JPH0786164A - Method and equipment for producing fine structure material and light emission element having fine structure - Google Patents

Method and equipment for producing fine structure material and light emission element having fine structure

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JPH0786164A
JPH0786164A JP23007393A JP23007393A JPH0786164A JP H0786164 A JPH0786164 A JP H0786164A JP 23007393 A JP23007393 A JP 23007393A JP 23007393 A JP23007393 A JP 23007393A JP H0786164 A JPH0786164 A JP H0786164A
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cluster
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英行 田中
Hitomaro Togo
仁麿 東郷
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Abstract

PURPOSE:To provide a method and equipment for producing a fine structure material, e.g. a cluster (quantum box) having arranged particle size and particle size distribution, a coating of different substance therefor, a one dimensional polymer having high orientation, a one dimensional electric conductor, a fine line cluster (quantum fine line), and a light emission element having fine structure. CONSTITUTION:A group of clusters 101 generated in a first process and a group of material particles (atomic or molecular state) of a substance 102 having a band gap larger than the cluster 101 generated in a second process are fed simultaneously or alternately to a substrate 104 thus filling the substance 102 compactly with the clusters 101, while controlling the density thereof, without producing any gap on the periphery.

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 1. Field of the Invention The present invention relates to clusters having uniform particle diameters (typically, those having a spherical diameter of about several tens of nm or less, the same applies hereinafter), in other words, a quantum box (electronic box). , A 0-dimensional electron system in which charged bodies such as excitons are three-dimensionally confined in a minute region of several tens of nm or less), a 1-dimensional polymer with a uniform alignment direction, a 1-dimensional electric conductor or a thin linear cluster, in other words Then quantum wires (charged substances such as electrons and excitons are two-dimensionally confined in a minute region of several tens nm or less 1
Dimensional electronic system), etc.
Then, the present invention relates to a light emitting device 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, photoelectron devices using quantum well structures such as optical modulators, bistable optical devices, and quantum well lasers 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。
By using a quantum well structure (two-dimensional electron system), for example, in the case of a quantum well laser, as compared with a normal double heterojunction laser, (1) increase in differential gain and (2) relaxation oscillation frequency The characteristics have been improved by increasing, (3) decreasing the spectral line width, and the like.

【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, the two-dimensional electron system is further reduced in dimension, that is, quantum wires (one-dimensional electron system) and quantum boxes (0
Attempts have been made to further improve the characteristics of the optoelectronic device or to construct a device based on a new physical phenomenon by realizing a dimensional electron 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, etc. 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。
These situations are, for example, "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, from the viewpoint of optical nonlinearity, quantum wires and quantum boxes are drawing attention.

【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 non-linearity is usually classified by the non-linear susceptibility, and a material having a high second-order non-linear susceptibility (proportional constant of the non-linear polarization component proportional to the square of the applied electric field) is the second.
Materials with high harmonic generation (SHG), optical mixing or optical parametric oscillation, and high third-order nonlinear susceptibility (proportional constant of nonlinear polarization component proportional to the cube of the applied electric field) generate the third harmonic. (THG), non-linear refractive index change, stimulated Raman effect, etc. are greatly utilized in 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 electron system), a quantum wire (one-dimensional electron system) or a quantum box (0-dimensional electron system) rather than a bulk crystal. To 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 larger than 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 the material contains only about 1% of quantum boxes, the third-order nonlinear susceptibility becomes 2 to 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 the quantum box, the change in energy state due to the quantum confinement (quantum size) effect is remarkable, and in the case of a light emitting element, 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 circumstances are described, for example, in "Nonlinear Optoelectronics in Latest Patents-From Materials to Devices-" (Takao Fushimi, published by Kogyo Kenkyukai Co., Ltd. (199).
2)), or "Journal of the Physical Society of Japan" (Toshihiro Arai, Vol. 44, No. 4, p. 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 quantum wire or quantum box applications use semiconductor materials.
It is composed of a group III-V or group 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 said that it is difficult to manufacture an efficient optoelectronic device (especially a light emitting device) in an indirect transition type semiconductor because it requires interposition of lattice vibration (phonon) for absorption and emission of light. It is due to the fact.

【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, the use of quantum wires or quantum boxes exhibiting the quantum confinement effect has revealed the possibility of obtaining an efficient light-emitting device even if an indirect transition 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。
The advantages in realizing an optoelectronic device (especially a light emitting device) by using an indirect transition type 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, which constitutes a typical indirect transition type semiconductor, is different from III-V group or II-VI group semiconductor constituent substances, and is present in large amounts on the earth (that is, it is inexpensive) and is safe. Is high (that is, it is not toxic) and is a central substance that constitutes an electronic device such as an IC or 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 it is possible to realize a light emitting element having characteristics comparable to those of conventional ones by using silicon,
A great effect is brought about in terms of price, environmental friendliness, and compatibility when considering integration with electronic devices.

【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 scope and expectation of quantum wire or quantum box applications for 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 strong 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 hitherto been attempted to realize these include those using a lithographic method (that is, fabrication of quantum wires and quantum boxes), heat treatment of mixed crystal substances or metal (or semiconductor) particle-dispersed glass, etc. To precipitate clusters (that is, the production of quantum boxes), direct generation of clusters by the dry process (that is, production of quantum boxes), or one-dimensional polymers (that is, the production of quantum wires), and porous silicon Material utilization (that is, utilization of quantum wire and / or quantum box effect) and the like can be raised.

【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。
The first conventional technique using the lithographic technique will be described below. Normal quantum well structure (two-dimensional electron system)
Is epitaxially grown on the substrate, and then a mask pattern is transferred by a normal photolithography technique. The minimum horizontal size obtained at this time is 0.3-1 μm.
It is a degree.

【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。
After that, the quantum well layer is etched by wet etching to separate the substrate in the horizontal direction (quantization into thin lines or quantum boxes), and the side dimension is used to reduce the horizontal dimension. , To control the size 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。
As a similar second conventional technique, after a normal quantum well structure (two-dimensional electron system) is epitaxially grown on a substrate, (1) a mask by X-ray lithography or focused electron (or ion) beam lithography is used. 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 substance is, 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, by a high frequency (RF) magnetron sputtering method using a silicon oxide (SiO 2 ) target on which a germanium (Ge) chip is arranged,
A mixed crystal material 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 (microcrystals, average particle size: 6 nm) embedded in 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, the peak wavelength is 5 at 570 nm.
At 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 conventional technique by heat treatment of metal (or semiconductor) particle-dispersed glass, diffusion, ion exchange, ion implantation or the like is usually used for particle dispersion.
It should be noted that this technique has been widely used in the past as a method of 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 conventional technique relating to the direct generation of clusters by a dry process is, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
There is a method described in Japanese Patent Publication No. 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。
This conventional example will be described below with reference to the schematic view of the 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 gas gas (2.45 GHz)
From a nozzle 502 of a cluster (ultrafine particle) source 501 utilizing excitation, a semiconductor (S
i) Generate a cluster (ultrafine 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, a nozzle 505 of a similar cluster source 504 generates an insulator (SiO 2 ) cluster (ultrafine particle) beam 506 having a particle size equal to or larger than the Si cluster.

【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 cluster beams 503 and 506, a cluster formed by mixing and depositing semiconductor clusters (ultrafine particles) 508 and insulator clusters (ultrafine particles) 509 as shown in FIG. A (ultrafine particle) film 510 is produced.

【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 suggesting 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。
The sixth prior art relating to one-dimensional polymers as quantum wires is described in, for example, "Surface Science" (Nobuo Matsumoto, Vol. 13, No. 4, page 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 chemical synthesis is a one-dimensional linear array polysilane: (R 1 R 2 Si) n.
Here, R 1 and R 2 are organic groups such as an alkyl group such as a methyl group and 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 raw material 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, metallic sodium (Na) is melted by heating under reflux in an argon (Ar) atmosphere, and the raw material molecules are dropped while stirring. When the reaction is carried out for several hours in this state, white one-dimensional linear array 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。
A schematic diagram of the chemical synthesis of the present polysilane is shown in FIG.
Shown in. The use of the seventh prior art porous silicon material has been extensively studied for several 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 a single crystal silicon (Si).
It is obtained by anodizing the surface of a substrate in a hydrogen fluoride-based solution, and has so far produced a wavelength of 700 (red) to 45.
A large number of emission 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, confirmation of light emission characteristics by current injection has been conducted, and attempts have been made to manufacture current injection type light emitting devices (for example, 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 are
Although it has not been clarified in detail, the quantum layer is
A microcrystal corresponding to a line or a quantum box, for example, an oxide layer (S
iO 2) Covered with Si (semiconductor) region or its field
Planes, that is, quantum confinement regions are densely present,
A charged body confined in a chain is bound to the k-conservative transition selection rule
Light emission mechanism that light emission occurs 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 conditions are described, for example, in "Research Report on Applied Electronic Property Subcommittee" (published by Japan Society of Applied Physics, No. 446 (1992)), or "Nikkei Microdevice".
(Nikkei BP, May issue, page 15 (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 that can be obtained is at most 10n.
It is about m. In addition, although the first conventional technique is simple in that it uses a normal process technique, it is almost impossible to stably obtain a dimension as designed due to the use of wet etching. Since only one quantum wire or quantum box can be obtained in the range of several hundreds of nm, there is a limit to high 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 the thermal equilibrium process is used, it is expected that a dense cluster-embedded structure with stable photoelectron characteristics will be manufactured, but control exceeding the thermodynamic natural law is expected. Is impossible in principle.
That is, there is a limit to high density embedding of clusters, control of particle size and particle size distribution, and the like. For example, the embedding density is usually said to be up to several percent. Also, the fact that the width of the particle size distribution cannot be narrowed is as follows:
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18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 (ultrafine particle) film manufactured by the example of the fifth prior art, since the semiconductor ultrafine particles and the insulator ultrafine particles are mixed and deposited, the voids as shown in FIG. 18 are obtained. 511 is likely to occur, and problems remain in terms of stability of photoelectron characteristics, life, and the like. Also, no consideration is given to particle size control.

【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 of manufacturing a one-dimensional polymer (quantum wire) of the sixth example of the prior art is simple, but the arrangement direction of the one-dimensional polymer, the length of each polymer, etc. are completely random. A problem remains in using it as the quantum wire for the 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。
In the case of the seventh prior art, the visible light emitting material has a feature that it can be easily manufactured using silicon crystals, but at present, the characteristics change sensitively depending on the manufacturing conditions and the like.
Further, there is a problem that the change (deterioration) with time 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 manufacturing a current injection type light emitting device, in order to obtain a device having high emission efficiency and stable characteristics, a P type (charged body is a hole) layer on one of both surfaces of the light emitting layer,
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 conventional technique, the light emitting layer is a porous layer, and thus the electrically conductive layer having good interface characteristics is used. Layer formation is difficult.

【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 various problems of the prior art described above, and includes clusters (quantum boxes) having a uniform grain size and grain size distribution, and dense and high-density embedding thereof, or It enables the production of a heterogeneous material coating, a highly oriented one-dimensional polymer, a one-dimensional electric conductor or a thin wire cluster (quantum wire), and in particular, a light emitting device having strong monochromaticity and high luminous efficiency, Provided are a method for manufacturing a microstructured material, a manufacturing apparatus, and a light-emitting element, which bring great effects to the manufacture of a photoelectronic element such as a highly nonlinear nonlinear optical element and a light-emitting element using an indirect transition type semiconductor material such as 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、両工程を同時あるいは交互に繰り返し施
す、といった構成を有している。
In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a first step of forming clusters and a method of converting raw material particles of a substance having a band gap larger than that of the clusters into atoms and molecules. It has a configuration in which a second process for producing in a state is independently provided, and both processes are performed simultaneously or alternately.

【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
する光を導入する手段と、前記ターゲットからの生成ク
ラスターと光分解による生成物質とをともに堆積させら
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。
The second aspect of the present invention is to provide a solid target, a means for irradiating the solid target with laser light, a means for introducing a gas, and a means for introducing light for decomposing the gas, in a container that can be evacuated. And a substrate holder arranged at a position where both the cluster generated from the target and the substance generated by photolysis are deposited.

【0055】第3の本発明は、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い
る。
The third aspect of the present invention has a structure in which the step of chopping the generated clusters in synchronism with the laser pulse and selecting the particle size of the generated clusters is provided.

【0056】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、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する、といった構
成を有している。
A fourth aspect of the present invention is provided with a solid target, a means for irradiating the solid target with pulsed laser light, and a means for chopping the generated clusters in synchronization with the laser pulse, in a container that can be evacuated. It has such a configuration.

【0057】第5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手段
を具備する、といった構成を有している。
In a fifth aspect of the present invention, a solid target, a means for irradiating the solid target with pulsed laser light, and a substrate on which clusters are deposited are rotated or reciprocated in synchronization with a laser pulse in a container that can be evacuated. It has a structure such that it is provided with a means for causing it.

【0058】第6の本発明は、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、といった構成を有
している。
In the sixth aspect of the present invention, a step of forming clusters, a step of modifying the surface of the formed clusters with a material having a larger band gap, or a step of coating with the material, and a step of forming the clusters or after the modification / coating treatment It has a configuration including a step of mass-separating clusters.

【0059】第7の本発明は、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
している。
In a seventh aspect of the present invention, means for forming clusters, means for modifying the surface of the formed clusters to a material having a larger band gap or coating with the material, and means for forming the clusters or after the modification / coating treatment. It has a configuration in which a means for mass-separating the clusters is provided.

【0060】第8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、といった構成を有している。
In the eighth aspect of the present invention, a high-concentration cluster raw material active particle is generated by photolysis of gas molecules at a laser beam focusing point, and the substrate is placed at a position away from the focusing point and directly irradiated with the laser beam. It has a structure in which clusters are deposited on top.

【0061】第9の本発明は、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、といった構成を有している。
According to a ninth aspect of the present invention, a plane electrode in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel is 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. And the first step on the substrate surface after the first step.
Second step of depositing the first substance, a third step of removing the first substance, and a second substance having a larger band gap than the first substance on the surface of the substrate after the third step. It has a configuration such as including the fourth step.

【0062】第10の本発明は、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いる。
In a tenth aspect of the present invention, a substrate holder, a planar electrode having a plurality of needles having the same shape and size arranged in parallel, and a planar electrode provided on the substrate surface of the substrate holder are provided in a container capable of being evacuated. It comprises a means for arranging close and parallel to each other, one or a plurality of means for depositing a plurality of substances on the surface of the substrate, and a means for removing at least one of the substances.

【0063】第11の本発明は、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いる。
In the eleventh aspect of the present invention, a substrate holder is provided in each of a plurality of containers that can be evacuated, and a planar electrode in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel in any of the plurality of containers, A means for arranging the planar electrodes close to and parallel to the surface of the substrate placed on the substrate holder; one or a plurality of means for depositing a plurality of substances on the surface of the substrate; and a means for removing at least one of the substances, A plurality of containers are connected via a gate valve, and a means for transporting the substrate between the containers is provided.

【0064】第12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。
The twelfth aspect of the present invention is such that an electric field is applied in one direction parallel to the substrate surface, and one-dimensional polymer raw material molecules or clusters whose surface is coated with a different substance are supplied onto the substrate surface. have.

【0065】第13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。
In the thirteenth aspect of the present invention, an electric field is applied in the running direction of steps provided on the surface of a substrate, and a one-dimensional electric conductor containing a raw material particle substance supplied from the gas phase in its composition is run in the running direction of steps. It has a structure of growing along.

【0066】第14の本発明は、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い
る。
The fourteenth aspect of the present invention is directed to a substrate surface which is slightly inclined from a stable crystal plane and has a high density of terraces and steps.
The structure is such that a silicon atom is included in the composition and a one-dimensional electric conductor extending along the steps is provided.

【0067】第15の本発明は、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る、といった構成を有
している。
The fifteenth aspect of the present invention is a light emitting source comprising a fine structure material in which a cluster, a fine line cluster or a one-dimensional polymer is embedded in a substance having a larger band gap, or a porous material originating from an indirect transition type semiconductor substance. Used for
It has a configuration in which a cold cathode is used as an excitation source.

【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
を同時あるいは交互に繰り返し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 structure, the first aspect of the present invention independently includes the first step and the second step, and it is possible to independently control the production amount of clusters and embedded material raw material particles per unit time. Therefore, the density of embedded clusters can be easily controlled. In addition, since the raw material particles in the second step are in the atomic / molecular state, and the first step and the second step are performed simultaneously or alternately repeatedly, clusters are formed without forming a gap in the periphery. , Can be embedded closely.

【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 is provided with both means for producing clusters by laser ablation and means for producing raw material particles of an embedded substance in an atomic / molecular state by photolysis, so that the fine particles according to the first aspect of the present invention can be obtained. The production of the structural material can be realized with the same equipment and only by a photoexcitation process. Further, in the means by laser ablation, since the generated cluster particle size and particle size distribution can be controlled by controlling the irradiation laser light density, the particle size and particle size distribution of embedded clusters 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。
Furthermore, the first and second inventions basically do not require a thermal equilibrium process of precipitating clusters by heat treatment of a mixed crystal substance or the like deposited on a substrate by an evaporation method. Compared with the above, higher density cluster embedding is possible and the controllability of particle size and particle size distribution is improved.

【0071】第3および第4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。
Since the third and fourth inventions are provided with a step or means for selecting the particle size of the produced cluster by chopping, the particle size of the cluster produced by laser ablation can be controlled more finely. A sharper particle size distribution can be obtained. Furthermore, since chopping itself is performed in synchronization with the laser pulse, accurate control becomes easy.

【0072】第5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。
Since the fifth aspect of the present invention is provided with means for rotating or reciprocating the substrate in synchronization with the laser pulse, finer control of the grain size of clusters produced by laser ablation can be performed accurately and easily. A sharper particle size distribution can be obtained.

【0073】第6の本発明は、クラスター生成直後に異
種物質改質(または被覆)を行う工程を有することか
ら、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
により粒径を選別し、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。
The sixth aspect of the present invention has a step of modifying (or coating) a different substance immediately after the formation of clusters, and therefore has a good interface characteristic with no gaps or impurities and has a larger band gap. A cluster covered with a substance, in other words, a quantum box having a high quantum confinement effect can be realized. In addition, it is possible to provide a plurality of cluster groups having a sharper particle size distribution by selecting the particle size in the mass separation step.

【0074】第7の本発明は、第6の本発明による微細
構造材料の製造を同一装置で実現することができる。
The seventh aspect of the present invention can realize the production of the microstructured material according to the sixth aspect of the present invention in the same apparatus.

【0075】第8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8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。
In the eighth aspect of the present invention, active particles having a high concentration are generated at the laser beam converging point, form clusters by mutual self-bonding, and increase the particle size, while separating from the converging point and leaving the laser beam. Reaches a substrate arranged at a position where the is directly irradiated. That is, in the eighth aspect of the present invention, clusters can be generated only by a photochemical vapor phase reaction, and the distance between the active particle generating portion and the substrate can be easily changed by moving the focusing point or the substrate in the optical axis direction. Therefore, the cluster grain size deposited on the substrate can be controlled to a desired value. Further, as compared with the case where the laser beam irradiation direction is the horizontal direction above the substrate, it is easier to move the converging point due to the change in the distance, and the laser beam or the substrate scans to obtain a uniform grain size and grain size distribution. It is also possible to deposit clusters having a uniform distribution on the surface of a large-area substrate.

【0076】第9の本発明は、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
の工程により、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。
The ninth aspect of the present invention first uses the electric field applied to the minute space between the tips of a plurality of needles arranged in parallel on the plane electrode and having the same shape and size and the substrate surface.
By the process of (1), it is possible to form a plurality of fine holes (hole diameter: about several tens nm or less) of uniform shape and size 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 deposition of the first substance on the substrate surface after the formation of the micropores (second step) and removal (second step). In addition to the third step) and the deposition of the second material (fourth step), clusters of the first material having a desired shape and size can be embedded in the micropores.
Further, by repeating the first to fourth steps, 3
It is possible to realize a microstructured material in which the clusters that are dimensionally distributed are embedded with a second substance. Regarding the embedding 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 planar 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 flexibly controlled independently of the cluster shape / dimension control, and the embedding density can be made anisotropic.

【0077】第10および第11の本発明は、第9の本
発明による微細構造材料の製造を同一装置で実現するこ
とができる。第10の本発明では、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が、1つの容
器内に具備されているので、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、第9の本発明の第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、第11の本発明では、前記それぞれの
手段が、独立した容器内に具備されているので、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。
The tenth and eleventh inventions can realize the production of the microstructured material according to the ninth invention in the same apparatus. In a tenth aspect of the present invention, a means for forming a plurality of micropores (pore diameter: about several tens nm or less) on the substrate surface, a means for depositing a substance, and a means for removing a substance are provided in one container. Therefore, the device structure is simplified. In addition, since the substrate is not transported between the processes performed by using the respective means, the process switching time is shortened. This is a great advantage when the first to fourth steps of the ninth aspect of the present invention are repeatedly performed to manufacture a microstructured material in which three-dimensionally distributed clusters are embedded with the second substance. . On the other hand, in the eleventh aspect of the present invention, since the respective means are provided in independent containers, there is no possibility that the steps performed by using the respective means influence each other. Further, maintenance / maintenance can be performed independently for each means, which brings about great convenience in a vacuum apparatus equipped with means having different functions.

【0078】第12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。
The twelfth aspect of the present invention is to apply an electric field in one direction parallel to the substrate surface while supplying one-dimensional polymer raw material molecules or clusters whose surface is coated with a different substance onto the substrate surface. Therefore, electric polarization in the same direction occurs in all the raw material molecules or clusters adsorbed on the substrate surface, and the raw material molecules or clusters are bound to each other in the part where +/- polarity is generated. As the molecules or fine linear clusters grow, polarization also occurs in the growing one-dimensional macromolecules or fine linear clusters, so that the orientation directions of these one-dimensional macromolecules or fine linear clusters can be matched. In other words, it is possible to easily manufacture a high-density quantum thin wire having the same array direction.

【0079】第13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13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 thirteenth aspect of the present invention, the terrace &
Since steps are provided, particles such as atoms, molecules, or clusters adsorbed from the gas phase on the substrate surface stay on the terrace for a certain time, but reach the step by surface diffusion, and along the running direction on the step. Will be arranged (linear array). This is because the particles are usually more stable on the steps than on the terraces. On the other hand, an electric field is applied in the direction in which the steps run, and due to the action of electric polarization generated in the particles, the linearly arranged particles are bound to each other, so that a one-dimensional electric conductor can be grown. it can. That is, the 13th aspect of the present invention is capable of growing a one-dimensional electric conductor which is arranged in conformity with the running direction of steps by supplying particles such as atoms, molecules or clusters from the gas phase.

【0080】第14の本発明は、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ができる。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、第14の本発明の発光素子は、第13の本発明の製
造方法により容易に実現できる。
The fourteenth aspect of the present invention is to obtain a light emitting device made of a silicon material by using a one-dimensional electric conductor containing silicon atoms in its composition, that is, by utilizing the quantum confinement effect in a quantum wire. be able to. In addition, since the one-dimensional electric conductor extends along the steps of terraces and steps caused by a slight inclination from the stable crystal plane, the arrangement direction is controlled with atomic level accuracy, and the 1-dimensional electric conductor is arranged. The density of the three-dimensional electric conductor can be easily controlled by controlling the fine tilt angle. These contribute to the realization of a light emitting device having strong monochromaticity and high luminous efficiency. Furthermore, the light emitting device of the fourteenth invention can be easily realized by the manufacturing method of the thirteenth invention.

【0081】第15の本発明は、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て
いることから、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13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。
The fifteenth invention of the present invention is to provide a light emitting source comprising a fine structure material in which a cluster, a fine line cluster or a one-dimensional polymer is embedded in a material having a larger band gap or a porous material originating from an indirect transition type semiconductor material. Therefore, 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 device, it is not necessary to further form P-type and N-type electrically conductive layers on the material used for the light emitting source, The structure of the light source is simplified. Further, it is possible to manufacture the light emitting source and the excitation source independently, and in addition, the light emitting source can be manufactured with high quality by using the manufacturing method or the manufacturing apparatus of the first to thirteenth aspects of the present invention. Since the excitation source is a cold cathode that is generally present in the world, a high quality light emitting device can be easily manufactured. Further, it can be downsized and integrated similarly to the current injection type element.

【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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of one embodiment of the method for producing a microstructured material of 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 a group of clusters 101 formed 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 formed in the second step, simultaneously. Alternately board 1
It is shown that the cluster 101 is embedded in the substance 102 by supplying the substance 101 to the substance 04.

【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 for forming the cluster 101 is, for example, 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 done by irradiating the surface of the solid material with a laser beam having a photon energy higher than the binding energy between the constituent atoms of the solid material or the intermolecular bond energy, or high energy density at which high density multiphoton absorption occurs. This is a process of directly breaking the bond and exploding (removing) the atoms / molecules constituting the solid material as particles, and in recent years, it is a method that has been used for thin film production or etching process.

【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 and molecules to atoms depending on the irradiation laser light density (generally, the higher the irradiation laser light density, the number of constituent atoms of the particles). 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。
Therefore, by controlling the irradiation laser light density by using laser ablation, it is possible to control the particle size of the generated clusters and the particle size distribution. Also,
The amount of produced particles can be controlled by controlling the total amount of irradiation laser light.

【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 to the above, in the first step, control of particle size and particle size distribution is more complicated than in laser ablation.
Other types of processes that produce cluster ion beams 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, in the second step of producing the raw material particles 103, for example, photochemical vapor deposition (photochemical vapor deposition) is performed.
vapor deposition) is used.

【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 has been recently used as a method for depositing a thin film by active particles generated by photolysis of a reactive source 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 has a feature that a thin film having a homogeneous and continuous property (for example, crystal grain agglomerate-free) 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 may be used, but photochemical vapor deposition is a non-thermal equilibrium / low temperature process, so this method is used. As a result, in combination with the first step using the laser ablation or cluster ion beam generation process described above, the entire one 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. Will 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。
Laser ablation may be used in the second step. In this case, the irradiation laser beam intensity and the like are controlled, and the generated particles are supplied onto the substrate 104 in the atomic or molecular state.

【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。
It is also possible to use laser ablation using ultraviolet laser light or photochemical vapor deposition in both the first and second steps.

【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。
As a result, it becomes possible to perform the first and second steps with only a single laser beam, and the whole manufacturing method is simplified.

【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 an apparatus for producing a microstructured material of the present invention. In FIG. 2, laser light introduction windows 105 and 106 and gas introduction nozzles 107 and 1 are provided.
A single crystal silicon (Si) solid target 11 as a cluster raw material
0 and the substrate holder 111 are installed.

【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 surface of the target 110 is irradiated with the laser light (photon energy: hν 1 ) 112 introduced through the window 105. The substrate holder 111 is the target 1
The particles ablated from 10 are arranged so that the surface of the holder 111 is irradiated with the particles.

【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 also introduced through this.
Laser light (photon energy: hν 2) 113, hold
Arranged so that it can directly irradiate the surface of the dar 111.
Has 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 receives the laser light 113,
To pass horizontally near the surface of the holder 111,
That is, near the surface of the holder 111 (at a distance of at most ten and several c
It may be arranged so that it can be irradiated so as to pass through about m).

【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。
Furthermore, the nozzles 107 and 108 are positioned so that the gas introduced from them can reach the surface of the substrate 114 by spraying or diffusing directly or in the state of being photodecomposed into active particles by the laser beam 113. 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 producing a microstructured material, such as a single crystal Si cluster embedded in silicon oxide (SiO 2 ), with the production 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 placed on the holder 111. The single crystal Si clusters are supplied onto the surface of the substrate 114 by ablation of the single crystal silicon (Si) solid target 110 with the laser light 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。
As the laser beam 112, it is desirable that the photon energy: hν 1 is high enough to directly break the single crystal Si interatomic bond having the binding energy: 1.8 eV, and the absorption coefficient per unit deposition is high. The higher the ablation efficiency, the higher 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。
Specifically, taking into account the practicality of the laser itself, the second harmonic (hν 1 = 2.3e) of the YAG laser is also taken into consideration.
V), XeCl (hν 1 = 4.0 eV), KrF (hν 1
= 5.0 eV) or ArF excimer laser (hν 1
= 6.4 eV) and other high power short wavelength laser light is increased.

【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 grain size and grain size distribution of the clusters to be supplied onto 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, in the container 109, the nozzles 107, 1
08, disilane gas (Si 2 H 6 ) and laughing gas (N 2 O), or oxygen gas (O 2 ) at such a low concentration that direct reaction with Si 2 H 6 does not occur are introduced therein. , ArF excimer laser light (h
Irradiation with 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。
The light of hν 2 = 6.4 eV directly decomposes Si 2 H 6 gas molecules, so that the reaction between the generated Si active particles and the oxygen-based particles (or photo-decomposed oxygen-based active particles) is performed. , 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 beam 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 fine structure material in which the cluster embedding density, particle size and 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。
Also in this embodiment, by using the 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 diagrams of one embodiment of the method for producing a microstructured material of 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。
In FIG. 3A, a row of the cluster group 115 having a particle size distribution of A is shown.

【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 made to fly by laser ablation using a pulse laser. In addition,
A single pulse of 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。
In general, in such a cluster group,
Smaller clusters are located at the top of the group and come flying.

【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。
Specifically, the chopping frequency is made to match the repetition frequency of the pulse laser, or an integral multiple of the repetition frequency is set as the chopping frequency, and chopping is performed with an appropriate phase delay. The particle size to be selected can be controlled by changing the value of the phase delay.

【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 sharper than the distribution A after 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 one embodiment of an apparatus for producing a microstructured material according to the present invention, which utilizes 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 capable of being evacuated.
Inside the solid target 118, which is a cluster raw material,
A substrate holder 119 and a rotary disk-type chopper 121 with a void 120 cut out in a part thereof are provided, and a pulse laser light source 122 is provided 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 the pulsed laser light (photon energy: hν 1 ) 123 from the pulsed laser light source 122 so that the surface of the target 118 is irradiated with the pulsed laser light.
A laser beam introduction window 124 arranged in the above is provided.

【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 light 123.
Flies to the surface of the chopper 121 that is rotated at a rotation frequency: nf C1 that matches or is 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 making the time t 1 when the cluster group should pass through the chopper and the time t 2 when the void 120 crosses the cluster group satisfy the relationship of 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/ T2The larger the
The particle size distribution afterwards becomes sharp. t 1/ T2The size of
Change the size of the air gap 120 or the chopper rotation frequency
Control. The particle size is fLAnd fC1With
Controlled by changing the value of the phase delay
It

【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。
From the above, cluster group 1 after particle size selection
26 are sequentially deposited on the substrate placed on the 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 view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material of the present invention, which is 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.
In the inside, a solid target 128, which is a cluster raw material,
A substrate holder 129 and a means for chopping the cluster group 130 described below are installed.

【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 chopping means uses so-called mass separation, and in this embodiment, an electron gun 131 for ionizing each cluster, and an accelerating section 132 for accelerating the speed of each ionized cluster. ,
And an electric field or magnetic field application 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。
Further, the pulse laser light source 122 is used as the container 1
A pulse laser beam (photon energy: hν 1 ) 123 from the main light source provided outside the target 27
A laser light introduction window 134 is provided in the container 127 so that the surface of the container is irradiated.

【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 light 123.
After being ionized and accelerated, the laser beam flies to the applying unit 133 which is applying the electric field or magnetic field pulse at the repetition frequency nf C2 which is the same as the repetition frequency f L of the laser light 123 or is an integral multiple.

【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 particle size is selected by setting the time t 3 for which the acceleration cluster group 135 should pass through the application unit 133 and the applied electric field or magnetic field pulse width t 4 to have a relationship of t 3 > t 4. You can

【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 flying direction of part of the cluster is changed toward the substrate holder 129. The time ratio:
The larger t 3 / t 4 is, the sharper the particle size distribution after selection is, and the size of t 3 / t 4 is controlled by changing the size of t 4 . Further, the particle size is controlled by changing the value of the phase delay given 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 calculated by the particle size (more precisely, the mass) of the cluster to be selected and the acceleration unit 132.
Since it is determined by the accelerating voltage and the strength of the applied electric field or magnetic field, only the clusters to be selected can be made to 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 the substrate placed on the 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. 6 (a) shows a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material of the present invention, and FIG. 6 (b) has a microstructure 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 as a cluster raw material is placed in a container 137 which can be evacuated.
38 and a substrate holder 139 are installed, and the holder 139 has a mechanism capable of rotating 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, the pulsed laser light source 122 is installed outside the container 137, and the laser light introduction window 140 is provided so that the pulsed laser light (photon energy: hν 1 ) 123 from this 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 light 123 is
The laser beam 123 flies to the holder 139 which is rotated at the rotation frequency: nf C3 which is the same as the repetition frequency: f L or is 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 is a tetrahedron and the substrates are placed on the respective surfaces, the cluster group 141 has a sharper particle size distribution. It is divided into clusters of different types and deposited on each substrate: A, B, C, D in sequence.

【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 holder 139 itself chops the cluster group to select the particle size and simultaneously deposit the selected cluster.

【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 are deposited
FIG. 6B shows an outline of each cross section of FIG.

【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 grain 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。
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. 7 (a) shows a schematic view of one embodiment of the apparatus for producing a microstructured material of the present invention, and FIG. 7 (b) shows a microstructure 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 as a cluster raw material is placed in a container 142 that can be evacuated.
43 and a substrate holder 144 are installed, 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, the pulse laser light source 122 is provided outside the container 142, and the pulse laser light (photon energy: hν 1 ) 123 from this light source is used as the target 143.
A laser beam introduction window 145 is provided in the container 142 so as to irradiate the surface of the container.

【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。
A cluster group 146 ablated from the target 143 by a single pulse of the laser light 123.
Flies to the holder 144 that reciprocates at the frequency: n L C4 that is the same as the repetition frequency: f L of the laser light 123 or is an integral multiple, and is deposited on the substrate placed 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 distributed in the reciprocating direction on the substrate and are sequentially deposited.

【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 holder 144 itself chops the cluster group to select the particle size, and at the same time,
We are depositing selected clusters.

【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。
An outline of the cross section of the substrate on which the clusters are deposited is shown in FIG. 7 (b). The particle size of the deposited clusters decreases from right to left on 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 Examples 3 to 6, in summary, in the cluster group generated / flyed by pulse laser ablation, the smaller the particle size, the more the cluster is located at the head of the group. Using
It means that clusters having a uniform particle shape 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 of manufacturing a fine structure material of this embodiment,
First, in the step of forming clusters, for example, laser ablation is used, in which the generated cluster particle size and particle size distribution can be controlled by controlling the irradiation laser light density.

【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, the surface of the cluster is easily modified into an SiO 2 layer having a larger band gap by irradiating with oxygen active particles after the above steps. 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 mass separation step,
For example, a method of ionizing the modified clusters and separating them by an electric field or a magnetic field, a method using a mechanical chopper, or a method using physical movement of 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, not only the particle size and particle size distribution are more uniform than in the case where only laser ablation is used, but also a cluster covered with a material layer having a larger band gap can be manufactured. 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 of an embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of 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。
In a container 147 capable of being evacuated, a solid target 148 as a cluster raw material, a laser light introducing window 150 arranged at a position where the surface of the target 148 is irradiated with laser light (photon energy: hν 1 ) 149,
There are provided a source 151 of active particles as a source of surface modification or coating material for the generated clusters, and means for mass separating the generated clusters.

【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, this mass separation means is an electron gun 15 for ionizing the generated clusters.
2, an accelerating unit 153 for uniformizing and accelerating the speed of ionized clusters, and a magnetic field applying unit 154 for mass-separating 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 structure, for example, SiO 2
When manufacturing single crystal Si clusters coated with two layers,
It becomes 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, the target 148 is made of single crystal Si.
To use. Further, as the laser beam 149, the second harmonic wave (hν 1 = hν 1 = of the YAG laser is used for the reason described in the description of the first embodiment of the apparatus for manufacturing a fine structure material of the second 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 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 laser beam 149 is used to drive the target.
Si clusters 155 generated from 148 are active particles.
The surface of the active particles 156 from the sub-source 151 is S
iO 2Coated 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 Si is irradiated by irradiation of oxygen active particles.
The SiO 2 layer can be easily coated by oxidizing the cluster surface.

【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。
In addition, a silane-based gas (Si n H 2n + 2 : n = 1,
2,3, ...) generated in the active particle source 151
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 clusters.

【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。
After that, the Si cluster coated with the SiO 2 layer is ionized by the electrons 158 emitted from the electron gun 152 and accelerated by the accelerating unit 153 (accelerating voltage: V a ),
The traveling direction is bent by a static magnetic field (magnetic flux density: B). When the cluster advancing direction is bent by a static magnetic field, its radius of curvature: r is generally expressed 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, since the traveling direction differs depending on the difference in the mass of the clusters, in other words, the difference in the particle size, 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。
Regarding the particle size distribution of 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。
One embodiment of the method for producing a microstructured material of 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 and 160 arranged at different positions in the vertical direction of the drawing,
A laser light introducing window 161 and a container 163 provided with a substrate 162 and capable of being evacuated are installed.

【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, Si 2 H 6 gas is introduced from the nozzle 159 into the container 163, where an ArF excimer laser (photon energy: hν 2
(= 6.4 eV), the beam is focused and irradiated, and Si active particles having a higher concentration than other regions are exposed to Si 2 H 6 near the focusing point.
It is 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 generating section 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 producing section 164
A desired distance between the substrate and the substrate 162 so that the Si active particles self-bond to each other 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 grain size of the clusters deposited on the substrate 162 is controlled by changing the distance between the active particle generating portion and the substrate (for example, by moving the condensing 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 an all-metal sealed container, and Si 2 H 6 is used. Before introducing the gas, treatment such as ultra-high vacuum exhaust (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。
The laser beam irradiation direction is direct to the substrate 1.
Since the irradiation direction is 62, the focusing point can be moved more easily than in the case where the irradiation direction is the horizontal direction above the substrate 162, and a uniform particle size can be obtained by scanning the laser beam or the substrate. It has an advantage that clusters having a particle size distribution can be deposited in a uniform amount distribution on the surface of a large area substrate.

【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 the formation of clusters having a desired grain size, that is, by introducing, for example, hydrogen gas 165 from the nozzle 160 into a region closer to the substrate 162, the surface is terminated with 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 embodiment, clusters having a controlled particle size and particle size distribution can be provided only by the photochemical vapor 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。
Furthermore, by using the method of manufacturing the microstructured material of Example 1 described above in combination, a gap is not generated in the periphery.
It is also possible to densely embed the above cluster in a different material.

【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。
10 and 11 are process diagrams of one embodiment of the method for producing a microstructured material of 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, the plane electrode 168 having a plurality of metal needles 167 of the same shape and size arranged in parallel is kept parallel to the plane substrate 169. The high electric field having 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 determined by the substrate 16
It is assumed that the substance of No. 9 is removed by a desired amount by field evaporation.

【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 larger the electric field strength, the larger the removal amount.
By changing these physical quantities, it is possible to control the shape and size of the holes after the substance is removed.

【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, due to evaporation by the applied high electric field, a plurality of holes 170 (hole diameter: hole 167 having the same shape and size determined by the shape and size of the needle 167, the approach distance and the electric field strength).
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。
To form the holes 170, a reactive gas is previously introduced between the electrode 168 and the substrate 169, and the tunnel gas generated as a result of the applied electric field causes the reactive gas and the substrate 1 to flow.
69. A method of inducing a chemical reaction with the surface of 69 to perform vapor 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 a conductive substance, and for example, when the substrate is a semiconductor such as Si, Cl 2
For example, a chlorine-based gas such as

【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 deposited.

【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) method and molecular beam epitaxial growth (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。
Generally, in the thin film deposition using such a method, it is easier to increase the apparent deposition rate in the groove such as the micropore 170 as compared with the flat surface of the substrate surface. That is, as the deposition progresses, it is possible to fill the groove and 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, vapor-phase etching techniques 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 maintaining the flatness of the surface of the deposited thin film. The removal is performed until the flat portion of 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。
Then, in the fourth step shown in FIG. 11C, the second substance having a band gap larger than that of the first substance 171 is used.
Then, the substance 173 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, the same deposition technique as that used in the second step may be used. Note that FIG. 11 (c)
In the figure, 174 indicates a portion composed of raw material particles of the second substance 173. 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。
From the 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 71 is the substrate 1
Embedded between 69 and the second material 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。
Further, the substrate 169 material and the second material 173
By making the same, the fine structure material such as the uniform grain size cluster 175 filled with the substance 173 having a larger band gap is manufactured.

【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 FIG. 10 and FIG. 11, three-dimensionally distributed uniform particle size clusters 1 are obtained.
A microstructured material is produced such that 75 is filled with a material 173 having a larger band gap.

【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 embedding density of the clusters 175, the density in the lateral direction on the surface of the substrate 169 is the plane electrode 16.
8 is determined by the arrangement density of the needles 167, and the vertical density is determined by the deposited film thickness of the second substance 173 in the fourth step.

【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, according to the method of manufacturing a fine structure material of this embodiment, the embedding density of the clusters 175 can be controlled flexibly independently of the particle size control, and the embedding density can be made anisotropic. Is. The microstructured material having embedded density anisotropy contributes to the provision of a light emitting element and a non-linear optical element having optical anisotropy.

【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 an apparatus for producing a microstructured material according to the present invention. In FIG. 12, a substrate holder 177 and a planar electrode 17 in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel in a container 176 that can be evacuated.
8, a coarse movement mechanism 179 and a fine movement mechanism 180 for moving the plane electrode 178 in parallel to the substrate holder direction, vapor deposition sources 182, 183 for depositing two kinds of substances on the substrate 181 on the substrate holder, and the above two kinds of An ion source 184 is provided for supplying reactive ions for etching when one of the substances is removed by etching.

【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。
Reference numeral 185 denotes the flat electrode 178 and the substrate 1.
81 is a power source for applying a high electric field.

【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 that is 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。
In the manufacturing apparatus of this embodiment, for example, when manufacturing a microstructured material such as Si clusters having a uniform grain size embedded with SiO 2 , a vapor deposition source 182 or 183 is used.
Since Si and the SiO 2 raw material are respectively filled in and the etching removal symmetrical substance is Si, the gas supplied into the ion source 184 is a chlorine-based gas that produces chlorine-based ions.

【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 carried out 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 embodiments 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 above-mentioned embodiment for carrying out the material deposition.
In the third step and the third step, the vapor deposition 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 an embodiment of an 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。
In FIG. 13, a container 18 capable of being evacuated.
6, 187 and 188 are coupled 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。
Also, the substrate holder 1 is provided for each container.
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 having a plurality of needles of the same shape and size arranged in parallel, a coarse movement mechanism 195 and a fine movement mechanism 196 for moving the plane electrode 194 in parallel in the substrate holder direction. 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 6, for example, a mechanism that is generally used in a scanning tunneling microscope (STM), that is, a mechanical mechanism and a piezoelectric element may be used.

【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 the plane electrode 194 and the substrate 1.
It is a power supply for applying a high electric field during 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, in the container 187, vapor deposition sources 199 and 200 of two kinds of substances are provided.

【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。
Further, 202 and 203 are substrates 198.
Is a substrate transporting mechanism that enables transporting between the containers and placing 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。
[0217] In the manufacturing apparatus of the present embodiment, for example, in the production of such embedded uniform particle size Si clusters SiO 2 fine structure material deposition source 199 and 200
Since Si and the SiO 2 raw material are respectively filled in and the etching removal symmetrical substance is Si, the gas supplied into the ion source 201 is a chlorine-based gas that generates chlorine-based ions.

【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 carried out by the manufacturing apparatus of this embodiment are the steps of repeatedly carrying out the respective steps of the method for manufacturing a fine structure material of the ninth embodiment.

【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, the vapor deposition sources 199 and 200 shown in FIG. 13 are used in the second and third steps of Example 9 for depositing the substance, 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 shows a process chart of one embodiment of the method for producing a microstructured material of the present invention. First, in FIG. 14A, an electric field: E (vector amount: this electric field only needs to have a direction component parallel to the substrate surface in one direction parallel to the surface of the substrate 301, and a component perpendicular to the substrate surface). May be present to some extent) and the 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 the feedstock 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 R 1 R 2 SiCl 2 molecules are adsorbed is irradiated with at least a first photon group 302 having an energy: hν 3 sufficient to break the Si—Cl bond, and Causes a photochemical reaction represented by the formula.

【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。
That is, 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 of FIG. 14 (a) may be carried out as a gas phase process in a container which can be evacuated, or 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。
[0226] Incidentally, Cl 2 molecules generated by the reaction of (Equation 2), when the former was evaporated leave Cl 2 molecules, either as Cl 2 molecules in the latter case blend as Cl ions in the solvent out of 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。
Further, when the one-dimensional polymer: (R 1 R 2 Si) n is produced by a liquid phase process in a solvent, Na atoms are used in the following formula as in the conventional method. The chemistry 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 the electric field: E (vector amount) is applied on 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 as shown in FIG.
As shown in (a), polarization occurs internally from the stage where n is 2 or 3 and +/- polarity is generated, and
Orient in the direction of the applied electric field.

【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。
One-dimensional polymer having sufficient amount of carriers (electrons or holes) to induce / promote the polarization and orientation:
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
1. Irradiate on the 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 to induce / promote the polarization and orientation (FIG. 14 (b)).

【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. 14 (a) or FIG. 14 (b)
By performing the process shown in 1And R2With the side chain
One-dimensional polymer: (R1R2Si)nThe columns of
It is formed on the plate 301 so as to be oriented in one direction (see 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 are aligned.
Thus, the Si quantum wire 304 finished in Step 1 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 embodiments, it is possible to use the same photon group having a photon energy of hν 3 and a photon energy of hν 4 or more. Further, it is desirable that these photon energies are lower 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 shows a process chart of one embodiment of the method for producing a microstructured material of the present invention. First, as shown in FIG. 15A, an electric field in one direction parallel to the surface of the substrate 305:
E (vector amount: the electric field only needs to have a direction component parallel to the substrate surface, and may have a component perpendicular to the substrate surface), and the surface is covered with a different substance: R X The formed 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 the material serving as the 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 apparatus for manufacturing a fine structure material according to the seventh embodiment or the method for manufacturing a fine structure material according to 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 by the electric field: E (vector amount), and + and-polarity is generated.

【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 this polarity is generated, the clusters 306 are bonded to each other as shown by the portion "A" in FIG. 15 (a) to form the fine linear clusters 307 and the electric field application direction. Orient to.

【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。
Electric field: When fine line-shaped clusters are not formed only by E (vector amount), the cluster nuclei and R
By irradiating the surface of the substrate 305 with the first photon group 308 having an energy: hν 5 corresponding to the binding energy with X , the formation of the fine line clusters 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。
If there is not enough carriers (electrons or holes) in the fine linear clusters 307 to induce / promote the polarization and orientation, the energy: h larger than the band gap of the fine linear clusters 307.
A second photon group 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 to induce / promote the polarization and orientation (FIG. 15 (b)).

【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 steps shown in FIG. 15 (a) or FIG. 15 (b) may be carried out as a gas phase process in a container capable of being evacuated, but a liquid phase process may be carried out in an appropriate solvent (eg toluene, 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. 15 (a) or FIG. 15 (b)
By performing the process shown in FIG. 15C, the row of the quantum wires 310 of the cluster nucleus forming material covered with the R X layer is oriented in one direction on the substrate 305, as shown in FIG. 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 possible to use the same photon group having a photon energy of hν 5 and a photon energy of 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 shows a process chart of one embodiment of the method for producing a microstructured material of the present invention. In FIG. 16 (a),
The substrate 311 has a stable crystal plane with a surface thereof, for example,
It is slightly tilted 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 (width of about several tens nm or less) are present on the surface of the substrate (FIG. 16 (a)).

【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。
After that, the longitudinal direction of the terrace 312 is changed to
It is defined as the direction in which step 313 runs.

【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 E in the running direction of step 313 (vector amount: electric field only needs to have a component in the substrate surface which coincides with the running direction of step 313, and may have a component perpendicular to the substrate surface). It does not matter) is applied.

【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。
Electric field: Substrate 311 to which E (vector amount) is applied is a silane-based gas molecule (Si n H 2n + 2 : n = 1,2,
3, ...) 314 and energy: hν 7
Irradiate 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 molecule 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。
Naturally, the gas molecules 314 are on the terrace 3 on the substrate.
It is adsorbed on 12 and stays for a certain period of time, but eventually 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, the gas molecules 314 are arranged along the running direction (highly oriented linear array).

【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 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))。
Electric field: Due to the electric polarization generated in the gas molecule by E and the action of the photon group 315, the highly oriented linearly arranged gas molecule 314 is bonded and the one-dimensional electric conductor 316 is grown (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。
Usually, the 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 initial stage of growth. Then, those deviated from the step are difficult to react with the gas molecules because they exist in the terrace region where the gas molecules do not exist at a 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, due to the action of the electric field: E, this is improved in this embodiment, and the linear substance polarized by the electric field: E is stabilized in a form extending in the electric field direction.

【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, this electric field direction is the traveling direction of step 313, and the linear substance which is going to deviate from 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 of the substrate is provided in the running direction of the step. 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 example is a quantum wire having a width of several nm or less and is 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) of a single crystal silicon is used.
The present invention is a device composed of a surface of the substrate 311 that is slightly inclined from the (0) plane and has terraces and steps at a high density, and a one-dimensional electric conductor that contains silicon atoms in its composition and extends along step 313. It is also an example of the light emitting device.

【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 is composed of 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 a substrate 403.
And a porous silicon material formed on the microstructured material produced by any one of the production method or the production apparatus of the present invention of Example 1 to Example 14 or an indirect transition type semiconductor material. 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。
On the substrate 403, a groove 405 having a depth exposing or near the light emitting layer 404 is formed.
The electron beam 406 is irradiated or absorbed by the light emitting layer 404 directly or efficiently.

【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, an emitter 408, an insulating layer 409 and a gate 410 formed on the substrate 407. Then, an electric field (electric field strength: for example, 100 V /
electron beam 40 directed to the light emitting layer 404 by applying
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。
Further, for the substrates 403 and 407, for example, single crystal silicon is used. Then, the light emission source 401 and the excitation source 402 may be separately manufactured 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 example has a thickness of 1 m.
The size can be easily reduced to m or less, and the dimension in the substrate surface inward direction: about several μm × several μm.

【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 emission source 401 and the excitation source 402
Are manufactured by monolithically arranging them on the same substrate, and then the substrates 411 and 412 are bonded to each other, whereby a large number of light emitting portions 413 are integrated at high density, or a large area thin film type light emission is performed. Element (Fig. 17)
It is also possible to produce (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 brings a great effect to applications such as a thin film display or a parallel type 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 obtained by embedding a cluster, a fine linear cluster, a one-dimensional electric conductor or a one-dimensional polymer in a material having a larger band gap or a porous material originating from an indirect transition type semiconductor material is obtained. It is possible to provide a light-emitting element which is utilized and which does not depend on current injection as described in the problem of the seventh prior art.

【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。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, a cluster having a uniform particle size and a uniform particle size distribution, its dense and high-density embedding, or a different substance coating, and a one-dimensional height having a high orientation are provided. By providing processes and means for producing molecules, one-dimensional electric conductors, fine linear clusters, etc., it is possible to produce optoelectronic elements such as light-emitting elements having strong monochromaticity and high emission efficiency, and nonlinear optical elements having high nonlinearity. It is possible to realize an excellent method and apparatus for producing a microstructured material, which brings about 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 element or the like which utilizes the fine structure material or the porous material originating from the indirect transition type semiconductor substance and the like and which does not depend on so-called current injection. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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 of 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 an embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of 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 chart of one embodiment of the method for producing a microstructured material of 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 an apparatus for producing a microstructured material of 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 of 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
6 (a) is a schematic view of a first embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of the present invention. (B) Substrates A, B, C after clusters are deposited according to the embodiment of FIG. 6 (a). , D cross-sectional schematic

【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
7 (a) is a schematic view of a second embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of the fifth invention (b) A cross section of a substrate after clusters are deposited according to the embodiment of FIG. 7 (a). 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 an embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of 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 microstructured 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 of 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 drawing of one embodiment of the method for producing a microstructured material of 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 an embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of 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 an embodiment of an apparatus for producing a microstructured material of 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 of 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 drawing of the second embodiment of the method for producing a microstructured material of 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 drawing of one embodiment of a method for producing a microstructured material of the present invention, and a schematic view 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. 17 (a) Light emitting device of the present invention (single light emitting device)
(B) Schematic view of one embodiment of the light emitting device of the present invention (when a large number of light emitting parts are two-dimensionally and densely integrated)

【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 sectional view of a cluster (ultrafine particle) film manufactured by the manufacturing apparatus of FIG.

【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 array polysilane: (R 1 R 2
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
101 Cluster 103 Raw Material Particles of Substance 102 (Atomic / Molecular State) 104 Substrate 105 Laser Light Introducing Window 106 Laser Light Introducing Window 107 Gas Injecting Nozzle 108 Gas Injecting Nozzle 109 Vacuum Evacuable Container 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 disc chopper 124 Laser light 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 section for mass-separating 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 Introduction window 154 Magnetic field application section for mass-separating clusters 155 Si cluster 156 Active particles from active particle source 151 157 SiO 2 layer 159 Gas introduction nozzle 160 Gas introduction nozzle 161 Laser light introduction window 162 Substrate 163 Evacuable container 164 High-concentration Si active particle generation part 165 Hydrogen gas 166 Cluster whose surface has been terminated by hydrogen atoms 167 Multiple metal needles with the same shape and size 169 Substrate 170 Micropores (pore diameter: 172 Raw material particles of the first substance 171 174 Raw material particles of the second substance 173 175 Uniform particle size clusters 176 Vacuum evacuable container 177 Substrate holder 178 Arranging a plurality of needles having the same shape and size in parallel Flat 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 Multiple needles of equal shape and size Planar electrodes in which the electrodes are arranged in parallel 198 Substrate 199 Deposition source 200 Deposition source 201 Ion source 202 Substrate transport mechanism 203 Substrate transport mechanism 301 Substrate 304 Si quantum wire terminated by R 1 and R 2 305 Substrate 306 Substrate heterogeneous substance: Cluster covered with R X ( As the nucleus, for example, Si) 307 fine linear cluster 310 R X layer covered with a cluster 306 nuclear constituent material (for example, Si) quantum wire 311 substrate 312 terrace 313 step 314 silane-based gas molecule (Si n H 2n + 2 : n = 1,2,3, ...
) 316 1-dimensional electric conductor 401 Luminescence 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Ken Iwata 3-10-1 Higashisanda, Tama-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Matsushita Giken Co., Ltd.

Claims (25)

【特許請求の範囲】[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、両工程を同時あるいは交互に繰
り返し施し、前記物質中に前記クラスターを埋め込む微
細構造材料の製造方法。
1. A first step of forming a cluster made of a metal or a semiconductor, and a raw material particle of a semiconductor or insulator in an atomic or molecular state of a substance having a band gap larger than that of the cluster obtained in the first step. A method for producing a microstructured material having a second step, wherein both steps are performed simultaneously or alternately and the clusters are embedded in the substance.
【請求項2】 第1の工程にレーザアブレーションを用
い、第2の工程に光化学的気相堆積を用いる請求項1記
載の微細構造の製造方法。
2. The method for producing a microstructure according to claim 1, wherein laser ablation is used in the first step, and photochemical vapor deposition is used in the second step.
【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記載の微細構造の製造方
法。
3. The method for producing a fine structure according to claim 1, wherein ultraviolet laser light is used in both the first and second steps.
【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と光分解による生成物質と
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 as a cluster raw material, a means for irradiating the solid target with laser light, a means for introducing a gas to be photodecomposed, and a light for decomposing the gas are provided in a container capable of being evacuated. An apparatus for producing a microstructured material, comprising: a means for introducing the material; and a substrate holder arranged at a position where both the clusters generated from the target and the substances generated by photolysis are deposited on the substrate.
【請求項5】 パルスレーザ光を用いたレーザアブレー
ションを用いてクラスターを生成させる工程と、前記レ
ーザ光のパルスに同期して第1の工程で生成されたクラ
スターをチョッピングし、生成クラスターの粒径を選別
する工程とを有する微細構造材料の製造方法。
5. A step of generating clusters by laser ablation using pulsed laser light, and chopping the clusters generated in the first step in synchronism with the pulse of the laser light to obtain a grain size of the generated clusters. And a method of manufacturing a microstructured material.
【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、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。
6. A solid target serving as a cluster raw material, means for irradiating the solid target with pulsed laser light, and means for chopping the clusters generated in synchronization with the pulse of the laser light in a container capable of being evacuated. An apparatus for manufacturing a microstructured material having:
【請求項7】 チョッピングする手段が、機械的チョッ
パーである請求項6記載の微細構造材料の製造装置。
7. The apparatus for producing a microstructured material according to claim 6, wherein the means for chopping is a mechanical chopper.
【請求項8】 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請求項6記載の
微細構造材料の製造装置。
8. The fine means according to claim 6, wherein the chopping means is means for ionizing the generated clusters and means for mass-separating the ionized clusters by applying an electric field or magnetic field pulse synchronized with the laser pulse to the ionized clusters. Manufacturing equipment for structural materials.
【請求項9】 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
動させる手段とを備えた微細構造材料の製造装置。
9. A solid target serving as a cluster raw material, means for irradiating the solid target with pulsed laser light, and a substrate on which clusters are deposited are rotated or synchronized with a pulse of the laser light in a container capable of being evacuated. An apparatus for producing a microstructured material, comprising a means for reciprocating motion.
【請求項10】 クラスターを生成させる工程と、前記
生成されたクラスターの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よりバンドギャップの大
きな物質で被覆させる工程と、前記生成されたクラスタ
ー、または前記改質若しくは被覆後のクラスターを質量
分離する工程とを有する微細構造材料の製造方法。
10. A step of forming clusters, a step of modifying the surface of the generated clusters with a material having a larger band gap, or coating with a material having a larger band gap, the generated clusters, or A method for producing a microstructured material, comprising a step of mass-separating the cluster after the modification or coating.
【請求項11】 クラスターを生成させる手段と、前記
生成されたクラスターの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よりバンドギャップの大
きな物質で被覆させる手段と、前記生成されたクラスタ
ー、または前記改質・被覆処理後のクラスターを質量分
離する手段とを有する微細構造材料の製造装置。
11. Means for producing clusters, means for modifying the surface of the produced clusters with a substance having a larger band gap or coating with a substance having a larger band gap, the produced clusters, or An apparatus for producing a microstructured material, comprising means for mass-separating the clusters after the modification / coating treatment.
【請求項12】 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。
12. A step of irradiating a focused laser beam on a gas molecule to generate high-concentration cluster raw material active particles at the focused point, and irradiating the laser beam directly away from the focused point. And a step of depositing clusters on a substrate arranged at a position.
【請求項13】 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の表面に接近させ平行に配置
し、前記針の各々の先端と前記基板の表面の間に電界を
加える第1の工程と、前記第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、前記第1の物質
を除去する第3の工程と、前記第3の工程後の基板の表
面上に前記第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の工程とを有する微細構造材料
の製造方法。
13. A flat electrode, in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel, is arranged close to and in parallel with the surface of the substrate, and an electric field is applied between each tip of the needle and the surface of the substrate. The first step, the second step of depositing the first substance on the substrate surface after the first step, the third step of removing the first substance, and the third step after the third step. The second material having a larger bandgap than the first material on the surface of the substrate.
And a fourth step of depositing the substance of 1.
【請求項14】 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、前記基板ホルダーに設置した基板の表面に前
記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少なくとも1つの手段と、
前記物質の少なくとも一方を除去する手段とを有する微
細構造材料の製造装置。
14. A substrate holder, a planar electrode in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel, and a surface of the substrate placed on the substrate holder are brought close to the planar electrode in a container that can be evacuated. Means for arranging in parallel, at least one means for depositing a plurality of substances on the surface of the substrate,
An apparatus for producing a microstructured material, comprising: a means for removing at least one of the substances.
【請求項15】 真空排気可能な複数の容器の全てに基
板ホルダーを具備し、前記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、前記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、複数の物質を基板の表
面上に堆積させる少なくとも1つの手段と、前記物質の
少なくとも一方を除去する手段と、前記複数の容器を結
合する結合手段と、前記容器の間で前記基板を搬送させ
る手段とを有する微細構造材料の製造装置。
15. A substrate holder is provided in all of a plurality of containers that can be evacuated, and a planar electrode in which a plurality of needles having the same shape and size are arranged in parallel in any of the plurality of containers, and the substrate holder. Means for arranging the planar electrodes close to and parallel to the surface of the substrate installed on the substrate, at least one means for depositing a plurality of substances on the surface of the substrate, a means for removing at least one of the substances, and the plurality of containers. An apparatus for producing a microstructured material, comprising: a joining unit that joins the substrates, and a unit that conveys the substrate between the containers.
【請求項16】 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。
16. A method for producing a microstructured material, wherein one-dimensional polymer raw material molecules or clusters whose surface is coated with a different substance are supplied onto the surface of the substrate while applying an electric field in one direction parallel to the surface of the substrate. .
【請求項17】 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16記載の微細構造材料の製造方
法。
17. When supplying a one-dimensional polymer raw material molecule or cluster, a first energy having an energy to cut a bond of the raw material molecule on the side forming the one-dimensional polymer main chain or a bond between the cluster and the coating different substance. 17. The method for producing a microstructured material according to claim 16, wherein the substrate surface is irradiated with a group of photons according to claim 16.
【請求項18】 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16または17
記載の微細構造材料の製造方法。
18. When supplying a one-dimensional polymer raw material molecule or cluster, a second energy having a larger energy than the band gap of the one-dimensional polymer or cluster deposited on the surface of the substrate or the thin linear cluster to which the one-dimensional polymer is bound.
The photon group of the above is irradiated onto the surface of the substrate.
A method for producing the described microstructured material.
【請求項19】 第1および第2の光子群が同一であ
り、これを基板の表面上に照射する請求項16から18
のいずれかに記載の微細構造材料の製造方法。
19. The method according to claim 16, wherein the first and second photon groups are the same and are irradiated onto the surface of the substrate.
5. The method for producing a microstructured material according to any one of 1.
【請求項20】 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。
20. One-dimensional electrical conduction containing a raw material particle substance such as atoms, molecules or clusters supplied from the gas phase in its composition by applying an electric field in the longitudinal direction of the terrace provided on the surface of the substrate, that is, in the direction in which the steps run. A method for producing a microstructured material, wherein a body is grown along the running direction of the step.
【請求項21】 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20記載の微細構造材料の製造方法。
21. The method for producing a microstructured material according to claim 20, wherein the surface of the substrate is irradiated with a group of photons having energy that contributes to the binding and growth of the raw material particles on the surface of the substrate.
【請求項22】 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20または
21記載の微細構造材料の製造方法。
22. The method for producing a microstructured material according to claim 20, wherein a terrace and steps are provided by slightly inclining the surface of the substrate from a stable crystal plane.
【請求項23】 原料粒子物質主成分が硅素である請求
項20から22のいずれかに記載の微細構造材料の製造
方法。
23. The method for producing a fine structure material according to claim 20, wherein the main component of the raw material particle substance is silicon.
【請求項24】 その表面が安定な結晶面から微傾斜し
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
元電気伝導体とを有する発光素子。
24. Light emission comprising a substrate whose surface is slightly tilted from a stable crystal plane and terraces and steps are present at a high density, and a one-dimensional electric conductor which contains silicon atoms in its composition and extends along the steps. element.
【請求項25】 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からなる
発光源と、発光源を励起するコールドカソードを有する
発光素子。
25. A microstructured material obtained by embedding a cluster, a fine linear cluster, a one-dimensional electric conductor or a one-dimensional polymer in a material having a larger band gap, or a porous material originating from an indirect transition type semiconductor material. And a cold cathode that excites the light source.
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