JPH07169938A - 量子細線装置及び製法 - Google Patents
量子細線装置及び製法Info
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- JPH07169938A JPH07169938A JP31705593A JP31705593A JPH07169938A JP H07169938 A JPH07169938 A JP H07169938A JP 31705593 A JP31705593 A JP 31705593A JP 31705593 A JP31705593 A JP 31705593A JP H07169938 A JPH07169938 A JP H07169938A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/122—Single quantum well structures
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体に利用される量子細線装置及び製法を
得る。 【構成】 単結晶基板と該単結晶基板上にＶＬＳ成長法
により形成された針状単結晶からなる量子細線により構
成される量子細線装置及びその製法。
得る。 【構成】 単結晶基板と該単結晶基板上にＶＬＳ成長法
により形成された針状単結晶からなる量子細線により構
成される量子細線装置及びその製法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板面とほぼ垂直方向
な量子細線を有し、半導体装置に利用される半導体量子
細線装置及びその製法に関するものである。
な量子細線を有し、半導体装置に利用される半導体量子
細線装置及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、１次元電子をキャリアとして用いる
量子細線素子は、次世代の超高速素子として有望視され
ている。細線内では弾性散乱等が抑制されることから、
細線内の電子移動度は極めて高くなることが知られてい
る。（H.Sakaki:Jpn.J.Appl.Phys.19,L735-L738(1980)
）
量子細線素子は、次世代の超高速素子として有望視され
ている。細線内では弾性散乱等が抑制されることから、
細線内の電子移動度は極めて高くなることが知られてい
る。（H.Sakaki:Jpn.J.Appl.Phys.19,L735-L738(1980)
）
【０００３】従来、半導体量子細線の作成方法について
様々な提案がなされているが、まだ確立した方法はな
く、以下に従来の半導体量子細線の作成方法の一例を説
明する。図２は従来の半導体量子細線の作成方法を示す
工程図で、図２は細線の方向に対して垂直な断面図であ
る。図２の（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１１上に障
壁層１２（ＡｌＧａＡｓ層）と量子井戸層１３（ＧａＡ
ｓ層）からなる積層構造を形成する。次に電子ビーム露
光によって細線パターンのレジストマスク１４を形成し
たのちに、図２の（ｂ）に示すようにウェットケミカル
エッチングのサイドエッチングを利用して細線を形成す
る。次に図２の（ｃ）に示すようにレジストを除去した
のち埋め込み層１６により量子細線１５を形成する。
様々な提案がなされているが、まだ確立した方法はな
く、以下に従来の半導体量子細線の作成方法の一例を説
明する。図２は従来の半導体量子細線の作成方法を示す
工程図で、図２は細線の方向に対して垂直な断面図であ
る。図２の（ａ）に示すようにＧａＡｓ基板１１上に障
壁層１２（ＡｌＧａＡｓ層）と量子井戸層１３（ＧａＡ
ｓ層）からなる積層構造を形成する。次に電子ビーム露
光によって細線パターンのレジストマスク１４を形成し
たのちに、図２の（ｂ）に示すようにウェットケミカル
エッチングのサイドエッチングを利用して細線を形成す
る。次に図２の（ｃ）に示すようにレジストを除去した
のち埋め込み層１６により量子細線１５を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の方法では、レジストと基板との密着性が不十分なた
めサイドエッチングの制御性が悪いこと、電子ビーム露
光量にゆらぎが存在することから細線幅にゆらぎが存在
し、量子細線の効果が十分得られないという課題を有し
ていた。さらに、この方法では、基板面に対して同一方
向の量子細線しか得られず、基板面に対して垂直方向の
量子細線が得られない欠点を有していた。本発明は、上
記の製法上の複雑さ及び細線幅のゆらぎを根本的に解決
するものであり、基板表面の所望の位置に、１次元電子
の散乱等も少なく、高移動度が実現可能な基板面と垂直
方向の量子細線を構成してなる量子細線装置及びその製
法を提供することを目的とするものである。
来の方法では、レジストと基板との密着性が不十分なた
めサイドエッチングの制御性が悪いこと、電子ビーム露
光量にゆらぎが存在することから細線幅にゆらぎが存在
し、量子細線の効果が十分得られないという課題を有し
ていた。さらに、この方法では、基板面に対して同一方
向の量子細線しか得られず、基板面に対して垂直方向の
量子細線が得られない欠点を有していた。本発明は、上
記の製法上の複雑さ及び細線幅のゆらぎを根本的に解決
するものであり、基板表面の所望の位置に、１次元電子
の散乱等も少なく、高移動度が実現可能な基板面と垂直
方向の量子細線を構成してなる量子細線装置及びその製
法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
単結晶基板と該単結晶基板上にＶＬＳ成長法により形成
された針状単結晶からなる量子細線により構成されたこ
とを特徴とする量子細線装置であり、第２の発明は、単
結晶基板と該単結晶基板上に、（ａ）量子細線としてＶ
ＬＳ成長法により形成された針状単結晶及び（ｂ）該量
子細線の外皮として絶縁物層を有する量子細線により構
成されたことを特徴とする量子細線装置であり、第３の
発明は、絶縁物層で被覆された単結晶基板と該単結晶基
板上に、（ａ）量子細線としてＶＬＳ成長法により形成
された針状単結晶及び（ｂ）該量子細線の外皮として絶
縁物層により構成されたことを特徴とする量子細線装置
であり、第４の発明は、単結晶基板表面の所望の位置
に、金属層のパターンを形成し、該パターン周辺の単結
晶基板面をエッチング処理し、該単結晶を構成する元素
を含む原料ガス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元
素をとり込み、針状単結晶を成長させることを特徴とす
る量子細線装置の製法であり、第５の発明は、単結晶基
板表面の所望の位置に、金属層のパターンを形成し、該
パターン周辺の単結晶基板面をエッチング処理し、該単
結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲気内で、該パタ
ーン部の金属層に元素をとり込み、針状単結晶を成長さ
せ、（イ）該針状単結晶表面又は（ロ）該針状単結晶表
面及び該単結晶基板表面を絶縁物化処理することを特徴
とする量子細線装置の製法である。
単結晶基板と該単結晶基板上にＶＬＳ成長法により形成
された針状単結晶からなる量子細線により構成されたこ
とを特徴とする量子細線装置であり、第２の発明は、単
結晶基板と該単結晶基板上に、（ａ）量子細線としてＶ
ＬＳ成長法により形成された針状単結晶及び（ｂ）該量
子細線の外皮として絶縁物層を有する量子細線により構
成されたことを特徴とする量子細線装置であり、第３の
発明は、絶縁物層で被覆された単結晶基板と該単結晶基
板上に、（ａ）量子細線としてＶＬＳ成長法により形成
された針状単結晶及び（ｂ）該量子細線の外皮として絶
縁物層により構成されたことを特徴とする量子細線装置
であり、第４の発明は、単結晶基板表面の所望の位置
に、金属層のパターンを形成し、該パターン周辺の単結
晶基板面をエッチング処理し、該単結晶を構成する元素
を含む原料ガス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元
素をとり込み、針状単結晶を成長させることを特徴とす
る量子細線装置の製法であり、第５の発明は、単結晶基
板表面の所望の位置に、金属層のパターンを形成し、該
パターン周辺の単結晶基板面をエッチング処理し、該単
結晶を構成する元素を含む原料ガス雰囲気内で、該パタ
ーン部の金属層に元素をとり込み、針状単結晶を成長さ
せ、（イ）該針状単結晶表面又は（ロ）該針状単結晶表
面及び該単結晶基板表面を絶縁物化処理することを特徴
とする量子細線装置の製法である。
【０００６】まず、本発明で用いられるＶＬＳ成長法に
ついて説明する。この方法は、（R.S.Wagner and W. C.
Ellis:Appl. Phys Letters4 (1964) 89）に開示されて
いるものである。図３はかかる針状結晶の形成方法を説
明するための図である。図３（ａ）に示すように、表面
が（１１１）面であるシリコン単結晶基板１の所定の位
置にＡｕの層２を載置する。これをSiH4、SiCl4 などの
シリコンを含むガスの雰囲気の中でSi−Au合金の融点以
上に加熱する。Si−Au合金はその融点が低いため、Ａｕ
の層２は載置された部分にこの合金の液滴ができる。こ
の時、ガスの熱分解により、シリコンが雰囲気中より取
り込まれるが、液状体は他の固体状態に比べてシリコン
原子を取り込み易く、Si−Au合金の液滴中には次第にシ
リコンが過剰になる。この過剰シリコンはシリコン基板
１上にエピタキシャル成長し同図（ｂ）に示すように＜
１１１＞軸方向に沿って、頂部にSi−Au合金液滴５を有
しつつ、針状結晶３が成長する。また、針状結晶３は単
結晶であり、基板１の結晶方位と同一方位を有する。ま
た、針状結晶３の直径は、図３ー（Ｃ）に示す様に、針
状結晶３形成時に温度勾配をもたせる等により可変させ
ることができる。尚、以上の結晶成長機構はＶＬＳ（Va
por-liquid-Solid）成長と呼ばれており、以下ＶＬＳ成
長と記す。
ついて説明する。この方法は、（R.S.Wagner and W. C.
Ellis:Appl. Phys Letters4 (1964) 89）に開示されて
いるものである。図３はかかる針状結晶の形成方法を説
明するための図である。図３（ａ）に示すように、表面
が（１１１）面であるシリコン単結晶基板１の所定の位
置にＡｕの層２を載置する。これをSiH4、SiCl4 などの
シリコンを含むガスの雰囲気の中でSi−Au合金の融点以
上に加熱する。Si−Au合金はその融点が低いため、Ａｕ
の層２は載置された部分にこの合金の液滴ができる。こ
の時、ガスの熱分解により、シリコンが雰囲気中より取
り込まれるが、液状体は他の固体状態に比べてシリコン
原子を取り込み易く、Si−Au合金の液滴中には次第にシ
リコンが過剰になる。この過剰シリコンはシリコン基板
１上にエピタキシャル成長し同図（ｂ）に示すように＜
１１１＞軸方向に沿って、頂部にSi−Au合金液滴５を有
しつつ、針状結晶３が成長する。また、針状結晶３は単
結晶であり、基板１の結晶方位と同一方位を有する。ま
た、針状結晶３の直径は、図３ー（Ｃ）に示す様に、針
状結晶３形成時に温度勾配をもたせる等により可変させ
ることができる。尚、以上の結晶成長機構はＶＬＳ（Va
por-liquid-Solid）成長と呼ばれており、以下ＶＬＳ成
長と記す。
【０００７】本発明に用いられる単結晶基板としては、
Ｓｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉ
ｎＰ等の単結晶が表面に存在する基板で、均一厚さの薄
膜又は薄膜がパターン化された島状等の形状で存在する
基板が好ましい。単結晶基板の厚さの制限はなく、任意
の厚さのものが用いられる。具体的には、Ｓｉ、ＬａＢ
6 、ＧａＡｓ等の単結晶基板、ＳＯＩ基板及びＳＩＭＯ
Ｘ基板が特に好ましい。ＳＯＩ基板としては、Ｓｉ
Ｏ2 、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ），スピネル（Ｍｇ
ＡｌＯ3 ）等の絶縁性を有する基板の表面に熱処理法に
て、単結晶Ｓｉ層を張り合わせる方法又は絶縁性基板の
表面にＳｉ単結晶膜を形成する方法等により得られる基
板がある。ＳＩＭＯＸ基板としては単結晶Ｓｉ基板に酸
素イオンを打ち込んで単結晶領域直下に酸化領域を形成
する方法による基板がある。
Ｓｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇ
ａＰ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉ
ｎＰ等の単結晶が表面に存在する基板で、均一厚さの薄
膜又は薄膜がパターン化された島状等の形状で存在する
基板が好ましい。単結晶基板の厚さの制限はなく、任意
の厚さのものが用いられる。具体的には、Ｓｉ、ＬａＢ
6 、ＧａＡｓ等の単結晶基板、ＳＯＩ基板及びＳＩＭＯ
Ｘ基板が特に好ましい。ＳＯＩ基板としては、Ｓｉ
Ｏ2 、サファイア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ），スピネル（Ｍｇ
ＡｌＯ3 ）等の絶縁性を有する基板の表面に熱処理法に
て、単結晶Ｓｉ層を張り合わせる方法又は絶縁性基板の
表面にＳｉ単結晶膜を形成する方法等により得られる基
板がある。ＳＩＭＯＸ基板としては単結晶Ｓｉ基板に酸
素イオンを打ち込んで単結晶領域直下に酸化領域を形成
する方法による基板がある。
【０００８】本発明の単結晶基板表面の所望の位置に、
パターンの金属層を形成する金属としては、針状単結晶
を構成する元素と合金を形成するもの、又は針状単結晶
よりも融点の低い金属が用いられる。これらは、基板上
で液滴を形成する金属であり、具体的には、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、及びＧａである。特に好ましく
はＡｕ、Ｐｔ及びＧａである。金属層のパターンの形状
に特に制限はないが、具体的には、円形、楕円形、四角
形及び多角形等である。パターンの形成はフォトリソグ
ラフ法、スパッター法、蒸着法、エッチング法などを組
み合わせることによって行われる。パターンの形状が円
形又はそれに近い場合を例にとれば、パターンの直径は
２０〜５０００Åが好ましく、アスペクト比（パターン
の厚み／パターンの直径）は０．１〜１０の範囲が好ま
しい。
パターンの金属層を形成する金属としては、針状単結晶
を構成する元素と合金を形成するもの、又は針状単結晶
よりも融点の低い金属が用いられる。これらは、基板上
で液滴を形成する金属であり、具体的には、Ａｕ、Ｐ
ｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、及びＧａである。特に好ましく
はＡｕ、Ｐｔ及びＧａである。金属層のパターンの形状
に特に制限はないが、具体的には、円形、楕円形、四角
形及び多角形等である。パターンの形成はフォトリソグ
ラフ法、スパッター法、蒸着法、エッチング法などを組
み合わせることによって行われる。パターンの形状が円
形又はそれに近い場合を例にとれば、パターンの直径は
２０〜５０００Åが好ましく、アスペクト比（パターン
の厚み／パターンの直径）は０．１〜１０の範囲が好ま
しい。
【０００９】本発明のレジスト、金属層及び基板のエッ
チング処理方法としては、ドライエッチング法が好まし
く、イオンビーム法等のドライエッチング処理方法が好
ましい。本発明における単結晶基板のエッチング量は、
位置精度、キンク及びブランチ等を考慮すると、一般的
に２０Å以上であり、エッチングにより形成される台形
部は、単結晶の位置精度を保つため及び単結晶の成長の
安定性等のため必要である。
チング処理方法としては、ドライエッチング法が好まし
く、イオンビーム法等のドライエッチング処理方法が好
ましい。本発明における単結晶基板のエッチング量は、
位置精度、キンク及びブランチ等を考慮すると、一般的
に２０Å以上であり、エッチングにより形成される台形
部は、単結晶の位置精度を保つため及び単結晶の成長の
安定性等のため必要である。
【００１０】本発明の針状単結晶としては、ＶＬＳ成長
によって形成できるものが挙げられる。具体的には、Ｓ
ｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2 Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ，ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉｎ
Ｐ等である。特に好ましくはＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＩｎＰ及びＬａＢ6 である。本発明の針状単結晶は、基
板表面に、直立的に配置されてなることが好ましいが、
必ずしも直立でなくてもよい。又、針状単結晶は、根本
よりも先端が細くなった針状形状のもの、又は柱状のも
のが好ましいが、特に針状形状が好ましい。ＶＬＳ成長
法により形成された針状単結晶はその上端部にパターン
として配置された金属と単結晶との合金が存在する。こ
の合金が存在したままでも量子細線として使用できる
が、エッチング処理等で合金を除去し、量子細線として
使用することが好ましい。針状単結晶は前記パターンに
対応して形成されるもので、針状単結晶の高さは針状単
結晶形成時の原料ガス濃度、時間、温度、Ａｕの量によ
って自由に制御できるため、針状単結晶の形状は、任意
の形状のものが形成できる。その直径は２０００Å以下
であり、特に好ましくは２０〜１０００Åであり、その
断面積は０．０３μｍ2 以下である。
によって形成できるものが挙げられる。具体的には、Ｓ
ｉ、ＬａＢ6 、Ｇｅ、α−Ａｌ2 Ｏ3 、ＧａＡｓ、Ｇａ
Ｐ、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＳｉＣ，ＡｌＮ、Ｂ、Ｓｅ、Ｉｎ
Ｐ等である。特に好ましくはＳｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、
ＩｎＰ及びＬａＢ6 である。本発明の針状単結晶は、基
板表面に、直立的に配置されてなることが好ましいが、
必ずしも直立でなくてもよい。又、針状単結晶は、根本
よりも先端が細くなった針状形状のもの、又は柱状のも
のが好ましいが、特に針状形状が好ましい。ＶＬＳ成長
法により形成された針状単結晶はその上端部にパターン
として配置された金属と単結晶との合金が存在する。こ
の合金が存在したままでも量子細線として使用できる
が、エッチング処理等で合金を除去し、量子細線として
使用することが好ましい。針状単結晶は前記パターンに
対応して形成されるもので、針状単結晶の高さは針状単
結晶形成時の原料ガス濃度、時間、温度、Ａｕの量によ
って自由に制御できるため、針状単結晶の形状は、任意
の形状のものが形成できる。その直径は２０００Å以下
であり、特に好ましくは２０〜１０００Åであり、その
断面積は０．０３μｍ2 以下である。
【００１１】本発明の絶縁物化処理とは、針状単結晶表
面及び単結晶基板表面を処理して、絶縁物とする処理を
いい、処理方法に、特に制限はないが、一般的に、単結
晶基板表面及び針状単結晶表面を、酸素雰囲気中で常温
又は加熱にて処理する方法、及び絶縁物を表面に堆積さ
せる方法等が用いられる。針状単結晶表面だけを酸化す
る時は、基板面が酸化されるのを防ぐために、ＶＬＳ成
長によって針状単結晶を形成した後、基板面をマスクし
針状単結晶表面だけを絶縁物化処理し、次に、酸素を除
去し、基板面のマスクを除去する等の方法が行われる。
外皮として形成される絶縁物層の厚さは５Å以上であ
る。又、単結晶基板面を被覆する絶縁物層の厚さは、特
に制限ないが２０Å以上が好ましい。絶縁物層としては
単結晶基板を構成する元素の酸化物又はＳｉＯ2 等が用
いられる。
面及び単結晶基板表面を処理して、絶縁物とする処理を
いい、処理方法に、特に制限はないが、一般的に、単結
晶基板表面及び針状単結晶表面を、酸素雰囲気中で常温
又は加熱にて処理する方法、及び絶縁物を表面に堆積さ
せる方法等が用いられる。針状単結晶表面だけを酸化す
る時は、基板面が酸化されるのを防ぐために、ＶＬＳ成
長によって針状単結晶を形成した後、基板面をマスクし
針状単結晶表面だけを絶縁物化処理し、次に、酸素を除
去し、基板面のマスクを除去する等の方法が行われる。
外皮として形成される絶縁物層の厚さは５Å以上であ
る。又、単結晶基板面を被覆する絶縁物層の厚さは、特
に制限ないが２０Å以上が好ましい。絶縁物層としては
単結晶基板を構成する元素の酸化物又はＳｉＯ2 等が用
いられる。
【００１２】
【作用】本発明の手段により単結晶基板表面に設けた半
導体量子細線は、それ自身、均一な針状単結晶からなる
細線を有し、又、必要に応じて外皮として絶縁物層を保
有するため、電子を効率よく細線内に閉じこめることが
でき、量子細線装置を実現することが可能となる。本発
明の量子細線装置は、微小真空素子用電界放射エミッタ
ー、電子ビームリソグラフィーへの応用も可能な微小電
子銃及び微細で集積可能な冷陰極エミッターとしてフラ
ットパネルディスプレイ等に使用できる。
導体量子細線は、それ自身、均一な針状単結晶からなる
細線を有し、又、必要に応じて外皮として絶縁物層を保
有するため、電子を効率よく細線内に閉じこめることが
でき、量子細線装置を実現することが可能となる。本発
明の量子細線装置は、微小真空素子用電界放射エミッタ
ー、電子ビームリソグラフィーへの応用も可能な微小電
子銃及び微細で集積可能な冷陰極エミッターとしてフラ
ットパネルディスプレイ等に使用できる。
【００１３】以下実施例により本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００１４】
【実施例】本発明の量子細線装置及び製法につき実施例
を用いて具体的に説明する。 実施例１ 以下、図４を用いて説明する。 ＜１１１＞方位の厚さ５００μｍのシリコン単結晶基板
１上に、スパッター法でＡｕ薄膜層６を形成する。次
に、レジスト７を塗布する（図４ー（ａ））。フォトリ
ソグラフ法にてパターンを形成し、ＥＢのドライエッチ
ングにて、Ａｕ薄膜層６をエッチングし、さらに、シリ
コン単結晶基板１を３０Åエッチングする（図４ー
（ｂ））。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕパタ
ーンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターン８
は、直径３５０Å、厚み５０Åであり、Ａｕのピッチ間
距離１０μｍピッチである（図４ー（ｃ））。このＡｕ
パターンの位置に、後に述べる工程で針状単結晶が形成
される。その結果、台形部９（メサ部）に残ったＳｉ上
部の直径は３７０Åであった。このように多数のＡｕを
パターン化した基板を反応管内で９５０℃に加熱し、四
塩化珪素と水素の混合ガス（四塩化珪素／水素ガスのモ
ル比＝０．０２）を流し、最終的に１１００℃まで加熱
しＡｕパターンの位置に直立的に、先端が細くなった針
状単結晶を形成した（図４ー（ｄ））。このようにして
得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１００００倍）の
結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属層部からな
り、１／２高さ部分の直径が１８０Å、高さが１μｍで
あった。微細な針状単結晶の随伴は認められず、また初
めに形成した個々のＡｕパターンの位置に対し、得られ
た針状結晶の位置は同一の位置であった。また、キンク
（折れ曲がり）、ブランチ（枝分かれ）及び隣接するＡ
ｕ−Ｓｉの融着は認められなかった。さらに、エッチン
グで、先端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置
を得た（図４ー（ｅ））。
を用いて具体的に説明する。 実施例１ 以下、図４を用いて説明する。 ＜１１１＞方位の厚さ５００μｍのシリコン単結晶基板
１上に、スパッター法でＡｕ薄膜層６を形成する。次
に、レジスト７を塗布する（図４ー（ａ））。フォトリ
ソグラフ法にてパターンを形成し、ＥＢのドライエッチ
ングにて、Ａｕ薄膜層６をエッチングし、さらに、シリ
コン単結晶基板１を３０Åエッチングする（図４ー
（ｂ））。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕパタ
ーンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターン８
は、直径３５０Å、厚み５０Åであり、Ａｕのピッチ間
距離１０μｍピッチである（図４ー（ｃ））。このＡｕ
パターンの位置に、後に述べる工程で針状単結晶が形成
される。その結果、台形部９（メサ部）に残ったＳｉ上
部の直径は３７０Åであった。このように多数のＡｕを
パターン化した基板を反応管内で９５０℃に加熱し、四
塩化珪素と水素の混合ガス（四塩化珪素／水素ガスのモ
ル比＝０．０２）を流し、最終的に１１００℃まで加熱
しＡｕパターンの位置に直立的に、先端が細くなった針
状単結晶を形成した（図４ー（ｄ））。このようにして
得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１００００倍）の
結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属層部からな
り、１／２高さ部分の直径が１８０Å、高さが１μｍで
あった。微細な針状単結晶の随伴は認められず、また初
めに形成した個々のＡｕパターンの位置に対し、得られ
た針状結晶の位置は同一の位置であった。また、キンク
（折れ曲がり）、ブランチ（枝分かれ）及び隣接するＡ
ｕ−Ｓｉの融着は認められなかった。さらに、エッチン
グで、先端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置
を得た（図４ー（ｅ））。
【００１５】得られた量子細線装置を図１−（ａ）に示
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶からなる量子細線１５は、極めて幅の狭
いシリコン細線であり、電子を効率よく細線内に閉じこ
めることができ、１次元量子効果を有した量子細線装置
の形成が可能となった。
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶からなる量子細線１５は、極めて幅の狭
いシリコン細線であり、電子を効率よく細線内に閉じこ
めることができ、１次元量子効果を有した量子細線装置
の形成が可能となった。
【００１６】実施例２ ＜１１１＞方位の厚さ５００μｍのＧａＡｓ単結晶基板
上に、スパッター法でＡｕ薄膜層を形成する。次に、レ
ジスト７を塗布する。フォトリソグラフ法にてパターン
を形成し、ＥＢのドライエッチングにて、Ａｕ薄膜層を
エッチングし、さらに、ＧａＡｓ単結晶基板を３０Åエ
ッチングする。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕ
パターンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターン
は、直径３５０Å、厚み５０Åであり、Ａｕのピッチ間
距離１０μｍピッチである。このＡｕパターンの位置
に、後に述べる工程で針状単結晶が形成される。その結
果、台形部（メサ部）に残ったＧａＡｓ上部の直径は３
７０Åであった。このように多数のＡｕをパターン化し
た基板を反応管内で４５０℃に加熱し、トリメチルガリ
ウムとアルシンの混合ガスを流し、最終的に５５０℃ま
で加熱しＡｕパターンの位置に直立的に、針状単結晶を
形成した。このようにして得られた針状単結晶は、ＳＥ
Ｍ観察（１００００倍）の結果、土台部、針状単結晶部
及び先端金属層部からなり、１／２高さ部分の直径が１
７０Å、高さが１μｍであった。微細な針状単結晶の随
伴は認められず、また初めに形成した個々のＡｕパター
ンの位置に対し、得られた針状結晶の位置は同一の位置
であった。また、キンク（折れ曲がり）、ブランチ（枝
分かれ）及び隣接するＡｕ−ＧａＡｓの融着は認められ
なかった。さらに、エッチングで、先端のＡｕーＧａＡ
ｓ合金を除去して、量子細線装置を得た。
上に、スパッター法でＡｕ薄膜層を形成する。次に、レ
ジスト７を塗布する。フォトリソグラフ法にてパターン
を形成し、ＥＢのドライエッチングにて、Ａｕ薄膜層を
エッチングし、さらに、ＧａＡｓ単結晶基板を３０Åエ
ッチングする。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕ
パターンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターン
は、直径３５０Å、厚み５０Åであり、Ａｕのピッチ間
距離１０μｍピッチである。このＡｕパターンの位置
に、後に述べる工程で針状単結晶が形成される。その結
果、台形部（メサ部）に残ったＧａＡｓ上部の直径は３
７０Åであった。このように多数のＡｕをパターン化し
た基板を反応管内で４５０℃に加熱し、トリメチルガリ
ウムとアルシンの混合ガスを流し、最終的に５５０℃ま
で加熱しＡｕパターンの位置に直立的に、針状単結晶を
形成した。このようにして得られた針状単結晶は、ＳＥ
Ｍ観察（１００００倍）の結果、土台部、針状単結晶部
及び先端金属層部からなり、１／２高さ部分の直径が１
７０Å、高さが１μｍであった。微細な針状単結晶の随
伴は認められず、また初めに形成した個々のＡｕパター
ンの位置に対し、得られた針状結晶の位置は同一の位置
であった。また、キンク（折れ曲がり）、ブランチ（枝
分かれ）及び隣接するＡｕ−ＧａＡｓの融着は認められ
なかった。さらに、エッチングで、先端のＡｕーＧａＡ
ｓ合金を除去して、量子細線装置を得た。
【００１７】上記から明らかのように、ＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン
細線であり、電子を効率よく細線内に閉じこめることが
でき、１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可
能となった。
より形成された針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン
細線であり、電子を効率よく細線内に閉じこめることが
でき、１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可
能となった。
【００１８】実施例３ 実施例１で得られた、単結晶基板表面にＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶を用い、この単結晶基板表面
をマスクし、針状単結晶を酸素雰囲気中で１０００℃に
加熱し、針状単結晶の表面を酸化し、外皮としてＳｉＯ
2 絶縁物層１０を３０Å形成した。さらに、エッチング
で、先端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置を
得た。
より形成された針状単結晶を用い、この単結晶基板表面
をマスクし、針状単結晶を酸素雰囲気中で１０００℃に
加熱し、針状単結晶の表面を酸化し、外皮としてＳｉＯ
2 絶縁物層１０を３０Å形成した。さらに、エッチング
で、先端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置を
得た。
【００１９】得られた量子細線装置を図１−（ｂ）に示
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であ
り、シリコン細線は絶縁膜によって絶縁分離されている
ため、電子を効率よく細線内に閉じこめることができ、
１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可能とな
る。またシリコン細線と熱酸化によるＳｉＯ2 膜とが良
好な界面であるため、１次元電子の散乱等も少なく、高
移動度が実現可能となった。
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であ
り、シリコン細線は絶縁膜によって絶縁分離されている
ため、電子を効率よく細線内に閉じこめることができ、
１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可能とな
る。またシリコン細線と熱酸化によるＳｉＯ2 膜とが良
好な界面であるため、１次元電子の散乱等も少なく、高
移動度が実現可能となった。
【００２０】実施例４ 実施例１で得られた、単結晶基板表面にＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶を用い、この単結晶基板及び
針状単結晶を酸素雰囲気中で１０００℃に加熱し、単結
晶基板表面及び針状単結晶の表面を酸化し、基板表面に
ＳｉＯ2 の絶縁物層と針状単結晶の外皮としてＳｉＯ2
絶縁物層を３０Å形成した。さらに、エッチングで、先
端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置を得た。
より形成された針状単結晶を用い、この単結晶基板及び
針状単結晶を酸素雰囲気中で１０００℃に加熱し、単結
晶基板表面及び針状単結晶の表面を酸化し、基板表面に
ＳｉＯ2 の絶縁物層と針状単結晶の外皮としてＳｉＯ2
絶縁物層を３０Å形成した。さらに、エッチングで、先
端のＡｕーＳｉ合金を除去して、量子細線装置を得た。
【００２１】得られた量子細線装置を図１−（ｃ）に示
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であ
り、シリコン細線は絶縁膜によって絶縁分離されている
ため、電子を効率よく細線内に閉じこめることができ、
１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可能とな
る。またシリコン細線と熱酸化によるＳｉＯ2 膜とが良
好な界面であるため、１次元電子の散乱等も少なく、高
移動度が実現可能となった。
す、図から明らかのように、ＶＬＳ成長法により形成さ
れた針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン細線であ
り、シリコン細線は絶縁膜によって絶縁分離されている
ため、電子を効率よく細線内に閉じこめることができ、
１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が可能とな
る。またシリコン細線と熱酸化によるＳｉＯ2 膜とが良
好な界面であるため、１次元電子の散乱等も少なく、高
移動度が実現可能となった。
【００２２】実施例５ ＜１００＞方位の厚さ１０００μｍのＬａＢ6 単結晶基
板上に、スパッター法でＡｕ層を形成する。次に、レジ
ストを塗布する。フォトリソグラフ法にてパターンを形
成し、ＥＢのドライエッチングにて、Ａｕ薄膜層をエッ
チングし、さらに、ＬａＢ6 単結晶基板を２５Åエッチ
ングする。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕパタ
ーンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターンは、
直径３５０Å、厚み４０Åであり、Ａｕのピッチ間距離
７μｍピッチである。このＡｕパターンの位置に、後に
述べる工程で針状単結晶が形成される。その結果、台形
部に残ったＬａＢ6 上部の直径は３７０Åであった。こ
のように多数のＡｕをパターン化した基板を置き、多結
晶のＬａＢ6 を入れたものを置き、電気炉内で１１００
℃に加熱し、ＢＢr3と水素の混合ガスを流し、Ａｕパタ
ーンの位置に直立的に、針状単結晶を形成した。このよ
うにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１０００
０倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属層部
からなり、直径が１／２高さ部分の直径が１７０Å、高
さが１μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、また初めに形成した個々のＡｕパターンの位置に
対し、得られた針状結晶の位置は同一の位置であった。
また、キンク（折れ曲がり）、ブランチ（枝分かれ）及
び隣接する針状単結晶の融着は認められなかった。さら
に、エッチングで、先端のＡｕ合金を除去して、量子細
線装置を得た。
板上に、スパッター法でＡｕ層を形成する。次に、レジ
ストを塗布する。フォトリソグラフ法にてパターンを形
成し、ＥＢのドライエッチングにて、Ａｕ薄膜層をエッ
チングし、さらに、ＬａＢ6 単結晶基板を２５Åエッチ
ングする。次に、レジスト剥離を行い、多数のＡｕパタ
ーンを格子状に形成する。形成されたＡｕパターンは、
直径３５０Å、厚み４０Åであり、Ａｕのピッチ間距離
７μｍピッチである。このＡｕパターンの位置に、後に
述べる工程で針状単結晶が形成される。その結果、台形
部に残ったＬａＢ6 上部の直径は３７０Åであった。こ
のように多数のＡｕをパターン化した基板を置き、多結
晶のＬａＢ6 を入れたものを置き、電気炉内で１１００
℃に加熱し、ＢＢr3と水素の混合ガスを流し、Ａｕパタ
ーンの位置に直立的に、針状単結晶を形成した。このよ
うにして得られた針状単結晶は、ＳＥＭ観察（１０００
０倍）の結果、土台部、針状単結晶部及び先端金属層部
からなり、直径が１／２高さ部分の直径が１７０Å、高
さが１μｍであった。微細な針状単結晶の随伴は認めら
れず、また初めに形成した個々のＡｕパターンの位置に
対し、得られた針状結晶の位置は同一の位置であった。
また、キンク（折れ曲がり）、ブランチ（枝分かれ）及
び隣接する針状単結晶の融着は認められなかった。さら
に、エッチングで、先端のＡｕ合金を除去して、量子細
線装置を得た。
【００２３】上記から明らかのように、ＶＬＳ成長法に
より形成された針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン
細線が得られ、電子を効率よく細線内に閉じこめること
ができ、１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が
可能となった。
より形成された針状単結晶は、極めて幅の狭いシリコン
細線が得られ、電子を効率よく細線内に閉じこめること
ができ、１次元量子効果を有した量子細線装置の形成が
可能となった。
【００２４】比較例１ 実施例１においてＡｕパターンを設置しなかった以外は
同様に行った。針状単結晶が形成されなかった。
同様に行った。針状単結晶が形成されなかった。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明は、単結晶基板とＶ
ＬＳ成長法により形成された針状単結晶からなるもの、
又は該針状単結晶の外皮が絶縁物層により構成された量
子細線装置であり、電子を効率よく細線内に閉じこめる
ことができる１次元の量子効果を有する量子細線装置で
ある。
ＬＳ成長法により形成された針状単結晶からなるもの、
又は該針状単結晶の外皮が絶縁物層により構成された量
子細線装置であり、電子を効率よく細線内に閉じこめる
ことができる１次元の量子効果を有する量子細線装置で
ある。
【図１】本発明の量子細線装置を示す図である。
【図２】従来の半導体量子細線の作成方法を示す工程図
【図３】従来のＶＬＳ成長法の工程を示す図である。
【図４】本発明の量子細線装置の製法を示す図である。
１ シリコン単結晶基板 ２ Ａｕの層 ３ 針状結晶 ５ ＳｉーＡｕ合金液滴 ６ Ａｕ溥膜層 ７ レジスト ８ Ａｕパターン ９ 台形部 １０ 絶縁物層 １１ ＧａＡｓ基板 １２ 障壁層（ＡｌＧａＡｓ層） １３ 量子井戸層（ＧａＡｓ層） １４ レジストマスク １５ 量子細線 １６ 埋め込み層
Claims (5)
- 【請求項１】 単結晶基板と該単結晶基板上にＶＬＳ成
長法により形成された針状単結晶からなる量子細線によ
り構成されたことを特徴とする量子細線装置。 - 【請求項２】 単結晶基板と該単結晶基板上に、（ａ）
量子細線としてＶＬＳ成長法により形成された針状単結
晶及び（ｂ）該量子細線の外皮として絶縁物層により構
成されたことを特徴とする量子細線装置。 - 【請求項３】 絶縁物層で被覆された単結晶基板と該単
結晶基板上に、（ａ）量子細線としてＶＬＳ成長法によ
り形成された針状単結晶及び（ｂ）該量子細線の外皮と
して絶縁物層により構成されたことを特徴とする量子細
線装置。 - 【請求項４】 単結晶基板表面の所望の位置に、金属層
のパターンを形成し、該パターン周辺の単結晶基板面を
エッチング処理し、該単結晶を構成する元素を含む原料
ガス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元素をとり込
み、針状単結晶を成長させることを特徴とする量子細線
装置の製法。 - 【請求項５】 単結晶基板表面の所望の位置に、金属層
のパターンを形成し、該パターン周辺の単結晶基板面を
エッチング処理し、該単結晶を構成する元素を含む原料
ガス雰囲気内で、該パターン部の金属層に元素をとり込
み、針状単結晶を成長させ、（イ）該針状単結晶表面又
は（ロ）該針状単結晶表面及び該単結晶基板表面を絶縁
物化処理することを特徴とする量子細線装置の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31705593A JPH07169938A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 量子細線装置及び製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31705593A JPH07169938A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 量子細線装置及び製法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169938A true JPH07169938A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18083919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31705593A Pending JPH07169938A (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | 量子細線装置及び製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169938A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191171A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体及びその製造方法 |
| JP2006005205A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多孔構造体及びその製造方法 |
| JP2010283381A (ja) * | 2010-08-26 | 2010-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ構造の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP31705593A patent/JPH07169938A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191171A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体及びその製造方法 |
| JP4563026B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-10-13 | 日本電信電話株式会社 | 三次元閉じ込め量子ナノ構造体の製造方法 |
| JP2006005205A (ja) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 多孔構造体及びその製造方法 |
| JP2010283381A (ja) * | 2010-08-26 | 2010-12-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ構造の製造方法 |
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