JP4923477B2 - 量子ドットアレイ及びその製造方法、並びに量子ドットアレイ素子及びその製造方法 - Google Patents
量子ドットアレイ及びその製造方法、並びに量子ドットアレイ素子及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
Suzuki、他2名、「Morphological Stability of TiO2 Thin Filmswith Isolated Columns」、Japanese Journal of Applied Physics Part 2、第40巻、p.L398−L400、2001
(1)前記第2導電材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し、前記基板の表面の法線から見て、前記侵入防止層の先端部が、隣りの柱状部の先端面に少なくとも差掛かるまで前記侵入防止層を形成したり、
(2)前記第2導電材料を前記基板の表面に対して蒸着するときに、前記基板を回転させながら、前記基板の表面の法線に対する蒸着角度を徐々に小さく変化させることにより、前記複数の柱状部のそれぞれの上に形成される前記侵入防止層を一体化させること、
が挙げられる。
図1は、本発明の量子ドットアレイの第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1の量子ドットアレイ100の拡大正面図である。図1に示すように、量子ドットアレイ100は、基板2上に複数の柱状部4を有している。複数の柱状部4は、基板2の表面2aの法線3に対して斜め方向に延びている。各柱状部4は、量子ドット6とバリア層8とを交互に積層してなるものである。具体的には、柱状部4は、基板2上に設けられるバリア層8を有し、バリア層8の上には、柱状部4の延び方向に沿って量子ドット6とバリア層8とが交互に積層されている。従って、量子ドットアレイ100において、量子ドット6は3次元的に配列されている。
次に、本発明の量子ドットアレイの製造方法の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、本発明の量子ドットアレイ素子の製造方法の第1実施形態について詳細に説明する。
次に、本発明の量子ドットアレイ素子の製造方法の第2実施形態について詳細に説明する。なお、量子ドットアレイの第1及び第2実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
まず基板を用意した。基板としては、希フッ酸水溶液にて表面の自然酸化膜が除去され、20mm角に切断されたBドープのシリコンウェハを用いた。
基板2の表面2aに対するバリア層の構成材料としてのSiO2の蒸着角度、及び量子ドットの構成材料としてのノンドープSiの蒸着角度を75°から80°に変更したこと以外は実施例1と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。結果を図14に示す。図14において、一番下側の部分が基板2であり、基板2上に、BドープSiからなる電極層、SiO2からなるバリア層、ノンドープSiからなる量子ドット、SiO2からなるバリア層、及びBドープSiからなる電極層が順次設けられていることが分かる。この結果より、実施例2の場合、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
基板2の表面2aに対するバリア層の構成材料としてのSiO2の蒸着角度、及び量子ドットの構成材料としてのノンドープSiの蒸着角度を75°から85°に変更したこと以外は実施例1と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。結果を図15に示す。図15において、一番下側の部分が基板2であり、基板2上に、BドープSiからなる電極層、SiO2からなるバリア層、ノンドープSiからなる量子ドット、SiO2からなるバリア層、及びBドープSiからなる電極層が順次設けられていることが分かる。この結果より、実施例3の場合、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
バリア層の構成材料をSiO2からSi3N4に変更するとともに、バリア層の構成材料を蒸着する際に、電子ビーム蒸着装置を構成する容器内に0.1PaのN2ガスを導入したこと以外は実施例2と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、実施例1と同様に、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
基板、量子ドットの構成材料、電極層の構成材料およびバリア層の構成材料をそれぞれ、BドープGeウェハ、ノンドープGe、BドープGe、GeO2としたこと以外は実施例3と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、実施例1と同様に、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
基板の構成材料として、Bドープのシリコンウェハに代えてガラス基板を用いたこと、バリア層の厚さを50nm、量子ドットの厚さを20nmとしたこと、電極層を形成しなかったこと、並びに、バリア層、量子ドットおよびバリア層からなる柱状部に対し、表面の酸化を防ぐために厚さ100nmのSiO2をスパッタ製膜した後、N2雰囲気中600℃で30分間の熱処理を行ったこと以外は実施例2と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、実施例1と同様に、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
基板の構成材料として、Bドープのシリコンウェハに代えてガラス基板を用いたこと、量子ドットの構成材料としてCdSを用いたこと、バリア層の厚さを50nm、量子ドットの厚さを30nmとしたこと、電極層を形成しなかったこと、並びに、バリア層、量子ドットおよびバリア層からなる柱状部に対し、表面の酸化を防ぐために厚さ100nmのSiO2をスパッタ製膜した後、N2雰囲気中300℃で30分間の熱処理を行ったこと以外は実施例3と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、実施例1と同様に、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
基板2の表面2aに対するバリア層の構成材料としてのSiO2及び量子ドットの構成材料としてBドープSiの蒸着時に基板を回転させなかったこと以外は実施例2と同様にして、量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。結果を図16に示す。図16において、一番下側の部分が基板2であり、基板2上に、BドープSiからなる電極層、SiO2からなるバリア層、ノンドープSiからなる量子ドット、SiO2からなるバリア層、及びBドープSiからなる電極層が順次設けられていることが分かる。この結果より、実施例8の場合、各柱状部において量子ドットのサイズが揃っていることが分かった。
まず、実施例3と同様にして量子ドットアレイを得た。なお、電子ビーム蒸着装置において、導電膜用蒸着源収容部は量子ドットアレイの正面に配置し、バリア層用蒸着源収容部及び量子ドット用の蒸着源収容部にそれぞれバリア層8の構成材料、量子ドット6の構成材料を蒸着源として収容するときに、導電膜用蒸着源収容部及び侵入防止層用蒸着源収容部にはそれぞれ、第1導電材料(Al)、第2導電材料(BドープSi)を収容した。
量子ドットアレイを実施例8と同様にして製造し、且つ量子ドットの構成材料の蒸着角度及びバリア層の構成材料の蒸着角度を85°としたこと以外は実施例9と同様にして量子ドットアレイ素子を得た。
量子ドットアレイを実施例3と同様にして製造し、量子ドットの構成材料の蒸着角度及びバリア層の構成材料の蒸着角度を85°とし、且つ侵入防止層の構成材料である第2導電材料の蒸着角度を、最初85°とし、その後、2°/分の速度で15°となるまで、蒸着角度を徐々に変化させて小さくしたこと以外は実施例9と同様にして量子ドットアレイ素子を得た。
バリア層及び電極層を形成しなかったこと以外は実施例6と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、比較例1の場合、各柱状部において量子ドットのサイズがバラバラであり、揃っていないことが分かった。
バリア層及び電極層を形成しなかったこと以外は実施例7と同様にして量子ドットアレイを得た。この量子ドットアレイについて、実施例1と同様にしてSEMを用いた観察を行った。その結果、比較例2の場合、各柱状部において量子ドットのサイズがバラバラであり、揃っていないことが分かった。
Claims (9)
- 量子ドットを有する柱状部を基板上に複数有する量子ドットアレイの製造方法において、
前記量子ドットに対してエネルギー障壁となる第1バリア層の構成材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し前記第1バリア層を複数形成する第1工程と、
前記量子ドットの構成材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し前記第1バリア層のそれぞれの上に前記量子ドットを形成する第2工程と、
前記量子ドットに対してエネルギー障壁となる第2バリア層の構成材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し前記量子ドットのそれぞれの上に前記第2バリア層を形成する第3工程と、
を含むことを特徴とする量子ドットアレイの製造方法。 - 前記第1工程、前記第2工程及び前記第3工程において、前記基板を回転させる請求項1に記載の量子ドットアレイの製造方法。
- 前記量子ドットの構成材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し前記第2バリア層のそれぞれの上に前記量子ドットを形成する第4工程と、
前記量子ドットに対してエネルギー障壁となる第3バリア層の構成材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し前記量子ドットのそれぞれの上に前記第3バリア層を形成する第5工程とを更に含む、請求項1に記載の量子ドットアレイの製造方法。 - 前記第1〜前記第5工程において、前記基板を回転させる請求項3に記載の量子ドットアレイの製造方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の量子ドットアレイの製造方法により得られる量子ドットアレイ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の量子ドットアレイの製造方法により得られる量子ドットアレイと、前記量子ドットアレイの前記複数の柱状部上に設けられる導電膜とを備え、前記基板が導電部を有する量子ドットアレイ素子の製造方法において、
前記複数の柱状部上に、第1導電材料の蒸着により、前記導電膜を形成する導電膜形成工程を含み、
前記導電膜形成工程の前で前記複数の柱状部を形成した後に、前記複数の柱状部のそれぞれの上に、第2導電材料の蒸着により、前記複数の柱状部間への前記第1導電材料の侵入を防止する侵入防止層を形成する侵入防止層形成工程を含むこと、
を特徴とする量子ドットアレイ素子の製造方法。 - 前記侵入防止層形成工程において、前記第2導電材料を前記基板の表面に対して斜方蒸着し、前記基板の表面の法線から見て、前記侵入防止層の先端部が、隣りの柱状部の先端面に少なくとも差掛かるまで前記侵入防止層を形成すること、
を特徴とする請求項6に記載の量子ドットアレイ素子の製造方法。 - 前記侵入防止層形成工程において、前記第2導電材料を蒸着するときに、前記基板を回転させながら、前記基板の表面の法線に対する蒸着角度を徐々に変化させて小さくすることにより、前記複数の柱状部のそれぞれの上に形成される前記侵入防止層を一体化させること、
を特徴とする請求項6に記載の量子ドットアレイ素子の製造方法。 - 請求項6〜8のいずれか一項に記載の量子ドットアレイ素子の製造方法により得られる量子ドットアレイ素子。
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