are described, for example, in "Nonlinear Optoelectronics in Latest Patents-From Materials to Devices-" (Takao Fushimi, published by the Industrial Research Institute, Inc. (199).
2)) or “Physical Society of Japan” (Toshihiro Arai, Vol. 44, No. 4, page 252 (1989)).

【0014】ところで、前記量子細線あるいは量子箱応
用を含む多くの光電子素子は、半導体物質利用の場合、
III−V族あるいはII−VI族の直接遷移型半導体
で構成されており、硅素結晶を始めとする間接遷移型半
導体は太陽電池を除くとほとんど用いられていない。
By the way, many optoelectronic devices including the above-mentioned quantum wire or quantum box application use a semiconductor material.
It is composed of a III-V or II-VI direct transition semiconductor, and indirect transition semiconductors such as silicon crystals are rarely used except for solar cells.

【0015】それは、間接遷移型半導体では、光の吸収
・放出に格子振動(フォノン)の介在を必要とすること
から、効率のよい光電子素子(特に発光素子)を製造す
るのが難しいとされてきたためである。
It is difficult to manufacture an efficient optoelectronic device (especially a light emitting device) because an indirect transition type semiconductor requires the intervention of lattice vibration (phonon) for absorption and emission of light. It is because.

【0016】しかしながら、近年、量子閉じ込め効果が
現れる量子細線あるいは量子箱を用いることで、間接遷
移型半導体を用いても効率のよい発光素子が得られる可
能性が示されるようになってきた。
However, in recent years, there has been shown a possibility that an efficient light-emitting element can be obtained by using a quantum wire or a quantum box exhibiting a quantum confinement effect even if an indirect transition type semiconductor is used.

【0017】これらの状況は、例えば、「アプライド
フィジックス レターズ」(L.T.Canham,Applied Physi
cs Letters Vol.57, No.10, 1046(1990))に、記載され
ている。
These situations are described, for example, in “Applied
Physics Letters "(LTCanham, Applied Physi
cs Letters Vol. 57, No. 10, 1046 (1990)).

【0018】間接遷移型半導体利用による光電子素子
(特に発光素子)の実現における利点を以下に述べる。
Advantages in realizing an optoelectronic device (especially a light emitting device) using an indirect transition semiconductor will be described below.

【0019】例えば、代表的な間接遷移型半導体を構成
する硅素は、III−V族あるいはII−VI族半導体
構成物質と異なり、地球上に多量に存在する(つまり安
価である)とともに、安全性が高く(つまり毒性がな
い)、さらには、ICあるいは超LSIといった電子素
子を構成する中心的な物質であるという特徴を有する。
For example, silicon constituting a typical indirect transition type semiconductor is different from III-V or II-VI semiconductor constituent materials in that it exists in a large amount on the earth (that is, is inexpensive) and has high safety. Is high (that is, non-toxic), and furthermore, it is a central substance constituting an electronic element such as an IC or an VLSI.

【0020】すなわち、硅素を用いて、従来のものに勝
るとも劣らない特性を有する発光素子を実現できれば、
価格、対環境性あるいは電子素子との集積を考えた場合
の整合性といった点で、大きな効果をもたらす。
That is, if a light-emitting element having characteristics not inferior to conventional ones can be realized using silicon,
A great effect is brought about in terms of price, environmental friendliness, and consistency when considering integration with electronic elements.

【0021】以上述べてきたように、硅素物質利用も含
め、量子細線あるいは量子箱の光電子素子応用の範囲お
よび期待は大きい。
As described above, the range and expectation of the application of quantum wires or quantum boxes to optoelectronic devices, including the use of silicon materials, are great.

【0022】特に、形状・寸法の揃った量子細線あるい
は量子箱を高密度に得ることで、単色性が強く発光効率
の高い発光素子、光学非線形性の高い非線形光学素子等
が得られる。
In particular, by obtaining quantum wires or quantum boxes with uniform shapes and dimensions at high density, it is possible to obtain a light-emitting element having high monochromaticity and high luminous efficiency, a nonlinear optical element having high optical nonlinearity, and the like.

【0023】これらを実現するために従来から試みられ
てきた技術としては、リソグラフィ手法を用いるもの
(つまり量子細線および量子箱の作製)、混晶物質ある
いは金属(または半導体)粒子分散ガラス等の熱処理に
よりクラスターを析出させるもの(つまり量子箱の作
製)、ドライプロセスによるクラスターの直接生成(つ
まり量子箱作製)、あるいは、1次元高分子によるもの
(つまり量子細線の作製)、さらには、多孔質硅素物質
利用(つまり量子細線および/あるいは量子箱的効果の
利用)等が上げられる。
Techniques that have been tried in the past to achieve these include lithography techniques (that is, fabrication of quantum wires and quantum boxes), heat treatment of mixed crystal substances or glass in which metal (or semiconductor) particles are dispersed. Deposits clusters (that is, manufacture of quantum boxes), directly forms clusters by dry process (that is, manufactures quantum boxes), or one-dimensional polymer (that is, manufactures quantum wires). Use of matter (that is, use of quantum wire and / or quantum box effect) and the like can be mentioned.

【0024】リソグラフィ手法を用いた第1の従来技術
を以下に述べる。通常の量子井戸構造(2次元電子系)
を基板上にエピタキシャル成長させた後、通常のフォト
リソグラフィ技術によりマスクパターンを転写する。こ
のとき得られる水平方向の最小サイズは0.3〜1μm
程度である。
A first conventional technique using the lithography technique will be described below. Normal quantum well structure (two-dimensional electron system)
Is epitaxially grown on a substrate, and then a mask pattern is transferred by a normal photolithography technique. The minimum horizontal size obtained at this time is 0.3 to 1 μm.
It is about.

【0025】この後、ウェットエッチングにより量子井
戸層をエッチングし、基板上水平方向の分離(量子細線
化あるいは量子箱化)を行うとともに、サイドエッチン
グ効果を利用して、水平方向の寸法を縮小し、水平方向
の量子細線あるいは量子箱の寸法を制御するものであ
る。
Thereafter, the quantum well layer is etched by wet etching to perform horizontal separation (quantum thinning or quantum boxing) on the substrate and to reduce the horizontal dimension by utilizing the side etching effect. , To control the dimensions of the horizontal quantum wires or quantum boxes.

【0026】同様な第2の従来技術としては、通常の量
子井戸構造(2次元電子系)を基板上にエピタキシャル
成長させた後、(1)X線リソグラフィ、集束電子(あ
るいはイオン)ビームリソグラフィによるマスクパター
ン転写とドライエッチングとにより、量子細線化あるい
は量子箱化を行う、あるいは、(2)集束イオンビーム
を用いて、リソグラフィとエッチングを同時に行うこと
により、量子細線化あるいは量子箱化を行うものであ
る。
A similar second prior art is that a normal quantum well structure (two-dimensional electron system) is epitaxially grown on a substrate, and then (1) a mask by X-ray lithography and focused electron (or ion) beam lithography. Quantum thinning or quantum boxing is performed by pattern transfer and dry etching, or (2) Quantum thinning or quantum boxing is performed by simultaneously performing lithography and etching using a focused ion beam. is there.

【0027】混晶物質の熱処理による第3の従来技術と
しては、例えば、「アプライド フィジックス レター
ズ」(Y.Maeda et al., Applied Physics Letters Vol.
59,No.24, 3168(1991))に記載されている方法がある。
A third conventional technique by heat treatment of a mixed crystal material includes, for example, “Applied Physics Letters” (Y. Maeda et al., Applied Physics Letters Vol.
59, No. 24, 3168 (1991)).

【0028】最初に、ゲルマニウム(Ge)チップを配
置した酸化硅素(SiO2)ターゲットを用いた高周波
(RF)マグネトロンスパッタリング法により、Ge、
SiおよびOから成る混晶物質をSi基板上に堆積させ
る。
First, Ge, Ge is deposited by a radio frequency (RF) magnetron sputtering method using a silicon oxide (SiO 2 ) target on which a germanium (Ge) chip is arranged.
A mixed crystal material composed of Si and O is deposited on a Si substrate.

【0029】次に、熱処理(800℃、30分間)を施
し、SiO2ガラス中に埋め込まれたGeクラスター
(微結晶、平均粒径:6nm)を得る。
Next, heat treatment (800 ° C., 30 minutes) is performed to obtain Ge clusters (fine crystals, average particle size: 6 nm) embedded in the SiO 2 glass.

【0030】これにより、ピーク波長が570nmで5
00〜700nmの範囲に広がるスペクトルを有する室
温可視発光を得ている。
As a result, when the peak wavelength is
Room temperature visible light emission having a spectrum extending from 00 to 700 nm is obtained.

【0031】金属(あるいは半導体)粒子分散ガラスの
熱処理による第4の従来技術では、通常、粒子分散には
拡散、イオン交換あるいはイオン注入等が用いられる。
なお、この技術は、特に非線形光学材料の製造方法とし
て、従来より広く用いられているものでもある。
In the fourth prior art in which the metal (or semiconductor) particle-dispersed glass is heat-treated, diffusion, ion exchange, ion implantation, or the like is usually used for particle dispersion.
This technique has been widely used as a method for manufacturing a nonlinear optical material.

【0032】ドライプロセスによるクラスターの直接生
成に関する第5の従来技術としては、例えば、特開平3
−65930号公報に記載されている方法がある。
A fifth prior art relating to direct generation of clusters by a dry process is disclosed in, for example,
There is a method described in JP-A-65930.

【0033】以下、図18に示した従来の製造装置の概
略図に基づき、本従来例について説明する。
The conventional example will be described below with reference to a schematic view of a conventional manufacturing apparatus shown in FIG.

【0034】気体ガスのマイクロ波(2.45GHz)
励起を利用したクラスター(超微粒子)源501のノズ
ル502から、平均粒径が、ほぼ8nmの半導体(S
i)クラスター(超微粒子)ビーム503を発生させ
る。
Microwave of gaseous gas (2.45 GHz)
From a nozzle 502 of a cluster (ultrafine particle) source 501 using excitation, a semiconductor (S
i) Generate a cluster (ultra-fine particle) beam 503.

【0035】一方、同様なクラスター源504のノズル
505から、前記Siクラスターと同程度以上の粒径を
有する絶縁体(SiO2)クラスター(超微粒子)ビー
ム506を発生させる。
On the other hand, from a nozzle 505 of the similar cluster source 504, an insulator (SiO 2 ) cluster (ultrafine particle) beam 506 having a particle size equal to or larger than that of the Si cluster is generated.

【0036】両クラスタービーム503、506をとも
に基板507に照射することにより、図19に示したよ
うな、半導体クラスター(超微粒子)508と絶縁体ク
ラスター(超微粒子)509を混合堆積して成るクラス
ター(超微粒子)膜510が製造される。
By irradiating the substrate 507 with both of the cluster beams 503 and 506, a cluster formed by mixing and depositing a semiconductor cluster (ultrafine particle) 508 and an insulator cluster (ultrafine particle) 509 as shown in FIG. (Ultra fine particles) film 510 is manufactured.

【0037】クラスター膜510では、前記量子閉じ込
め効果を示唆する光吸収スペクトルが得られている。
In the cluster film 510, an optical absorption spectrum indicating the quantum confinement effect is obtained.

【0038】量子細線としての1次元高分子に関する第
6の従来技術としては、例えば、「表面科学」(松本信
雄、第13巻、第4号、219頁(1992))に記載
されているものがある。
As a sixth prior art relating to one-dimensional polymers as quantum wires, for example, those described in “Surface Science” (Nobuo Matsumoto, Vol. 13, No. 4, pp. 219 (1992)) There is.

【0039】この中で、化学合成して得られる1次元高
分子は、1次元直鎖配列ポリシラン:(R12Si)n
であり、ここで、R1、R2は、メチル基、エチル基とい
ったアルキル基等の有機基である。具体的には、2つの
有機基と2つの塩素基を有するジクロロシラン誘導体:
12SiCl2を原料分子として用いる。
Among them, the one-dimensional polymer obtained by the chemical synthesis is a one-dimensional linear array polysilane: (R 1 R 2 Si) n
Wherein R 1 and R 2 are an organic group such as an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group. Specifically, a dichlorosilane derivative having two organic groups and two chlorine groups:
R 1 R 2 SiCl 2 is used as a source molecule.

【0040】最初に、フラスコ内にトルエン等の有機溶
媒を入れ、アルゴン(Ar)雰囲気下で金属ナトリウム
(Na)を加熱還流により溶融し、撹拌しつつ前記原料
分子を滴下する。この状態で、数時間反応させると、白
色の1次元直鎖配列ポリシランが析出するのである。
First, an organic solvent such as toluene is put in a flask, and metallic sodium (Na) is melted by heating under reflux in an argon (Ar) atmosphere, and the above-mentioned raw material molecules are added dropwise with stirring. In this state, if the reaction is carried out for several hours, white one-dimensional linearly arranged polysilane is deposited.

【0041】本ポリシランの化学合成の模式図を図20
に示す。第7の従来技術の多孔質硅素物質利用は、ここ
数年来、広く研究されているものである。
FIG. 20 is a schematic view of the chemical synthesis of the present polysilane.
Shown in The seventh prior art use of porous silicon materials has been widely studied in recent years.

【0042】これは、基本的には、単結晶硅素(Si)
基板表面を弗化水素ベース溶液中で陽極化成して得られ
るものであり、これまでに、波長:700(赤)〜45
0nm(青)の可視領域における発光が数多く確認され
ている。
This is basically made of single crystal silicon (Si)
It is obtained by anodizing the surface of a substrate in a hydrogen fluoride-based solution.
Many luminescence in the visible region of 0 nm (blue) has been confirmed.

【0043】また、フォトルミネッセンスに加え電流注
入による発光特性確認も行われており、電流注入型発光
素子(例えばLED)製造の試みもなされるようになっ
てきた。
In addition to photoluminescence, light emission characteristics have been confirmed by current injection, and attempts have been made to manufacture current injection type light emitting elements (eg, LEDs).

【0044】多孔質Si中の発光層の構造・発光機構は
詳細には明らかになっていないが、発光層では、量子細
線あるいは量子箱に相当する微結晶、例えば酸化層(S
iO 2)で覆われたSi(半導体)領域あるいはその界
面、つまり量子閉じ込め領域が高密度に存在し、これら
の中に閉じ込められた荷電体がk保存遷移選択則に束縛
されなくなることから、発光が起こるという、発光機構
が一説として考えられている。
The structure and light emitting mechanism of the light emitting layer in porous Si
Although the details are not clear, the quantum layer
A microcrystal corresponding to a wire or a quantum box, for example, an oxide layer (S
iO Two) Covered with Si (semiconductor) region or its boundaries
Planes, or quantum confined regions, exist at high density
Charged body constrained by k-conserving transition selection rule
Light emission mechanism that emits light because it is not
Is considered as one theory.

【0045】これらの状況は、例えば、「応用電子物性
分科会研究報告」((社)応用物理学会刊、第446号
(1992))、あるいは、「日経マイクロデバイス」
(日経BP社刊、5月号、15頁(1993))に記載
されている。
These situations are described in, for example, “Research Reports of the Subcommittee of Applied Electronic Properties” (published by the Japan Society of Applied Physics, No. 446 (1992)), or “Nikkei Microdevices”.
(May issue, Nikkei BP, p. 15, p. 1993).

【0046】[0046]

【発明が解決しようとする課題】第1および第2の従来
技術の場合、得られる水平方向の最小寸法は高々10n
m程度である。加えて、第1の従来技術では、通常のプ
ロセス技術を用いている点では簡便であるが、ウェット
エッチング利用のため、設計通りの寸法を安定して得る
のは不可能に近く、また、高々数百nmの範囲に1つの
量子細線あるいは量子箱が得られる程度であり、高密度
化に限界がある。
In the case of the first and second prior arts, the minimum horizontal dimension obtained is at most 10n.
m. In addition, the first conventional technique is simple in that normal process technology is used, but it is almost impossible to obtain a dimension as designed stably due to the use of wet etching. One quantum wire or quantum box can be obtained in the range of several hundred nm, and there is a limit in increasing the density.

【0047】第3および第4の従来技術の場合、熱平衡
プロセスを用いていることから、光電子特性が安定で緻
密なクラスター埋め込み構造の製造が期待されるが、熱
力学的自然法則を越えた制御が原理的に不可能である。
すなわち、クラスターの高密度埋め込み、粒径および粒
径分布制御等に限界を生じる。例えば、埋め込み密度
は、通常、数%程度までとも言われている。また、粒径
分布幅を狭くできないことは、発光素子を例に取ると、
発光スペクトル幅の増大(単色性の低下)につながる。
In the case of the third and fourth prior arts, since a thermal equilibrium process is used, it is expected to manufacture a dense cluster buried structure with stable optoelectronic characteristics, but control beyond the natural law of thermodynamics. Is impossible in principle.
That is, there is a limit to the high-density embedding of clusters, the control of the particle size and the particle size distribution, and the like. For example, the embedding density is generally said to be up to several percent. Also, the fact that the particle size distribution width cannot be narrowed, taking a light emitting element as an example,
This leads to an increase in the emission spectrum width (a decrease in monochromaticity).

【0048】第5の従来技術の1例により製造されたク
ラスター(超微粒子)膜では、半導体超微粒子と絶縁体
超微粒子を混合堆積していることから、図19に示され
ているような空隙511が生じ易く、光電子特性の安定
性あるいは寿命等の点で課題が残る。また、粒径制御等
の配慮はなされていない。
In the cluster (ultra-fine particle) film manufactured according to one example of the fifth prior art, since the ultra-fine particles of the semiconductor and the ultra-fine particles of the insulator are mixed and deposited, the gap as shown in FIG. 511 are likely to occur, and problems remain in terms of stability of optoelectronic characteristics or life. No consideration is given to particle size control or the like.

【0049】第6の従来技術の1例の1次元高分子(量
子細線)の製造方法は簡便であるが、1次元高分子の配
列方向、各高分子の長さ等は全くランダムであり、前記
光電子素子用量子細線として利用するには課題が残る。
The method for producing a one-dimensional polymer (quantum wire) according to an example of the sixth prior art is simple, but the arrangement direction of the one-dimensional polymer, the length of each polymer and the like are completely random. There remains a problem in using it as the quantum wire for an optoelectronic device.

【0050】第7の従来技術の場合、可視発光材料が硅
素結晶を用いて簡便に製造できるという特徴を有する
が、現状では、製造条件等により特性が敏感に変わり、
また、その経時変化(劣化)も著しいといった課題があ
る。
The seventh prior art has a feature that a visible light emitting material can be easily manufactured using a silicon crystal, but at present, the characteristics are sensitively changed depending on manufacturing conditions and the like.
Further, there is a problem that the change with time (deterioration) is remarkable.

【0051】また、電流注入型発光素子を製造する場
合、発光効率が高く安定した特性を有する素子を得るた
めには、発光層の両面の一方にP型(荷電体が正孔)、
他方にN型(荷電体が電子)の半導体電気伝導層を形成
する必要があるが、第7の従来技術の応用では、発光層
が多孔質層になるので、界面特性の良好な前記電気伝導
層の形成が難しい。
When a current injection type light emitting device is manufactured, in order to obtain a device having high luminous efficiency and stable characteristics, one of the two surfaces of the light emitting layer has a P type (a charged body is a hole),
On the other hand, it is necessary to form an N-type (electron is a charged body) semiconductor electrically conductive layer. However, in the application of the seventh prior art, the light emitting layer is a porous layer, so that the electrical conduction layer having good interface characteristics is formed. It is difficult to form a layer.

【0052】本発明は、以上述べてきた従来技術の種々
の課題を解決するものであり、粒径および粒径分布の揃
ったクラスター(量子箱)、そして、その緻密かつ高密
度な埋め込み、あるいは、異種物質被覆、さらには、配
向性の高い1次元高分子、1次元電気伝導体あるいは細
線状クラスター等(量子細線)の製造を可能にし、特
に、単色性が強く発光効率の高い発光素子、非線形性の
高い非線形光学素子等の光電子素子、さらには、硅素結
晶等間接遷移型半導体物質利用の発光素子等の製造に大
きな効果をもたらす、微細構造材料の製造方法、製造装
置および発光素子を提供することを目的とする。
The present invention solves the various problems of the prior art described above, and includes clusters (quantum boxes) having a uniform particle size and particle size distribution, and dense and high-density embedding of the clusters. It is possible to produce a one-dimensional polymer having a high orientation, a one-dimensional polymer having a high degree of orientation, a one-dimensional electric conductor, a fine wire cluster, or the like (quantum fine wire). Provided are a method, an apparatus and a light-emitting element for producing a microstructured material, which have a great effect on the production of an opto-electronic element such as a nonlinear optical element having a high nonlinearity, and a light-emitting element utilizing an indirect transition type semiconductor substance such as a silicon crystal. The purpose is to do.

【0053】[0053]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の本発明は、クラスターを生成させる第1の工
程と、前記クラスターよりバンドギャップの大きな物質
の原料粒子を原子・分子の状態で生成させる第2の工程
を独立に備え、両工程を同時に施し、前記原子または分
子状態の原料分子を均質で連続した薄膜として堆積させ
るとともに、前記薄膜中に前記クラスターを、周辺に隙
間を生じることなく、緻密に埋め込む、といった構成を
有している。あるいは、レーザアブレーションにより金
属あるいは半導体からなるクラスターを生成させる第1
の工程と、光化学的気相堆積により、前記第1の工程に
よるクラスターよりもバンドギャップの大きな物質で半
導体あるいは絶縁体の原子または分子状態の原料粒子を
生成させる第2の工程とを有し、両工程を同時あるいは
交互に繰り返し施し、前記原子または分子状態の原料粒
子を均質で連続した薄膜として堆積させるとともに、前
記薄膜中に前記クラスターを、周辺に隙間を生じること
なく、緻密に埋め込むといった構成を有しても良い。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide a first step of forming clusters, and a method of forming raw material particles of a substance having a band gap larger than that of the clusters into atoms and molecules. A second step of generating the state in a state is provided independently, and both steps are performed simultaneously to deposit the raw material molecules in the atomic or molecular state as a uniform and continuous thin film. It has a configuration in which it is densely buried without generating. Or gold by laser ablation
First generation of clusters consisting of metals or semiconductors
And the first step by photochemical vapor deposition
Material with a larger band gap than the cluster
Raw material particles in atomic or molecular state of conductor or insulator
And a second step of generating, wherein both steps are performed simultaneously or
Alternately and repeatedly, the raw material particles in the atomic or molecular state
The particles are deposited as a uniform and continuous thin film
Creating the clusters in the thin film and gaps around them
Instead, it may have a configuration in which it is embedded precisely.

【0054】第2の本発明は、真空排気可能な容器内
に、固体ターゲットと、固体ターゲットにレーザ光を照
射する手段と、ガスを導入する手段と、前記ガスを分解
して原子・分子状態にする光を導入する手段と、前記タ
ーゲットからの生成クラスター及び、光分解により原子
・分子状態とされ且つ均質で連続した薄膜として堆積さ
る生成物質をともに基板上に堆積させられる位置に配
置した基板ホルダーを具備する、といった構成を有して
いる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid target, a means for irradiating the solid target with a laser beam, a gas introducing means,
Means for introducing light to atoms and molecules state and, generates clusters and, by Ri atom photolysis from the target
.Deposited in a molecular state and as a uniform and continuous thin film
Comprising a substrate holder were both placed in a position to be deposited on a substrate to produce material that was has a configuration such.

【0055】なお、レーザパルスに同期して生成クラス
ターをチョッピングし、生成クラスターの粒径を選別す
る工程を具備する、といった構成を有しても良い
[0055] Incidentally, chopped generated clusters in synchronization with the laser pulse, comprising the step of selecting the particle size of the product cluster may have a configuration such.

【0056】第3の本発明は、真空排気可能な容器内
に、固体ターゲットと、固体ターゲットにパルスレーザ
光を照射する手段と、レーザパルスに同期して生成クラ
スターをチョッピングする手段を具備し、チョッピング
する手段が、生成されたクラスターをイオン化させる手
段と、イオン化されたクラスターに対してレーザパルス
に同期した電界あるいは磁界パルスを加え質量分離する
手段である、といった構成を有している。
According to a third aspect of the present invention, in a container capable of evacuating, a solid target, means for irradiating the solid target with pulsed laser light, and means for chopping generated clusters in synchronization with a laser pulse are provided . Chopping
Means to ionize the generated clusters
Laser pulse for steps and ionized clusters
Separate mass by applying electric or magnetic field pulse synchronized with
Means .

【0057】第4の本発明は、真空排気可能な容器内
に、固体ターゲットと、固体ターゲットにパルスレーザ
光を照射する手段と、クラスターを堆積させる基板をレ
ーザパルスに同期して回転あるいは往復運動させること
により、特定の粒径を有するクラスター群を基板上の特
定の位置に堆積させる手段を具備する、といった構成を
有している。
According to a fourth aspect of the present invention, a solid target, means for irradiating a pulse laser beam to the solid target, and a substrate on which clusters are deposited are rotated or reciprocated in a vacuum-evacuable container in synchronization with a laser pulse. that makes
Clusters having a specific particle size on the substrate
And a means for depositing at a fixed position .

【0058】なお、クラスターを生成させる工程と、生
成クラスター表面をよりバンドギャップの大きな物質に
改質させるあるいは前記物質で被覆させる工程と、生成
クラスターまたは改質・被覆処理後のクラスターを質量
分離する工程を具備する、という方法も可能である
[0058] Incidentally, the step of generating a cluster, a step of coating the product cluster surface in a more or the substance causing reformed to a substance having high band gap, a cluster of post-production cluster or modified-coating process to mass separation A method of providing a step is also possible .

【0059】または、クラスターを生成させる手段と、
生成クラスター表面をよりバンドギャップの大きな物質
に改質させるあるいは前記物質で被覆させる手段と、生
成クラスターまたは改質・被覆処理後のクラスターを質
量分離する手段を具備する、といった構成を有しても良
Alternatively , means for generating a cluster,
It is also possible to have a configuration in which a means for modifying the surface of the generated cluster to a substance having a larger band gap or coating the substance with the substance and a means for mass-separating the generated cluster or the cluster after the modification / coating treatment are provided. Good
No.

【0060】第5の本発明は、レーザビーム集光点でガ
ス分子の光分解による高濃度クラスター原料活性粒子生
成を行い、集光点から離れかつレーザビームが直接照射
される位置に配置した基板上にクラスターを堆積させる
方法であって、前記集光点と前記基板間距離を変化させ
ることにより、基板上に堆積させるクラスターの粒径を
制御する、といった構成を有している。
According to a fifth aspect of the present invention, a high-concentration cluster material active particle is generated by photolysis of gas molecules at a laser beam converging point, and the substrate is disposed at a position away from the converging point and directly irradiated with the laser beam. Deposit clusters on top
Changing the distance between the focal point and the substrate.
By doing so, the particle size of the clusters deposited on the substrate
Control .

【0061】なお、形状・寸法の等しい複数の針を並列
に配置した平面電極を基板表面に接近させ平行に配置
し、それぞれの針の先端と基板表面間に電界を加える第
1の工程と、第1の工程後の基板表面上に第1の物質を
堆積させる第2の工程と、第1の物質を除去する第3の
工程と、第3の工程後の基板表面上に第1の物質よりバ
ンドギャップの大きな第2の物質を堆積させる第4の工
程を具備する、という方法も可能である
A first step in which planar electrodes having a plurality of needles having the same shape and dimensions arranged in parallel are arranged close to and parallel to the substrate surface, and an electric field is applied between the tip of each needle and the substrate surface; A second step of depositing a first substance on the substrate surface after the first step, a third step of removing the first substance, and a first substance on the substrate surface after the third step It is also possible to include a fourth step of depositing a second material having a larger band gap.

【0062】また、真空排気可能な容器内に、基板ホル
ダーと、形状・寸法の等しい複数の針を並列に配置した
平面電極と、基板ホルダーに設置した基板表面に平面電
極を接近させ平行に配置する手段と、複数の物質を基板
表面上に堆積させる1つあるいは複数の手段と、前記物
質の少なくとも一方を除去する手段を具備する、といっ
た構成を有しても良い
A substrate holder, a plane electrode having a plurality of needles having the same shape and dimensions arranged in parallel in a vacuum-evacuable container, and a plane electrode arranged close to and parallel to the surface of the substrate placed on the substrate holder. means for, one or more means for depositing a plurality of substances onto the substrate surface, comprising means for removing at least one of the materials may have a configuration such.

【0063】あるいは、真空排気可能な複数の容器の全
てに基板ホルダーを備え、複数の容器のいずれかに、形
状・寸法の等しい複数の針を並列に配置した平面電極
と、基板ホルダーに設置した基板表面に平面電極を接近
させ平行に配置する手段と、複数の物質を基板表面上に
堆積させる1つあるいは複数の手段と、前記物質の少な
くとも一方を除去する手段を備え、複数の容器がゲート
バルブを介して結合され、各容器間で基板を搬送させる
手段を具備する、といった構成を有しても良い
Alternatively, a substrate holder is provided in all of a plurality of containers that can be evacuated , and a plane electrode in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel in any one of the plurality of containers, and the substrate holder is provided. Means for arranging a planar electrode close to and parallel to the substrate surface, one or more means for depositing a plurality of substances on the substrate surface, and means for removing at least one of the substances; It may be configured to include means for connecting substrates via a valve and transporting the substrate between the containers.

【0064】第6の本発明は、基板表面に平行な一方向
に電界を加え、1次元高分子原料分子あるいは表面が異
種物質で被覆されたクラスターを基板表面上に供給して
成る、といった構成を有している。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an arrangement in which an electric field is applied in one direction parallel to the surface of a substrate, and a one-dimensional polymer material molecule or a cluster whose surface is coated with a foreign substance is supplied onto the surface of the substrate. have.

【0065】第7の本発明は、基板表面に設けたステッ
プの走る方向に電界を印加し、気相から供給された原料
粒子物質をその組成に含む1次元電気伝導体をステップ
の走る方向に沿って成長させる、といった構成を有して
いる。
According to a seventh aspect of the present invention, an electric field is applied in the direction in which the steps provided on the surface of the substrate run, and the one-dimensional electric conductor containing the raw material particles supplied from the gas phase in its composition is moved in the direction in which the steps run. It grows along.

【0066】また、安定な結晶面から微傾斜しテラス&
ステップが高密度で存在する基板表面と、硅素原子をそ
の組成に含み前記ステップに沿って延びる1次元電気伝
導体を具備する、といった構成を有しても良い
In addition , the terrace &
A substrate surface step is present at a high density, comprises a one-dimensional electrical conductor extending along said step includes silicon atoms in its composition, may have a configuration such.

【0067】また、クラスター、細線状クラスターまた
は1次元高分子をよりバンドギャップの大きな物質中に
埋め込んだ微細構造材料あるいは間接遷移型半導体物質
を起源とする多孔質材料を発光源に用い、励起源にコー
ルドカソードを用い、発光源が、励起源から放出された
電子線を直接あるいは効率的に照射・吸収することによ
り発光現象を呈する、といった構成を有しても良い
[0067] Further, using cluster, the porous material to thin linear cluster or one-dimensional polymer more embedded in larger substance bandgap microstructure material or indirect transition type semiconductor material originated in emission source, an excitation source the use of a cold cathode, emitting source, emits light phenomena by directly or effectively irradiated and absorbed the electron beam emitted from the excitation source, may have a configuration such.

【0068】[0068]

【作用】上記構成により、第1の本発明は、第1の工程
と第2の工程を独立に備えており、クラスターおよび埋
め込み物質原料粒子の単位時間当りの生成量の独立制御
が可能であることから、埋め込まれるクラスターの密度
を容易に制御できる。また、第2の工程の原料粒子が原
子・分子状態であり、さらに、第1の工程と第2の工程
同時に施していることから、クラスターを、周辺に間
隙を生じることなく、緻密に埋め込むことができる。
With the above arrangement, the first aspect of the present invention comprises the first step and the second step independently, and enables independent control of the amount of clusters and particles of embedded material to be produced per unit time. Therefore, the density of the embedded cluster can be easily controlled. In addition, since the raw material particles in the second step are in an atomic / molecular state and the first and second steps are performed simultaneously , the clusters are densely embedded without generating a gap in the periphery. be able to.

【0069】第2の本発明は、レーザアブレーションに
よりクラスターを生成する手段と原子・分子状態の埋め
込み物質原料粒子を光分解で生成する手段をともに備え
ていることから、第1の本発明による微細構造材料の製
造を同一装置で、かつ、光励起プロセスのみで実現する
ことができる。また、レーザアブレーションによる手段
では、照射レーザ光密度を制御することで生成クラスタ
ー粒径および粒径分布制御が可能であるので、埋め込ま
れるクラスターの粒径および粒径分布制御も容易に可能
となる。
The second aspect of the present invention includes both means for generating clusters by laser ablation and means for generating photo-decomposition of the embedded material raw material particles in the atomic / molecular state. The production of the structural material can be realized with the same apparatus and only by the photoexcitation process. In the means by laser ablation, the particle size of the generated cluster and the particle size distribution can be controlled by controlling the density of the irradiation laser beam, so that the particle size and the particle size distribution of the embedded cluster can be easily controlled.

【0070】さらに、第1および第2の本発明は、蒸着
法で基板上に堆積させた混晶物質等の熱処理によりクラ
スターを析出させるといった熱平衡プロセスを、基本的
に必要としないことから、これに比べ、より高密度のク
ラスター埋め込みが可能であるとともに、粒径および粒
径分布の制御性も高まる。
Further, the first and second inventions basically do not require a thermal equilibrium process of depositing clusters by heat treatment of a mixed crystal material or the like deposited on a substrate by a vapor deposition method. As compared with, cluster embedding at a higher density is possible, and the controllability of the particle size and the particle size distribution is improved.

【0071】第3の本発明は、生成クラスターの粒径を
チョッピングにより選別する工程あるいは手段を備えて
いることから、レーザアブレーションで生成したクラス
ターの粒径をさらに細かく制御することができ、よりシ
ャープな粒径分布を得ることができる。さらに、チョッ
ピング自身も、レーザパルスに同期して行われるため、
正確な制御が容易となる。
The third aspect of the present invention is provided with a step or means for selecting the particle size of the generated cluster by chopping, so that the particle size of the cluster generated by laser ablation can be controlled more finely and a sharper image can be obtained. A fine particle size distribution can be obtained. Furthermore, chopping itself is performed in synchronization with the laser pulse,
Accurate control becomes easy.

【0072】第の本発明は、レーザパルスに同期して
基板を回転あるいは往復運動させる手段を備えているこ
とから、レーザアブレーションで生成したクラスターの
粒径のさらに細かい制御が正確かつ容易に行え、よりシ
ャープな粒径分布を得ることができる。
The fourth aspect of the present invention includes means for rotating or reciprocating the substrate in synchronization with the laser pulse, so that finer control of the particle size of clusters generated by laser ablation can be performed accurately and easily. And a sharper particle size distribution can be obtained.

【0073】なお、クラスター生成直後に異種物質改質
(または被覆)を行う工程を設けることで、間隙あるい
は不純物等の存在しない良好な界面特性を有する、より
バンドギャップの大きな異種物質で被覆されたクラスタ
ー、換言すれば、量子閉じ込め効果の高い量子箱を実現
することができる。また、質量分離工程を設けること
で、粒径を選別し、よりシャープな粒径分布を有する複
数のクラスター群を提供できる。
[0073] Incidentally, by providing the step performed immediately after the cluster generating different materials modifying (or coating), it has a non-existent good interface characteristics, such as gaps or impurities, coated with a larger heterogeneous material bandgap It is possible to realize a cluster, in other words, a quantum box having a high quantum confinement effect. In addition, a mass separation process must be provided.
Thus, a plurality of cluster groups having a sharper particle size distribution can be provided.

【0074】また、このような、改質・被覆を行う手
段、質量分離を行う手段を有する製造装置を実現するこ
で、同様の作用を呈する
In addition, the method for performing the modification / coating is as follows.
The same effect is achieved by realizing a manufacturing apparatus having means for performing step and mass separation .

【0075】第の本発明では、レーザビーム集光点で
濃度の高い活性粒子が生成し、相互の自己結合によりク
ラスターを形成するとともに粒径を大きくしつつ、集光
点から離れかつレーザビームが直接照射される位置に配
置した基板に到達する。すなわち、第の本発明は、光
化学的気相反応のみでクラスターの生成が行えるととも
に、集光点あるいは基板の光軸方向での移動により、容
易に活性粒子生成部・基板間距離を変化させることがで
きるので、基板に堆積させるクラスター粒径も所望の値
に制御することができる。さらに、レーザビーム照射方
向が基板の上方水平方向である場合に比べると、前記距
離変化のための集光点の移動が簡単であるとともに、レ
ーザビームあるいは基板走査により、均一粒径および粒
径分布を有するクラスターを、大面積基板面上、均一量
分布させて堆積させることも可能となる。
According to the fifth aspect of the present invention, active particles having a high concentration are generated at the laser beam converging point, forming clusters by self-coupling with each other, and increasing the particle diameter. Reaches the substrate arranged at the position where the light is directly irradiated. That is, in the fifth aspect of the present invention, clusters can be generated only by the photochemical gas phase reaction, and the distance between the active particle generation unit and the substrate can be easily changed by moving the focal point or the substrate in the optical axis direction. Therefore, the particle size of the cluster deposited on the substrate can be controlled to a desired value. Furthermore, compared with the case where the laser beam irradiation direction is the horizontal direction above the substrate, the movement of the focal point for the change in the distance is simpler, and the uniform particle size and the particle size distribution are obtained by scanning the laser beam or the substrate. It is also possible to deposit clusters having a uniform distribution on a large-area substrate surface.

【0076】なお、まず最初に、平面電極に並列に配置
された形状・寸法の等しい複数の針の先端と基板表面の
間の微小空間に印加した電界を利用する第1の工程とす
れば、基板表面に形状・寸法の揃った複数の微小孔(孔
径:数十nm程度以下)を形成することができる。ここ
で、微小孔の形状・寸法が針・基板表面間接近距離およ
び電界強度により制御できるので、微小孔形成後の基板
表面への第1の物質の堆積(第2の工程)、除去(第3
の工程)および第2の物質の堆積(第4の工程)と併せ
て、所望の形状・寸法を有する第1の物質から成るクラ
スターを微小孔中へ埋め込むことができる。さらに、第
1から第4の工程を繰り返し施すことで、3次元的に分
布した前記クラスターを、第2の物質で埋め込んだごと
き微細構造材料を実現できる。前記クラスターの埋め込
み密度については、基板面上水平方向の密度が平面電極
上の針の配置密度で決まり、垂直方向の密度が第4の工
程での第2の物質の堆積膜厚で決まる。すなわち、埋め
込み密度も、クラスター形状・寸法制御と独立かつフレ
キシブルに制御できるとともに、埋め込み密度に異方性
を持たせることも可能となる。
[0076] Incidentally, first, to the first step of using an electric field applied to the minute space between the equal plurality of needle tip and the substrate surface of the deployed shape and size in parallel with the flat electrode
Then , a plurality of micro holes (hole diameter: about several tens nm or less) having a uniform shape and dimensions can be formed on the substrate surface. Here, since the shape and size of the micropores can be controlled by the approach distance between the needle and the substrate surface and the electric field strength, the first substance is deposited on the substrate surface after the micropores are formed (second step) and removed (second step). 3
Together with the deposition of the second substance (fourth step), a cluster made of the first substance having a desired shape and dimensions can be embedded in the micropores. Further, by repeating the first to fourth steps, a microstructured material can be realized in which the three-dimensionally distributed clusters are embedded with a second substance. Regarding the burying density of the clusters, the density in the horizontal direction on the substrate surface is determined by the arrangement density of the needles on the plane electrode, and the density in the vertical direction is determined by the deposited film thickness of the second substance in the fourth step. That is, the embedding density can be controlled independently and flexibly from the control of the cluster shape and size, and the embedding density can be made anisotropic.

【0077】また、上記第1から第4の工程をそれぞれ
行う手段を有する製造装置を実現し、更に、複数の微小
孔(孔径:数十nm程度以下)を基板表面に形成する手
段と物質堆積を行う手段と物質を除去する手段と、1
つの容器内に具備するように構成すれば、装置構造が簡
単になる。また、それぞれの手段を用いて施す工程の間
に基板搬送を行わないので、工程の切り替え時間も短く
なる。このことは、上記第1から第4の工程を繰り返し
施し、3次元的に分布したクラスターを第2の物質で埋
め込んだごとき微細構造材料を製造する場合には大きな
利点となる。一方、前記それぞれの手段、独立した容
器内に具備するように構成すれば、それぞれの手段を用
いて施す工程が互いに影響を及ぼし合う可能性が全くな
くなる。また、それぞれの手段に対し保守・メンテナン
ス等も独立に行え、このことは機能の異なる手段を具備
した真空装置では大きな利便性をもたらす。
Further , the above first to fourth steps are respectively performed
Realized production device having means for performing further plurality of micropores: and means for removing means and materials for performing means and material deposition to form a (pore diameter below about several tens nm) on the substrate surface, 1
If it is configured to be provided in one container, the device structure is simplified. In addition, since the substrate is not transported between the steps of applying each means, the time required for switching between the steps is shortened. This applies repeated a fourth step from the first, a great advantage in the case of producing it, such as microstructure material embedded three-dimensionally distributed clusters second material. Meanwhile, the respective means, if configured to include a separate vessel, the process could completely eliminated mutually influence each other to apply using respective means. In addition, maintenance can be performed independently for each means, which brings great convenience in a vacuum apparatus provided with means having different functions.

【0078】第の本発明は、1次元高分子原料分子あ
るいは表面が異種物質で被覆されたクラスターを基板表
面上に供給している際に、基板表面に平行な一方向に電
界を加えていることから、基板表面上に吸着した全ての
前記原料分子あるいはクラスター内で同じ方向の電気分
極が起こり、+−の極性が生じた部分で前記原料分子あ
るいはクラスター同士が結合するので、1次元高分子あ
るいは細線状クラスターを成長させるとともに、成長途
上の1次元高分子あるいは細線状クラスター内にも分極
が起こるので、これら1次元高分子あるいは細線状クラ
スターの配向する方向も一致させることができる。換言
すれば、配列方向の揃った高密度量子細線を容易に製造
できる。
According to a sixth aspect of the present invention, when a one-dimensional polymer material molecule or a cluster whose surface is coated with a heterogeneous substance is supplied onto the substrate surface, an electric field is applied in one direction parallel to the substrate surface. Therefore, electric polarization occurs in the same direction in all the source molecules or clusters adsorbed on the substrate surface, and the source molecules or clusters are bonded to each other in a portion where +-polarity is generated. As the molecules or the linear clusters grow, polarization also occurs in the growing one-dimensional polymer or the linear clusters, so that the orientation direction of the one-dimensional polymers or the linear clusters can be matched. In other words, high-density quantum wires with uniform arrangement directions can be easily manufactured.

【0079】第の本発明では、基板表面にテラス&ス
テップを設けているので、気相から基板表面に吸着した
原子、分子あるいはクラスター等の粒子は、一定時間テ
ラス上に滞在するが、表面拡散によりステップに到達
し、ステップ上、その走る方向に沿って配列する(直鎖
状配列)ことになる。それは、通常、前記粒子は、テラ
ス上に存在するより、ステップ上に存在する方が安定で
あるからである。一方、ステップの走る方向には電界を
印加しており、これにより粒子内に発生する電気分極の
作用によって、直鎖状配列した前記粒子が結合するの
で、1次元電気伝導体を成長させることができる。すな
わち、第の本発明は、原子、分子あるいはクラスター
等の粒子の気相からの供給で、ステップの走る方向に一
致して配列する1次元電気伝導体を成長させることがで
きる。
In the seventh aspect of the present invention, since the terraces and steps are provided on the substrate surface, particles such as atoms, molecules or clusters adsorbed on the substrate surface from the gas phase stay on the terrace for a certain period of time. The diffusion reaches the step, and the step is arranged along the running direction on the step (linear arrangement). This is because the particles are usually more stable when present on a step than on a terrace. On the other hand, an electric field is applied in the direction in which the steps run, so that the linearly arranged particles are bonded by the action of electric polarization generated in the particles, so that a one-dimensional electric conductor can be grown. it can. That is, in the seventh aspect of the present invention, by supplying particles such as atoms, molecules or clusters from the gas phase, it is possible to grow a one-dimensional electric conductor arranged in accordance with the direction in which the steps run.

【0080】また、硅素原子をその組成に含む1次元電
気伝導体で構成されている、すなわち、量子細線におけ
る量子閉じ込め効果を利用することにより、硅素物質か
ら成る発光素子を得ることできる。また、安定な結晶
面からの微傾斜により生じるテラス&ステップのステッ
プに沿って1次元電気伝導体が延びていることから、原
子レベルの精度で配列方向が制御されているとともに、
配列させた1次元電気伝導体の密度も微傾斜角制御によ
り容易に制御される。これらは、単色性が強く発光効率
の高い発光素子の実現に貢献する。さらに、このような
発光素子は、第7の本発明の製造方法により容易に実現
できる。
[0080] In addition, and a one-dimensional electrical conductor comprising a silicon atom in its composition, i.e., by using the quantum confinement effect in the quantum wire, it is also possible to obtain a light emitting element made of silicon material. In addition, since the one-dimensional electric conductor extends along the steps of terrace and step caused by the slight inclination from the stable crystal plane, the arrangement direction is controlled with atomic level accuracy,
The density of the arranged one-dimensional electric conductors is also easily controlled by the slight tilt angle control. These contribute to the realization of a light emitting element having high monochromaticity and high luminous efficiency. Further, such a light emitting device can be easily realized by the manufacturing method of the seventh aspect of the present invention.

【0081】また、クラスター、細線状クラスターまた
は1次元高分子をよりバンドギャップの大きな物質中に
埋め込んだ微細構造材料あるいは間接遷移型半導体物質
を起源とする多孔質材料を発光源に用いることで、量子
箱あるいは量子細線の量子閉じ込め効果を利用した発光
素子を実現できる。一方、励起源にコールドカソードを
用いていることから、電流注入型発光素子と異なり、前
記発光源に用いた材料に対し、さらにP型およびN型電
気伝導層を形成する等の必要がなく、発光源の構造が簡
単になる。また、発光源と励起源を独立に製造すること
が可能であり、加えて、発光源は高品質のものが第1か
ら第7の本発明の製造方法あるいは製造装置を利用して
製造でき、励起源は世の中に一般的に存在するコールド
カソードであることから、高品質発光素子が容易に製造
できる。さらに、電流注入型素子と同様な小型化・集積
化も可能である。
[0081] Moreover, clusters, the porous material to thin linear cluster or one-dimensional polymer more embedded in larger substance bandgap microstructure material or indirect transition type semiconductor material originating in be used in actual light emitting source A light emitting device utilizing the quantum confinement effect of a quantum box or a quantum wire can be realized. On the other hand, since the cold cathode is used as the excitation source, unlike the current injection type light emitting element, there is no need to form further P-type and N-type electrically conductive layers on the material used for the light emission source, The structure of the light emitting source is simplified. Further, the light emitting source and the excitation source can be manufactured independently. In addition, a high quality light emitting source can be manufactured by using the manufacturing method or the manufacturing apparatus of the first to seventh aspects of the present invention, Since the excitation source is a cold cathode generally present in the world, a high quality light emitting device can be easily manufactured. Furthermore, miniaturization and integration similar to the current injection type element are possible.

【0082】[0082]

【実施例】図1は、本発明の微細構造材料の製造方法の
1実施例の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing one embodiment of a method for producing a microstructured material according to the present invention.

【0083】図1は、第1の工程で生成したクラスター
101の群と第2の工程で生成したクラスター101よ
りバンドギャップの大きな物質102の原料粒子(原子
・分子状態)103の群を、同時あるいは交互に基板1
04に供給することにより、物質102中にクラスター
101を埋め込む状況を示している。
FIG. 1 shows that a group of clusters 101 generated in the first step and a group of raw material particles (atomic / molecular state) 103 of a substance 102 having a larger band gap than the cluster 101 generated in the second step are simultaneously. Or alternately, substrate 1
4 shows a situation in which the cluster 101 is embedded in the substance 102 by supplying it to the substance 102.

【0084】クラスター101を生成させる第1の工程
には、例えば、レーザアブレーション(laser ablation
: ablative photodecomposition )を用いる。
The first step of forming the cluster 101 includes, for example, laser ablation (laser ablation).
: ablative photodecomposition).

【0085】これは、固体材料表面に、固体材料構成原
子間あるいは分子間結合エネルギーより高い光子エネル
ギーを有する、あるいは、高密度多光子吸収が起こる位
の高エネルギー密度のレーザ光を照射し、これにより直
接結合を切り、爆発的に固体材料構成原子・分子を粒子
としてとばす(除去する)プロセスであり、近年、薄膜
作製、あるいは、エッチングプロセスに用いられるよう
になってきた手法である。
This is achieved by irradiating the surface of the solid material with a laser beam having a photon energy higher than the bonding energy between atoms or molecules constituting the solid material or a laser beam having a high energy density at which high-density multiphoton absorption occurs. This is a process in which atoms and molecules constituting a solid material are explosively blown off (removed) as particles by directly breaking bonds, and have recently been used in thin film production or etching processes.

【0086】ここで、生成された粒子形態は、照射レー
ザ光密度により、クラスターから分子、分子から原子へ
と変化可能なものである(一般に、照射レーザ光密度が
高い程、粒子の構成原子数は少なくなる)。
Here, the morphology of the generated particles can be changed from clusters to molecules or molecules to atoms depending on the irradiation laser light density (in general, the higher the irradiation laser light density, the more the number of constituent atoms of the particles Is less).

【0087】よって、レーザアブレーションを用い、照
射レーザ光密度を制御することにより、生成クラスター
粒径および粒径分布の制御を行うことができる。また、
照射レーザ全光量を制御することにより生成粒子量を制
御できる。
Thus, by controlling the laser beam density using laser ablation, it is possible to control the particle size of the formed cluster and the particle size distribution. Also,
The amount of generated particles can be controlled by controlling the total light amount of the irradiation laser.

【0088】この他、第1の工程には、レーザアブレー
ションよりは粒径および粒径分布制御が複雑になるが、
クラスターイオンビームを生成させる別種のプロセスを
用いることもできる。
In addition, in the first step, particle size and particle size distribution control are more complicated than in laser ablation.
Other processes for generating a cluster ion beam can also be used.

【0089】一方、原料粒子103を生成させる第2の
工程には、例えば、光化学的気相堆積(photochemical
vapor deposition)を用いる。
On the other hand, the second step for producing the raw material particles 103 includes, for example, photochemical vapor deposition (photochemical vapor deposition).
vapor deposition).

【0090】これは、反応性原料ガスの光分解により生
成した活性粒子により薄膜堆積を行う手法として、近
年、用いられるようになってきたものである。
This method has recently been used as a method for depositing a thin film using active particles generated by the photolysis of a reactive raw material gas.

【0091】この手法は、均質で連続した性質(例えば
結晶粒塊フリー)の薄膜が容易に得られるという特徴を
有している。
This method is characterized in that a thin film having a uniform and continuous property (for example, free of crystal grains) can be easily obtained.

【0092】この意味では、熱あるいは電子ビーム蒸
着、プラズマあるいは熱化学的気相堆積等を用いてもよ
いが、光化学的気相堆積は、非熱平衡・低温プロセスで
あることから、本手法を用いることにより、上述レーザ
アブレーションあるいはクラスターイオンビーム生成プ
ロセスを用いる第1の工程と合わせて、本発明の製造方
法の1実施例全体が非熱平衡プロセスとなり、埋め込み
密度、粒径および粒径分布の制御性が高まる。
In this sense, thermal or electron beam evaporation, plasma or thermochemical vapor deposition, etc. may be used, but photochemical vapor deposition is a non-thermal equilibrium / low temperature process, so this method is used. Thus, in combination with the first step using the above-described laser ablation or cluster ion beam generation process, the entire embodiment of the manufacturing method of the present invention becomes a non-thermal equilibrium process, and the controllability of the embedding density, the particle size and the particle size distribution is controlled. Increase.

【0093】さらに、非プラズマプロセスであることか
ら、クラスター・埋め込み物質界面へのプラズマ損傷の
危惧もない。
Further, since it is a non-plasma process, there is no fear of plasma damage to the interface between the cluster and the embedded material.

【0094】第2の工程には、レーザアブレーションを
用いてもよく、この場合は、照射レーザ光強度等を制御
し、原子あるいは分子の状態で生成粒子を基板104上
に供給することになる。
In the second step, laser ablation may be used. In this case, the intensity of the irradiation laser beam is controlled, and the generated particles are supplied onto the substrate 104 in the state of atoms or molecules.

【0095】また、前記第1および第2の工程に、とも
に紫外レーザ光を用いたレーザアブレーションあるいは
光化学的気相堆積を用いることも可能である。
In the first and second steps, laser ablation using ultraviolet laser light or photochemical vapor deposition can be used.

【0096】これにより、第1および第2の工程を単一
レーザ光のみで行うことも可能になり、製造方法全体が
簡略化する。
Thus, the first and second steps can be performed with only a single laser beam, thereby simplifying the entire manufacturing method.

【0097】図2は、本発明の微細構造材料の製造装置
の1実施例の概略図である。図2において、レーザ光導
入窓105、106、およびガス導入ノズル107、1
08を備えた真空排気可能な容器109の中に、クラス
ター原料となる単結晶硅素(Si)固体ターゲット11
0、および基板ホルダー111が設置されている。
FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention. In FIG. 2, laser light introduction windows 105 and 106 and gas introduction nozzles 107 and 1
, A single-crystal silicon (Si) solid target 11 serving as a cluster material
0 and a substrate holder 111 are provided.

【0098】ここで、窓105を通して導入されるレー
ザ光(光子エネルギー:hν1)112が、ターゲット
110の表面に照射されるように、ターゲット110は
配置されている。基板ホルダー111は、ターゲット1
10からアブレートされた粒子がホルダー111表面に
照射されるように配置されている。
Here, the target 110 is arranged so that the laser beam (photon energy: hν 1 ) 112 introduced through the window 105 is irradiated on the surface of the target 110. The substrate holder 111 holds the target 1
The particles ablated from 10 are arranged so as to irradiate the surface of the holder 111.

【0099】また、窓106は、これを通して導入され
るレーザ光(光子エネルギー:hν 2)113を、ホル
ダー111表面に対して、直接照射できるように配置さ
れている。
The window 106 is introduced through this
Laser light (photon energy: hν Two) 113
Placed directly on the surface of the
Have been.

【0100】ただし、窓106は、レーザ光113が、
ホルダー111表面近傍を水平方向に通過するように、
つまりホルダー111表面近傍(距離にして高々十数c
m程度)を通過するように、照射できるように配置して
もよい。
However, the window 106 has a laser beam 113
In order to pass in the horizontal direction near the surface of the holder 111,
In other words, near the surface of the holder 111 (at most a dozen
m) so as to allow irradiation.

【0101】さらに、ノズル107、108は、そこか
ら導入されるガスが、直接あるいはレーザ光113によ
り光分解され活性粒子となった状態で、吹き付けあるい
は拡散により基板114表面上に達することができる位
置に配置する。
Further, the nozzles 107 and 108 are located at positions where the gas introduced from the nozzles 107 and 108 can reach the surface of the substrate 114 by spraying or diffusing directly or in a state where the gas is photodecomposed by the laser beam 113 into active particles. To place.

【0102】以上の構成の製造装置で、例えば、酸化硅
素(SiO2)中に単結晶Siクラスターを埋め込んだ
ごとき微細構造材料を製造する場合、以下の通りにな
る。
In the case of manufacturing a microstructure material such as a single crystal Si cluster embedded in silicon oxide (SiO 2 ) by the manufacturing apparatus having the above configuration, the following is performed.

【0103】まず、ホルダー111上に基板114を設
置する。基板114表面上への単結晶Siクラスターの
供給は、単結晶硅素(Si)固体ターゲット110のレ
ーザ光112によるアブレーションをもって行う。
First, the substrate 114 is set on the holder 111. The supply of the single-crystal Si cluster onto the surface of the substrate 114 is performed by ablation of a single-crystal silicon (Si) solid target 110 with a laser beam 112.

【0104】レーザ光112としては、光子エネルギ
ー:hν1が、結合エネルギー:1.8eVを有する単
結晶Si原子間結合を直接切ることができる位高いこと
が望ましく、単位堆積当りの吸収係数が高い程アブレー
ション効率はよいので、hν1はさらに高い程よい。
It is desirable that the laser beam 112 has a photon energy: hν 1 that is high enough to directly break single crystal Si atomic bonds having a binding energy of 1.8 eV, and has a high absorption coefficient per unit deposition. The higher the ablation efficiency, the better the hν 1 is.

【0105】具体的には、レーザ自身の実用性も加味し
て、YAGレーザの第2高調波(hν1=2.3e
V)、XeCl(hν1=4.0eV)、KrF(hν1
=5.0eV)あるいはArFエキシマレーザ(hν1
=6.4eV)等の大出力短波長レーザ光が上げられ
る。
More specifically, considering the practicality of the laser itself, the second harmonic (hν 1 = 2.3e) of the YAG laser is used.
V), XeCl (hν 1 = 4.0 eV), KrF (hν 1
= 5.0 eV) or ArF excimer laser (hν 1
= 6.4 eV).

【0106】基板114表面上に供給すべきクラスター
の粒径および粒径分布はレーザ光112の照射密度によ
り、また、単位時間当りのクラスター供給量は照射全光
量により、それぞれ、制御する。
The particle size and the particle size distribution of the clusters to be supplied on the surface of the substrate 114 are controlled by the irradiation density of the laser beam 112, and the cluster supply amount per unit time is controlled by the total irradiation light amount.

【0107】一方、容器109内にはノズル107、1
08から、それぞれ、ジシランガス(Si26)および
笑気ガス(N2O)、またはSi26との直接反応が起
こらない位低濃度の酸素ガス(O2)を導入し、そこ
に、レーザ光113としてArFエキシマレーザ光(h
ν2=6.4eV)を照射する。
On the other hand, the nozzles 107, 1
From 08, disilane gas (Si 2 H 6 ) and laughing gas (N 2 O), or oxygen gas (O 2 ) of a low concentration that does not directly react with Si 2 H 6 are introduced, and into them. ArF excimer laser light (h
ν 2 = 6.4 eV).

【0108】hν2=6.4eVの光は、Si26ガス
分子を直接分解するので、生成されたSi活性粒子と酸
素系粒子(あるいは光分解された酸素系活性粒子)との
反応により、基板114表面上にSiO2薄膜が堆積す
る。
Since the light of hν 2 = 6.4 eV directly decomposes the Si 2 H 6 gas molecules, it reacts with the generated Si active particles and oxygen-based particles (or photo-decomposed oxygen-based active particles). Then, a SiO 2 thin film is deposited on the surface of the substrate 114.

【0109】堆積速度は、単位時間当りのガス供給量
(あるいはガス圧力)、またはレーザ光113照射量に
より制御する。
The deposition rate is controlled by the gas supply amount (or gas pressure) per unit time or the laser light 113 irradiation amount.

【0110】以上により、クラスター埋め込み密度、粒
径および粒径分布が制御された前記微細構造材料を製造
することができる。
As described above, it is possible to manufacture the microstructured material in which the cluster embedding density, the particle size, and the particle size distribution are controlled.

【0111】なお、本実施例においても、前記アブレー
ションにもArFエキシマレーザを用いることにより、
レーザ光源は一つで済むことになる。
In this embodiment, also by using an ArF excimer laser for the ablation,
Only one laser light source is required.

【0112】図3および図4は、本発明の微細構造材料
の製造方法の1実施例の工程図である。
FIG. 3 and FIG. 4 are process drawings of one embodiment of the method for producing a microstructure material according to the present invention.

【0113】図3(a)では、粒径分布がAの分布を有
するクラスター群115の列が示されている。
FIG. 3A shows a row of cluster groups 115 having a distribution of particle size A.

【0114】各クラスター群は、パルスレーザを用いた
レーザアブレーションにより生成・飛来させる。なお、
レーザの単パルスでクラスター群の1つを生成させる。
Each cluster group is generated and caused to fly by laser ablation using a pulse laser. In addition,
A single pulse of the laser produces one of the clusters.

【0115】一般に、このようなクラスター群中では、
粒径の小さなクラスター程、群の先頭に位置し飛来す
る。
Generally, in such a cluster group,
Clusters with smaller particle sizes are located at the head of the group and fly.

【0116】この性質を利用し、レーザパルスに同期し
て各クラスター群をチョッピングすることで、クラスタ
ー群中の所望の粒径のクラスターのみを選別できる。
By utilizing this property and chopping each cluster group in synchronization with the laser pulse, it is possible to select only clusters having a desired particle size in the cluster group.

【0117】具体的には、パルスレーザの繰り返し周波
数にチョッピング周波数を一致させ、あるいは、繰り返
し周波数の整数倍をチョッピング周波数とし、適当な位
相遅れを持たせてチョッピングを行う。位相遅れの値を
変えることにより、選別すべき粒径を制御することがで
きる。
More specifically, the chopping frequency is made equal to the repetition frequency of the pulse laser, or an integral multiple of the repetition frequency is used as the chopping frequency, and the chopping is performed with an appropriate phase delay. By changing the value of the phase lag, the particle size to be sorted can be controlled.

【0118】図3(b)では、選別後の、分布Aよりも
シャープな粒径分布Bを有するクラスター群116の列
が示されている。
FIG. 3B shows a row of the cluster group 116 having a particle size distribution B which is sharper than the distribution A after the selection.

【0119】図4は、このような原理を利用した本発明
の微細構造材料の製造装置の1実施例の概略図である。
FIG. 4 is a schematic view of an embodiment of the apparatus for producing a microstructure material according to the present invention utilizing such a principle.

【0120】図4において、真空排気可能な容器117
の中に、クラスター原料となる固体ターゲット118、
基板ホルダー119、および一部分に空隙120が切り
抜かれた回転式円盤型チョッパー121が設けられ、そ
の外部にパルスレーザ光源122が設置されている。
In FIG. 4, a container 117 that can be evacuated is shown.
Among them, a solid target 118 serving as a cluster material,
A substrate holder 119 and a rotary disk-type chopper 121 in which a gap 120 is cut out in part are provided, and a pulsed laser light source 122 is installed outside thereof.

【0121】そして、パルスレーザ光源122からのパ
ルスレーザ光(光子エネルギー:hν1)123が、タ
ーゲット118の表面に照射されるように、容器117
に配置されたレーザ光導入窓124が、設けられてい
る。
Then, the container 117 is irradiated with a pulse laser beam (photon energy: hν 1 ) 123 from the pulse laser light source 122 so that the surface of the target 118 is irradiated.
Is provided with a laser light introduction window 124 arranged in the first position.

【0122】レーザ光123の単パルスにより、ターゲ
ット118からアブレートされたクラスター群125
は、レーザ光123の繰り返し周波数:fLと一致した
あるいはその整数倍の回転周波数:nfC1で回転させて
いるチョッパー121の面に飛来する。
The cluster group 125 ablated from the target 118 by a single pulse of the laser beam 123
Fly over the surface of the chopper 121 rotating at a rotation frequency: nf C1 that is equal to or an integral multiple of the repetition frequency f L of the laser light 123.

【0123】ここで、クラスター群がチョッパーを通過
すべき時間:t1と空隙120がクラスター群を横切る
時間t2を、t1>t2の関係にすることにより、粒径の
選別ができる。
Here, the particle size can be selected by setting the relationship between the time t 1 at which the cluster group should pass through the chopper and the time t 2 at which the gap 120 crosses the cluster group such that t 1 > t 2 .

【0124】なお、時間比:t1/t2が大きい程、選別
後の粒径分布はシャープになる。t 1/t2の大きさは、
空隙120の大きさまたはチョッパー回転周波数を変え
ることにより制御する。また、粒径は、fLとfC1との
間にもたせた位相遅れの値を変えることにより制御す
る。
The time ratio: t1/ TTwoIs larger,
The subsequent particle size distribution becomes sharp. t 1/ TTwoThe size of
Change the size of the air gap 120 or the chopper rotation frequency
Control by The particle size is fLAnd fC1With
Control by changing the value of the phase delay
You.

【0125】以上により、粒径選別後のクラスター群1
26が、順次、基板ホルダー119上に設置された基板
上に堆積される。
As described above, cluster group 1 after particle size selection
26 are sequentially deposited on a substrate placed on a substrate holder 119.

【0126】図5は、実施例3と同様の原理に基づく本
発明の微細構造材料の製造装置の1実施例の概略図であ
る。
FIG. 5 is a schematic diagram of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention based on the same principle as that of the third embodiment.

【0127】図5において、真空排気可能な容器127
の中に、クラスター原料となる固体ターゲット128、
基板ホルダー129、および以下に説明するクラスター
群130をチョッピングする手段が設置されている。
In FIG. 5, a container 127 capable of being evacuated is provided.
Among them, a solid target 128 serving as a cluster material,
A means for chopping the substrate holder 129 and the cluster group 130 described below is provided.

【0128】このチョッピングする手段は、いわゆる質
量分離を用いたものであり、本実施例では、各クラスタ
ーをイオン化するための電子銃131、イオン化した各
クラスターの速度を揃え加速するための加速部132、
および、各クラスターを質量分離するための電界または
磁界印加部133とで構成されている。
This means for chopping uses so-called mass separation. In this embodiment, an electron gun 131 for ionizing each cluster and an accelerating unit 132 for accelerating and accelerating the velocity of each ionized cluster. ,
And an electric or magnetic field applying unit 133 for mass-separating each cluster.

【0129】さらに、パルスレーザ光源122が容器1
27の外部に設けられ、本光源からのパルスレーザ光
(光子エネルギー:hν1)123がターゲット128
の表面に照射されるごとく、容器127にレーザ光導入
窓134が設けられている。
Furthermore, the pulse laser light source 122 is
A pulse laser beam (photon energy: hν 1 ) 123 from the light source is provided outside the target 128.
A laser light introduction window 134 is provided in the container 127 so as to irradiate the surface of the container 127.

【0130】レーザ光123の単パルスにより、ターゲ
ット128からアブレートされたクラスター群130
は、イオン化および加速された後、レーザ光123の繰
り返し周波数:fLと一致したあるいは整数倍の繰り返
し周波数:nfC2で、電界または磁界パルスを印加して
いる印加部133に飛来する。
The cluster group 130 ablated from the target 128 by a single pulse of the laser beam 123
After being ionized and accelerated, the laser beam flies to the application section 133 to which the electric field or magnetic field pulse is applied at a repetition frequency equal to f L or a repetition frequency nf C2 that is an integral multiple of the laser light 123.

【0131】ここで、加速クラスター群135が印加部
133を通過すべき時間:t3と印加電界または磁界パ
ルス幅:t4を、t3>t4の関係にすることにより、粒
径の選別ができる。
Here, the time required for the accelerating cluster group 135 to pass through the application unit 133: t 3 and the applied electric or magnetic field pulse width: t 4 are set to have a relationship of t 3 > t 4 , thereby selecting the particle size. Can be.

【0132】すなわち、クラスター群の一部に電界また
は磁界を印加することで、基板ホルダー129の方向へ
一部のクラスターの飛来方向を変える。なお、時間比:
3/t4が大きい程、選別後の粒径分布はシャープにな
り、t3/t4の大きさは、t4の大きさを変えることに
より制御する。また、粒径は、fLとfC2との間にもた
せた位相遅れの値を変えることにより制御する。
That is, by applying an electric field or a magnetic field to a part of the cluster group, the direction in which some clusters fly toward the substrate holder 129 is changed. In addition, time ratio:
As t 3 / t 4 is larger, the particle size distribution after sorting becomes sharper, and the size of t 3 / t 4 is controlled by changing the size of t 4 . The particle size is controlled by changing the value of the phase delay provided between f L and f C2 .

【0133】そして、飛来方向の変位量は、選別すべき
クラスターの粒径(正確に言えば質量)、加速部132
での加速電圧、および、印加電界または磁界強度により
決定されるので、これらの物理量の制御により、選別す
べきクラスターのみ基板ホルダー方向に飛来させること
ができる。
The amount of displacement in the flying direction is determined by the particle size (to be exact, mass) of the cluster to be selected, the acceleration unit 132
Is determined by the accelerating voltage and the applied electric or magnetic field strength, so that only the clusters to be sorted can fly toward the substrate holder by controlling these physical quantities.

【0134】以上により、粒径選別後のクラスター群1
36が、順次、基板ホルダー129上に設置された基板
上に堆積される。
As described above, cluster group 1 after particle size selection
36 are sequentially deposited on a substrate placed on a substrate holder 129.

【0135】図6(a)は、本発明の微細構造材料の製
造装置の1実施例の概略図を示し、図6(b)は、本実
施例の製造装置で作製された微細構造を有する素子の構
成図である。
FIG. 6A is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention, and FIG. 6B is a diagram showing a fine structure produced by the production apparatus of this embodiment. It is a block diagram of an element.

【0136】図6(a)において、真空排気可能な容器
137の中に、クラスター原料となる固体ターゲット1
38、および基板ホルダー139が設置されており、ホ
ルダー139は任意の回転周波数で回転可能な機構を有
している。
In FIG. 6A, a solid target 1 serving as a cluster material is placed in a container 137 which can be evacuated.
38, and a substrate holder 139, and the holder 139 has a mechanism that can rotate at an arbitrary rotation frequency.

【0137】さらに、容器137の外部にパルスレーザ
光源122を設置し、本光源からのパルスレーザ光(光
子エネルギー:hν1)123がターゲット138の表
面に照射されるごとくレーザ光導入窓140が、容器1
37に設けられている。
Further, a pulse laser light source 122 is provided outside the container 137, and the laser light introduction window 140 is set so that the pulse laser light (photon energy: hν 1 ) 123 from the light source is irradiated on the surface of the target 138. Container 1
37.

【0138】レーザ光123の単パルスによりターゲッ
ト138からアブレートされたクラスター群141は、
レーザ光123の繰り返し周波数:fLと一致したある
いは整数倍の回転周波数:nfC3で回転されているホル
ダー139に飛来する。
The cluster group 141 ablated from the target 138 by a single pulse of the laser beam 123
The laser beam 123 comes to the holder 139 which is rotated at a repetition frequency: f L or a rotation frequency: nf C3 of an integral multiple.

【0139】ここで、図6(a)に示したように、ホル
ダー139が4面体であり、それぞれの面上に基板を設
置した場合には、クラスター群141はより粒径分布の
シャープな4種類のクラスター群に分割され、順次、そ
れぞれの基板:A、B、C、D上に堆積される。
Here, as shown in FIG. 6A, when the holder 139 has a tetrahedral shape and a substrate is provided on each surface, the cluster group 141 has a sharper particle size distribution. It is divided into clusters of different types and is sequentially deposited on the respective substrates: A, B, C, D.

【0140】換言すれば、ホルダー139自身でクラス
ター群のチョッピングを行い、粒径を選別すると同時
に、選別されたクラスターの堆積を行っている。
In other words, the group of clusters is chopped by the holder 139 itself to select the particle size, and at the same time, the selected clusters are deposited.

【0141】クラスターが堆積した基板A、B、C、D
の各々の断面の概略について、図6(b)に示す。
Substrates A, B, C, D on which clusters were deposited
FIG. 6 (b) shows an outline of each cross section.

【0142】堆積したクラスターの平均粒径は、基板
A、B、C、Dの順に小さくなっている。
The average particle size of the deposited clusters decreases in the order of the substrates A, B, C and D.

【0143】なお、ホルダー139は、4面体以外の多
面体でもよく、この場合には、それに応じてクラスター
群が分割・堆積されることになる。
Note that the holder 139 may be a polyhedron other than the tetrahedron, and in this case, the cluster group is divided and deposited accordingly.

【0144】図7(a)は、本発明の微細構造材料の製
造装置の1実施例の概略図を示し、図7(b)は、本実
施例の製造装置で作製された微細構造を有する素子の構
成図である。
FIG. 7A is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention, and FIG. 7B is a diagram showing a fine structure produced by the production apparatus of this embodiment. It is a block diagram of an element.

【0145】図7(a)において、真空排気可能な容器
142の中に、クラスター原料となる固体ターゲット1
43、および基板ホルダー144が設置されており、ホ
ルダー144は任意の振動数で往復運動可能な機構を有
している。
In FIG. 7A, a solid target 1 serving as a cluster material is placed in a container 142 capable of being evacuated.
43 and a substrate holder 144 are provided, and the holder 144 has a mechanism capable of reciprocating at an arbitrary frequency.

【0146】さらに、容器142の外部にパルスレーザ
光源122が設けられ、本光源からのパルスレーザ光
(光子エネルギー:hν1)123がターゲット143
の表面に照射されるごとく、レーザ光導入窓145が容
器142に設けられている。
Further, a pulse laser light source 122 is provided outside the container 142, and the pulse laser light (photon energy: hν 1 ) 123 from the light source is applied to the target 143.
A laser light introduction window 145 is provided in the container 142 so as to irradiate the surface of the container 142.

【0147】レーザ光123の単パルスにより、ターゲ
ット143からアブレートされたクラスター群146
は、レーザ光123の繰り返し周波数:fLと一致した
あるいは整数倍の振動数:nfC4で往復運動させている
ホルダー144に飛来し、ホルダー144上に設置した
基板上に堆積する。
The cluster group 146 ablated from the target 143 by a single pulse of the laser beam 123
Flies to the holder 144 reciprocating at a frequency equal to the repetition frequency f L of the laser beam 123 or at an integral multiple of the frequency nf C4 , and is deposited on the substrate provided on the holder 144.

【0148】結果として、クラスター群146の粒径分
布範囲内で粒型の異なるクラスターが、基板上往復運動
方向に分布して、順次、堆積される。
As a result, clusters having different grain types within the grain size distribution range of the cluster group 146 are sequentially deposited on the substrate in a reciprocating motion direction.

【0149】換言すれば、ホルダー144自身でクラス
ター群のチョッピングを行い粒径を選別すると同時に、
選別されたクラスターの堆積を行っている。
In other words, the group of clusters is selected by the holder 144 itself to select the particle size, and at the same time,
The selected clusters are being deposited.

【0150】クラスターが堆積した基板の断面の概略に
ついて、図7(b)に示す。堆積したクラスターの粒径
は、図面上、右から左にかけて小さくなっている。
FIG. 7B schematically shows a cross section of the substrate on which the clusters are deposited. The particle size of the deposited cluster decreases from right to left in the drawing.

【0151】以上、実施例3から実施例6において、総
括すれば、パルスレーザアブレーションにより生成・飛
来させたクラスター群中では、粒径の小さなクラスター
程、群の先頭に位置して飛来するという性質を利用し、
アブレーションで生成した粒型および粒径分布の揃った
クラスターを、さらに細かく粒径選別し、よりシャープ
な粒径分布を有するクラスターを提供していることにな
る。
As described above, in the third to sixth embodiments, in general, in a cluster group generated and scattered by pulsed laser ablation, a cluster having a smaller particle diameter is located at the head of the group and scatters. Using
Clusters having a uniform grain size and particle size distribution generated by ablation are further finely classified to provide clusters having a sharper particle size distribution.

【0152】本実施例の微細構造材料の製造方法では、
まず、クラスターを生成させる工程に、例えば、照射レ
ーザ光密度を制御することにより生成クラスター粒径お
よび粒径分布の制御を行うことができる、レーザアブレ
ーションを用いる。
In the method for manufacturing a microstructure material according to the present embodiment,
First, in the step of generating clusters, for example, laser ablation, which can control the generated cluster particle size and particle size distribution by controlling the irradiation laser beam density, is used.

【0153】次に、生成クラスターが、例えばSi物質
で構成される場合、前記工程の後、酸素活性粒子を照射
することで、容易に、クラスター表面をよりバンドギャ
ップの大きなSiO2層に改質することができる。
Next, when the generated cluster is composed of, for example, a Si material, after the above-described process, the cluster surface is easily modified into an SiO 2 layer having a larger band gap by irradiating the active particles with oxygen. can do.

【0154】そして、その後の質量分離する工程には、
例えば、改質後のクラスターをイオン化させ電界または
磁界により分離する方法、機械的チョッパーによる方
法、あるいは、クラスター堆積あるいは補集手段の物理
的運動による方法を用いる。
Then, in the subsequent step of mass separation,
For example, a method of ionizing the reformed clusters and separating them by an electric or magnetic field, a method using a mechanical chopper, or a method based on physical movement of a cluster deposition or collection means is used.

【0155】以上の工程を行なうことにより、レーザア
ブレーションのみを用いた場合に比べさらに粒径および
粒径分布の揃うのみならず、よりバンドギャップの大き
な物質層で被覆されたクラスターを製造することができ
ることになる。
By performing the above steps, it is possible to produce a cluster covered with a material layer having a larger band gap as well as a uniform particle size and particle size distribution as compared with the case where only laser ablation is used. You can do it.

【0156】図8は、以上の原理に基づく本発明の微細
構造材料の製造装置の1実施例の概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention based on the above principle.

【0157】真空排気可能な容器147に、クラスター
原料となる固体ターゲット148、ターゲット148表
面にレーザ光(光子エネルギー:hν1)149が照射
されるごとき位置に配置されたレーザ光導入窓150、
生成クラスター表面改質あるいは被覆材料源としての活
性粒子源151、および生成クラスターを質量分離する
手段が設けられている。
A solid target 148 serving as a cluster material is placed in a container 147 that can be evacuated, and a laser light introduction window 150 arranged at a position where the surface of the target 148 is irradiated with laser light (photon energy: hν 1 ) 149.
An active particle source 151 as a surface modification or coating material source for the generated cluster, and a means for mass-separating the generated cluster are provided.

【0158】この質量分離手段は、本実施例において
は、生成クラスターをイオン化するための電子銃15
2、イオン化したクラスターの速度を揃え加速するため
の加速部153、およびクラスターを質量分離するため
の磁界印加部154とで構成されている。
In this embodiment, the mass separation means is an electron gun 15 for ionizing the formed cluster.
2. It comprises an acceleration unit 153 for accelerating the ionized clusters at the same speed, and a magnetic field application unit 154 for mass separation of the clusters.

【0159】以上の構成の製造装置で、例えば、SiO
2層で被覆した単結晶Siクラスターを製造する場合、
以下の通りになる。
In the manufacturing apparatus having the above configuration, for example, SiO 2
When manufacturing a single-crystal Si cluster coated with two layers,
It is as follows.

【0160】まず、ターゲット148には、単結晶Si
を用いる。また、レーザ光149としては、第2の本発
明の微細構造材料の製造装置の1実施例の説明の際に述
べた理由から、YAGレーザの第2高調波(hν1
2.3eV)、XeCl(hν1=4.0eV)、Kr
F(hν1=5.0eV)あるいはArFエキシマレー
ザ(hν1=6.4eV)等の大出力短波長レーザを使
用する。
First, a single crystal Si
Is used. In addition, as the laser beam 149, the second harmonic (hν 1 = Yν = 2) of the YAG laser is used for the reason described in the description of the second embodiment of the apparatus for manufacturing a microstructure material according to the present invention.
2.3 eV), XeCl (hν 1 = 4.0 eV), Kr
A high-power short-wavelength laser such as F (hν 1 = 5.0 eV) or an ArF excimer laser (hν 1 = 6.4 eV) is used.

【0161】そして、レーザ光149によりターゲット
148から生成されたSiクラスター155は、活性粒
子源151からの活性粒子156により、その表面がS
iO 2層157で被覆される。
Then, the target is irradiated with the laser beam 149.
148 produced from the active particles
Due to the active particles 156 from the source 151, the surface
iO TwoCoated with layer 157.

【0162】具体的には、マイクロ波あるいは高周波
(RF)励起プラズマ源等を活性粒子源151として用
い、これから発せられる酸素活性粒子照射によってSi
クラスター表面を酸化させることで、容易にSiO2
被覆が行える。
Specifically, a microwave or radio frequency (RF) excited plasma source or the like is used as the active particle source 151, and the active particle source 151 irradiates the active particles with oxygen.
By oxidizing the cluster surface, the SiO 2 layer can be easily coated.

【0163】また、シラン系ガス(Sin2n+2:n=1,
2,3,・・・)を用いて活性粒子源151内で生成したSi
活性粒子と基底状態酸素系分子(例えば、O2、N2
等)により、Siクラスター上に非晶質SiO2膜の堆
積を行ってもよい。
A silane-based gas (Si n H 2n + 2 : n = 1,
Generated in the active particle source 151 using (2, 3,...)
Active particles and ground state oxygen-based molecules (eg, O 2 , N 2 O
Etc.), an amorphous SiO 2 film may be deposited on the Si cluster.

【0164】この後、電子銃152から発せられた電子
158により、SiO2層被覆後のSiクラスターをイ
オン化し、加速部153(加速電圧:Va)で加速し、
静磁界(磁束密度:B)でその進行方向を曲げる。静磁
界でクラスター進行方向が曲げられるとき、その曲率半
径:rは、一般に下記式で表わされる。
Thereafter, the Si clusters coated with the SiO 2 layer are ionized by the electrons 158 emitted from the electron gun 152, and accelerated by the accelerating unit 153 (acceleration voltage: V a ).
The traveling direction is bent by a static magnetic field (magnetic flux density: B). When the cluster traveling direction is bent by the static magnetic field, the radius of curvature: r is generally represented by the following equation.

【0165】[0165]

【数1】 (Equation 1)

【0166】ここで、eは素電荷、mはクラスターの質
量である。よって、クラスターの質量の違い、換言すれ
ば、粒径の違いにより進行方向が異なってくるので、粒
径の選別を行うことができる。
Here, e is the elementary charge, and m is the mass of the cluster. Therefore, the traveling direction differs depending on the difference in the mass of the clusters, in other words, the difference in the particle size, so that the particle size can be selected.

【0167】なお、クラスターの粒径分布については、
粒径選別前の粒径分布A、粒径選別後の粒径分布B1
2、B3が、図8中に示されている。
Incidentally, regarding the particle size distribution of the clusters,
Particle size distribution A before particle size selection, particle size distribution B 1 after particle size selection,
B 2 and B 3 are shown in FIG.

【0168】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施
例について、図9に示した製造装置の概略図に基づき説
明する。
An embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention will be described with reference to the schematic view of the production apparatus shown in FIG.

【0169】図9において、図面の上下方向において異
なる位置に配置されたガス導入ノズル159、160、
レーザ光導入窓161、および基板162設けられた真
空排気可能な容器163が設置されている。
In FIG. 9, gas introduction nozzles 159, 160,
A vacuum-evacuable container 163 provided with a laser light introduction window 161 and a substrate 162 is provided.

【0170】このような製造装置において、まず、ノズ
ル159からSi26ガスを容器163内に導入し、そ
こに、ArFエキシマレーザ(光子エネルギー:hν2
=6.4eV)ビームを集光して照射し、集光点近傍
で、他の領域に比べ濃度の高いSi活性粒子をSi26
ガスの光分解により生成させる。
In such a manufacturing apparatus, first, a Si 2 H 6 gas is introduced into the container 163 from the nozzle 159, and an ArF excimer laser (photon energy: hν 2
= 6.4 eV) The beam is condensed and irradiated, and near the converging point, Si active particles having a higher concentration than other regions are Si 2 H 6
Generated by photolysis of gas.

【0171】このレーザビーム照射方向は、活性粒子生
成部164を通過し、直接基板162上へ照射される方
向である。
This laser beam irradiation direction is a direction in which the laser beam passes through the active particle generator 164 and is directly irradiated onto the substrate 162.

【0172】そして、高濃度Si活性粒子生成部164
と基板162との間に所望の距離を取り、Si活性粒子
が、拡散により基板162に到達する前に、相互の自己
結合により所望の粒径を有するクラスターが生成するよ
うにする。
Then, the high-concentration Si active particle generation section 164
A desired distance is provided between the Si active particles and the substrate 162 so that the Si active particles mutually self-bond to form clusters having the desired particle size before reaching the substrate 162 by diffusion.

【0173】換言すれば、活性粒子生成部・基板間距離
を変化させる(例えば、集光点の移動による等)ことに
より、基板162上に堆積させるクラスターの粒径を制
御する。
In other words, the diameter of the cluster deposited on the substrate 162 is controlled by changing the distance between the active particle generation unit and the substrate (for example, by moving the focal point).

【0174】この際、品質の高いクラスターを得るため
には、周囲の不純物気体粒子を予め極力除去しておくこ
とが重要であり、例えば、容器163をオールメタルシ
ールの容器とし、Si26ガス導入前に超高真空排気
(例えば、10-9Torr台以下)を行う等の処置を施
す。
At this time, in order to obtain high-quality clusters, it is important to remove the surrounding impurity gas particles as much as possible in advance. For example, the container 163 is made of an all-metal seal and the Si 2 H 6 Before the gas introduction, a treatment such as performing ultra-high vacuum evacuation (for example, 10 -9 Torr or less) is performed.

【0175】また、レーザビーム照射方向が直接基板1
62上へ照射される方向であることから、照射方向が基
板162の上方水平方向である場合に比べ、前記集光点
の移動が簡単に行えるとともに、レーザビームあるいは
基板走査により、均一粒径および粒径分布を有するクラ
スターを、大面積基板面上、均一量分布させて堆積させ
ることも可能となる、という利点を有する。
When the direction of laser beam irradiation is directly
Since the direction of irradiation is above the substrate 62, compared with the case where the irradiation direction is the horizontal direction above the substrate 162, the focusing point can be easily moved, and the uniform particle size and An advantage is that clusters having a particle size distribution can be deposited in a uniform distribution on a large-area substrate surface.

【0176】さらに、所望の粒径を有するクラスター生
成後、すなわち、より基板162に近い領域に、ノズル
160から例えば水素ガス165を導入して、水素原子
で表面が終たん:ターミネート(terminate)されたク
ラスター166が得られる。
Further, after generation of clusters having a desired particle size, that is, in a region closer to the substrate 162, for example, hydrogen gas 165 is introduced from the nozzle 160, and the surface is terminated by hydrogen atoms: terminated. Cluster 166 is obtained.

【0177】もっとも、ノズル160から導入するガス
を酸素系ガスとすれば、SiO2層で被覆されたクラス
ターを得ることも可能である。
However, if the gas introduced from the nozzle 160 is an oxygen-based gas, it is possible to obtain a cluster covered with a SiO 2 layer.

【0178】以上のように、本実施例の微細構造材料の
製造方法によれば、光化学的気相反応のみで、粒径およ
び粒径分布の制御されたクラスターを提供できる。
As described above, according to the method for producing a microstructured material of this example, clusters having a controlled particle size and particle size distribution can be provided only by a photochemical gas phase reaction.

【0179】さらに、前述の実施例1の微細構造材料の
製造方法を併用すれば、周辺に間隙を生じることなく、
上記クラスターを異種物質中に緻密に埋め込めることも
可能となる。
Further, if the method for manufacturing a microstructured material according to the first embodiment described above is used in combination, a gap is not generated around the periphery.
It becomes possible to embed the above clusters densely in different materials.

【0180】図10および図11は、本発明の微細構造
材料の製造方法の1実施例の工程図を示す。
FIG. 10 and FIG. 11 show process diagrams of one embodiment of the method for producing a microstructure material according to the present invention.

【0181】まず、図10(a)に示す第1の工程にお
いて、形状・寸法の等しい複数の金属針167を並列に
配置した平面電極168を、平面基板169に対し、互
いに平行状態を保ったまま接近させ、各針167の先端
と基板169表面の間に同じ大きさの高電界を印加す
る。
First, in the first step shown in FIG. 10A, a plane electrode 168 in which a plurality of metal needles 167 having the same shape and size are arranged in parallel is kept parallel to a plane substrate 169. A high electric field of the same magnitude is applied between the tip of each needle 167 and the surface of the substrate 169.

【0182】接近距離と電界強度の大きさは、基板16
9の物質が所望の量だけ電界蒸発により除去される程度
のものとする。
The approach distance and the magnitude of the electric field strength are
Nine substances are removed by electric field evaporation in a desired amount.

【0183】この場合、接近距離を小さくする程、ある
いは電界強度を大きくする程、除去量は多くなるので、
これらの物理量を変えることにより、物質除去後の孔の
形状・寸法を制御できる。
In this case, the smaller the approach distance or the higher the electric field strength, the larger the removal amount.
By changing these physical quantities, the shape and size of the hole after removing the substance can be controlled.

【0184】よって、印加された高電界による蒸発によ
り、針167の形状・寸法、接近距離および電界強度で
決定される同じ形状・寸法の、複数の孔170(孔径:
数十nm程度以下)を、基板169表面に形成できる。
この様子を図10(b)に示す。
Therefore, by the evaporation due to the applied high electric field, a plurality of holes 170 (hole diameter: having the same shape and size determined by the shape and size of the needle 167, the approaching distance and the electric field strength) are obtained.
Tens nm or less) can be formed on the surface of the substrate 169.
This state is shown in FIG.

【0185】なお、孔170の形成には、予め反応性ガ
スを電極168と基板169の間に導入して、印加電界
の結果生じるトンネル電流により本反応性ガスと基板1
69表面との化学反応を誘起し、気相エッチングを行う
方法を用いてもよい。
The hole 170 is formed by introducing a reactive gas between the electrode 168 and the substrate 169 in advance, and using the reactive gas and the substrate 1 by a tunnel current generated as a result of an applied electric field.
A method of inducing a chemical reaction with the surface 69 and performing gas phase etching may be used.

【0186】これは、基板169が導電性物質の場合に
適しており、例えば、Si等の半導体の場合にはCl2
等の塩素系ガスを用いればよい。
This is suitable when the substrate 169 is made of a conductive material. For example, when the substrate 169 is made of a semiconductor such as Si, Cl 2 is used.
Or the like may be used.

【0187】次に、図10(c)に示されるように、基
板169表面上に、この物質と異なる第1の物質171
の堆積を行う第2の工程を施す。
Next, as shown in FIG. 10C, a first substance 171 different from this substance is formed on the surface of the substrate 169.
A second step of depositing is performed.

【0188】すなわち、物質171の原料粒子172を
基板169表面上に供給する。具体的には、化学的気相
堆積(CVD)法および分子線エピタキシャル成長(M
BE)法等の蒸着法といった手法を用いればよい。
That is, the raw material particles 172 of the substance 171 are supplied onto the surface of the substrate 169. Specifically, chemical vapor deposition (CVD) and molecular beam epitaxy (M
A method such as a vapor deposition method such as the BE) method may be used.

【0189】一般に、このような手法を用いた薄膜堆積
では、基板表面の平坦な面よりも微小孔170のような
溝内で見かけ上の堆積速度を大きくするのが容易であ
る。すなわち、堆積の進行につれて溝内を埋め、堆積薄
膜表面を平坦化することが可能である。
In general, in thin film deposition using such a technique, it is easier to increase the apparent deposition rate in a groove such as the minute hole 170 than in a flat surface of the substrate surface. That is, it is possible to fill the groove as the deposition proceeds and to flatten the surface of the deposited thin film.

【0190】そこで、図11(a)に示されるように、
少なくとも、堆積薄膜表面が平坦になるまで第1の物質
171の堆積を行う。
Therefore, as shown in FIG.
At least the first substance 171 is deposited until the surface of the deposited thin film becomes flat.

【0191】次に、図11(b)で示す第3の工程で
は、前記第2の工程で堆積させた第1の物質の除去を行
う。
Next, in a third step shown in FIG. 11B, the first substance deposited in the second step is removed.

【0192】具体的には、光化学的気相エッチング、プ
ラズマエッチング、および、反応性イオンエッチング等
の気相エッチング手法を用いればよい。
Specifically, a vapor phase etching technique such as photochemical vapor phase etching, plasma etching, and reactive ion etching may be used.

【0193】本エッチング手法を用いることで、前記堆
積薄膜表面の平坦性を保ったまま第1の物質171の除
去ができる。除去は、基板169表面の平坦部が露出す
るまで行う。
By using this etching method, the first substance 171 can be removed while the flatness of the surface of the deposited thin film is maintained. The removal is performed until a flat portion on the surface of the substrate 169 is exposed.

【0194】そして、図11(c)に示す第4の工程で
は、第1の物質171よりバンドギャップの大きな第2
の物質173の堆積を行う。
In the fourth step shown in FIG. 11C, the second material having a larger band gap than the first material 171 is used.
Is deposited.

【0195】具体的には、前記第2の工程で用いたもの
と同様な堆積手法を用いればよい。なお、図11(c)
中、174は第2の物質173の原料粒子から構成され
る部分を示している。である。
Specifically, a deposition technique similar to that used in the second step may be used. FIG. 11 (c)
Among them, reference numeral 174 denotes a portion composed of the raw material particles of the second substance 173. It is.

【0196】以上から、図10と図11に示した工程を
実施することで、2次元平面上に分布した第1の物質1
71で構成される均一粒径クラスター175が、基板1
69と第2の物質173の間に埋め込まれる。
As described above, by performing the steps shown in FIGS. 10 and 11, the first substance 1 distributed on the two-dimensional plane is obtained.
The uniform particle size cluster 175 composed of
It is embedded between 69 and the second substance 173.

【0197】また、基板169物質と第2の物質173
を同一にすることで、均一粒径クラスター175を、よ
りバンドギャップの大きな物質173で埋め込んだごと
き微細構造材料が製造される。
The substrate 169 material and the second material 173
Are the same, a microstructured material is produced in which the uniform particle size cluster 175 is embedded with a substance 173 having a larger band gap.

【0198】また、図10と図11に示した工程を繰り
返すことで、3次元的に分布した均一粒径クラスター1
75を、よりバンドギャップの大きな物質173で埋め
込んだごとき微細構造材料が製造される。
By repeating the steps shown in FIGS. 10 and 11, the uniform particle size cluster 1 distributed three-dimensionally is obtained.
A microstructured material is produced, such as embedding 75 with a substance 173 having a larger bandgap.

【0199】なお、クラスター175の形状・寸法は、
孔170を形成する前記第1の工程で決められる。
The shape and size of the cluster 175 are as follows.
It is determined in the first step of forming the hole 170.

【0200】また、クラスター175の埋め込み密度に
ついては、基板169面上横方向の密度が平面電極16
8上の針167の配置密度で決まり、垂直方向の密度が
前記第4の工程での第2の物質173の堆積膜厚で決ま
る。
Regarding the burying density of the clusters 175, the horizontal density on the surface of the
The density in the vertical direction is determined by the arrangement density of the needles 167 on the substrate 8, and the deposition thickness of the second substance 173 in the fourth step is determined.

【0201】このように、本実施例の微細構造材料の製
造方法では、クラスター175の埋め込み密度も粒径制
御と独立かつフレキシブルに制御でき、さらに、埋め込
み密度に異方性を持たせることも可能である。埋め込み
密度異方性を有する微細構造材料は、光学異方性を有す
る発光素子および非線形光学素子の提供に資するもので
ある。
As described above, in the method for manufacturing a microstructure material according to the present embodiment, the burying density of the cluster 175 can be controlled independently and flexibly independently of the particle size control, and the burying density can be made anisotropic. It is. The microstructured material having buried density anisotropy contributes to providing a light emitting element having optical anisotropy and a nonlinear optical element.

【0202】図12は、本発明の微細構造材料の製造装
置の1実施例の概略図である。図12において、真空排
気可能な容器176の中に、基板ホルダー177、形状
・寸法の等しい複数の針を並列に配置した平面電極17
8、平面電極178を基板ホルダー方向に平行移動させ
るための粗動機構179並びに微動機構180、2種類
の物質を基板ホルダー上の基板181に堆積させるため
の蒸着源182、183、前記2種類の物質の一方をエ
ッチング除去する際のエッチング用反応性イオンを供給
するためのイオン源184が設けられている。
FIG. 12 is a schematic view of an embodiment of the apparatus for producing a microstructure material according to the present invention. In FIG. 12, a substrate electrode 177 in which a plurality of needles having the same shape and dimensions are arranged in parallel in a container 176 which can be evacuated.
8, a coarse movement mechanism 179 and a fine movement mechanism 180 for parallelly moving the plane electrode 178 in the direction of the substrate holder, and vapor deposition sources 182 and 183 for depositing two kinds of substances on the substrate 181 on the substrate holder. An ion source 184 is provided for supplying reactive ions for etching when one of the substances is etched away.

【0203】また、185は、平面電極178と基板1
81の間に高電界を印加するための電源である。
Further, reference numeral 185 denotes a plane electrode 178 and the substrate 1
This is a power supply for applying a high electric field during the period 81.

【0204】なお、粗動機構179および微動機構18
0には、例えば、走査型トンネル顕微鏡(STM)で一
般に用いられているごとき機構、すなわち、機械的機構
並びに圧電素子をそれぞれ用いればよい。
The coarse movement mechanism 179 and the fine movement mechanism 18
For 0, for example, a mechanism generally used in a scanning tunneling microscope (STM), that is, a mechanical mechanism and a piezoelectric element may be used.

【0205】本実施例の製造装置で、例えば、均一粒径
SiクラスターをSiO2で埋め込んだごとき微細構造
材料を製造する場合には、蒸着源182並びに183
に、それぞれSi並びにSiO2原料を充填し、エッチ
ング除去対称物質がSiであるので、イオン源184内
に供給するガスは、塩素系イオンを生成させる塩素系ガ
スとする。
For example, in the case of manufacturing a microstructured material such as a Si particle having a uniform particle size embedded in SiO 2 by the manufacturing apparatus of this embodiment, the evaporation sources 182 and 183 are used.
Are filled with Si and SiO 2 raw materials, respectively, and the gas to be supplied into the ion source 184 is a chlorine-based gas for generating chlorine-based ions since the etching-removed symmetric substance is Si.

【0206】具体的に本実施例の製造装置で行なわれる
工程は、前記実施例の微細構造材料の製造方法の各工程
を繰り返し施す工程である。
Specifically, the steps performed by the manufacturing apparatus of this embodiment are steps in which the respective steps of the method for manufacturing a microstructured material of the above embodiment are repeatedly performed.

【0207】そして、物質堆積を行う前記実施例の第2
および第3の工程の際には、それぞれ、図12中に示し
た蒸着源182並びに183を用いることになる。
Then, the second embodiment of the embodiment in which the substance is deposited is used.
In the third and third steps, the evaporation sources 182 and 183 shown in FIG. 12 are used, respectively.

【0208】図13は、本発明の微細構造材料の製造装
置の1実施例の概略図である。
FIG. 13 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【0209】図13において、真空排気可能な容器18
6、187および188が、ゲートバルブ189および
190を介して結合されている。
Referring to FIG. 13, a container 18 capable of evacuating
6, 187 and 188 are connected via gate valves 189 and 190.

【0210】また、それぞれの容器には基板ホルダー1
91、192および193が設けられている。
Each container has a substrate holder 1.
91, 192 and 193 are provided.

【0211】さらに、容器186の中には、形状・寸法
の等しい複数の針を並列に配置した平面電極194、平
面電極194を基板ホルダー方向に平行移動させるため
の粗動機構195および微動機構196が設けられてい
る。
Further, in the container 186, a plane electrode 194 in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel, a coarse movement mechanism 195 and a fine movement mechanism 196 for moving the plane electrode 194 in parallel to the substrate holder. Is provided.

【0212】なお、粗動機構195および微動機構19
6には、例えば、走査型トンネル顕微鏡(STM)で一
般に用いられているごとき機構、すなわち、機械的機構
並びに圧電素子をそれぞれ用いればよい。
The coarse movement mechanism 195 and the fine movement mechanism 19
For example, a mechanism generally used in a scanning tunneling microscope (STM), that is, a mechanical mechanism and a piezoelectric element may be used for 6, respectively.

【0213】また、197は、平面電極194と基板1
98の間に高電界を印加するための電源である。
Reference numeral 197 denotes a plane electrode 194 and the substrate 1
This is a power supply for applying a high electric field during the period 98.

【0214】次に、容器187の中には、2種類の物質
の蒸着源199および200が具備されている。
Next, inside the container 187, there are provided evaporation sources 199 and 200 for two kinds of substances.

【0215】さらに、容器188の中には、前記2種類
の物質の一方をエッチング除去する際のエッチング用反
応性イオンを供給するためのイオン源201が具備され
ている。
Further, the container 188 is provided with an ion source 201 for supplying reactive ions for etching when one of the two kinds of substances is removed by etching.

【0216】また、202および203は、基板198
を各容器間で搬送するとともに、各基板ホルダーに配置
することを可能にする基板搬送機構である。
Also, 202 and 203 are substrates 198
Is a substrate transport mechanism that transports the wafers between the containers and arranges them in each substrate holder.

【0217】本実施例の製造装置で、例えば、均一粒径
SiクラスターをSiO2で埋め込んだごとき微細構造
材料を製造する場合には、蒸着源199並びに200
に、それぞれSi並びにSiO2原料を充填し、エッチ
ング除去対称物質がSiであるので、イオン源201内
に供給するガスは、塩素系イオンを生成させる塩素系ガ
スとする。
For example, in the case of manufacturing a microstructured material in which a uniform particle size Si cluster is embedded in SiO 2 by the manufacturing apparatus of this embodiment, the evaporation sources 199 and 200
Are filled with Si and SiO 2 raw materials, respectively, and the gas to be supplied into the ion source 201 is a chlorine-based gas that generates chlorine-based ions since the etching-removed symmetric material is Si.

【0218】具体的に本実施例の製造装置で行なわれる
工程は、実施例9の微細構造材料の製造方法の各工程を
繰り返し施す工程である。
Specifically, the steps performed by the manufacturing apparatus of the present embodiment are steps in which each step of the method for manufacturing a microstructured material of Embodiment 9 is repeatedly performed.

【0219】そして、物質堆積を行う実施例9の第2お
よび第3の工程の際には、それぞれ、図13中に示した
蒸着源199並びに200を用いることになる。
Then, in the second and third steps of the ninth embodiment in which the substance is deposited, the evaporation sources 199 and 200 shown in FIG. 13 are used, respectively.

【0220】図14は、本発明の微細構造材料の製造方
法の1実施例の工程図を示す。まず、図14(a)にお
いて、基板301表面に平行な一方向に電界:E(ベク
トル量:この電界は、基板表面と平行な方向成分が存在
すればよく、基板表面に対して垂直方向成分を多少もっ
ていても構わない)を加えるとともに、1次元高分子原
料分子を供給する。
FIG. 14 is a flow chart showing one embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention. First, in FIG. 14A, an electric field in one direction parallel to the surface of the substrate 301: E (vector amount: this electric field only needs to have a component in a direction parallel to the substrate surface, and a component in a direction perpendicular to the substrate surface. May be provided, and a one-dimensional polymer raw material molecule is supplied.

【0221】このとき、供給原料分子としては、例え
ば、ジクロロシラン誘導体:R12SiCl2を用い
る。R1、R2は、メチル基、エチル基といったアルキル
基等の有機基である。
At this time, as a supply material molecule, for example, a dichlorosilane derivative: R 1 R 2 SiCl 2 is used. R 1 and R 2 are organic groups such as an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group.

【0222】一方、R12SiCl2分子の吸着した基
板301表面に対し、少なくとも、Si−Cl結合を切
断するだけのエネルギー:hν3を有する第1の光子群
302を照射し、以下の式で示される光化学反応を起こ
す。
On the other hand, the surface of the substrate 301 on which the R 1 R 2 SiCl 2 molecules are adsorbed is irradiated with at least a first photon group 302 having an energy: hν 3 enough to break the Si—Cl bond. The photochemical reaction shown by the formula is caused.

【0223】[0223]

【数2】 (Equation 2)

【0224】すなわち、R1およびR2を側鎖として有す
る1次元高分子:(R12Si)n[nは2以上]が成
長して行くことになる。
In other words, a one-dimensional polymer having R 1 and R 2 as side chains: (R 1 R 2 Si) n [n is 2 or more] grows.

【0225】この図14(a)の工程は、真空排気可能
な容器中で気相プロセスとして行っても、適当な溶媒
(例えばトルエン、メタノール)中で液相プロセスとし
て行ってもよい。
The step shown in FIG. 14A may be performed as a gas phase process in a container that can be evacuated, or may be performed as a liquid phase process in an appropriate solvent (for example, toluene or methanol).

【0226】なお、(式2)の反応で発生するCl2
子は、前者の場合Cl2分子のまま蒸発し、後者の場合
は溶媒中にClイオンとして溶け込むかCl2分子とし
て溶媒の外に蒸発する。
In the case of the former, Cl 2 molecules generated by the reaction of the formula (2) evaporate as Cl 2 molecules, and in the latter case, the Cl 2 molecules are dissolved in the solvent as Cl ions or become Cl 2 molecules outside the solvent. Evaporate.

【0227】また、1次元高分子:(R12Si)n
生成を溶媒中で液相プロセスで行う場合は、従来行われ
ているように、Na原子を利用して以下の式で示される
化学反応を用いてもよい。
When the one-dimensional polymer: (R 1 R 2 Si) n is produced by a liquid phase process in a solvent, as in the prior art, the following formula is applied by utilizing Na atoms. The chemical reactions shown may be used.

【0228】[0228]

【数3】 (Equation 3)

【0229】さて、基板301表面上には電界:E(ベ
クトル量)が印加されているので、基板301表面上で
成長中の1次元高分子:(R12Si)nは、図14
(a)に示したように、nが2あるいは3といった段階
から内部で分極を起こし+−の極性が生じるとともに、
電界印加方向に配向する。
Since an electric field: E (vector quantity) is applied to the surface of the substrate 301, the one-dimensional polymer (R 1 R 2 Si) n growing on the surface of the substrate 301 is shown in FIG.
As shown in (a), polarization occurs internally from the stage where n is 2 or 3, and a polarity of +-is generated.
Orient in the direction of electric field application.

【0230】前記分極および配向を誘起・促進するに足
る量のキャリア(電子あるいは正孔)が1次元高分子:
(R12Si)n中に存在しない場合には、1次元高分
子:(R12Si)nのバンドギャップより大きなエネ
ルギー:hν4を有する第2の光子群303を基板30
1表面上に照射する。
A sufficient amount of carriers (electrons or holes) for inducing and promoting the polarization and orientation is a one-dimensional polymer:
If the (R 1 R 2 Si) is not present in the n is 1 dimensional polymer: (R 1 R 2 Si) n higher energy than the band gap of: substrate and the second photon group 303 having hv 4 30
Irradiate on one surface.

【0231】これにより、キャリアを発生させ、前記分
極および配向の誘起・促進を図る(図14(b))。
As a result, carriers are generated, and the polarization and orientation are induced and promoted (FIG. 14B).

【0232】以上、図14(a)あるいは図14(b)
に示した工程を実施することで、R 1およびR2を側鎖と
して有する1次元高分子:(R12Si)nの列が、基
板301上一方向に配向して形成される(図13
(c))。
As described above, FIG. 14A or FIG.
By performing the steps shown in the above, R 1And RTwoThe side chain and
One-dimensional polymer having: (R1RTwoSi)nColumn is the base
It is formed so as to be oriented in one direction on the plate 301 (FIG. 13).
(C)).

【0233】換言すれば、方向の揃った、R1およびR2
で終たんされたSiの量子細線304が簡便に製造され
る。
In other words, R 1 and R 2 in the same direction
Then, the Si quantum wire 304 terminated with the above is easily manufactured.

【0234】なお、以上の実施例では、光子エネルギ
ー:hν3およびhν4以上の光子エネルギーを有する同
一の光子群を用いることも可能である。また、これら光
子エネルギーは、Si−R1およびSi−R2のそれぞれ
の結合エネルギーよりも低いことが望ましい。
In the above embodiment, it is also possible to use the same group of photons having photon energies of hν 3 and hν 4 or more. These photon energy is preferably less than the respective binding energies of Si-R 1 and Si-R 2.

【0235】図15は、本発明の微細構造材料の製造方
法の1実施例の工程図を示す。まず、図15(a)に示
されるように、基板305表面に平行な一方向に電界:
E(ベクトル量:電界は、基板表面と平行な方向成分が
存在すればよく、基板表面に対して垂直方向成分を多少
もっていても構わない)を加えるとともに、表面が異種
物質:RXで被覆されたクラスター(核としては例えば
Si)306を供給する。
FIG. 15 is a flow chart showing one embodiment of the method for producing a microstructure material according to the present invention. First, as shown in FIG. 15A, an electric field is applied in one direction parallel to the surface of the substrate 305:
E (vector quantity: field may be present directional component parallel to the substrate surface, some with may also be a vertical component to the substrate surface) with added, surface different materials: coated with R X The supplied cluster (for example, Si as a nucleus) 306 is supplied.

【0236】ここで、RXは、水素、SiO2あるいはク
ラスター306の核となる物質よりバンドギャップの大
きな物質層等である。
Here, R X is hydrogen, SiO 2, or a material layer having a larger band gap than a substance serving as a nucleus of the cluster 306.

【0237】このようなクラスターは、実施例7の微細
構造材料の製造装置あるいは実施例8の微細構造材料の
製造方法により、製造が可能である。
Such a cluster can be manufactured by the microstructure material manufacturing apparatus of the seventh embodiment or the microstructure material manufacturing method of the eighth embodiment.

【0238】図15(a)において、基板305表面上
に吸着したクラスター306は、電界:E(ベクトル
量)によりその内部に分極が起こり+−の極性が生じ
る。
In FIG. 15A, the cluster 306 adsorbed on the surface of the substrate 305 is polarized inside by the electric field: E (vector quantity), and has a positive or negative polarity.

【0239】よって、この極性が生じた部分で、例えば
図15(a)中「A」で示した部分のようにクラスター
306同士が結合し、細線状クラスター307が形成さ
れるとともに、電界印加方向に配向する。
Therefore, in the portion where the polarity is generated, the clusters 306 are connected to each other as shown by the portion indicated by “A” in FIG. 15A to form a fine line cluster 307 and the electric field application direction. Orientation.

【0240】電界:E(ベクトル量)のみで細線状クラ
スターが形成されない場合には、前記クラスター核とR
Xとの結合エネルギーに相当するエネルギー:hν5を有
する第1の光子群308を、基板305表面上に照射す
ることで、細線状クラスター307の形成を誘起・促進
する。
When a fine line cluster is not formed only by the electric field: E (vector quantity), the cluster nucleus and R
By irradiating the first photon group 308 having an energy corresponding to the binding energy with X : hν 5 onto the surface of the substrate 305, the formation of the fine-line cluster 307 is induced and promoted.

【0241】また、前記分極および配向を誘起・促進す
るに足る量のキャリア(電子あるいは正孔)が細線状ク
ラスター307中に存在しない場合には、細線状クラス
ター307のバンドギャップより大きなエネルギー:h
ν6を有する第2の光子群309を基板305表面上に
照射する。
When the sufficient amount of carriers (electrons or holes) for inducing and promoting the polarization and orientation is not present in the linear clusters 307, the energy h: larger than the band gap of the linear clusters 307 is obtained.
A second group of photons 309 having ν 6 is irradiated on the surface of the substrate 305.

【0242】これにより、キャリアを発生させ、前記分
極および配向の誘起・促進を図る(図15(b))。
As a result, carriers are generated, and the polarization and orientation are induced and promoted (FIG. 15B).

【0243】図15(a)あるいは図15(b)に示さ
れた工程は、真空排気可能な容器中で気相プロセスとし
て行っても、適当な溶媒(例えばトルエン、メタノー
ル)中で液相プロセスとして行ってもよい。
The process shown in FIG. 15A or FIG. 15B can be performed as a gas phase process in a container capable of evacuating, or a liquid phase process in an appropriate solvent (for example, toluene or methanol). You may go as.

【0244】以上、図15(a)あるいは図15(b)
に示した工程を実施することで、図15(c)に示され
るように、前記RX層で被覆された前記クラスター核構
成物質の量子細線310の列が、基板305上一方向に
配向して形成される。
As described above, FIG. 15A or FIG.
By process implementing the shown, as shown in FIG. 15 (c), the column of the R X above was coated with layer cluster nuclear constituents of quantum wires 310, oriented in the upper direction the substrate 305 Formed.

【0245】なお、以上の実施例では、光子エネルギ
ー:hν5およびhν6以上の光子エネルギーを有する同
一の光子群を用いることも可能である。
In the above embodiments, it is also possible to use the same group of photons having photon energies of hν 5 and hν 6 or more.

【0246】図16は、本発明の微細構造材料の製造方
法の1実施例の工程図を示す。図16(a)において、
基板311は、その表面がある安定な結晶面、例えば、
単結晶硅素の(100)面から微傾斜している。
FIG. 16 is a flow chart showing one embodiment of the method for producing a microstructure material according to the present invention. In FIG. 16A,
The substrate 311 has a stable crystal plane having a surface, for example,
It is slightly inclined from the (100) plane of single crystal silicon.

【0247】そのため、基板表面にはテラス312およ
びステップ313(幅数十nm程度以下)が多数存在し
ている(図16(a))。
Therefore, a large number of terraces 312 and steps 313 (with a width of about several tens nm or less) are present on the substrate surface (FIG. 16A).

【0248】また、以後、テラス312の長手方向を、
ステップ313が走る方向と定義する。
Further, hereinafter, the longitudinal direction of the terrace 312
The direction in which step 313 runs is defined.

【0249】さらに、ステップ313の走る方向に電
界:E(ベクトル量:電界は、ステップ313の走る方
向と一致した基板表面内成分が存在すればよく、基板表
面に対して垂直方向成分をもっていても構わない)を印
加する。
Further, the electric field in the running direction of step 313: E (vector amount: the electric field only needs to have a component in the substrate surface that matches the running direction in step 313, and may have a component in the direction perpendicular to the substrate surface. No problem).

【0250】電界:E(ベクトル量)の印加された基板
311には、シラン系ガス分子(Sin2n+2:n=1,2,
3,・・・)314を供給するとともに、エネルギー:hν7
を有する光子群315を照射する。
The substrate 311 to which the electric field: E (vector amount) is applied has silane-based gas molecules (Si n H 2n + 2 : n = 1,2,
3, ...) 314 and the energy: hν 7
Irradiate a photon group 315 having

【0251】例えば、ガス分子314にはジシランガス
(Si26)、光子群315にはArFエキシマレーザ
光(hν7=6.4eV)を用いる。
For example, disilane gas (Si 2 H 6 ) is used for the gas molecules 314, and ArF excimer laser light (hν 7 = 6.4 eV) is used for the photon group 315.

【0252】当然、ガス分子314は基板上のテラス3
12に吸着し、一定時間滞在するが、表面拡散によりい
ずれステップ313に到達する。
Of course, the gas molecules 314 are placed on the terrace 3 on the substrate.
Although it is adsorbed on the substrate 12 and stays for a certain period of time, it reaches step 313 due to surface diffusion.

【0253】そして、ステップ313上、その走る方向
に沿ってガス分子314が配列する(高配向性直鎖状配
列)ことになる。
Then, on step 313, gas molecules 314 are arranged along the running direction (highly oriented linear arrangement).

【0254】この理由は、ガス分子314は、テラス上
に存在するより、ステップ上に存在する方が安定である
からである。
The reason for this is that the gas molecules 314 are more stable when present on the steps than on the terraces.

【0255】電界:Eによってガス分子内に発生する電
気分極および光子群315の作用によって、高配向性直
鎖状配列したガス分子314は結合し、1次元電気伝導
体316が成長する(図16(b))。
By the electric polarization generated in the gas molecules by the electric field E and the action of the photon group 315, the gas molecules 314 arranged in a highly oriented linear array are combined to grow a one-dimensional electric conductor 316 (FIG. 16). (B)).

【0256】通常、このようにして成長する直鎖状の物
質は、特に成長初期の、その分子量がまだ小さいとき
に、熱運動によって、ステップからずれてしまうことが
ある。そして、ステップからずれたものは、ガス分子が
高密度に存在しないテラス領域に存在するため、ガス分
子と反応しづらくなる。
Normally, a linear substance grown in this way may be displaced from the step due to thermal motion, especially when the molecular weight is still small at the beginning of growth. Those deviated from the steps are difficult to react with the gas molecules because they exist in the terrace region where the gas molecules do not exist at high density.

【0257】しかし、前記電界:Eの作用により、この
ようなことが本実施例では改善され、電界:Eによって
分極した直鎖状物質は、電界方向に伸びた形で安定化す
る。
However, such an effect is improved in the present embodiment by the action of the electric field: E, and the linear substance polarized by the electric field: E is stabilized in a form extended in the direction of the electric field.

【0258】つまり、この電界方向はステップ313の
走る方向であり、熱運動によってステップ313から外
れようとする直鎖物質をその場にとどめることになる。
That is, the direction of the electric field is the direction in which the step 313 runs, and the linear substance that is going to deviate from the step 313 due to thermal motion is kept in place.

【0259】以上のように、本実施例によれば、基板に
テラスおよびステップを設け、ステップの走る方向に基
板面内成分を有する電界を設けることにより、高い反応
確率で、1次元電気伝導体を製造することができる(図
16(c))。
As described above, according to this embodiment, the terrace and the step are provided on the substrate, and the electric field having the in-plane component in the direction in which the step runs provides the one-dimensional electric conductor with a high reaction probability. Can be manufactured (FIG. 16C).

【0260】さて、本実施例で製造した硅素物質からな
る1次元電気伝導体316は、幅:数nm以下の量子細
線であり、発光素子材料となる。
The one-dimensional electric conductor 316 made of a silicon material manufactured in this embodiment is a quantum wire having a width of several nm or less, and is used as a light emitting element material.

【0261】すなわち、図16(c)に示されているよ
うに、ある安定な結晶面、例えば、単結晶硅素の(10
0)面から微傾斜し、テラスおよびステップが高密度で
存在する基板311の表面と、硅素原子をその組成に含
みステップ313に沿って延びる1次元電気伝導体で構
成された素子は、本発明の発光素子の1実施例でもあ
る。
That is, as shown in FIG. 16C, a stable crystal plane, for example, (10
The element which is composed of a surface of the substrate 311 which is slightly inclined from the 0) plane and has terraces and steps at a high density, and a one-dimensional electric conductor extending along the step 313 containing silicon atoms in its composition is described in the present invention. This is also one embodiment of the light emitting device of the present invention.

【0262】図17は、本発明の発光素子の1実施例を
示す概略図である。図17(a)に示される本実施例の
発光素子は、発光源401と励起源402で構成されて
いる。
FIG. 17 is a schematic view showing one embodiment of the light emitting device of the present invention. The light-emitting device of this embodiment shown in FIG. 17A includes a light-emitting source 401 and an excitation source 402.

【0263】発光源401は、基本的には、基板403
と、この上に形成された、実施例1から実施例14の本
発明の製造方法または製造装置のいずれかにより製造さ
れた微細構造材料、または間接遷移型半導体材料を起源
とする多孔質硅素物質材料を用いた発光層404で構成
されている。
The light emitting source 401 is basically composed of a substrate 403
And a porous silicon material formed on the microstructured material or the indirect transition type semiconductor material manufactured by any of the manufacturing method or the manufacturing apparatus of the present invention according to any one of Embodiments 1 to 14. The light emitting layer 404 is made of a material.

【0264】基板403には、発光層404が露出する
あるいはそれに近い深さの溝405が形成されており、
電子線406が直接あるいは効率的に発光層404に照
射・吸収されるようになっている。
In the substrate 403, a groove 405 having a depth at which the light emitting layer 404 is exposed or close thereto is formed.
The electron beam 406 is directly or efficiently irradiated and absorbed by the light emitting layer 404.

【0265】また、発光層404は、電気的には接地さ
れ、照射電子線によるチャージアップを可能な限り防い
でいる。
The light-emitting layer 404 is electrically grounded to prevent charge-up by the irradiation electron beam as much as possible.

【0266】一方、励起源402は、いわゆるコールド
カソードであり、基本的には、基板407と、この上に
形成された、エミッタ408、絶縁層409およびゲー
ト410で構成されている。そして、エミッタ408と
ゲート410の間に電界(電界強度:例えば100V/
μm程度)を印加し、発光層404に向けた電子線40
6の放出を行う。
On the other hand, the excitation source 402 is a so-called cold cathode, and basically comprises a substrate 407 and an emitter 408, an insulating layer 409 and a gate 410 formed thereon. An electric field (electric field intensity: for example, 100 V /
μm), and the electron beam 40 directed toward the light emitting layer 404 is applied.
Release 6.

【0267】また、基板403および407には、例え
ば、単結晶硅素を用いる。そして、発光源401と励起
源402は、それぞれ、独立に製造した後、張り合わせ
ればよい。
For the substrates 403 and 407, for example, single crystal silicon is used. Then, the light emitting source 401 and the excitation source 402 may be manufactured independently and then bonded together.

【0268】また、本実施例の発光素子は、厚さ:1m
m以下、基板表面内方向寸法:数μm×数μm程度とい
ったような小型化も容易に可能である。
The light emitting device of this embodiment has a thickness of 1 m.
m or less, the size in the direction in the substrate surface: several μm × several μm or so can be easily downsized.

【0269】よって、発光源401および励起源402
を、それぞれ、同一基板上に多数モノリシックに配列し
て製造し、その後の基板411と412を張り合わせる
ことにより、多数の発光部413が高密度に集積され
た、あるいは、大面積の薄膜型発光素子(図17
(b))を製造することも可能である。
Therefore, the light emitting source 401 and the excitation source 402
Are manufactured monolithically on the same substrate, respectively, and then the substrates 411 and 412 are attached to each other, so that a large number of light emitting portions 413 are integrated at a high density, or a large area thin film type light emitting device is manufactured. Element (FIG. 17)
It is also possible to manufacture (b)).

【0270】このことは、例えば、薄膜ディスプレイあ
るいは並列型光情報処理システム等の応用に大きな効果
をもたらす。
This has a great effect on the application of, for example, a thin film display or a parallel optical information processing system.

【0271】以上により、クラスター、細線状クラスタ
ー、1次元電気伝導体または1次元高分子をよりバンド
ギャップの大きな物質中に埋め込んだ微細構造材料ある
いは間接遷移型半導体物質を起源とする多孔質材料を利
用し、かつ、第7の従来技術に対する課題のところで述
べたような電流注入によらない発光素子を提供すること
ができる。
As described above, a fine structure material in which a cluster, a fine linear cluster, a one-dimensional electric conductor, or a one-dimensional polymer is embedded in a material having a larger band gap, or a porous material derived from an indirect transition type semiconductor material is used. It is possible to provide a light emitting element that utilizes and does not rely on current injection as described in the seventh problem with the conventional technique.

【0272】[0272]

【発明の効果】以上のように本発明は、粒径および粒径
分布の揃ったクラスター、そして、その緻密かつ高密度
な埋め込み、あるいは、異種物質被覆、さらには、配向
性の高い1次元高分子、1次元電気伝導体あるいは細線
状クラスター等を製造する工程・手段を設けることによ
り、特に、単色性が強く発光効率の高い発光素子、非線
形性の高い非線形光学素子等の光電子素子の製造に大き
な効果をもたらす、優れた微細構造材料の製造方法およ
び製造装置を実現できるものである。
As described above, according to the present invention, a cluster having a uniform particle size and particle size distribution, and a dense and high-density embedding or coating with a different substance, and a one-dimensional height having a high orientation can be obtained. By providing a process and means for producing molecules, one-dimensional electric conductors or fine linear clusters, it is particularly suitable for the production of optoelectronic devices such as light emitting devices with high monochromaticity and high luminous efficiency and nonlinear optical devices with high nonlinearity. It is possible to realize an excellent method and apparatus for producing a microstructured material having a great effect.

【0273】さらに、本発明は、前記微細構造材料ある
いは間接遷移型半導体物質を起源とする多孔質材料等を
利用するとともに、いわゆる電流注入によらない発光素
子等を提供することができるものである。
Furthermore, the present invention can provide a light emitting device or the like which does not rely on so-called current injection while utilizing the above-mentioned microstructure material or a porous material derived from an indirect transition type semiconductor substance. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例の
概略図
FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of a method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図2】本発明の微細構造材料の製造装置の1実施例の
概略図
FIG. 2 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図3】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例の
工程図
FIG. 3 is a process diagram of one embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図4】本発明の微細構造材料の製造装置の第1の実施
例の概略図
FIG. 4 is a schematic view of a first embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図5】本発明の微細構造材料の製造装置の第2の実施
例の概略図
FIG. 5 is a schematic view of a second embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図6】(a) 本発明の微細構造材料の製造装置の第
1の実施例の概略図 (b) 図6(a)の実施例によりクラスターが堆積さ
れた後の基板A、B、C、Dの断面概略図
FIG. 6 (a) is a schematic view of a first embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention. (B) Substrates A, B and C after clusters are deposited by the embodiment of FIG. 6 (a). And D

【図7】(a) 第5の本発明の微細構造材料の製造装
置の第2の実施例の概略図 (b) 図7(a)の実施例によりクラスターが堆積さ
れた後の基板の断面概略図
FIG. 7A is a schematic view of a second embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the fifth aspect of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view of a substrate after clusters are deposited according to the embodiment of FIG. Schematic

【図8】本発明の微細構造材料の製造装置の1実施例の
概略図
FIG. 8 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図9】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例を
具現化するための1製造装置の概略図
FIG. 9 is a schematic view of one manufacturing apparatus for embodying one embodiment of the method for manufacturing a microstructure material of the present invention.

【図10】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例
の工程図
FIG. 10 is a process chart of one embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図11】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例
の工程図
FIG. 11 is a process diagram of one embodiment of a method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図12】本発明の微細構造材料の製造装置の1実施例
の概略図
FIG. 12 is a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図13】本発明の微細構造材料の製造装置の1実施例
の概略図
FIG. 13 is a schematic view of one embodiment of an apparatus for producing a microstructured material according to the present invention.

【図14】本発明の微細構造材料の製造方法の第1の実
施例の工程図
FIG. 14 is a process chart of the first embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図15】本発明の微細構造材料の製造方法の第2の実
施例の工程図
FIG. 15 is a process chart of a second embodiment of the method for producing a microstructured material according to the present invention.

【図16】本発明の微細構造材料の製造方法の1実施例
の工程図、および本発明の発光素子を構成する1次元電
気伝導体の1実施例の概略図
FIG. 16 is a process diagram of one embodiment of a method for producing a microstructure material of the present invention, and a schematic diagram of one embodiment of a one-dimensional electric conductor constituting a light emitting device of the present invention.

【図17】(a) 本発明の発光素子(単一発光素子)
の1実施例の概略図 (b) 本発明の発光素子(多数の発光部が2次元的に
高密度集積された場合)の1実施例の概略図
FIG. 17A shows a light emitting device of the present invention (single light emitting device).
(B) Schematic diagram of one embodiment of the light emitting device of the present invention (when a large number of light emitting portions are two-dimensionally integrated at high density)

【図18】従来のクラスター(超微粒子)膜製造装置の
1例を示す概略図
FIG. 18 is a schematic view showing an example of a conventional cluster (ultrafine particle) film manufacturing apparatus.

【図19】図18の製造装置で製造されたクラスター
(超微粒子)膜の断面概略図
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a cluster (ultrafine particle) film manufactured by the manufacturing apparatus of FIG. 18;

【図20】従来の1次元直鎖配列ポリシラン:(R12
Si)n[R1、R2は、メチル基、エチル基といったア
ルキル基等の有機基]の化学合成の模式図
FIG. 20: Conventional one-dimensional linear polysilane: (R 1 R 2
Schematic diagram of chemical synthesis of Si) n [R 1 and R 2 are organic groups such as alkyl groups such as methyl group and ethyl group].

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 クラスター 103 物質102の原料粒子(原子・分子状態) 104 基板 105 レーザ光導入窓 106 レーザ光導入窓 107 ガス導入ノズル 108 ガス導入ノズル 109 真空排気可能な容器 110 固体ターゲット 111 基板ホルダー 114 基板 115 クラスター群 116 粒径選別後のクラスター群 117 真空排気可能な容器 118 固体ターゲット 119 基板ホルダー 121 回転式円盤型チョッパー 124 レーザ光導入窓 125 クラスター群 126 粒径選別後のクラスター群 127 真空排気可能な容器 128 固体ターゲット 129 基板ホルダー 130 クラスター群 133 クラスターを質量分離するためのパルス電界ま
たは磁界印加部 134 レーザ光導入窓 136 粒径選別後のクラスター群 137 真空排気可能な容器 138 固体ターゲット 139 基板ホルダー 140 レーザ光導入窓 141 クラスター群 142 真空排気可能な容器 143 固体ターゲット 144 基板ホルダー 145 レーザ光導入窓 146 クラスター群 147 真空排気可能な容器 148 固体ターゲット 150 レーザ光導入窓 154 クラスターを質量分離するための磁界印加部 155 Siクラスター 156 活性粒子源151からの活性粒子 157 SiO2層 159 ガス導入ノズル 160 ガス導入ノズル 161 レーザ光導入窓 162 基板 163 真空排気可能な容器 164 高濃度Si活性粒子生成部 165 水素ガス 166 水素原子で表面が終たん(terminate)された
クラスター 167 形状・寸法の等しい複数の金属針 169 基板 170 微小孔(孔径:数十nm程度以下) 172 第1の物質171の原料粒子 174 第2の物質173の原料粒子 175 均一粒径クラスター 176 真空排気可能な容器 177 基板ホルダー 178 形状・寸法の等しい複数の針を並列に配置した
平面電極 181 基板 182 蒸着源 183 蒸着源 184 イオン源 186 真空排気可能な容器 187 真空排気可能な容器 188 真空排気可能な容器 191 基板ホルダー 192 基板ホルダー 193 基板ホルダー 194 形状・寸法の等しい複数の針を並列に配置した
平面電極 198 基板 199 蒸着源 200 蒸着源 201 イオン源 202 基板搬送機構 203 基板搬送機構 301 基板 304 R1およびR2で終端されたSiの量子細線 305 基板 306 表面が異種物質:RXで被覆されたクラスター
(核としては例えばSi) 307 細線状クラスター 310 RX層で被覆された、クラスター306核構成
物質(例えばSi)の量子細線 311 基板 312 テラス 313 ステップ 314 シラン系ガス分子(Sin2n+2:n=1,2,3,・・
・)316 1次元電気伝導体 401 発光源 402 励起源 403 基板 404 発光層 406 電子線 407 基板 411 基板 412 基板 413 発光部 507 基板
Reference Signs List 101 Cluster 103 Raw material particles of substance 102 (atomic / molecular state) 104 Substrate 105 Laser light introduction window 106 Laser light introduction window 107 Gas introduction nozzle 108 Gas introduction nozzle 109 Vacuum exhaustible vessel 110 Solid target 111 Substrate holder 114 Substrate 115 Cluster Group 116 Cluster group after particle size selection 117 Vacuum evacuable container 118 Solid target 119 Substrate holder 121 Rotating disk type chopper 124 Laser beam introduction window 125 Cluster group 126 Cluster group after particle size selection 127 Vacuum evacuable container 128 Solid target 129 Substrate holder 130 Cluster group 133 Pulse electric field or magnetic field application unit for mass separation of clusters 134 Laser light introduction window 136 Cluster group after particle size selection 137 Vacuum Evacuable container 138 Solid target 139 Substrate holder 140 Laser light introduction window 141 Cluster group 142 Vacuum evacuable container 143 Solid target 144 Substrate holder 145 Laser light introduction window 146 Cluster group 147 Vacuum evacuable container 148 Solid target 150 Laser light Introducing window 154 Magnetic field applying unit for separating the mass of cluster 155 Si cluster 156 Active particles from active particle source 151 157 SiO 2 layer 159 Gas introducing nozzle 160 Gas introducing nozzle 161 Laser light introducing window 162 Substrate 163 Container that can be evacuated 164 High-concentration Si active particle generation unit 165 Hydrogen gas 166 Cluster whose surface is terminated by hydrogen atoms 167 Plurality of metal needles having the same shape and size 169 Substrate 170 Micropore (pore diameter: 172 Raw material particles of the first substance 171 174 Raw material particles of the second substance 173 175 Uniform particle size cluster 176 Vacuum evacuable container 177 Substrate holder 178 A plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel. Planar electrode 181 Substrate 182 Deposition source 183 Deposition source 184 Ion source 186 Vacuum evacuable container 187 Vacuum evacuable container 188 Vacuum evacuable container 191 Substrate holder 192 Substrate holder 193 Substrate holder 194 A plurality of needles having the same shape and size 198 substrate 199 evaporation source 200 evaporation source 201 ion source 202 substrate transport mechanism 203 substrate transport mechanism 301 substrate 304 Si quantum wires terminated by R 1 and R 2 305 substrate 306 coated with R X a cluster ( The nuclei coated with e.g. Si) 307 thin wires cluster 310 R X layer, a quantum wire 311 substrate 312 Terrace 313 step 314 silane-based gas molecules of the cluster 306 nuclear constituents (e.g. Si) (Si n H 2n + 2: n = 1,2,3, ...
・) 316 one-dimensional electric conductor 401 light emitting source 402 excitation source 403 substrate 404 light emitting layer 406 electron beam 407 substrate 411 substrate 412 substrate 413 light emitting unit 507 substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井戸田 健 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−346282(JP,A) 特開 平3−76110(JP,A) 特開 昭60−119710(JP,A) 特開 平4−41666(JP,A) 特開 平3−18013(JP,A) 特開 平3−245523(JP,A) 特開 平3−16992(JP,A) 特開 平5−206018(JP,A) 特開 平4−155819(JP,A) 特開 平6−244113(JP,A) 実開 平5−56954(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/203,21/205 H01L 21/363,21/365 C23C 14/00 - 14/58 C23C 16/00 - 16/56 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takeshi Kenta 3-10-1 Higashi-Mita, Tama-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Matsushita Giken Co., Ltd. (56) References JP-A-4-346282 (JP, A) JP-A-3-76110 (JP, A) JP-A-60-119710 (JP, A) JP-A-4-41666 (JP, A) JP-A-3-18013 (JP, A) JP-A-3-245523 ( JP, A) JP-A-3-16992 (JP, A) JP-A-5-206018 (JP, A) JP-A-4-155819 (JP, A) JP-A-6-244113 (JP, A) Hei 5-56954 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 203,21 / 205 H01L 21 / 363,21 / 365 C23C 14/00-14/58 C23C 16/00-16/56

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属あるいは半導体からなるクラスター
を生成させる第1の工程と、前記第1の工程によるクラ
スターよりもバンドギャップの大きな物質で半導体ある
いは絶縁体の原子または分子状態の原料粒子を生成させ
る第2の工程とを有し、両工程を同時に施し、前記原子
または分子状態の原料粒子を均質で連続した薄膜として
堆積させるとともに、前記薄膜中に前記クラスターを、
周辺に隙間を生じることなく、緻密に埋め込む微細構造
材料の製造方法。
1. A first step of generating clusters made of a metal or a semiconductor, and raw material particles in a state of atoms or molecules of a semiconductor or an insulator made of a substance having a larger band gap than that of the clusters in the first step. And a second step, wherein both steps are performed simultaneously to deposit the raw material particles in the atomic or molecular state as a uniform and continuous thin film, and to form the cluster in the thin film,
A method for producing a microstructured material that is densely embedded without creating a gap in the periphery.
【請求項2】 レーザアブレーションにより金属あるい
は半導体からなるクラスターを生成させる第1の工程
と、光化学的気相堆積により、前記第1の工程によるク
ラスターよりもバンドギャップの大きな物質で半導体あ
るいは絶縁体の原子または分子状態の原料粒子を生成さ
せる第2の工程とを有し、両工程を同時あるいは交互に
繰り返し施し、前記原子または分子状態の原料粒子を均
質で連続した薄膜として堆積させるとともに、前記薄膜
中に前記クラスターを、周辺に隙間を生じることなく、
緻密に埋め込む微細構造材料の製造方法。
2. A first step of generating a metal or semiconductor cluster by laser ablation, and a semiconductor or insulator formed of a substance having a band gap larger than that of the first step by photochemical vapor deposition. A second step of generating raw material particles in an atomic or molecular state, wherein both steps are performed simultaneously or alternately repeatedly to deposit the raw material particles in an atomic or molecular state as a uniform and continuous thin film, Without forming the cluster in the surroundings,
A method of manufacturing a finely structured microstructure material.
【請求項3】 第1および第2の工程において、ともに
紫外レーザ光を用いる請求項1または2記載の微細構造
材料の製造方法。
3. The method for manufacturing a microstructured material according to claim 1, wherein both the first and second steps use an ultraviolet laser beam.
【請求項4】 真空排気可能な容器内に、クラスター原
料となる固体ターゲットと、固体ターゲットにレーザ光
を照射する手段と、光分解されるガスを導入する手段
と、前記ガスを分解して原子・分子状態にする光を導入
する手段と、前記ターゲットからの生成クラスター及
び、光分解により原子・分子状態とされ且つ均質で連続
した薄膜として堆積させる生成物質をともに基板上に堆
積させられる位置に配置した基板ホルダーとを有する微
細構造材料の製造装置。
4. A solid target serving as a cluster material, means for irradiating a laser beam to the solid target, means for introducing a gas to be photodecomposed, and means for decomposing the gas into atoms in a container capable of being evacuated. A means for introducing light into a molecular state, a cluster formed from the target, and a product which is formed into an atomic / molecular state by photolysis and deposited as a uniform and continuous thin film on a substrate. An apparatus for manufacturing a microstructured material having an arranged substrate holder.
【請求項5】 真空排気可能な容器内に、クラスター原
料となる固体ターゲットと、固体ターゲットにパルスレ
ーザ光を照射する手段と、前記レーザ光のパルスに同期
して生成されたクラスターをチョッピングする手段とを
有する微細構造材料の製造装置であって、チョッピング
する手段が、生成されたクラスターをイオン化させる手
段と、イオン化されたクラスターに対してレーザパルス
に同期した電界あるいは磁界パルスを加え質量分離する
手段である微細構造材料の製造装置。
5. A solid target serving as a cluster material, a means for irradiating a pulsed laser beam to the solid target, and a means for chopping clusters generated in synchronization with the pulse of the laser light in a container capable of being evacuated. An apparatus for producing a microstructured material, comprising: means for chopping, means for ionizing generated clusters, and means for applying an electric field or magnetic field pulse synchronized with a laser pulse to the ionized clusters to perform mass separation. A microstructured material manufacturing apparatus.
【請求項6】 真空排気可能な容器内に、クラスター原
料となる固体ターゲットと、固体ターゲットにパルスレ
ーザ光を照射する手段と、クラスターを堆積させる基板
を前記レーザ光のパルスに同期して回転あるいは往復運
動させることにより、特定の粒径を有するクラスター群
を基板上の特定の位置に堆積させる手段とを備えた微細
構造材料の製造装置。
6. A solid target serving as a cluster material, means for irradiating a pulsed laser beam to the solid target, and a substrate on which clusters are deposited are rotated or rotated in synchronization with a pulse of the laser beam in a container which can be evacuated. Means for reciprocatingly depositing a group of clusters having a specific particle size at a specific position on a substrate.
【請求項7】 ガス分子に集光レーザビームを照射し
て、その集光点で高濃度のクラスター原料活性粒子の生
成を行う工程と、前記集光点から離れかつレーザビーム
が直接照射される位置に配置した基板上にクラスターを
堆積させる工程とを有する微細構造材料の製造方法であ
って、前記集光点と前記基板間距離を変化させることに
より、基板上に堆積させるクラスターの粒径を制御する
ことを特徴とする微細構造材料の製造方法。
7. A step of irradiating a gas molecule with a converging laser beam to generate high-concentration cluster material active particles at the converging point, and directly irradiating the laser beam away from the converging point. Depositing clusters on a substrate disposed at a position, the method comprising the steps of: changing the condensing point and the distance between the substrates to change the particle size of the clusters deposited on the substrate. A method for producing a microstructured material, characterized by controlling.
【請求項8】 基板の表面に平行な一方向に電界を加え
ながら、1次元高分子原料分子あるいは表面が異種物質
で被覆されたクラスターを前記基板の表面上に供給する
微細構造材料の製造方法。
8. A method for producing a microstructured material for supplying a one-dimensional polymer raw material molecule or a cluster whose surface is coated with a different substance onto a surface of a substrate while applying an electric field in one direction parallel to the surface of the substrate. .
【請求項9】 1次元高分子原料分子あるいはクラスタ
ーを供給する際、1次元高分子主鎖を形成する側の原料
分子の結合あるいはクラスターと被覆異種物質との結合
を切断するエネルギーを有する第1の光子群を基板表面
上に照射する請求項8記載の微細構造材料の製造方法。
9. When supplying a one-dimensional polymer raw material molecule or cluster, a first material having energy to cut a bond between the raw material molecule on the side forming the one-dimensional polymer main chain or a bond between the cluster and the coated heterogeneous substance is provided. 9. The method for producing a microstructured material according to claim 8, wherein the photons are irradiated onto the substrate surface.
【請求項10】 1次元高分子原料分子あるいはクラス
ターを供給する際、基板の表面上に堆積した1次元高分
子、クラスターあるいはこれが結合した細線状クラスタ
ーのバンドギャップより大きなエネルギーを有する第2
の光子群を基板表面上に照射する請求項8または9記載
の微細構造材料の製造方法。
10. When supplying a one-dimensional polymer raw material molecule or cluster, a second one having an energy larger than the band gap of the one-dimensional polymer or cluster deposited on the surface of the substrate or a fine-line cluster bonded to the one-dimensional polymer or cluster.
The method for producing a microstructured material according to claim 8, wherein the photon group is irradiated onto the substrate surface.
【請求項11】 1次元高分子原料分子あるいはクラス
ターを供給する際、1次元高分子主鎖を形成する側の原
料分子の結合あるいはクラスターと被覆異種物質との結
合を切断するエネルギーと、基板の表面上に堆積した1
次元高分子、クラスターあるいはこれが結合した細線状
クラスターのバンドギャップより大きなエネルギーと
で、大きい方の値以上のエネルギーを有する光子群を基
板の表面上に照射する請求項8記載の微細構造材料の製
造方法。
11. When supplying a one-dimensional polymer material molecule or cluster, the energy for breaking the bond of the material molecule on the side forming the one-dimensional polymer main chain or the bond between the cluster and the coated heterogeneous substance, 1 deposited on the surface
9. The method for producing a microstructured material according to claim 8, wherein a group of photons having energy greater than the larger value of the band gap of the one-dimensional polymer, cluster, or a fine linear cluster to which the cluster is bonded is irradiated onto the surface of the substrate. Method.
【請求項12】 基板表面に設けたテラスの長手方向す
なわちステップの走る方向に電界を印加し、気相から供
給された原子、分子あるいはクラスター等の原料粒子物
質をその組成に含む1次元電気伝導体を前記ステップの
走る方向に沿って成長させる微細構造材料の製造方法。
12. An electric field is applied in the longitudinal direction of a terrace provided on the surface of a substrate, that is, in the direction in which a step runs, and one-dimensional electric conduction including a material particle material such as atoms, molecules or clusters supplied from a gas phase in its composition. A method for producing a microstructured material in which a body is grown along the running direction of the step.
【請求項13】 原料粒子の基板の表面での結合・成長
に寄与するごときエネルギーを有する光子群を基板表面
に照射する請求項12記載の微細構造材料の製造方法。
13. The method for producing a microstructured material according to claim 12, wherein a group of photons having energy such as contributing to the bonding and growth of the raw material particles on the surface of the substrate is irradiated on the surface of the substrate.
【請求項14】 基板の表面を安定な結晶面から微傾斜
させてテラスおよびステップを設ける請求項12または
13記載の微細構造材料の製造方法。
14. The method for producing a microstructured material according to claim 12, wherein terraces and steps are provided by slightly inclining the surface of the substrate from a stable crystal plane.
【請求項15】 原料粒子物質主成分が硅素である請求
項12から14のいずれか記載の微細構造材料の製造方
法。
15. The method for producing a microstructured material according to claim 12, wherein the main component of the raw material particle substance is silicon.
JP23007393A 1993-09-16 1993-09-16 Method for manufacturing microstructured material, apparatus for manufacturing the same, and light emitting device having microstructure Expired - Fee Related JP3341387B2 (en)

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