JPH08186245A

JPH08186245A - 量子構造の製造方法

Info

Publication number: JPH08186245A
Application number: JP32876194A
Authority: JP
Inventors: Jiyonasan Uesutouootaa; ジョナサンウエストウオーター; Daramu Paru Gosain; ダラムパルゴサイン; Kazushi Yamauchi; 一志山内; Setsuo Usui; 節夫碓井; Jiei Korinzu Jiyooji; ジェイコリンズジョージ; Hideki Masuda; 秀樹益田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】近接して規則正しく配列した均一な大きさを
有する高密度の量子構造を簡便に形成する量子構造の製
造方法を提供する。【構成】凹凸構造４ａを有する基板４上にシリコン膜
６を形成する工程と、熱処理によりシリコン膜６を溶融
し、凹凸構造４ａを有する基板４の凹部４ｂの上に選択
的にボール状シリコン５を形成する工程とを採る構成で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、量子ドット、量子ワイ
ヤー等の量子構造の製造方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】量子井戸箱レーザ、量子井戸細線レーザ
（Y.Arakawa,H.Sasaki,M.Nishioka,and N.Miura:IEEE
J.Quantum Electron 、 QE-1、 P10 〜17(1983)参照）等
の発光素子を製造する場合、微細で高密度に集積し、規
則正しく配列した量子ドット、量子ワイヤー等の量子構
造の形成が必要となる。

【０００３】また、この量子ドット、量子ワイヤーを規
則正しく高密度に形成することができれば、電子メモ
リ、電子論理回路の高密度集積化が可能となることか
ら、この量子構造を確実に製造できることが必要にな
る。

【０００４】従来、微細加工による量子構造の形成に
は、主に有機あるいは無機レジストを用いた電子線、ま
たはＸ線露光によるパターン描画によるリソグラフィー
技術が用いられてきた。

【０００５】ところが、有機レジストを用いた電子線露
光では、有機レジストを構成する分子のクラスタの大き
さが１０ｎｍ程度有るため、その大きさ以下の量子構造
を作製することが困難である。また近接効果によって量
子構造の間隔を１０ｎｍ程度まで近づけることが困難に
なる。従って、量子構造の高密度集積や間隔を小さくし
た相互結合を難しくしていた。

【０００６】一方、無機レジストを用いた電子線露光で
は、上記の欠点は多少は改善されるが、多量の電子線照
射を必要とし長い露光時間を必要とし、作業性に劣る。

【０００７】こうした欠点を補い量子構造の間隔を小さ
くして高密度集積や相互結合を可能にする方法として、
いくつかの簡便な方法、例えば半導体基板上での島状成
長、小滴状の金属を用いる方法、などが用いられてい
る。しかしこれらの簡便な方法は大きな不規則性をとも
なうという問題点があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
量子構造の製造方法では、量子構造の高密度集積が困難
であるとか、作業性に劣りスループットが小さいとか、
量子構造が不規則になるなどの多くの課題がある。

【０００９】本発明は、近接して規則正しく配列した均
一な大きさを有する量子構造を簡便に製造することがで
き、高密度の量子構造を簡便に形成することができるよ
うにした量子構造の製造方法を提供することを目的とし
ている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、図５Ａ
に示すように、凹凸構造４ａを有する基板４上にシリコ
ン膜６を形成する工程と、図５Ｂに示すように、熱処理
によりシリコン膜６を溶融し、凹凸構造４ａを有する基
板４の凹部４ｂの上に選択的にボール状シリコン５を形
成する工程とを採る量子構造の製造方法である。

【００１１】第２の本発明は、図６Ａに示すように、凹
凸構造４ａを有する基板４上の凹部４ｂに金属よりなる
下地部８を形成する工程と、下地部８が形成された凹凸
構造４ａを有する基板４上にアモルファスのシリコン膜
６を形成する工程と、図６Ｂに示すように、熱処理によ
りアモルファスのシリコン膜６の下地部８に接する部分
において、金属誘起結晶化により選択的に多結晶シリコ
ン７を形成する工程と、図６Ｃに示すように、多結晶シ
リコン７が形成されない残りのアモルファスのシリコン
膜６を選択的に除去する工程とを採る量子構造の製造方
法である。

【００１２】第３の本発明は、図７Ｂに示すように、基
板４上に選択的に金属よりなる下地部８を形成する工程
と、基板４をシランガス雰囲気中に保持し、金属のシラ
ンガスに対する触媒作用により、図７Ｃに示すように、
下地部８のみ選択的に多結晶シリコン７を形成する工程
を採る量子構造の製造方法である。

【００１３】第４の本発明は、上述の第３の本発明方法
において、図８Ａに示すように、その基板を凹凸構造４
ａを有する基板４である構成とし、金属のシランガスに
対する触媒作用により、図８Ｂに示すように、下地部８
のみ選択的に多結晶シリコン７を形成する量子構造の製
造方法である。

【００１４】第５の本発明は、図９Ａに示すように、基
板４を貫通孔３ｔを有する多孔質アルミナによって構成
し、下地部８が多孔質アルミナからなる基板４の底部に
形成される工程と、下地部８の下にシランガスと反応し
ない保護層９を形成する工程とを採って、図９Ｂに示す
ように、多結晶シリコン７を多孔質アルミナからなる基
板４の貫通孔３ｔの内部に形成させる構成とする。

【００１５】第６の本発明は、凹凸構造４ａを有する基
板４を陽極酸化によって形成する。

【００１６】第７の本発明は、下地部８の金属がアモル
ファスのシリコンの固相結晶化に触媒として作用する金
属である構成とする。第８の本発明は、下地部８の金属
が、金、アルミニウムのいずれか１種である構成とす
る。

【００１７】

【作用】上述の本発明の構成によれば、微細な量子構造
を周期的に形成することができる。

【００１８】周期的な凹凸構造を有する基板を用いて、
この基板の凹部にドットを形成することにより、容易に
周期的な量子構造が形成できる。

【００１９】第１の本発明によれば、凹凸構造４ａを有
する基板４上に形成したシリコン膜６を熱処理により溶
融することにより、基板４上でシリコンが液滴状に丸く
なり、これを冷却して凹凸構造４ａを有する基板４の凹
部４ｂ上に選択的にボール状のシリコン５を形成するこ
とができる。

【００２０】第２の本発明によれば、凹凸構造４ａを有
する基板４上の凹部４ｂに金などの金属からなる下地部
８を形成して、凹部４ｂに多結晶シリコンを形成する。
すなわち下地部８を形成した凹凸構造４ａを有する基板
４上にアモルファスのシリコン膜６を形成した後に、所
要温度で熱処理をすることによって、触媒作用により下
地部８の金属に誘起されてシリコン膜６の結晶化を進行
させ、アモルファスのシリコン膜６の下地部８に接する
部分が選択的に結晶化し、多結晶シリコン７を形成する
ものである。その後、多結晶シリコン７が形成されない
残りのアモルファスのシリコン膜６を選択的に除去する
ことにより、凹凸構造４ａを有する基板４上に多結晶シ
リコン７からなる量子構造を形成する。基板４の凹凸構
造４ａが周期性を有していれば、量子構造に周期性をも
たせることができる。

【００２１】ここで、第２の本発明における多結晶シリ
コンの選択的形成の機構を説明する。アモルファスのシ
リコンは、通常の結晶化温度よりかなり低い温度で多く
の金属と固相反応を行う。これらの固相反応によって、
この金属がたとえばアルミニウムあるいは金の場合、シ
リコンと安定固溶体を形成せず、準安定シリサイドが結
晶化過程の中間物として存在し、準安定シリサイドから
多結晶シリコンが形成される（G.Radnoczi et al.,J.Ap
pl.Phys.,69 no.9,p6394,(1991) 、V.Kroll etal.,Mat.
Res.Soc.Symp.Proc.,258,p129,(1992)参照）。

【００２２】さらに、アモルファスのシリコンと金との
固相反応について説明する。アモルファスのシリコンと
金との固相反応は約１００℃で生じ、このとき形成され
る準安定シリサイドは、温度を２００℃に上昇させると
急速に分解され、多結晶シリコンが成長する。このと
き、アモルファスのシリコンからシリコンがシリサイド
に拡散することにより、多結晶シリコンとの界面近くに
存在するシリサイド中のシリコンが結晶化し、多結晶シ
リコンの尾部となる。反応が進行して金と接触したアモ
ルファスのシリコンが使い果たされると、シリサイドが
分解して、金の結晶が試料の表面に形成される。

【００２３】第３の本発明によれば、基板４上に選択的
に金属よりなる下地部８を島状に形成し、基板４をシラ
ンガス雰囲気中に保持することにより、金属のシランガ
スに対する触媒作用により、下地部８にのみ選択的に多
結晶シリコンを形成するものであるが、この場合、多結
晶シリコン７の生成に伴ってその表面に下地部８を構成
した金属が表出することによって、その多結晶シリコン
７の生成はシランガスの供給が停止するまで連続し、多
結晶シリコン７が島状に形成される。

【００２４】ここで、第３の本発明における多結晶シリ
コンの選択的形成の機構を説明する。金とシランガスと
の反応の場合も、上述の金とアモルファスのシリコンと
の固相反応と同様に準安定シリサイドを経由して多結晶
シリコンを形成する。シランガスは、アモルファスのシ
リコンと多結晶シリコンの薄膜を形成するために広範に
用いられており、５００℃を越える温度で熱分解する。
このときシランが金に吸収され、反応してシリサイドを
形成する。

【００２５】図４に示す金−シリコン系の状態図より、
シリサイド中のシリコン濃度が増加すると、シリサイド
の融点がＡ点からＢ点に向かって次第に低下することが
わかる。Ｃ点の温度で金をシランガス中において反応さ
せると、シリコン濃度が増加しＤ点に達すると、シリサ
イドの膜が溶融し、このとき基板とシリサイド融液との
接触角が大きいために、シリサイド融液が島状に凝集を
開始する。シリコンは島状物へ継続的に拡散し、シリサ
イド中のシリコン濃度がさらに増してＥ点に到達する
と、シリサイド融液から多結晶シリコンが結晶化する。
この多結晶シリコンの量は時間とともに増加していき、
シランガスの供給が停止されると、シリサイドが分解さ
れ、金の融液が表面に現れ多結晶シリコンが内部に形成
される。

【００２６】第４の本発明によれば、上述の金とシラン
ガスとの反応を用いて、凹凸構造４ａを有する基板４上
の凹部４ｂに金などの金属からなる下地部８を形成し
て、凹部４ｂに多結晶シリコン７を形成する。下地部８
を形成した凹凸構造４ａを有する基板４に、熱をかけな
がらシランガスを流すと、触媒作用により凹部４ｂに金
が表面を覆った多結晶シリコン７が島状に形成される。
こうして凹凸構造４ａを有する基板４上に多結晶シリコ
ン７からなる量子構造を形成する。基板４の凹凸構造４
ａが周期性を有していれば、量子構造に周期性をもたせ
ることができる。

【００２７】また、第５の本発明によれば、基板４を貫
通孔３ｔを持つ多孔質アルミナにより構成して、同様に
貫通孔３ｔに多結晶シリコン７を形成することができ
る。基板４の底部に上述の金属からなる下地部８を形成
し、下地部８の下にシランガスと反応しない保護層９を
形成した後、熱をかけながらシランガスを流すと、触媒
作用により貫通孔３ｔの内部に多結晶シリコン７を形成
する。さらにシランガスによる反応を進行させると、貫
通孔３ｔ全体に多結晶シリコン７が成長形成される。こ
うして柱状の多結晶シリコン７による量子構造を形成す
る。

【００２８】下地部８に用いる金属は、アモルファスの
シリコンの固相結晶化に触媒として作用する金属、すな
わちシリコンと安定シリサイドを形成せず、温度を上げ
ると分解する上述の準安定シリサイドを形成する金属が
好ましく、例えば金、アルミニウムを選択する。また金
属の融点が基板４の融点より低く、その金属融液と基板
４との接触角がなるべく大きくなるように金属と基板を
選定する。特に、平板状の基板４から多結晶シリコン７
による量子構造を形成する場合には、上述の接触角が大
きいほど金属の融液が凝集して液滴が島状に分かれやす
いので、ドット状に多結晶シリコン７を形成するのに好
都合である。従ってこの場合には接触角も重要な要素に
なる。

【００２９】

【実施例】本発明の量子構造の製造方法の実施例を説明
するに先立って、本発明の量子構造の製造方法の基本と
なる凹凸構造を有する周期構造の基板の形成方法につい
て、図１の一部を断面とした斜視図を参照して説明す
る。

【００３０】Ａｌ基板を、シュウ酸（蓚酸）などの二塩
基酸中で陽極酸化すると、Ａｌが酸化されると同時にＡ
ｌ層１が酸によりエッチングされて、アルミナ層中に細
孔３が形成された多孔質アルミナ層２が形成される。こ
の細孔３は、その直径が数ｎｍ〜数百ｎｍの極めて微細
で均一な円柱状細孔となり、この細孔３が多数数ｎｍ〜
数百ｎｍの間隔で三角格子構造をとって規則的に配列形
成される。この円柱状の細孔３は、高いアスペクト比を
有し、断面の径の一様性にも優れている。またこの細孔
３の径および間隔は、陽極酸化の際の電流、電圧を調整
することによりある程度の制御が可能である（R.C.Furn
eaux,W.R.Rigby&A.P.Davidson NATURE Vol.337 P147(19
89) 等参照）。

【００３１】例えば一定の電圧および電流で陽極酸化を
行うと、細孔３は有底細孔すなわち上端が開いていて、
下端が閉じた構造の細孔として形成される。このとき、
図１に示すように有底の細孔３の底部には所定の厚さの
アルミナ層によるいわゆるバリア層２ｂを介して、酸化
されていないＡｌ層１ｂが残る。次に、化学的エッチン
グにより酸化されていないＡｌ層１ｂを選択的に除去
し、図２に示すような凹凸構造４ａを有する多孔質アル
ミナによる基板４を形成する。

【００３２】この凹凸構造４ａを有する基板４は、図３
Ａに上面図、図３Ｂに斜視図をそれぞれ示すように、六
角形状の各格子４ｃの中央部が円丘状の突起になり各格
子の境界は凹んでいて、この凹凸構造４ａが格子状に周
期的に分布している。

【００３３】次にさらに本発明の理解を容易にするため
に、この凹凸構造４ａを有する基板４を利用して、ドッ
ト例えば金属ドット（この例では錫ドット）を作製する
方法を説明する。

【００３４】図３Ａに示す六角形格子の一辺が６ｎｍで
あり凹凸構造４ａを有する基板４を用意する。この基板
４上に錫（Ｓｎ）を、錫の融点（２３０℃）より少し高
い２４０℃にて堆積させる。このとき錫は融液となるた
めに流動性を有する。ここで、２４０℃における錫融液
とサファイヤ（酸化アルミニウム）との接触角は、図１
０に示す温度と接触角との関係から、約１６０゜と大き
いことがわかり、同様に錫融液とアルミナ基板との接触
角も大きくなるため、ボール状の錫液滴が基板４の凹部
４ｂすなわち格子の頂点にドット状に分布形成される。

【００３５】上述のようにボール状の液滴を凹凸構造４
ａを有する基板の凹部４ｂ上に形成し、周期的に分布し
た金属ドットを作製することができる。使用する金属は
錫に限らず、基板４の材料との接触角が大きく、融点が
低く基板４の融点以下であれば、他の金属でも同様にし
てドットを形成できる。金属の融点が高い場合には、低
温で堆積させた後、パルスレーザー等により照射加熱を
行って溶融させることにより、基板の損傷を防いで同様
のドットを形成することができる。

【００３６】実施例１この例では、上述の凹凸構造を有する基板上にシリコン
膜を形成し、これを熱処理することによりボール状の多
結晶シリコンを形成し、量子構造を製造する。

【００３７】この場合、上述した陽極酸化により形成し
た凹凸構造４ａを有する多孔質アルミナ基板４を用意
し、図５Ａに示すように、この基板４上を覆ってＣＶＤ
等の方法によってアモルファスのシリコン膜６を形成す
る。これを９００℃以上で熱処理するとシリコン膜６が
溶融して流動性を有するようになる。このとき、シリコ
ン融液とアルミナ基板４との接触角が大きいために融液
は液滴となり、基板４の凹部４ｂに集まる。従って上述
の金属ドットの場合と同様に、シリコン融液の液滴がド
ット状に分布する。

【００３８】このシリコン融液を冷却して、図５Ｂに示
すように、凹凸構造４ａを有するアルミナ基板４の凹部
４ｂにドット状に分布したボール状の多結晶シリコン７
を得る。これによって多結晶シリコン７による量子構造
を得ることができる。

【００３９】実施例２この例では、凹凸構造を有する基板上に金属からなる下
地部を形成し、基板上に下地部を覆ってシリコン膜を形
成し、これを熱処理することにより下地部の部分に選択
的に多結晶シリコンを生じ、多結晶シリコンを生じてい
ない部分のシリコン膜を除去することにより、量子構造
を製造する。

【００４０】図６Ａに示すように、陽極酸化によって得
られた凹凸構造４ａを有する多孔質アルミナ基板４上
に、金（Ａｕ）からなる金属ドットによる下地部８を形
成する。この下地部８の形成は、上述した錫による金属
ドットの形成方法と同様に、多孔質アルミナ基板４上で
金を溶融させ、融液を多孔質アルミナ基板４の凹部４ｂ
に集めて冷却する方法による。この下地部８上を覆っ
て、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition;化学
的気相成長）法あるいは熱ＣＶＤ法により、３００℃以
下の温度でアモルファスのシリコン膜６を形成する。

【００４１】このアモルファスのシリコン膜６を２００
℃で熱処理すると、金による触媒作用により、金ドット
の上のアモルファスのシリコン膜６が選択的に結晶化さ
れ、多結晶シリコン７となり、さらに反応が進行して拡
散することにより、図６Ｂに示すように、多結晶シリコ
ン７が成長形成される。

【００４２】シラン（ＳｉＨ₄）と水素を含むプラズマ
エッチングによって、残ったアモルファスのシリコン膜
６を選択的にエッチング除去する。その結果、図６Ｃに
示すように、多結晶シリコン７がドット状に形成され
る。

【００４３】こうして、凹凸構造４ａを有する多孔質ア
ルミナ基板上に、多結晶シリコンドットからなる量子構
造を形成することができる。

【００４４】実施例３この例では、基板上に金属からなる下地部を形成し、基
板をシランガス雰囲気中に保持し、金属のシランガスに
対する触媒作用によって下地部に選択的に多結晶シリコ
ンを形成するものである。

【００４５】図７Ａに示すように、サファイヤからなる
平板状の基板４上に電子ビーム蒸着法により、金の薄膜
からなる下地部８を１０ｎｍの厚さに堆積形成させた試
料を作製した。これをＣＶＤ室に移し、真空排気した後
に４００℃で加熱した。そこへ、一定流量のシランガス
を導入し、２時間後ガス供給を停止し、試料を冷却し
た。シランガスはアルゴンで１０％に希釈し、流速は１
０００ｓｃｃｍとした。

【００４６】この試料を電子顕微鏡で観察すると、生成
した粒子は島状物になっており、島状物の後方散乱電子
像が大部分明るい領域でその内側に暗い領域を有するこ
とがわかった。後方散乱像は組成像とも言われ、重い元
素は明るく軽い元素は暗く見える。このことから、重い
元素の島の内部に軽い元素が含まれていることがわか
る。

【００４７】エネルギー分散Ｘ線分析（ＥＤＸ）を用い
て、この島状物の組成を調べると、金とシリコンからな
ることがわかった。さらにＸ線回折を用いて結晶性を調
べると、金の結晶とシリコンのピークが現れた。従っ
て、シランガスからシリコンが金の中に取り込まれ結晶
化していることがわかる。このシリコンは、Ｘ線光電子
分光（ＸＰＳ）により単一相であることが確かめられ
た。

【００４８】従ってこの島状物は、図７Ｂに示すよう
に、ボール状の金からなる下地部８の内部に結晶化した
シリコン７が取り込まれた構造をしていることが判明し
た。このことから、金などの金属のシリコンの結晶化に
おける触媒作用が同様に作用して、シランガスから多結
晶シリコン７が得られると言える。

【００４９】島状に分布しているのは、金の融液が基板
材料のサファイヤに対し高い接触角を有するため、融液
がボール状の液滴になるためである。

【００５０】このようにして、多結晶シリコンによる量
子構造を形成することができる。

【００５１】実施例４この例では、凹凸構造を有するアルミナ基板の凹部上
に、金属による下地部を形成し、基板をシランガス雰囲
気中に保持し、金属のシランガスに対する触媒作用によ
って下地部に選択的に多結晶シリコンを形成し、多結晶
シリコンからなる量子構造とするものである。

【００５２】この場合、陽極酸化によって得られた凹凸
構造４ａを有する多孔質アルミナ基板４を用意し、この
基板４上に実施例２と同様にして金を溶融させて、図８
Ａに示すように、アルミナ基板４上凹部４ｂに金による
ドットを形成し、これを下地部８とする。

【００５３】この基板４を４００℃に加熱して、実施例
３と同様に一定流量のシランガスを導入し、２時間後ガ
ス供給を停止し、試料を冷却した。シランガスはアルゴ
ンで１０％に希釈し、流速は１０００ｓｃｃｍとした。

【００５４】その結果、図８Ｂに示すように、多孔質ア
ルミナ基板４の凹部４ｂに、金からなる下地部８に覆わ
れた多結晶シリコン７が形成された。この多結晶シリコ
ン７が多孔質アルミナ基板４の凹部４ｂにドット状に分
布することによって、多結晶シリコン７による量子構造
を形成している。シランガスの供給を停止せずに反応を
継続させていくと、多結晶シリコン７がさらに成長し柱
状に形成される。

【００５５】このようにして、多結晶シリコンによる量
子構造を形成することができる。

【００５６】実施例５この例では、貫通孔を有する多孔質アルミナ層の底部に
金属による下地部を形成し、シランガス雰囲気中に保持
し、金属のシランガスに対する触媒作用によってアルミ
ナの細孔中の下地部金属と接する場所に選択的に多結晶
シリコンを形成し、多結晶シリコンピラーワイヤからな
る量子構造とするものである。

【００５７】図１に示すように陽極酸化によって多孔質
アルミナ２を得る際に、陽極酸化の際の印加電圧を、時
間と共に段階的に降下させることにより、細孔３を深く
形成してその底部にＡｌ層１ｂを残さずアルミナ層２を
形成でき、さらに細孔３を深くしてアルミナ層２の底ま
で貫通することもできる。

【００５８】図９Ａに示すように、上述のように形成し
た貫通孔３ｔを有する多孔質アルミナ層による基板４の
底部に、蒸着などの方法で金による下地部８を形成す
る。さらに下地部８の下すなわち、基板４と反対の面
に、シリコンやシランガスと反応しない、金属あるいは
ポリイミド等の高分子からなる保護層９を形成させる。

【００５９】これを４００℃以上に加熱して、シランガ
ス雰囲気中におくと、図９Ｂに示すように、細孔３ｔの
底にある金による下地部８の下に多結晶シリコン７が成
長し、金を押し上げる。基板４のアルミナがある部分で
は、アルミナがマスクとなって多結晶シリコン７の成長
が生じない。

【００６０】さらにシランガス中で多結晶シリコンを成
長させると、図９Ｃに示すように、貫通孔３ｔを多結晶
シリコン７により埋めることができる。こうして、アル
ミナ中に規則的に並んだ細いワイヤ状の多結晶シリコン
７を形成することができる。

【００６１】この上を図９Ｄに示すように、ＩＴＯ（イ
ンジウム錫酸化物）からなる被覆層１０で覆って、ＩＴ
Ｏからなる被覆層１０及び底部の金からなる下地部８を
それぞれ電極とすることにより、センサーや、太陽電池
やレーザに用いるＬＥＤ（発光ダイオード）等のデバイ
スとして用いることができる。

【００６２】また、上述の多結晶シリコン７によるワイ
ヤの成長形成において、シランガスに加えてＢ₂Ｈ₆あ
るいはＰＨ₃によるドーピングガスを多結晶シリコン７
に導入してｐ型半導体あるいはｎ型半導体を順次形成
し、多結晶シリコン７によるｐ−ｎ接合を形成すること
ができる。

【００６３】この多結晶シリコンワイヤをＬＥＤレーザ
として用いる場合には、直接遷移型のシリコンによる量
子構造を形成しているので、従来のシリコン単結晶によ
るＬＥＤレーザの場合（間接遷移型）と比較して、可視
光領域に強い発光強度が得られる。

【００６４】一方上述の多結晶シリコンワイヤをセンサ
ーに用いる場合にも、量子効果により実質的バンドギャ
ップを大きくでき、より広い範囲のスペクトルに対応す
ることができる。

【００６５】上述の例では下地部８を構成する金属は、
準安定シリサイドを形成し、アモルファスのシリコンの
結晶化に触媒として作用する金属が望ましく、上述の金
の他、アルミニウム等によっても同様にして量子構造が
形成される。

【００６６】また、上述の例では、シリコンの原料ガス
としてシランガスを用いたが、ＳｉＣｌ₄，ＳｉＣｌ₂
Ｈ₂，ＳｉＦ₄等のＳｉの塩化物ガス、水素化物ガス、
フッ化物ガス等を用いても良い。

【００６７】尚、上述の実施例に限られるものではな
く、本発明の一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変更が取り得る。

【００６８】

【発明の効果】上述したように本発明の量子構造の製造
方法によれば、微細で高密度に集積し、規則正しく配列
した量子構造の形成を簡便に行うことができる。

【００６９】微細周期構造の凹凸構造を有する基板を用
いて、基板の凹部に多結晶シリコンドットを形成するこ
とにより、容易に多結晶シリコンによる微細な量子構造
が形成できる。この多結晶シリコンドットは、金属ドッ
トにはない特殊な光学的効果を有する。

【００７０】この多結晶シリコンによる微細な量子構造
は、電子メモリーや電子論理回路などの超高密度集積回
路に応用できる。

【００７１】またドット状の多結晶シリコンよりなる量
子構造からドットを種として多結晶シリコンを選択的に
成長させることにより、ピラー状に多結晶シリコンを形
成できるので、これを広域スペクトルに対応したセンサ
ーや可視光領域に強い発光高度を有する発光材料として
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】陽極酸化により形成した多孔質アルミナ層の一
部を断面とした斜視図である。

【図２】凹凸構造を有する多孔質アルミナ基板の断面図
である。

【図３】Ａは図２に示したアルミナ基板表面の上面図で
ある。Ｂは図２に示したアルミナ基板表面の斜視図であ
る。

【図４】金−シリコン系の状態図である。

【図５】本発明による量子構造の製造方法の一例を示す
断面図である。Ａ一工程の断面図である。Ｂ凹凸構造を有する基板上に多結晶シリコンによるド
ットを形成した断面図である。

【図６】本発明による量子構造の製造方法の他の一例を
示す断面図である。Ａ一工程の断面図である。Ｂ一工程の断面図である。Ｃ凹凸構造を有する基板上に多結晶シリコンによるド
ットを形成した断面図ある。

【図７】本発明による量子構造の製造方法のさらに他の
例を示す断面図である。Ａ一工程の断面図である。Ｂ一工程の断面図である。Ｃ基板上に多結晶シリコンによるドットを形成した断
面図である。

【図８】本発明による量子構造の製造方法の別の例を示
す断面図である。Ａ一工程の断面図である。Ｂ凹凸構造を有する基板上に多結晶シリコンによるド
ットを形成した断面図である。

【図９】多孔質アルミナの細孔中に多結晶シリコンを形
成する本発明による量子構造の製造方法の例の断面図で
ある。Ａ多孔質アルミナ底部に金属下地部と保護層を形成し
た状態の断面図である。Ｂ多結晶シリコンを成長させる工程の断面図である。Ｃ多孔質アルミナの細孔が多結晶シリコンで満たされ
た状態の断面図である。Ｄ光学素子とするために多孔質アルミナ上にＩＴＯ膜
を形成した状態の断面図である。

【図１０】サファイヤと金属融液との接触角と温度の関
係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ｂＡｌ層２多孔質アルミナ層２ｂバリア層３細孔３ｔ貫通孔４基板４ａ凹凸構造４ｂ凹部４ｃ格子５ボール状シリコン６シリコン膜７多結晶シリコン８下地部９保護層１０被覆層

フロントページの続き (72)発明者碓井節夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者ジョージジェイコリンズアメリカ合衆国コロラド州フォートコリンズショアロード 3007 (72)発明者益田秀樹東京都八王子市別所２丁目13番地５号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹凸構造を有する基板上にシリコン膜を
形成する工程と、熱処理により上記シリコン膜を溶融し上記凹凸構造を有
する基板の凹部上に選択的にボール状シリコンを形成す
る工程とを有する量子構造の製造方法。
【請求項２】凹凸構造を有する基板上の凹部に金属よ
りなる下地部を形成する工程と、上記下地部が形成された上記凹凸構造を有する基板上に
アモルファスのシリコン膜を形成する工程と、熱処理により上記アモルファスのシリコン膜の上記下地
部に接する部分において、金属誘起結晶化により選択的
に多結晶シリコンを形成する工程と、上記多結晶シリコンが形成されない残りのアモルファス
のシリコン膜を選択的に除去する工程とを有する量子構
造の製造方法。
【請求項３】基板上に選択的に金属よりなる下地部を
形成する工程と、上記基板をシランガス雰囲気中に保持し、上記金属の上
記シランガスに対する触媒作用により上記下地部のみ選
択的に多結晶シリコンを形成する工程を採ることを特徴
とする量子構造の製造方法。
【請求項４】上記基板が凹凸構造を有する基板である
ことを特徴とする請求項３に記載の量子構造の製造方
法。
【請求項５】上記基板を貫通孔を有する多孔質アルミ
ナによって構成し、上記下地部を該多孔質アルミナの底部に形成する工程
と、該下地部の下にシランガスと反応しない保護層を形成す
る工程とを採り、多結晶シリコンを多孔質アルミナの貫通孔の内部に形成
させることを特徴とする請求項３に記載の量子構造の製
造方法。
【請求項６】上記凹凸構造を有する基板を陽極酸化に
よって形成することを特徴とする請求項１、２、４に記
載の量子構造の製造方法。
【請求項７】上記下地部の金属がアモルファスのシリ
コンの固相結晶化に触媒として作用する金属であること
を特徴とする請求項２、３、４または５に記載の量子構
造の製造方法。
【請求項８】上記下地部の金属が金、アルミニウムの
いずれか１種であることを特徴とする請求項２、３、４
または５に記載の量子構造の製造方法。