JPH0595121A - 量子細線構造およびその作製方法 - Google Patents
量子細線構造およびその作製方法Info
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- JPH0595121A JPH0595121A JP25360691A JP25360691A JPH0595121A JP H0595121 A JPH0595121 A JP H0595121A JP 25360691 A JP25360691 A JP 25360691A JP 25360691 A JP25360691 A JP 25360691A JP H0595121 A JPH0595121 A JP H0595121A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 成長した結晶が極めて細い形態をもつ針状結
晶であって、その結晶自体がａｓ−ｇｒｏｗｎの状態
で、一次元的性質を示す構造を作製する。 【構成】 量子細線構造は半導体基板結晶８上にエピタ
キシャル成長させた針状の半導体結晶であって、針状結
晶がその中心部を形成する結晶３とそれを同心状に取り
囲む周辺部を形成する結晶３，４からなるヘテロ接合構
造を有し、かつ中心部のバンドエネルギーの値が周辺部
のバンドエネルギーの値より小さく、さらに中心部の結
晶のキャリア濃度が最外周辺部の結晶５のキャリア濃度
より小さい。
晶であって、その結晶自体がａｓ−ｇｒｏｗｎの状態
で、一次元的性質を示す構造を作製する。 【構成】 量子細線構造は半導体基板結晶８上にエピタ
キシャル成長させた針状の半導体結晶であって、針状結
晶がその中心部を形成する結晶３とそれを同心状に取り
囲む周辺部を形成する結晶３，４からなるヘテロ接合構
造を有し、かつ中心部のバンドエネルギーの値が周辺部
のバンドエネルギーの値より小さく、さらに中心部の結
晶のキャリア濃度が最外周辺部の結晶５のキャリア濃度
より小さい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体結晶における電
子、あるいは正孔の移動に関して低次元構造の素子をつ
くるための量子細線構造に関する。本発明は小型で高性
能な半導体素子の作製に利用可能である。
子、あるいは正孔の移動に関して低次元構造の素子をつ
くるための量子細線構造に関する。本発明は小型で高性
能な半導体素子の作製に利用可能である。
【０００２】
【従来の技術】本発明は半導体結晶におけるキャリアで
ある電子と正孔の両方に対して、同じ用に適用できるも
のであるが、通常の素子では電子の挙動が重要であるた
め、おもに電子の場合について示す。
ある電子と正孔の両方に対して、同じ用に適用できるも
のであるが、通常の素子では電子の挙動が重要であるた
め、おもに電子の場合について示す。
【０００３】電子の動きの自由度は、一般的な三次元的
動きから二次元、一次元と低次元化することにより、電
子の状態密度は離散的になり、いわゆる量子効果が顕著
になる。高純度結晶中で二次元的な挙動をする電子は、
イオン散乱あるいは格子散乱による電子移動速度の低下
が極めて小さいため、高速の電子素子に応用されてい
る。例えば、ＭＯＳ構造における反転層中の電子、ある
いはＨＥＭＴと呼ばれるｎ形ＡｌＧａＡｓと高純度Ｇａ
Ａｓとのヘテロ接合界面（ＧａＡｓ側）に形成される二
次元電子ガスを利用した電界効果トランジスタが、通常
の電界効果トランジスタよりトランスコンダクタンスが
高いことがよく知られている。これらは１０〜２０ｎｍ
の結晶界面に電子が二次元的に閉じ込められたものであ
る。さらに低次元化、すなわち一次元化することにより
高速の電子素子の可能性があるが、まだ一次元化した効
果を実証した素子は実現されていない。
動きから二次元、一次元と低次元化することにより、電
子の状態密度は離散的になり、いわゆる量子効果が顕著
になる。高純度結晶中で二次元的な挙動をする電子は、
イオン散乱あるいは格子散乱による電子移動速度の低下
が極めて小さいため、高速の電子素子に応用されてい
る。例えば、ＭＯＳ構造における反転層中の電子、ある
いはＨＥＭＴと呼ばれるｎ形ＡｌＧａＡｓと高純度Ｇａ
Ａｓとのヘテロ接合界面（ＧａＡｓ側）に形成される二
次元電子ガスを利用した電界効果トランジスタが、通常
の電界効果トランジスタよりトランスコンダクタンスが
高いことがよく知られている。これらは１０〜２０ｎｍ
の結晶界面に電子が二次元的に閉じ込められたものであ
る。さらに低次元化、すなわち一次元化することにより
高速の電子素子の可能性があるが、まだ一次元化した効
果を実証した素子は実現されていない。
【０００４】一次元化するために以下に示すような方法
が試みられており、詳細は例えば、神谷武志編：丸善株
式会社出版；光情報材料（昭和６３年１２月２８日発
行）１１０〜１１３ページに述べられている。そこで
は、おもに以下の３手法が説明されている。
が試みられており、詳細は例えば、神谷武志編：丸善株
式会社出版；光情報材料（昭和６３年１２月２８日発
行）１１０〜１１３ページに述べられている。そこで
は、おもに以下の３手法が説明されている。
【０００５】（１）二次元電子ガスが生じる構造のウエ
ハに対してリソグラフィとエッチング技術を用いて極微
細線をつくる。
ハに対してリソグラフィとエッチング技術を用いて極微
細線をつくる。
【０００６】（２）結晶の異方性エッチングを用いて、
予め二次元電子ガスを生じる構造の結晶を三角形あるい
は尖頭形に形成しその頂点部に細線構造を形成する。
予め二次元電子ガスを生じる構造の結晶を三角形あるい
は尖頭形に形成しその頂点部に細線構造を形成する。
【０００７】（３）低指数面から僅かに傾いたいわゆる
ヴィシナル面に二次元的にヘテロ成長を行うと、成長ス
テップの位置でヘテロ構造が変化するため細線構造がで
きる。
ヴィシナル面に二次元的にヘテロ成長を行うと、成長ス
テップの位置でヘテロ構造が変化するため細線構造がで
きる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した（１）および
（２）の作製法では、まず電子が二次元的な挙動を示す
構造を造った後に、一次元化するもので、加工精度は１
０ｎｍ程度以下でないと、一次元の効果が再現性よく現
れるとはいえない。このような加工技術は既存のリソグ
ラフィ技術では困難である。（３）の作製法でも、基板
の低指数面からの傾きを精度よく加工しておかねばなら
ないだけでなく、基板面の平坦性が原子オーダでないと
実現できない。また結晶成長中に形成されるステップの
生成頻度を制御することは現実的には困難である。この
ような理由によって一次元化した効果を実証した素子は
これまで実現されていない。
（２）の作製法では、まず電子が二次元的な挙動を示す
構造を造った後に、一次元化するもので、加工精度は１
０ｎｍ程度以下でないと、一次元の効果が再現性よく現
れるとはいえない。このような加工技術は既存のリソグ
ラフィ技術では困難である。（３）の作製法でも、基板
の低指数面からの傾きを精度よく加工しておかねばなら
ないだけでなく、基板面の平坦性が原子オーダでないと
実現できない。また結晶成長中に形成されるステップの
生成頻度を制御することは現実的には困難である。この
ような理由によって一次元化した効果を実証した素子は
これまで実現されていない。
【０００９】本発明は上記のような加工によって細線を
形成することによる欠点をさけるため、成長した結晶が
極めて細い形態をもつ針状結晶であって、その結晶自体
が、ａｓ−ｇｒｏｗｎの状態で、一次元的性質を示す構
造およびかかる構造を作製する方法を提供することを目
的とする。
形成することによる欠点をさけるため、成長した結晶が
極めて細い形態をもつ針状結晶であって、その結晶自体
が、ａｓ−ｇｒｏｗｎの状態で、一次元的性質を示す構
造およびかかる構造を作製する方法を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による量子細線構造は、半導体基板結
晶上にエピタキシャル成長させた針状の半導体結晶であ
って、該針状結晶がその中心部を形成する結晶とそれを
同心状に取り囲む周辺部を形成する結晶からなるヘテロ
接合構造を有し、かつ中心部のバンドエネルギーの値が
周辺部のバンドエネルギーの値より小さく、さらに中心
部の結晶のキャリア濃度が最外周辺部の結晶のキャリア
濃度より小さいことを特徴とする。
るために、本発明による量子細線構造は、半導体基板結
晶上にエピタキシャル成長させた針状の半導体結晶であ
って、該針状結晶がその中心部を形成する結晶とそれを
同心状に取り囲む周辺部を形成する結晶からなるヘテロ
接合構造を有し、かつ中心部のバンドエネルギーの値が
周辺部のバンドエネルギーの値より小さく、さらに中心
部の結晶のキャリア濃度が最外周辺部の結晶のキャリア
濃度より小さいことを特徴とする。
【００１１】さらにこの量子細線構造は、上述した針状
結晶にその成長方向と平行に電流を流すための一対の電
極を有することを特徴とする。
結晶にその成長方向と平行に電流を流すための一対の電
極を有することを特徴とする。
【００１２】本発明による作製方法は、導電性半導体基
板に酸化物被膜を形成し、かつ該被膜の所定の部分をエ
ッチング除去して窓を形成する工程と、前記基板表面に
成長させるべき針状半導体結晶の構成元素と合金化し得
る金属膜を前記窓内に被着する工程と、前記基板表面に
前記針状半導体結晶の構成元素を含むガスを供給して前
記構成元素と前記金属との合金液滴を形成し、かつ気相
成長法によって該合金液滴の底部から前記針状半導体結
晶を前記基板表面にエピタキシャル成長させる工程と、
前記針状半導体結晶の周囲にバンドエネルギーの値が該
針状半導体結晶のバンドエネルギーの値より大きい第２
の半導体層を被着する工程と、該第２の半導体層の周囲
にキャリア濃度の値が前記針状結晶のキャリア濃度の値
より大きい第３の半導体層を被着する工程を有すること
を特徴とする。
板に酸化物被膜を形成し、かつ該被膜の所定の部分をエ
ッチング除去して窓を形成する工程と、前記基板表面に
成長させるべき針状半導体結晶の構成元素と合金化し得
る金属膜を前記窓内に被着する工程と、前記基板表面に
前記針状半導体結晶の構成元素を含むガスを供給して前
記構成元素と前記金属との合金液滴を形成し、かつ気相
成長法によって該合金液滴の底部から前記針状半導体結
晶を前記基板表面にエピタキシャル成長させる工程と、
前記針状半導体結晶の周囲にバンドエネルギーの値が該
針状半導体結晶のバンドエネルギーの値より大きい第２
の半導体層を被着する工程と、該第２の半導体層の周囲
にキャリア濃度の値が前記針状結晶のキャリア濃度の値
より大きい第３の半導体層を被着する工程を有すること
を特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明においては、半導体結晶基板に成長させ
た針状結晶を量子細線構造とするので、極めて小型の量
子効果素子を作ることができる。
た針状結晶を量子細線構造とするので、極めて小型の量
子効果素子を作ることができる。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１５】実施例１ 図１は、（１００）方位をもつｎ形ＧａＡｓ基板結晶８
上に成長させた針状結晶１を示す斜視図、図２はその拡
大断面図である。２は成長の第一段階で成長させたシリ
コンドープのｎ形ＧａＡｓであり、３は第二段階で成長
させた高純度ＧａＡｓ、４はノンドープＡｌＧａＡｓで
ある。５は、シリコンドープのｎ形ＡｌＧａＡｓであ
る。ノンドープＧａＡｓ３の断面径は約１０ｎｍであ
り、量子効果が期待できる細さである。６は酸化珪素マ
スクであり厚さは２μｍである。７は酸化珪素マスクに
開けた窓の部分を示し、この窓の基板面が露出した箇所
に針状結晶を成長させる。
上に成長させた針状結晶１を示す斜視図、図２はその拡
大断面図である。２は成長の第一段階で成長させたシリ
コンドープのｎ形ＧａＡｓであり、３は第二段階で成長
させた高純度ＧａＡｓ、４はノンドープＡｌＧａＡｓで
ある。５は、シリコンドープのｎ形ＡｌＧａＡｓであ
る。ノンドープＧａＡｓ３の断面径は約１０ｎｍであ
り、量子効果が期待できる細さである。６は酸化珪素マ
スクであり厚さは２μｍである。７は酸化珪素マスクに
開けた窓の部分を示し、この窓の基板面が露出した箇所
に針状結晶を成長させる。
【００１６】図３は、図２に示した構造の製作工程を示
す。まず図３（ａ）のように厚さ２μｍの酸化珪素の膜
６をＧａＡｓ基板８の表面に形成した後フォトリソグラ
フィーにより直径０．２μｍの窓７を形成する。次に、
この基板を蒸着装置に入れ、１００ｎｍの厚みに金膜９
を蒸着により形成する（図３（ｂ））。このあと結晶成
長工程に入るが、本例では、有機金属と水素化物を原料
とするＭＯＶＰＥ法によった。すなわちＧａ源としてト
リエチルガリウム（ＴＥＧ），Ａｌ源としてトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ），ひ素源としてアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）を用いた。ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓに対するｎ形
ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6）を用いた。上
記の酸化珪素マスク６をつけた基板８を水素（毎分３０
００ｃｃ）で希釈したアルシン（１００％原料で５０ｃ
ｃ）雰囲気中で、まず３５０℃まで加熱すると金が基板
のＧａと反応し金−ガリウム合金の液滴１０が窓７の中
央部に形成される。液滴１０の直径は蒸着膜の量で決ま
るが、本実施例では５０ｎｍであった。このとき、酸化
珪素のマスク６上に付いた金は膜のままである。次にＴ
ＥＧ（２５ｃｃ），Ｓｉ2Ｈ6 （５ｃｃ）を１０分間流
すと、液滴１０にひ素がとけ込み過飽和状態になると液
滴の底部から結晶化し始め、直径約３０ｎｍの細線状の
結晶２が基板８に対してエピタキシャル成長する。この
時の成長機構は針状結晶の成長でよく知られた、ＶＬＳ
機構（ｖａｐｏｕｒ−ｌｉｑｕｉｄ−ｓｏｌｉｄ ｍａ
ｃｈａｎｉｓｍ：アール・エス・ワグナー，シー・エリ
ス著トランズアクションメタラジカル ソサイエテイ
エイアイエムイー ２３３巻１０５３−１０６４ペー
ジ，１９６４年（Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｔａｌ．Ｓｏｃ．Ａ
ＩＭＥ １９６４，ｖｏｌ．２３３，ｐｐ．１０５３−
１０６４）によるものである。酸化珪素マスクの上の金
属は、トリメチルガリウムと反応して、金−ガリウム液
滴１０Ａとなる（図３（ｃ））。液滴の下から成長した
結晶の長さが約１．５μｍとなると、針状結晶２の直径
は、およそ１０ｎｍとなっているので、ここでジシラン
の供給を止め、ノンドープＧａＡｓの成長をさらに５分
間続けると、ノンドープＧａＡｓ結晶３の直径は余り変
化せず液滴をのせたままさらに２μｍ成長する。ここで
Ｇａの供給を一旦停止し、アルシンのみを流して６００
℃まで加熱すると金−ガリウムの液滴は気化してなくな
る。この温度に保ちながら、ＴＥＧとアルシン以外にさ
らにＴＭＡを１０ｃｃ加え、ＡｌＧａＡｓ（ノンドー
プ）を５分成長させた後、ジシランを加えて１０分成長
させて、針状結晶の成長を終える。このようにして形成
した針状結晶の断面は図３（ｄ）で示すようになってい
る。２および３は３５０℃で金−ガリウム液滴の下で成
長した針状の結晶であり、４はノンドープＡｌＧａＡｓ
で厚みは２０ｎｍ、５はシリコンドープのＡｌＧａＡｓ
で厚みは１００ｎｍである。シリコンのドープ量はＧａ
Ａｓ，ＡｌＧａＡｓのそれぞれに対して１０18ｃｍ-3と
した。ＡｌＧａＡｓが針状結晶２の外周に成長しないの
は、針状結晶２と、酸化珪素マスクの窓７の内側との隙
間には原料となるトリメチルアルミニウム，トリメチル
ガリウムが充分に入らないため成長が起こらないためで
ある。
す。まず図３（ａ）のように厚さ２μｍの酸化珪素の膜
６をＧａＡｓ基板８の表面に形成した後フォトリソグラ
フィーにより直径０．２μｍの窓７を形成する。次に、
この基板を蒸着装置に入れ、１００ｎｍの厚みに金膜９
を蒸着により形成する（図３（ｂ））。このあと結晶成
長工程に入るが、本例では、有機金属と水素化物を原料
とするＭＯＶＰＥ法によった。すなわちＧａ源としてト
リエチルガリウム（ＴＥＧ），Ａｌ源としてトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ），ひ素源としてアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）を用いた。ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓに対するｎ形
ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6）を用いた。上
記の酸化珪素マスク６をつけた基板８を水素（毎分３０
００ｃｃ）で希釈したアルシン（１００％原料で５０ｃ
ｃ）雰囲気中で、まず３５０℃まで加熱すると金が基板
のＧａと反応し金−ガリウム合金の液滴１０が窓７の中
央部に形成される。液滴１０の直径は蒸着膜の量で決ま
るが、本実施例では５０ｎｍであった。このとき、酸化
珪素のマスク６上に付いた金は膜のままである。次にＴ
ＥＧ（２５ｃｃ），Ｓｉ2Ｈ6 （５ｃｃ）を１０分間流
すと、液滴１０にひ素がとけ込み過飽和状態になると液
滴の底部から結晶化し始め、直径約３０ｎｍの細線状の
結晶２が基板８に対してエピタキシャル成長する。この
時の成長機構は針状結晶の成長でよく知られた、ＶＬＳ
機構（ｖａｐｏｕｒ−ｌｉｑｕｉｄ−ｓｏｌｉｄ ｍａ
ｃｈａｎｉｓｍ：アール・エス・ワグナー，シー・エリ
ス著トランズアクションメタラジカル ソサイエテイ
エイアイエムイー ２３３巻１０５３−１０６４ペー
ジ，１９６４年（Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｔａｌ．Ｓｏｃ．Ａ
ＩＭＥ １９６４，ｖｏｌ．２３３，ｐｐ．１０５３−
１０６４）によるものである。酸化珪素マスクの上の金
属は、トリメチルガリウムと反応して、金−ガリウム液
滴１０Ａとなる（図３（ｃ））。液滴の下から成長した
結晶の長さが約１．５μｍとなると、針状結晶２の直径
は、およそ１０ｎｍとなっているので、ここでジシラン
の供給を止め、ノンドープＧａＡｓの成長をさらに５分
間続けると、ノンドープＧａＡｓ結晶３の直径は余り変
化せず液滴をのせたままさらに２μｍ成長する。ここで
Ｇａの供給を一旦停止し、アルシンのみを流して６００
℃まで加熱すると金−ガリウムの液滴は気化してなくな
る。この温度に保ちながら、ＴＥＧとアルシン以外にさ
らにＴＭＡを１０ｃｃ加え、ＡｌＧａＡｓ（ノンドー
プ）を５分成長させた後、ジシランを加えて１０分成長
させて、針状結晶の成長を終える。このようにして形成
した針状結晶の断面は図３（ｄ）で示すようになってい
る。２および３は３５０℃で金−ガリウム液滴の下で成
長した針状の結晶であり、４はノンドープＡｌＧａＡｓ
で厚みは２０ｎｍ、５はシリコンドープのＡｌＧａＡｓ
で厚みは１００ｎｍである。シリコンのドープ量はＧａ
Ａｓ，ＡｌＧａＡｓのそれぞれに対して１０18ｃｍ-3と
した。ＡｌＧａＡｓが針状結晶２の外周に成長しないの
は、針状結晶２と、酸化珪素マスクの窓７の内側との隙
間には原料となるトリメチルアルミニウム，トリメチル
ガリウムが充分に入らないため成長が起こらないためで
ある。
【００１７】このときの伝導帯エネルギバンドは図４
（ａ）に示すように、ＧａＡｓが周囲をＡｌＧａＡｓで
取り巻かれているので一次元的なポテンシャルの井戸が
形成される。図４（ｂ）は従来の二次元的なポテンシャ
ル井戸であり、ＧａＡｓ界面に形成された、くさび形の
井戸に電子が閉じ込められ二次元的な振舞いをすること
が知られている。
（ａ）に示すように、ＧａＡｓが周囲をＡｌＧａＡｓで
取り巻かれているので一次元的なポテンシャルの井戸が
形成される。図４（ｂ）は従来の二次元的なポテンシャ
ル井戸であり、ＧａＡｓ界面に形成された、くさび形の
井戸に電子が閉じ込められ二次元的な振舞いをすること
が知られている。
【００１８】ＧａＡｌＡｓの電子の一部は中心のＧａＡ
ｓにトンネル効果によって入り込むが、ＧａＡｓはノン
ドープかつ高純度であるため、イオン散乱などの電子移
動を妨げる障害がほとんど無く、高移動度の電子流が発
生する。また、極めて細い量子井戸に閉じ込められるた
め、量子効果が得られる。
ｓにトンネル効果によって入り込むが、ＧａＡｓはノン
ドープかつ高純度であるため、イオン散乱などの電子移
動を妨げる障害がほとんど無く、高移動度の電子流が発
生する。また、極めて細い量子井戸に閉じ込められるた
め、量子効果が得られる。
【００１９】次に、このような針状結晶に電流を流す構
造について作製例を示す。
造について作製例を示す。
【００２０】実施例２ まず基板８に酸化珪素膜６を形成し、幅５μｍ，長さ２
０μｍの窓１１を形成する（図５（ａ））。次に、上記
のＭＯＶＰＥ法により６８０℃１時間、ノンドープＧａ
Ａｓを成長すると台形状の結晶が成長する（図５
（ｂ））。この側面は結晶面Ａ｛１１１｝をもち、上底
面は（１００）面で基板面と平行である。成長部の高さ
は約３μｍとなる。ここで一旦成長装置から取り出し、
フォトリソグラフィーにより酸化珪素膜６に窓７を形成
する（図５（ｃ））。金膜を実施例１のように蒸着し、
再び成長炉にいれ針状結晶を実施例１に述べた方法で成
長させる（図５（ｄ））。このとき台形状結晶１２の側
面にも蒸着膜と結晶が堆積するが、針状結晶の成長条件
では、台形状結晶の表面には０．２μｍ程度の多結晶が
成長するにすぎない。針状結晶を台形結晶とほぼ同じ高
さに成長させた後、再度、成長炉より取り出し、基板８
の上に第二のｎ形基板１３をかぶせて、台形状結晶１２
の上底面に接触させて、ノンドープＡｌＧａＡｓ４とシ
リコンドープＡｌＧａＡｓ５を成長させると、針状結晶
の表面と台形状結晶の表面に成長が起こり、シリコンド
ープＡｌＧａＡｓの先端は第二の基板の底面に接触する
（図５（ｅ））。さらに成長を継続すると、一種の毛管
現象によってこの接触部と台形状結晶の終端部の成長速
度が大きく、図６の１４に示すような形状となり強固な
接合ができる。基板の裏面と、第二の基板の上面に図７
の１５のようなｎ形電極（Ａｕ−Ｓｎ合金）を形成して
電流を流すと、台形状結晶はノンドープで高抵抗となっ
ているため針状結晶にのみ電流が流れるが、針状結晶は
図４（ａ）のようなポテンシャル構造を持つため中心部
のＧａＡｓにのみ量子化された電子流が発生する。台形
状結晶は数百μｍ間隔で成長させることが好ましい。一
方の辺の長さを数十μｍ程度と長くしてもよい。なお、
台形状結晶を成長させるとき酸素あるいはクロムなどＧ
ａＡｓ結晶において、深いエネルギ準位を形成する元素
を１０19／ｃｍ3 程度ドープすると、ＧａＡｓは高抵抗
となり、針状結晶に効果的に電流を流すことができる。
０μｍの窓１１を形成する（図５（ａ））。次に、上記
のＭＯＶＰＥ法により６８０℃１時間、ノンドープＧａ
Ａｓを成長すると台形状の結晶が成長する（図５
（ｂ））。この側面は結晶面Ａ｛１１１｝をもち、上底
面は（１００）面で基板面と平行である。成長部の高さ
は約３μｍとなる。ここで一旦成長装置から取り出し、
フォトリソグラフィーにより酸化珪素膜６に窓７を形成
する（図５（ｃ））。金膜を実施例１のように蒸着し、
再び成長炉にいれ針状結晶を実施例１に述べた方法で成
長させる（図５（ｄ））。このとき台形状結晶１２の側
面にも蒸着膜と結晶が堆積するが、針状結晶の成長条件
では、台形状結晶の表面には０．２μｍ程度の多結晶が
成長するにすぎない。針状結晶を台形結晶とほぼ同じ高
さに成長させた後、再度、成長炉より取り出し、基板８
の上に第二のｎ形基板１３をかぶせて、台形状結晶１２
の上底面に接触させて、ノンドープＡｌＧａＡｓ４とシ
リコンドープＡｌＧａＡｓ５を成長させると、針状結晶
の表面と台形状結晶の表面に成長が起こり、シリコンド
ープＡｌＧａＡｓの先端は第二の基板の底面に接触する
（図５（ｅ））。さらに成長を継続すると、一種の毛管
現象によってこの接触部と台形状結晶の終端部の成長速
度が大きく、図６の１４に示すような形状となり強固な
接合ができる。基板の裏面と、第二の基板の上面に図７
の１５のようなｎ形電極（Ａｕ−Ｓｎ合金）を形成して
電流を流すと、台形状結晶はノンドープで高抵抗となっ
ているため針状結晶にのみ電流が流れるが、針状結晶は
図４（ａ）のようなポテンシャル構造を持つため中心部
のＧａＡｓにのみ量子化された電子流が発生する。台形
状結晶は数百μｍ間隔で成長させることが好ましい。一
方の辺の長さを数十μｍ程度と長くしてもよい。なお、
台形状結晶を成長させるとき酸素あるいはクロムなどＧ
ａＡｓ結晶において、深いエネルギ準位を形成する元素
を１０19／ｃｍ3 程度ドープすると、ＧａＡｓは高抵抗
となり、針状結晶に効果的に電流を流すことができる。
【００２１】実施例３ 針状結晶を図３（ｄ）に示した状態まで成長させた状態
で成長炉から取り出し、熱硬化性樹脂、例えばポリイミ
ドを図８のように塗布，硬化させて針状結晶の尖頭部の
みがポリイミド膜１６から出るようにする。この後、全
面にＡｕ−Ｓｎ合金膜を蒸着し３５０℃１分間アニール
すると針状結晶の先端部にｎ形電極１５が形成される。
基板裏面にも同様の電極１５を形成することにより、針
状結晶に電流を流すことができる。
で成長炉から取り出し、熱硬化性樹脂、例えばポリイミ
ドを図８のように塗布，硬化させて針状結晶の尖頭部の
みがポリイミド膜１６から出るようにする。この後、全
面にＡｕ−Ｓｎ合金膜を蒸着し３５０℃１分間アニール
すると針状結晶の先端部にｎ形電極１５が形成される。
基板裏面にも同様の電極１５を形成することにより、針
状結晶に電流を流すことができる。
【００２２】なお、上記の実施例から容易に類推できる
ように、基板としては導電性半導体結晶であればよくシ
リコン，ゲルマニウム，インジウム燐，ガリウム燐，イ
ンジウムアンチモンなどを用いることができる。本実施
例ではＧａＡｓ結晶基板にＧａＡｓの針状結晶を成長さ
せるというホモエピタキシの場合を述べたが、基板がＩ
ｎＰであり針状結晶はＧａＡｓというような、ヘテロエ
ピタキシャル成長であってもよい。さらにキャリアに対
するポテンシャルの井戸が針状結晶の中心部に形成され
ればよいのであるから、中央部はＧａＡｓのとき周囲部
はＩｎＧａＰでもよい。シリコンの針状結晶のとき周囲
に酸化珪素膜を堆積すればＭＯＳトランジスタが二次元
的なキャリアを制御するのに対して、本発明を適用すれ
ば中心のシリコンには一次元電子が誘起されるのは、上
記の実施例から容易に類推できる。
ように、基板としては導電性半導体結晶であればよくシ
リコン，ゲルマニウム，インジウム燐，ガリウム燐，イ
ンジウムアンチモンなどを用いることができる。本実施
例ではＧａＡｓ結晶基板にＧａＡｓの針状結晶を成長さ
せるというホモエピタキシの場合を述べたが、基板がＩ
ｎＰであり針状結晶はＧａＡｓというような、ヘテロエ
ピタキシャル成長であってもよい。さらにキャリアに対
するポテンシャルの井戸が針状結晶の中心部に形成され
ればよいのであるから、中央部はＧａＡｓのとき周囲部
はＩｎＧａＰでもよい。シリコンの針状結晶のとき周囲
に酸化珪素膜を堆積すればＭＯＳトランジスタが二次元
的なキャリアを制御するのに対して、本発明を適用すれ
ば中心のシリコンには一次元電子が誘起されるのは、上
記の実施例から容易に類推できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば極
めて小型の量子効果素子をつくることが可能となる。量
子効果を発現させる部分は何ら加工を施す必要が無いた
め、加工歪などによるキャリアの散乱がなく、高いキャ
リア移動度とトランスコンダクタンスが期待できる。
めて小型の量子効果素子をつくることが可能となる。量
子効果を発現させる部分は何ら加工を施す必要が無いた
め、加工歪などによるキャリアの散乱がなく、高いキャ
リア移動度とトランスコンダクタンスが期待できる。
【図１】本発明の一実施例に係る針状結晶の斜視図であ
る。
る。
【図２】針状結晶の拡大断面図である。
【図３】針状結晶の作製工程を示す断面図である。
【図４】針状結晶の伝導帯エネルギーの説明図である。
【図５】針状結晶に電流を流す構造をつくる工程を示す
断面図である。
断面図である。
【図６】結晶が接合される様子を示した断面図である。
【図７】電極を形成した量子細線構造の断面図である。
【図８】樹脂で針状結晶を埋込み、電極を形成した量子
細線構造の断面図である。
細線構造の断面図である。
１ エピタキシャル成長した針状結晶 ２ シリコンドープのガリウムひ素結晶 ３ ノンドープのガリウムひ素針状結晶 ４ ノンドープのアルミニウムガリウムひ素 ５ シリコンドープのアルミニウムひ素 ６ 酸化珪素膜 ７ 酸化珪素膜に形成した窓 ８ ｎ形ガリウムひ素基板 ９ 蒸着した金膜 １０ 金−ガリウム液滴 １１ 酸化珪素膜に形成した窓（接合用） １２ 台形状結晶 １３ 針状結晶に電流を流すために接合する第二のｎ形
ガリウムひ素基板 １４ 接触部分に優先的に成長した結晶 １５ 金−錫合金によるｎ形電極 １６ ポリイミド埋込み層
ガリウムひ素基板 １４ 接触部分に優先的に成長した結晶 １５ 金−錫合金によるｎ形電極 １６ ポリイミド埋込み層
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板結晶上にエピタキシャル成長
させた針状の半導体結晶であって、該針状結晶がその中
心部を形成する結晶とそれを同心状に取り囲む周辺部を
形成する結晶からなるヘテロ接合構造を有し、かつ中心
部のバンドエネルギーの値が周辺部のバンドエネルギー
の値より小さく、さらに中心部の結晶のキャリア濃度が
最外周辺部の結晶のキャリア濃度より小さいことを特徴
とする量子細線構造。 - 【請求項２】 前記針状結晶にその成長方向と平行に電
流を流すための一対の電極を有することを特徴とする請
求項１に記載の量子細線構造。 - 【請求項３】 前記一対の電極の一方は前記半導体基板
結晶の前記針状結晶成長面と反対側の表面に設けられ、
他方の電極は一方の面において前記針状結晶と接する第
２の半導体結晶の他方の面に設けられており、さらに前
記半導体基板結晶の表面より成長し前記第２の半導体結
晶基板に接する複数の支持用結晶層を有することを特徴
とする請求項２に記載の量子細線構造。 - 【請求項４】 前記一対の電極の一方は前記半導体基板
結晶の前記針状結晶成長面と反対側の表面に設けられ、
前記針状結晶はその頂部を残して絶縁性樹脂で覆われて
おり、さらに該絶縁性樹脂の表面には前記針状結晶の頂
部に接して他方の電極が形成されていることを特徴とす
る請求項２に記載の量子細線構造。 - 【請求項５】 導電性半導体基板に酸化物被膜を形成
し、かつ該被膜の所定の部分をエッチング除去して窓を
形成する工程と、前記基板表面に成長させるべき針状半
導体結晶の構成元素と合金化し得る金属膜を前記窓内に
被着する工程と、前記基板表面に前記針状半導体結晶の
構成元素を含むガスを供給して前記構成元素と前記金属
との合金液滴を形成し、かつ気相成長法によって該合金
液滴の底部から前記針状半導体結晶を前記基板表面にエ
ピタキシャル成長させる工程と、前記針状半導体結晶の
周囲にバンドエネルギーの値が該針状半導体結晶のバン
ドエネルギーの値より大きい第２の半導体層を被着する
工程と、該第２の半導体層の周囲にキャリア濃度の値が
前記針状結晶のキャリア濃度の値より大きい第３の半導
体層を被着する工程を有することを特徴とする量子細線
構造の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25360691A JPH0595121A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 量子細線構造およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25360691A JPH0595121A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 量子細線構造およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0595121A true JPH0595121A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17253714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25360691A Pending JPH0595121A (ja) | 1991-10-01 | 1991-10-01 | 量子細線構造およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0595121A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7396409B2 (en) | 2002-09-19 | 2008-07-08 | Covalent Materials Corporation | Acicular silicon crystal and process for producing the same |
| JP2009516385A (ja) * | 2005-11-18 | 2009-04-16 | エヌエックスピー ビー ヴィ | メタルベースナノワイヤトランジスタ |
| EP2091862A1 (en) * | 2006-12-22 | 2009-08-26 | QuNano AB | Elevated led and method of producing such |
| JP2009269170A (ja) * | 2001-03-30 | 2009-11-19 | Univ California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
-
1991
- 1991-10-01 JP JP25360691A patent/JPH0595121A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009269170A (ja) * | 2001-03-30 | 2009-11-19 | Univ California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| US20100003516A1 (en) * | 2001-03-30 | 2010-01-07 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2010167560A (ja) * | 2001-03-30 | 2010-08-05 | Regents Of The Univ Of California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| US7834264B2 (en) | 2001-03-30 | 2010-11-16 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| JP2011093090A (ja) * | 2001-03-30 | 2011-05-12 | Regents Of The Univ Of California | ナノ構造及びナノワイヤーの組立方法並びにそれらから組立てられた装置 |
| US9881999B2 (en) | 2001-03-30 | 2018-01-30 | The Regents Of The University Of California | Methods of fabricating nanostructures and nanowires and devices fabricated therefrom |
| US7396409B2 (en) | 2002-09-19 | 2008-07-08 | Covalent Materials Corporation | Acicular silicon crystal and process for producing the same |
| JP2009516385A (ja) * | 2005-11-18 | 2009-04-16 | エヌエックスピー ビー ヴィ | メタルベースナノワイヤトランジスタ |
| EP2091862A1 (en) * | 2006-12-22 | 2009-08-26 | QuNano AB | Elevated led and method of producing such |
| EP2091862A4 (en) * | 2006-12-22 | 2012-10-10 | Qunano Ab | SURFACE LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
| US9318655B2 (en) | 2006-12-22 | 2016-04-19 | Qunano Ab | Elevated LED |
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