JPH0869966A - 量子化構造作製方法 - Google Patents
量子化構造作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低温で簡便なナノオーダの量子化構造作製方
法を提供する。 【構成】 半導体単結晶基板(1) 上に異種の非晶質な半
導体ヘテロ構造膜(5) を設け、当該半導体ヘテロ構造膜
にＸ線(6) を照射してこれを結晶化させる。
法を提供する。 【構成】 半導体単結晶基板(1) 上に異種の非晶質な半
導体ヘテロ構造膜(5) を設け、当該半導体ヘテロ構造膜
にＸ線(6) を照射してこれを結晶化させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ナノサイズの半導体
量子化機能素子構造の作製技術に関するものである。
量子化機能素子構造の作製技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年化合物半導体を用いた量子化機能素
子の基本構造である量子細線や量子ドット構造の作製技
術の開発が進められている。これらの最も基本的な構造
は化合物半導体ヘテロ構造を１次元的にあるいはＯ次元
的に構成するもので、いくつかの作製方法が試みられて
いる。たとえば、溝加工した基板結晶にヘテロ構造を作
製したり、結晶成長の異方性を利用して微結晶成長を行
う方法などがある。これらはいずれもＭＢＥ（molecula
r beam epitaxy, 分子線エピタクシー法) やＭＯＭＢＥ
（metal organic molecular beam epitaxy, 有機金属分
子線エピタクシー法) などにより、直接化合物半導体ヘ
テロ構造の気相成長を行うもので、基板温度を成長温
度、すなわち高温にとらねばならない。またヘテロ構造
膜作製後にナノスケールでの微細加工を施さねばならず
現状では困難である。
子の基本構造である量子細線や量子ドット構造の作製技
術の開発が進められている。これらの最も基本的な構造
は化合物半導体ヘテロ構造を１次元的にあるいはＯ次元
的に構成するもので、いくつかの作製方法が試みられて
いる。たとえば、溝加工した基板結晶にヘテロ構造を作
製したり、結晶成長の異方性を利用して微結晶成長を行
う方法などがある。これらはいずれもＭＢＥ（molecula
r beam epitaxy, 分子線エピタクシー法) やＭＯＭＢＥ
（metal organic molecular beam epitaxy, 有機金属分
子線エピタクシー法) などにより、直接化合物半導体ヘ
テロ構造の気相成長を行うもので、基板温度を成長温
度、すなわち高温にとらねばならない。またヘテロ構造
膜作製後にナノスケールでの微細加工を施さねばならず
現状では困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来化合物半導体を用
いた量子化機能素子を作製せんとする場合、上述のごと
く直接化合物半導体ヘテロ構造の気相成長を行ったり、
ヘテロ構造膜作製後にナノスケールの微細加工を施さね
ばならず、前者においては基板温度の高温化、後者にお
いてはナノスケールの微細加工そのものの困難性があっ
た。そこで本発明の目的は、従来の困難性をともなう作
製法ではなく、Ｘ線ビーム照射で結晶成長を行うことが
でき、低温で簡便にナノオーダの量子化構造の作製可能
な量子化構造作製方法を提供せんとするものである。
いた量子化機能素子を作製せんとする場合、上述のごと
く直接化合物半導体ヘテロ構造の気相成長を行ったり、
ヘテロ構造膜作製後にナノスケールの微細加工を施さね
ばならず、前者においては基板温度の高温化、後者にお
いてはナノスケールの微細加工そのものの困難性があっ
た。そこで本発明の目的は、従来の困難性をともなう作
製法ではなく、Ｘ線ビーム照射で結晶成長を行うことが
でき、低温で簡便にナノオーダの量子化構造の作製可能
な量子化構造作製方法を提供せんとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】その目的を達成するた
め、本発明量子化構造作製方法は、半導体単結晶基板上
に異種の非晶質な半導体ヘテロ構造膜を設け、当該半導
体ヘテロ構造膜にＸ線を照射してこれを結晶化させるこ
とを特徴とするものである。
め、本発明量子化構造作製方法は、半導体単結晶基板上
に異種の非晶質な半導体ヘテロ構造膜を設け、当該半導
体ヘテロ構造膜にＸ線を照射してこれを結晶化させるこ
とを特徴とするものである。
【０００５】
【実施例】以下添付図面を参照し実施例により本発明を
説明するが、それに先立ち本発明量子化構造作製方法の
基本原理について説明する。半導体の低温固相成長法と
して、非晶質シリコンに高輝度Ｘ線を照射する方法が行
われている。この高輝度Ｘ線源としてはたとえばシンク
ロトロン放射（ＳＲ）光がある。このＸ線照射法の原理
は以下のように考えられている。Ｘ線のエネルギが内殻
電子の束縛エネルギより大きいと、まず、Ｘ線の照射で
内殻電子が励起される。この後カスケード的なオージェ
過程によりこの内殻空孔が埋まり、その結果、瞬時、原
子は正の多価にイオン化される。この正の多価イオン化
状態はたいへん不安定で原子構造緩和が起こり、その過
程で空孔や原子間原子などの欠陥が形成される。この欠
陥が非晶質内の固相拡散を励起し成長が促進される。
説明するが、それに先立ち本発明量子化構造作製方法の
基本原理について説明する。半導体の低温固相成長法と
して、非晶質シリコンに高輝度Ｘ線を照射する方法が行
われている。この高輝度Ｘ線源としてはたとえばシンク
ロトロン放射（ＳＲ）光がある。このＸ線照射法の原理
は以下のように考えられている。Ｘ線のエネルギが内殻
電子の束縛エネルギより大きいと、まず、Ｘ線の照射で
内殻電子が励起される。この後カスケード的なオージェ
過程によりこの内殻空孔が埋まり、その結果、瞬時、原
子は正の多価にイオン化される。この正の多価イオン化
状態はたいへん不安定で原子構造緩和が起こり、その過
程で空孔や原子間原子などの欠陥が形成される。この欠
陥が非晶質内の固相拡散を励起し成長が促進される。
【０００６】この方法をたとえばIII-V 族化合物半導体
に適用しても同様に原子の多価イオン化が起こり、低温
で固相成長が促進されることが予想される。従って、本
発明方法に係る第１の実施例を説明するための図１のう
ち図１（ａ）のように、まず、GaAs単結晶基板１に非晶
質のAlx Ga1-x As２／非晶質のGaAs３／非晶質のAlyGa
1-y As４（ｘはｙと等しくとも異なっていてもよい）の
ヘテロ構造膜５をＭＢＥ、ＭＯＭＢＥなどの方法で低温
で堆積する。この非晶質ヘテロ構造膜５に対し、集光ミ
ラー等で形成するナノオーダの微細ビームや結晶による
ナノオーダの縞間隔のＸ線干渉縞ビーム６を照射して、
照射領域の選択的結晶化が図１（ｂ）のごとく実施され
る。
に適用しても同様に原子の多価イオン化が起こり、低温
で固相成長が促進されることが予想される。従って、本
発明方法に係る第１の実施例を説明するための図１のう
ち図１（ａ）のように、まず、GaAs単結晶基板１に非晶
質のAlx Ga1-x As２／非晶質のGaAs３／非晶質のAlyGa
1-y As４（ｘはｙと等しくとも異なっていてもよい）の
ヘテロ構造膜５をＭＢＥ、ＭＯＭＢＥなどの方法で低温
で堆積する。この非晶質ヘテロ構造膜５に対し、集光ミ
ラー等で形成するナノオーダの微細ビームや結晶による
ナノオーダの縞間隔のＸ線干渉縞ビーム６を照射して、
照射領域の選択的結晶化が図１（ｂ）のごとく実施され
る。
【０００７】図１（ｂ）の非晶質のAlx Ga1-x As２／非
晶質のGaAs３／非晶質のAly Ga1-yAs４の未結晶化領域
５の非晶質状態は極めて高抵抗状態にあり、結晶Alx Ga
1-xAs７／結晶GaAs８／結晶Aly Ga1-y As９の結晶化領
域１０はナノサイズであるから、この結晶化領域１０
は、照射Ｘ線ビームが集光ミラー等による微細ビームで
ある場合には量子ドット構造としての、照射Ｘ線ビーム
が干渉縞ビームの場合には量子細線構造としての機能を
もつことができる。ここで、選択的エッチング法により
非晶質領域のみエッチングすることも考えられるし、ま
た結晶化時に補助的にレーザ光等により基板加熱を施す
ことが有効な場合がある。
晶質のGaAs３／非晶質のAly Ga1-yAs４の未結晶化領域
５の非晶質状態は極めて高抵抗状態にあり、結晶Alx Ga
1-xAs７／結晶GaAs８／結晶Aly Ga1-y As９の結晶化領
域１０はナノサイズであるから、この結晶化領域１０
は、照射Ｘ線ビームが集光ミラー等による微細ビームで
ある場合には量子ドット構造としての、照射Ｘ線ビーム
が干渉縞ビームの場合には量子細線構造としての機能を
もつことができる。ここで、選択的エッチング法により
非晶質領域のみエッチングすることも考えられるし、ま
た結晶化時に補助的にレーザ光等により基板加熱を施す
ことが有効な場合がある。
【０００８】これら化合物半導体ではIII 、Ｖ族原子
は、それぞれ部分的に正、負にイオン化しているため、
上述のようにＸ線照射で、もしIII 族原子のみがイオン
化する場合には、III 族原子間距離がＶ族原子を隔てて
大きいために、正にイオン化したIII 族原子間のクーロ
ン斥力はそれぼど大きくはないが、Ｖ族原子のみがイオ
ン化する場合、もしくはIII 、Ｖ族両原子がイオン化す
る場合には、正にイオン化したＶ族原子は隣接するIII
族原子 (部分的に正にイオン化している) から大きなク
ーロン斥力を受けることになる。従って、III −Ｖ族化
合物半導体の場合は、Ｘ線照射で構造緩和（固相成長）
を引き起こすにはまずＶ族原子、もしくはIII 、Ｖ族両
原子の最内殻電子を励起できるようＸ線のエネルギを選
ぶことが効果的である。表１にIII −Ｖ族化合物半導体
構成原子のＫ殻電子束縛エネルギを示す。
は、それぞれ部分的に正、負にイオン化しているため、
上述のようにＸ線照射で、もしIII 族原子のみがイオン
化する場合には、III 族原子間距離がＶ族原子を隔てて
大きいために、正にイオン化したIII 族原子間のクーロ
ン斥力はそれぼど大きくはないが、Ｖ族原子のみがイオ
ン化する場合、もしくはIII 、Ｖ族両原子がイオン化す
る場合には、正にイオン化したＶ族原子は隣接するIII
族原子 (部分的に正にイオン化している) から大きなク
ーロン斥力を受けることになる。従って、III −Ｖ族化
合物半導体の場合は、Ｘ線照射で構造緩和（固相成長）
を引き起こすにはまずＶ族原子、もしくはIII 、Ｖ族両
原子の最内殻電子を励起できるようＸ線のエネルギを選
ぶことが効果的である。表１にIII −Ｖ族化合物半導体
構成原子のＫ殻電子束縛エネルギを示す。
【０００９】
【表１】
【００１０】このような原子の選択性を利用した本発明
方法に係る第２の実施例を説明するための図を図２に示
す。まず、例えば図２（ａ）のようにGaAs単結晶基板１
１上に非晶質のAlSb12／非晶質のGaAs13／非晶質のAlSb
14の非晶質多層構造膜15をＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ法などに
より低温で堆積する。この多層膜１５に対し照射するＸ
線１６のエネルギＥをＥ＜２６．１ｋｅＶ（表１からＳ
ｂのＫ殻電子の束縛エネルギは２６．１ｋｅＶ）とすれ
ば、Ｇａ，Ａｓ両原子ともＫ内殻電子が励起されるの
で、GaAs層の固相成長が優先的に進行するが、AlSb層で
はIII 族のAl原子のみしかイオン化されないのでＸ線照
射効果は小さい。従って図２（ｂ）のように高抵抗の非
晶質のAlSb１２，１４中にGaAs微結晶粒１７を埋め込む
ことができる。このような構造も量子ドット機能を有す
ると考えられる（結晶状態でもバンドギャップエネルギ
はAlSbの方がGaAsに比べて大きい) 。ここでも、照射Ｘ
線ビームは集光ミラー等で形成するナノサイズの微細ビ
ームか結晶によるナノサイズの干渉縞ビームが用いられ
る。
方法に係る第２の実施例を説明するための図を図２に示
す。まず、例えば図２（ａ）のようにGaAs単結晶基板１
１上に非晶質のAlSb12／非晶質のGaAs13／非晶質のAlSb
14の非晶質多層構造膜15をＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ法などに
より低温で堆積する。この多層膜１５に対し照射するＸ
線１６のエネルギＥをＥ＜２６．１ｋｅＶ（表１からＳ
ｂのＫ殻電子の束縛エネルギは２６．１ｋｅＶ）とすれ
ば、Ｇａ，Ａｓ両原子ともＫ内殻電子が励起されるの
で、GaAs層の固相成長が優先的に進行するが、AlSb層で
はIII 族のAl原子のみしかイオン化されないのでＸ線照
射効果は小さい。従って図２（ｂ）のように高抵抗の非
晶質のAlSb１２，１４中にGaAs微結晶粒１７を埋め込む
ことができる。このような構造も量子ドット機能を有す
ると考えられる（結晶状態でもバンドギャップエネルギ
はAlSbの方がGaAsに比べて大きい) 。ここでも、照射Ｘ
線ビームは集光ミラー等で形成するナノサイズの微細ビ
ームか結晶によるナノサイズの干渉縞ビームが用いられ
る。
【００１１】以上２つの実施例により本発明を説明して
きたが、本発明はこれら実施例に限定されることなく、
特許請求の範囲に記載された発明の要旨内で各種の変
形、変更の可能なことは自明であろう。例えばこの発明
で使用される単結晶板は単体半導体でも化合物半導体で
もよく、その上に成長させる非晶質膜も単体半導体でも
化合物半導体でもよい。また化合物半導体はIII −Ｖ族
でもII−VI族化合物半導体でもよい。
きたが、本発明はこれら実施例に限定されることなく、
特許請求の範囲に記載された発明の要旨内で各種の変
形、変更の可能なことは自明であろう。例えばこの発明
で使用される単結晶板は単体半導体でも化合物半導体で
もよく、その上に成長させる非晶質膜も単体半導体でも
化合物半導体でもよい。また化合物半導体はIII −Ｖ族
でもII−VI族化合物半導体でもよい。
【００１２】
【発明の効果】本発明よれば、量子化機能素子を作製せ
んとする場合、従来のように直接化合物半導体ヘテロ構
造の気相成長を行ったり、ヘテロ構造膜作製後にナノス
ケールの微細加工を施したりする必要がなく、基板温度
の高温化やナノスケールの微細加工の困難性を避けて、
Ｘ線ビーム照射で結晶成長を行うことができ、低温で簡
便なナノオーダの量子化構造の作製を提供することがで
きる。
んとする場合、従来のように直接化合物半導体ヘテロ構
造の気相成長を行ったり、ヘテロ構造膜作製後にナノス
ケールの微細加工を施したりする必要がなく、基板温度
の高温化やナノスケールの微細加工の困難性を避けて、
Ｘ線ビーム照射で結晶成長を行うことができ、低温で簡
便なナノオーダの量子化構造の作製を提供することがで
きる。
【図１】本発明に係る量子化構造作製法の第１の実施例
を説明するための図。
を説明するための図。
【図２】第２の実施例である選択的Ｘ線固相成長による
量子化構造作製を説明するための図。 １，１１ GaAs単結晶基板 ２ 非晶質のAlx Ga1-x As (厚さ〜nm) ３ 非晶質のGaAs (厚さ〜nm) ４ 非晶質のAly Ga1-y As (厚さ〜nm) ５ ヘテロ構造膜 ６ Ｘ線微細ビーム（〜nmの直径) ７ 結晶Alx Ga1-x As (厚さ〜nm) ８ 結晶GaAs (厚さ〜nm) ９ 結晶Aly Ga1-y As (厚さ〜nm) １０ 結晶化領域 １２ 非晶質のAlSb (厚さ〜nm) １３ 非晶質のGaAs (厚さ〜nm) １４ 非晶質のAlSb (厚さ〜nm) １５ 非晶質多層構造膜 １６ Ｘ線微細ビーム（〜nmの直径) １７ 単結晶GaAs
量子化構造作製を説明するための図。 １，１１ GaAs単結晶基板 ２ 非晶質のAlx Ga1-x As (厚さ〜nm) ３ 非晶質のGaAs (厚さ〜nm) ４ 非晶質のAly Ga1-y As (厚さ〜nm) ５ ヘテロ構造膜 ６ Ｘ線微細ビーム（〜nmの直径) ７ 結晶Alx Ga1-x As (厚さ〜nm) ８ 結晶GaAs (厚さ〜nm) ９ 結晶Aly Ga1-y As (厚さ〜nm) １０ 結晶化領域 １２ 非晶質のAlSb (厚さ〜nm) １３ 非晶質のGaAs (厚さ〜nm) １４ 非晶質のAlSb (厚さ〜nm) １５ 非晶質多層構造膜 １６ Ｘ線微細ビーム（〜nmの直径) １７ 単結晶GaAs
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江上 典文 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体単結晶基板上に異種の非晶質な半
導体ヘテロ構造膜を設け、当該半導体ヘテロ構造膜にＸ
線を照射してこれを結晶化させることを特徴とする量子
化構造作製方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法において、前記異種
の非晶質な半導体ヘテロ構造膜を結晶化させるため、補
助的に、電気炉による加熱および／またはレーザ光の照
射を付加することを特徴とする量子化構造作製方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法において、
前記異種の非晶質な半導体ヘテロ構造膜を構成する構成
原子の、最内殻電子の束縛エネルギを越えるエネルギを
有するＸ線を照射することを特徴とする量子化構造作製
方法。 - 【請求項４】 請求項１または２記載の方法において、
前記半導体ヘテロ構造膜が化合物半導体ヘテロ構造膜で
あるとき、当該構造膜を構成するアニオン原子の最内殻
電子の束縛エネルギを越えるエネルギを有するＸ線を照
射することを特徴とする量子化構造作製方法。 - 【請求項５】 請求項１または２記載の方法において、
前記半導体ヘテロ構造膜が複数種類の化合物半導体の多
層積層膜であるとき、当該構造膜を構成する特定原子の
最内殻電子の励起エネルギに等しいエネルギを有するＸ
線を照射して、選択的な結晶化を行うことを特徴とする
量子化構造作製方法。 - 【請求項６】 請求項１より５いずれかに記載の方法に
おいて、照射Ｘ線として結晶による微細干渉縞または集
光ミラーにより形成したマイクロビームを用いることに
より、空間的な微小領域を結晶化することを特徴とする
量子化構造作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20521194A JPH0869966A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 量子化構造作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20521194A JPH0869966A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 量子化構造作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0869966A true JPH0869966A (ja) | 1996-03-12 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3651203A1 (en) * | 2017-10-18 | 2020-05-13 | IUCF-HYU (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
| CN112011122A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 苏州星烁纳米科技有限公司 | 量子点膜及其制备方法 |
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-
1994
- 1994-08-30 JP JP20521194A patent/JPH0869966A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP3651203A1 (en) * | 2017-10-18 | 2020-05-13 | IUCF-HYU (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
| EP3608970A4 (en) * | 2017-10-18 | 2020-11-25 | IUCF-HYU (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | LAYER, MULTI-STAGE ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING A MULTI-STAGE ELEMENT AND METHOD FOR CONTROLLING IT |
| US10978561B2 (en) | 2017-10-18 | 2021-04-13 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
| US10985247B2 (en) | 2017-10-18 | 2021-04-20 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
| US10991831B2 (en) | 2017-10-18 | 2021-04-27 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Layer, multilevel element, method for fabricating multilevel element, and method for driving multilevel element |
| CN112011122A (zh) * | 2019-05-31 | 2020-12-01 | 苏州星烁纳米科技有限公司 | 量子点膜及其制备方法 |
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