JPH09102596A - Manufacture of quantum dot and quantum dot apparatus - Google Patents

Manufacture of quantum dot and quantum dot apparatus

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JPH09102596A
JPH09102596A JP25740995A JP25740995A JPH09102596A JP H09102596 A JPH09102596 A JP H09102596A JP 25740995 A JP25740995 A JP 25740995A JP 25740995 A JP25740995 A JP 25740995A JP H09102596 A JPH09102596 A JP H09102596A
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JP
Japan
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group
quantum dot
semiconductor
insulating film
quantum dots
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Application number
JP25740995A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuri Nakajima
安理 中島
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably form in a short time with excellent reproducibility by simple manufacturing steps by forming IV semiconductor quantum bit by depositing a polycrystal IV semiconductor thin film for the time for forming IV semiconductor nuclei in the depositing initial step by using a chemical vapor growing method. SOLUTION: SiH4 and He are fed by using a reduced pressure chemical vapor growing unit, and deposited at the atmospheric pressure in a reaction chamber of about 0.1 to 0.5Torr and the depositing temperature of about 500 to 850 deg.C to form a silicon quantum bit 12 of nanometer size on a quartz glass board 11. In this case, the mean particle size and distribution of the bit 12 are controlled by the depositing time. The component ratio of the SiH4 to the He, the gas pressure of the growing chamber and the depositing temperature are controlled to control the mean particle size and distribution of the bit 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は量子ドットの製造方
法及び量子ドット装置に関するものであり、特に、減圧
化学気相成長法(LPCVD法)を用いた量子ドットの
製造方法、及び、その製造方法によって形成したホール
バーニングメモリ、発光素子、或いは、単電子メモリ素
子等のシリコン量子ドット装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a quantum dot manufacturing method and a quantum dot device, and more particularly to a quantum dot manufacturing method using a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD method) and a manufacturing method thereof. The present invention relates to a silicon quantum dot device such as a hole burning memory, a light emitting element, or a single electron memory element formed by.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の高機能化等の観点か
ら、量子閉じ込め効果を用いた各種の半導体量子井戸装
置が研究されているが、これらの量子井戸装置は主にII
I-V族化合物半導体を用いたものであった。
2. Description of the Related Art In recent years, various semiconductor quantum well devices using the quantum confinement effect have been researched from the viewpoint of improving the functionality of semiconductor devices.
It was one using an IV compound semiconductor.

【0003】しかし、最近、半導体装置における主流の
材料であるシリコン(IV族半導体)を用いて量子ドッ
トを形成する各種の方法が提案されており、これ等の各
種の方法は、4つの方法に大別することができる。
However, recently, various methods of forming quantum dots using silicon (Group IV semiconductor) which is a mainstream material in semiconductor devices have been proposed, and these various methods are classified into four methods. It can be roughly divided.

【0004】まず、第1の方法はスパッタ法を用いるも
のであり、例えば、基板温度を100℃程度の低温にし
て、反応性平板型マグネトロンスパッタ法を用いてナノ
メータサイズのシリコンドットを作製したものであり、
可視光の透過強度と発光測定から電子とホールの量子閉
じ込め効果を観測している(S.Furukawaan
d T.Miyasato,Phys.Rev.,vo
l.B38,1988,p.5726、及び、S.Fu
rukawa and T.Miyasato,Jp
n.J.Appl.Phys.,vol.27,198
8,p.L2207参照)。
First, the first method uses the sputtering method. For example, the substrate temperature is set to a low temperature of about 100 ° C. and the reactive flat plate magnetron sputtering method is used to produce nanometer-sized silicon dots. And
The quantum confinement effect of electrons and holes is observed from the visible light transmission intensity and emission measurement (S. Furukawaan).
d T. Miyasato, Phys. Rev .. , Vo
l. B38, 1988, p. 5726, and S. Fu
rukawa and T.W. Miyasato, Jp
n. J. Appl. Phys. , Vol. 27,198
8, p. L2207).

【0005】第2の方法はプラズマCVD法を用いる方
法であり、例えば、Veprek等は1968年にプラ
ズマCVD法を用いて最初にナノメータサイズのシリコ
ンドットを作製している(S.Veprek and
V.Marecek,Solid−st.Electr
on.,vol.11,1968,p.683参照)。
The second method is a method using a plasma CVD method. For example, Veprek et al. First produced nanometer-sized silicon dots by using the plasma CVD method in 1968 (S. Veprek and
V. Marecek, Solid-st. Electr
on. , Vol. 11, 1968, p. 683).

【0006】次いで、1990年にはTakagi等
は、プラズマCVD法を用いてナノメータサイズのシリ
コンドットを作製し、発光測定を行うことによって電子
とホールの量子閉じ込め効果を観測している(H.Ta
kagi,H.Ogawa,Y.Yamazaki,
A.Ishizaki,and T.Nakagir
i,Appl.Phys.Lett.,vol.56,
1990,p.2379参照)。
Next, in 1990, Takagi et al. Observed quantum confinement effect of electrons and holes by producing nanometer-sized silicon dots by using plasma CVD method and measuring emission (H. Ta.
Kagi, H .; Ogawa, Y .; Yamazaki,
A. Ishizaki, and T.S. Nakagir
i, Appl. Phys. Lett. , Vol. 56,
1990, p. 2379).

【0007】第3の方法はガス蒸着法を用いる方法であ
り、例えば、1991年に、Morisaki等は、ル
ツボに入れたシリコンを溶融・気化して基板に蒸着する
ガス蒸着法によりナノメータサイズのシリコンドットを
作製し、発光測定を行うことによって電子とホールの量
子閉じ込め効果を観測している(H.Morisak
i,F.W.Ping,H.Ono,and K.Ya
zawa,J.Appl.Phys.,vol.70,
1991,p.1869、及び、H.Morisak
i,H.Hashimoto,F.W.Ping,H.
Nozawa,and H.Ono,J.Appl.P
hys.,vol.74,1993,p.2977参
照)。
The third method is a method using a gas vapor deposition method. For example, in 1991, Morisaki et al. Used a gas vapor deposition method in which silicon contained in a crucible was melted and vaporized to deposit it on a substrate. The quantum confinement effect of electrons and holes is observed by making dots and measuring emission (H. Morisak).
i, F. W. Ping, H.A. Ono, and K.K. Ya
zawa, J .; Appl. Phys. , Vol. 70,
1991, p. 1869 and H.H. Morisak
i, H .; Hashimoto, F .; W. Ping, H.A.
Nozawa, and H .; Ono, J .; Appl. P
hys. , Vol. 74, 1993, p. 2977).

【0008】第4の方法は、陽極化成法を用いる方法で
あり、1990年にCanhamによって、陽極化成法
で作製した多孔質シリコンがナノメータサイズ構造を有
し、電子とホールの量子閉じ込め効果を持つことが指摘
されており(L.T.Canham,Appl.Phy
s.Lett.,vol.57,1990,p.104
6参照)、その後、本発明者等により、このナノメータ
サイズ構造がナノメータサイズのシリコンドット構造で
あることが確認されている(A.Nakajima,
Y.Ohshima,T.Itakura,and
Y.Goto,Appl.Phys.Lett.,vo
l.62,1993,p.2631参照)。
The fourth method is a method using an anodization method. Porous silicon produced by the anodization method by Canham in 1990 has a nanometer size structure and has a quantum confinement effect on electrons and holes. It has been pointed out that (LT Canham, Appl. Phy
s. Lett. , Vol. 57, 1990, p. 104
6), and then the present inventors have confirmed that this nanometer-sized structure is a nanometer-sized silicon dot structure (A. Nakajima,
Y. Ohshima, T .; Itakura, and
Y. Goto, Appl. Phys. Lett. , Vo
l. 62, 1993, p. 2631).

【0009】また、それ以外の方法として、最近、Si
2 膜中にSi原子をイオン注入することによりナノメ
ータサイズのシリコンドットを形成することが報告され
ている(T.Shimizu−Iwayama.S.N
akao,and K.Saitoh,Appl.Ph
ys.Lett.,vol.65,1994,p.18
14、及び、P.Mutti,G.Ghislott
i,S.Bertoni,L.Bonoldi,G.
F.Cerofolini,L.Meda,E.Gri
ll,and M.Guzzi,Appl.Phys.
Lett.,vol.66,1995,p.851参
照)。
As another method, recently, Si has been used.
It has been reported that a nanometer-sized silicon dot is formed by ion-implanting Si atoms into an O 2 film (T. Shimizu-Iwayama. S.N.
akao, and K.K. Saitoh, Appl. Ph
ys. Lett. , Vol. 65, 1994, p. 18
14, and P. Mutti, G.M. Ghislott
i, S. Bertoni, L .; Bonoldi, G .;
F. Cerofolini, L .; Meda, E .; Gri
ll, and M.D. Guzzi, Appl. Phys.
Lett. , Vol. 66, 1995, p. 851).

【0010】また、ナノメータサイズのシリコンドット
構造をフォトリソグラフィー技術を用いて作製すること
も試みられており、例えば、1994年に、本発明者等
によって、電子ビーム露光とRIE(反応性イオンエッ
チング)の後に、ウェット・エッチングを施すことによ
って規則正しく配列した幅及び高さが約10nmのシリ
コンドットを作製することも提案されている(A.Na
kajima,H.Aoyama,and K.Kaw
amura,Jpn.J.Appl.Phys.,vo
l.33,1994,p.L1796参照)。
Attempts have also been made to fabricate a nanometer-sized silicon dot structure using a photolithography technique. For example, in 1994, the inventors of the present invention conducted electron beam exposure and RIE (reactive ion etching). After that, wet etching is also performed to form regularly arranged silicon dots having a width and height of about 10 nm (A. Na.
kajima, H .; Aoyama, and K.A. Kaw
amura, Jpn. J. Appl. Phys. , Vo
l. 33, 1994, p. L1796).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法ではナノメータサイズのシリコンドット構造を簡単
に、或いは、再現性良く形成するのが困難であったり、
シリコンドット構造を膜厚方向に一層づつ堆積すること
が困難であるという問題があった。
However, it is difficult to form a nanometer-sized silicon dot structure easily or with good reproducibility by the conventional method.
There is a problem that it is difficult to deposit silicon dot structures one by one in the film thickness direction.

【0012】即ち、スパッタ法を用いる第1の方法、或
いは、ガス蒸着法を用いる第3の方法の場合には、堆積
レートが大きいために薄い膜を制御性良く堆積させるこ
とが非常に難しく、膜厚がある程度厚いシリコンドット
膜しか作製できず、したがって、シリコンドットの薄膜
構造を再現性良く形成できないという問題がある。
That is, in the case of the first method using the sputtering method or the third method using the gas vapor deposition method, it is very difficult to deposit a thin film with good controllability because the deposition rate is large. There is a problem that only a silicon dot film having a relatively large film thickness can be produced, and therefore a thin film structure of silicon dots cannot be formed with good reproducibility.

【0013】また、膜厚方向にシリコンドットを一層づ
つ堆積したい場合には、さらに困難性が増すことにな
り、例えば、フォトホールバーニングメモリの強度を高
めるためにシリコンドット構造を半導体及び金属薄膜な
らびに絶縁膜を介して多層化することが困難になる。
Further, if it is desired to deposit the silicon dots one by one in the film thickness direction, the difficulty will be further increased. For example, in order to enhance the strength of the photo hole burning memory, the silicon dot structure is formed on the semiconductor and the metal thin film. It becomes difficult to form multiple layers through the insulating film.

【0014】また、プラズマCVD法を用いる第2の方
法の場合には、やはり膜厚方向にシリコンドットを一層
づつ積層させた報告はなく、単に、基板上にアモルファ
スシリコン膜を堆積させたのちアニール処理することに
よって、アモルファスシリコン膜中に埋め込まれた結晶
性シリコンドットが得られること、及び、ドライ・エッ
チング法によってアモルファスシリコンを結晶性シリコ
ンに対して選択的に除去することができる旨が報告され
ているだけであり、依然として、多層化は困難であるも
のである。
In the case of the second method using the plasma CVD method, there is no report that silicon dots are laminated one by one in the film thickness direction, and an amorphous silicon film is simply deposited on a substrate and then annealed. It was reported that the crystalline silicon dots embedded in the amorphous silicon film can be obtained by the treatment, and that the amorphous silicon can be selectively removed with respect to the crystalline silicon by the dry etching method. However, it is still difficult to form multiple layers.

【0015】また、陽極化成法を用いる第4の方法の場
合には、多層化の困難性に加えて、シリコンドットのサ
イズの均一性が低いという問題もあり、他の方法に比べ
て実用可能性がかなり劣るものである。
Further, in the case of the fourth method using the anodizing method, in addition to the difficulty of multilayering, there is a problem that the uniformity of the size of the silicon dots is low, so that it is more practical than other methods. The sex is quite inferior.

【0016】また、イオン注入法を用いる方法は、制御
性の点で問題があり、さらに、フォトリソグラフィー技
術を用いる方法の場合には、面内方向及び膜厚方向での
シリコンドットの数、位置、及び、サイズの制御性は非
常に良好であるものの、フォトリソグラフィーの分解能
に依存するために、シリコンドットの密度を大きくする
ことができず、且つ、作製に非常に時間がかかるという
欠点があった。
The method using the ion implantation method has a problem in controllability. Further, in the case of the method using the photolithography technique, the number and position of the silicon dots in the in-plane direction and the film thickness direction. Although the size controllability is very good, the density of silicon dots cannot be increased because it depends on the resolution of photolithography, and it takes a very long time to manufacture it. It was

【0017】したがって、本発明は、簡単な製造工程に
よって短時間に量子ドットを安定に再現性良く形成する
と共に、多層構造の量子ドット装置を容易に作製するこ
とを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to form quantum dots stably and with good reproducibility in a short time by a simple manufacturing process and to easily manufacture a quantum dot device having a multilayer structure.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、量子ドットの製造方法において、化学
気相成長法(CVD法)を用いて多結晶IV族半導体薄
膜の堆積初期過程におけるIV族半導体核が形成される
時間だけ少なくとも堆積を行うことによりIV族半導体
量子ドット2を形成したことを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. See FIG. 1. (1) In the method of manufacturing a quantum dot, the present invention uses a chemical vapor deposition method (CVD method) for a time period during which a group IV semiconductor nucleus is formed in the initial stage of deposition of a polycrystalline group IV semiconductor thin film. The group IV semiconductor quantum dots 2 are formed by performing at least deposition.

【0019】この様に、IV族半導体量子ドット2を形
成する際に、CVD法を用いて多結晶IV族半導体薄膜
の堆積初期過程におけるIV族半導体核が形成される時
間という、従来の通常の堆積時間よりも非常に短い時間
(例えば、60秒)だけ堆積を行うことにより孤立した
IV族半導体量子ドット2を均一に、且つ再現性良く形
成することができると共に、IV族半導体量子ドット2
の面密度を大きくすることができる。
As described above, when the group IV semiconductor quantum dots 2 are formed, the time required for forming the group IV semiconductor nuclei in the initial stage of the deposition of the polycrystalline group IV semiconductor thin film by the CVD method, which is a conventional normal time. By performing the deposition for a time extremely shorter than the deposition time (for example, 60 seconds), the isolated group IV semiconductor quantum dots 2 can be formed uniformly and with good reproducibility, and the group IV semiconductor quantum dots 2 can be formed.
The surface density of can be increased.

【0020】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、IV族半導体量子ドット2の平均粒径及び粒径分布
を、堆積時間によって制御することを特徴とする。
(2) Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), the average particle size and the particle size distribution of the group IV semiconductor quantum dots 2 are controlled by the deposition time.

【0021】この様に、IV族半導体量子ドット2を形
成する際に、堆積時間を変化させることによって、IV
族半導体量子ドット2の平均粒径及び粒径分布を制御性
良く制御することができる。
As described above, by changing the deposition time when forming the group IV semiconductor quantum dots 2, the IV
The average particle size and the particle size distribution of the group semiconductor quantum dots 2 can be controlled with good controllability.

【0022】(3)また、本発明は、上記(1)におい
て、IV族半導体量子ドット2の平均粒径及び粒径分布
を、成長ガスの成分比、ガス圧、及び、堆積温度の内の
少なくとも一つを変化させることによって制御すること
を特徴とする。
(3) Further, in the present invention according to the above (1), the average particle size and the particle size distribution of the group IV semiconductor quantum dots 2 are defined as the growth gas component ratio, the gas pressure, and the deposition temperature. It is characterized by controlling by changing at least one.

【0023】この様に、IV族半導体量子ドット2を形
成する際に、成長ガスの成分比、ガス圧、及び、堆積温
度の内の少なくとも一つを変化させることによっても、
IV族半導体量子ドット2の平均粒径及び粒径分布を制
御性良く制御することができる。
As described above, when forming the group IV semiconductor quantum dots 2, by changing at least one of the component ratio of the growth gas, the gas pressure, and the deposition temperature,
The average particle size and the particle size distribution of the group IV semiconductor quantum dots 2 can be controlled with good controllability.

【0024】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかにおいて、IV族半導体量子ドット2
を絶縁膜1,5上に堆積させることによって、完全に孤
立したIV族半導体量子ドット2を形成することを特徴
とする。
(4) The present invention also provides the IV-group semiconductor quantum dot 2 according to any one of the above (1) to (3).
Is deposited on the insulating films 1 and 5 to form a completely isolated group IV semiconductor quantum dot 2.

【0025】この様に、IV族半導体量子ドット2を絶
縁膜1,5上に堆積させることによって、完全に孤立し
たIV族半導体量子ドット2を再現性良く形成すること
ができる。
As described above, by depositing the group IV semiconductor quantum dots 2 on the insulating films 1 and 5, completely isolated group IV semiconductor quantum dots 2 can be formed with good reproducibility.

【0026】(5)また、本発明は、上記(4)におい
て、IV族半導体量子ドット2上に絶縁膜3を堆積させ
ることを特徴とする。
(5) Further, the present invention is characterized in that, in the above (4), the insulating film 3 is deposited on the group IV semiconductor quantum dots 2.

【0027】この様に、IV族半導体量子ドット2上に
絶縁膜3を堆積させることによって、その上に、新たな
IV族半導体量子ドット、IV族半導体薄膜、或いは、
電極を形成して、各種の積層構造を形成することができ
るので、各種のデバイスを簡単に形成することが可能に
なる。
In this way, by depositing the insulating film 3 on the group IV semiconductor quantum dot 2, a new group IV semiconductor quantum dot, a group IV semiconductor thin film, or
Since various laminated structures can be formed by forming the electrodes, various devices can be easily formed.

【0028】(6)また、本発明は、上記(5)におい
て、IV族半導体量子ドット2を絶縁膜1,5上に堆積
させる工程、及び、次いで、IV族半導体量子ドット2
上に絶縁膜3を堆積させる工程を複数回繰り返して多層
構造を形成することを特徴とする。
(6) Further, in the present invention, in the above (5), the step of depositing the group IV semiconductor quantum dots 2 on the insulating films 1 and 5, and then the group IV semiconductor quantum dots 2
It is characterized in that the step of depositing the insulating film 3 thereon is repeated a plurality of times to form a multilayer structure.

【0029】この様に、IV族半導体量子ドット2を絶
縁膜1,5上に堆積させる工程、及び、次いで、IV族
半導体量子ドット2上に絶縁膜3を堆積させる工程を複
数回繰り返して多層構造を形成することによって、各種
デバイスの出力を大きくすることができる。
As described above, the step of depositing the group IV semiconductor quantum dots 2 on the insulating films 1 and 5 and the step of depositing the insulating film 3 on the group IV semiconductor quantum dots 2 are repeated a plurality of times to form a multilayer structure. The output of various devices can be increased by forming the structure.

【0030】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)において、IV族半導体が、Si、Ge、及び、
Si1-x Gex (但し、0<x<1)の内のいずれかで
あることを特徴とする。
(7) Further, in the present invention according to the above (1) to (6), the group IV semiconductor is Si, Ge, and
It is characterized in that it is any one of Si 1-x Ge x (where 0 <x <1).

【0031】この様に、IV族半導体として、Si、G
e、及び、Si1-x Gex (但し、0<x<1)の内の
いずれかを用いることによって、安価で実用に耐え得る
デバイスを構成することができ、さらに、シリコン半導
体集積回路装置との一体化が容易になる。
As described above, Si, G are used as group IV semiconductors.
By using any one of e and Si 1-x Ge x (where 0 <x <1), a device that can be practically used at low cost can be configured, and further, a silicon semiconductor integrated circuit device. It becomes easy to integrate with.

【0032】(8)また、本発明は、量子ドット装置に
おいて、絶縁基板1上に請求項1記載の製造方法を用い
てIV族半導体量子ドット2を設けると共に、IV族半
導体量子ドット2上に絶縁膜3を介してIV族半導体薄
膜4を設けてフォトホールバーニングメモリを構成した
ことを特徴とする。
(8) Further, in the quantum dot device according to the present invention, the group IV semiconductor quantum dot 2 is provided on the insulating substrate 1 by using the manufacturing method according to claim 1, and the group IV semiconductor quantum dot 2 is formed. A group IV semiconductor thin film 4 is provided via the insulating film 3 to form a photo hole burning memory.

【0033】この様に、絶縁基板1上に請求項1記載の
製造方法を用いてIV族半導体量子ドット2を設けると
共に、IV族半導体量子ドット2上に絶縁膜3を介して
IV族半導体薄膜4を設けることによって、完全に孤立
し、且つ、均一なIV族半導体量子ドットを用いた検出
精度の優れたフォトホールバーニングメモリを構成する
ことができる。
As described above, the group IV semiconductor quantum dots 2 are provided on the insulating substrate 1 by the manufacturing method according to claim 1, and the group IV semiconductor thin film is formed on the group IV semiconductor quantum dots 2 via the insulating film 3. By providing No. 4, it is possible to configure a photohole burning memory that is completely isolated and is uniform in group IV semiconductor quantum dots and has excellent detection accuracy.

【0034】(9)また、本発明は、量子ドット装置に
おいて、一導電型IV族半導体基板上に絶縁膜を介して
請求項1記載の製造方法を用いてIV族半導体量子ドッ
トを設けると共に、IV族半導体量子ドット上に絶縁膜
を介して電極を設けて発光素子を構成することを特徴と
する。
(9) In the quantum dot device according to the present invention, a group IV semiconductor quantum dot is provided on the one conductivity type group IV semiconductor substrate through the insulating film by using the manufacturing method according to claim 1. A light emitting element is characterized in that an electrode is provided on the group IV semiconductor quantum dot via an insulating film.

【0035】この様に、一導電型IV族半導体基板上に
絶縁膜を介して請求項1記載の製造方法を用いてIV族
半導体量子ドットを設けると共に、IV族半導体量子ド
ット上に絶縁膜を介して電極を設けることによって、完
全に孤立し、且つ、均一なIV族半導体量子ドットを用
いた発光素子を安価に提供することができる。
As described above, the group IV semiconductor quantum dots are provided on the one-conductivity-type group IV semiconductor substrate with the insulating film interposed therebetween, and the insulating film is formed on the group IV semiconductor quantum dots. By providing the electrode via the light emitting element, it is possible to provide a light emitting element using a group IV semiconductor quantum dot that is completely isolated and uniform.

【0036】(10)また、本発明は、量子ドット装置
において、絶縁膜上に設けたIV族半導体狭チャネル領
域上に、ゲート絶縁膜を介して請求項1記載の製造方法
を用いてIV族半導体量子ドットを設け、このIV族半
導体量子ドットをフローティング量子ドットとして単電
子メモリ素子を構成したことを特徴とする。
(10) According to the present invention, in a quantum dot device, a group IV semiconductor narrow channel region provided on an insulating film is provided with a group IV insulating film through a gate insulating film. A semiconductor quantum dot is provided, and the group IV semiconductor quantum dot is used as a floating quantum dot to constitute a single electron memory device.

【0037】この様に、絶縁膜上に設けたIV族半導体
狭チャネル領域上に、ゲート絶縁膜を介して請求項1記
載の製造方法を用いてIV族半導体量子ドットを設ける
ことによって、完全に孤立し、且つ、均一なIV族半導
体量子ドットをフローティング量子ドットとするので、
単電子メモリ動作を確実に行うことができる。
As described above, the group IV semiconductor quantum dots are provided on the group IV semiconductor narrow channel region provided on the insulating film through the gate insulating film by using the manufacturing method according to claim 1. Since an isolated and uniform group IV semiconductor quantum dot is used as a floating quantum dot,
The single electronic memory operation can be surely performed.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】図2乃至図4を参照して本発明の
製造方法に関する実施の形態を説明する。減圧化学気相
成長装置(LPCVD装置)を用いて、反応室内にSi
4 を50〜400sccm、好適には100scc
m、及び、Heを100〜800sccm、好適には4
00sccm流して、反応室内の気圧を0.1〜0.5
Torr、好適には0.23Torrとし、堆積温度を
550〜850℃、好適には620℃とした状態で、3
0〜150秒、好適には60秒、75秒、90秒間堆積
を行うことによって、1〜20nmのナノサイズのシリ
コン量子ドットを石英ガラス基板上に形成する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. Using a low pressure chemical vapor deposition apparatus (LPCVD apparatus), Si is placed in the reaction chamber.
H 4 is 50 to 400 sccm, preferably 100 scc
m and He are 100 to 800 sccm, preferably 4
The pressure in the reaction chamber is adjusted to 0.1 to 0.5 by flowing 00 sccm.
Torr, preferably 0.23 Torr, with a deposition temperature of 550 to 850 ° C., preferably 620 ° C., 3
Nanosized silicon quantum dots of 1 to 20 nm are formed on a quartz glass substrate by performing deposition for 0 to 150 seconds, preferably 60 seconds, 75 seconds, and 90 seconds.

【0039】この場合の堆積時間は、通常の堆積時間に
比べて非常に短い時間であり、通常のシリコン薄膜の堆
積工程における堆積初期過程のシリコン核が形成される
時間であり、それ以上長い時間堆積させるとこのシリコ
ン核を成長核として多結晶シリコン薄膜が成長すること
になり量子ドットが形成されない。
The deposition time in this case is much shorter than the normal deposition time, that is, the time during which the silicon nuclei are formed in the initial stage of deposition in the normal silicon thin film deposition process, and longer than that. When deposited, a polycrystalline silicon thin film grows using the silicon nuclei as growth nuclei, and quantum dots are not formed.

【0040】図2参照 図2は、この様にして60秒間堆積させた場合のシリコ
ン量子ドットの透過顕微鏡写真を模写したものであり、
石英ガラス基板11上に幅が数nm〜20nm程度で高
さが2〜10nm程度、即ち、ナノメータサイズのシリ
コン量子ドット12がある程度の距離をおいて孤立して
形成されているのが確認される。
See FIG. 2. FIG. 2 is a reproduction of a transmission electron micrograph of a silicon quantum dot deposited in this way for 60 seconds.
It is confirmed that the silicon quantum dots 12 having a width of about several nm to 20 nm and a height of about 2 to 10 nm, that is, nanometer-sized silicon quantum dots 12 are separately formed on the quartz glass substrate 11 with a certain distance. .

【0041】この場合、図には示していないものの、透
過顕微鏡写真の分解能を高めていくと、明確な格子像が
観測されるので、このナノメータサイズのシリコン量子
ドット12が結晶状態になっているのが確認でき、さら
に、一つのシリコン量子ドット12の中の格子像は結晶
方位が完全に一致している。
In this case, although not shown in the figure, as the resolution of the transmission micrograph is increased, a clear lattice image is observed, so that the nanometer-sized silicon quantum dots 12 are in a crystalline state. Can be confirmed, and further, the crystal orientations of the lattice images in one silicon quantum dot 12 are completely the same.

【0042】図3参照 また、図3は、75秒間堆積させた場合の低角X線回折
強度を示す図であり、回折強度における2θが略18
°、30°、及び、35°の位置のピークが夫々△で示
すバルクSiの(111)、(220)、及び、(31
1)に対応するものであるので、この低角X線回折強度
からも石英ガラス基板上に結晶状態のSiがナノメータ
サイズのシリコン量子ドットとして形成されているのが
わかる。なお、この場合の入射X線の波長は、1.00
01Åである。
Also, FIG. 3 is a diagram showing the low-angle X-ray diffraction intensity when deposited for 75 seconds, and 2θ in the diffraction intensity is approximately 18
The peaks at the positions of °, 30 °, and 35 ° are indicated by Δ, and the bulk Si has (111), (220), and (31
Since it corresponds to 1), it can be seen from this low angle X-ray diffraction intensity that Si in the crystalline state is formed as nanometer-sized silicon quantum dots on the quartz glass substrate. The wavelength of the incident X-ray in this case is 1.00.
It is 01Å.

【0043】図4参照 さらに、図4は、60秒間、75秒間、90秒間、及
び、120秒間堆積させた場合の、100nm〜800
nmの波長帯の可視光及び紫外光の透過強度、即ち、吸
収強度の測定結果を示すもので、120秒間堆積させた
場合には300nm(4.13eV)に強いバンド間吸
収が見られる。
See also FIG. 4, FIG. 4 shows 100 nm-800 when deposited for 60 seconds, 75 seconds, 90 seconds, and 120 seconds.
This shows the measurement results of the transmission intensity of visible light and ultraviolet light in the wavelength band of nm, that is, the absorption intensity. When deposited for 120 seconds, strong interband absorption is observed at 300 nm (4.13 eV).

【0044】また、90秒間堆積させた場合には280
nm(4.42eV)に強いバンド間吸収が見られ、吸
収ピークが0.29eVだけ短波長側に移動(ブルーシ
フト)しており、この0.29eVのブルーシフトは電
子の3次元閉じ込めによって説明でき、電子の有効質量
を0.19とすると粒径5.2nmの量子箱に閉じ込め
られたことに相当する。
280 when deposited for 90 seconds
A strong band-to-band absorption was observed at nm (4.42 eV), and the absorption peak moved by 0.29 eV to the short wavelength side (blue shift). This blue shift of 0.29 eV was explained by the three-dimensional confinement of electrons. If the effective mass of electrons is 0.19, it corresponds to being confined in a quantum box having a particle size of 5.2 nm.

【0045】即ち、120秒間堆積させた場合には、シ
リコンは15nm程度の薄膜として堆積して1次元量子
構造である平面状の量子井戸を形成していると考えられ
るので、他の条件にもよるが、堆積時間が長すぎると量
子ドットが形成されないことになる。
That is, when deposited for 120 seconds, it is considered that silicon is deposited as a thin film of about 15 nm to form a planar quantum well having a one-dimensional quantum structure. However, if the deposition time is too long, quantum dots will not be formed.

【0046】また、堆積時間をさらに短くすると、吸収
ピークはさらに短波長側にシフトし、例えば、60秒間
堆積した場合には、吸収ピークは190nm程度とな
り、粒径2nm以下の量子箱に閉じ込められたことに相
当する。即ち、堆積時間により、シリコン量子ドット1
2の平均粒径及び粒径分布を制御することができる。
When the deposition time is further shortened, the absorption peak shifts to the shorter wavelength side. For example, when deposited for 60 seconds, the absorption peak becomes about 190 nm and is confined in a quantum box having a particle size of 2 nm or less. It is equivalent to that. That is, depending on the deposition time, the silicon quantum dots 1
The average particle size and particle size distribution of 2 can be controlled.

【0047】以上の結果から、本発明の製造方法によっ
て、ナノメータサイズのシリコン量子ドットが形成され
ていることが確認された。
From the above results, it was confirmed that nanometer-sized silicon quantum dots were formed by the manufacturing method of the present invention.

【0048】また、上記の製造条件における、SiH4
とHeの成分比、即ち、成長ガスの成分比を制御するこ
とによってもシリコン量子ドット12の平均粒径及び粒
径分布を制御することができ、SiH4 /He比を大き
くするに連れてシリコン量子ドット12の平均粒径は小
さくなり、また、粒径分布も大きくなる。
Further, under the above manufacturing conditions, SiH 4
It is also possible to control the average particle size and the particle size distribution of the silicon quantum dots 12 by controlling the composition ratio of Si and He, that is, the composition ratio of the growth gas. As the SiH 4 / He ratio is increased, the silicon The average particle size of the quantum dots 12 becomes small, and the particle size distribution becomes large.

【0049】また、成長室のガス圧を制御することによ
ってもシリコン量子ドット12の平均粒径及び粒径分布
を制御することができ、ガス圧を低くするに連れてシリ
コン量子ドット12の平均粒径は大きくなり、また、粒
径分布も小さくなる。
The average particle size and particle size distribution of the silicon quantum dots 12 can also be controlled by controlling the gas pressure in the growth chamber. As the gas pressure is lowered, the average particle size of the silicon quantum dots 12 is reduced. The diameter is large and the particle size distribution is small.

【0050】また、堆積温度を制御することによっても
シリコン量子ドット12の平均粒径及び粒径分布を制御
することができ、堆積温度を高くするに連れてシリコン
量子ドット12の平均粒径は大きくなり、また、粒径分
布も大きくなる。
The average particle size and particle size distribution of the silicon quantum dots 12 can also be controlled by controlling the deposition temperature, and the average particle size of the silicon quantum dots 12 increases as the deposition temperature increases. Also, the particle size distribution becomes large.

【0051】さらに、量子ドットを構成する半導体は、
シリコンに限られるものではなく、例えば、GeやSi
1-x Gex (但し、0<x<1)等の他のIV族半導体
でも良いものであり、例えば、Geを用いる場合には、
SiH4 の代わりにGeH4を用いれば良く、その他の
基本的条件は同様である。
Further, the semiconductors forming the quantum dots are
The material is not limited to silicon, but may be Ge or Si, for example.
Other group IV semiconductors such as 1-x Ge x (where 0 <x <1) may be used. For example, when Ge is used,
GeH 4 may be used instead of SiH 4 , and the other basic conditions are the same.

【0052】次に、図5乃至図7を参照して、この製造
方法を用いて製造した量子ドット装置に関する第1乃至
第3の実施の形態を説明する。まず、図5を参照して、
本発明の量子ドット装置に関する第1の実施の形態であ
るフォトホールバーニングメモリを説明する。
Next, with reference to FIGS. 5 to 7, first to third embodiments relating to a quantum dot device manufactured by using this manufacturing method will be described. First, referring to FIG.
A photohole burning memory according to the first embodiment of the quantum dot device of the present invention will be described.

【0053】図5参照 まず、LPCVD装置を用いて、反応室内にSiH4
50〜400sccm、好適には100sccm、及
び、Heを100〜800sccm、好適には400s
ccm流して、反応室内の気圧を0.1〜0.5Tor
r、好適には0.23Torrとし、堆積温度を550
〜850℃、好適には620℃とした状態で、30〜1
50秒間、好適は60秒間堆積を行うことによってシリ
コン量子ドット12を石英ガラス基板11上に形成す
る。この場合、各シリコン量子ドット12は少しずつ粒
径が異なって、所定の粒径の範囲内で分布することにな
る。
Referring to FIG. 5, first, using an LPCVD apparatus, SiH 4 in the reaction chamber is 50 to 400 sccm, preferably 100 sccm, and He is 100 to 800 sccm, preferably 400 s.
ccm flow and the atmospheric pressure in the reaction chamber is 0.1 to 0.5 Tor
r, preferably 0.23 Torr and a deposition temperature of 550
To 850 ° C., preferably 620 ° C., 30 to 1
The silicon quantum dots 12 are formed on the quartz glass substrate 11 by depositing for 50 seconds, preferably for 60 seconds. In this case, the silicon quantum dots 12 have slightly different particle sizes and are distributed within a predetermined particle size range.

【0054】次いで、同じLPCVD装置内にSiH4
及びO2 を流すことによって、シリコン量子ドット12
を覆うように厚さ2〜40nm、好適には5nmのSi
2膜13を堆積させたのち、再び、同じLPCVD装
置内にSiH4 とHeを流すことによって、厚さ5〜3
0nm、好適には10nmの多結晶シリコン薄膜14を
堆積させる。
Then, in the same LPCVD apparatus, SiH 4
And the flow of O 2 causes the silicon quantum dots 12
2-40 nm thick, preferably 5 nm Si to cover
After depositing the O 2 film 13, SiH 4 and He are caused to flow again in the same LPCVD apparatus to obtain a thickness of 5 to 3
A 0 nm, preferably 10 nm, polycrystalline silicon thin film 14 is deposited.

【0055】次いで、同じLPCVD装置内に再びSi
4 及びO2 を流すことによって、厚さ2〜40nm、
好適には5nmの下地SiO2 膜15を堆積させたの
ち、上記の工程を繰り返すことによって多層構造(図に
おいては3層構造)のフォトホールバーニングメモリが
完成する。
Then, Si is again placed in the same LPCVD apparatus.
By flowing H 4 and O 2 , a thickness of 2-40 nm,
After preferably depositing the base SiO 2 film 15 having a thickness of 5 nm, the above steps are repeated to complete a photohole burning memory having a multilayer structure (three-layer structure in the figure).

【0056】この場合、このフォトホールバーニングメ
モリに所定波長の光が照射されると、粒径に応じてその
波長に対応する吸収ピークを有するシリコン量子ドット
12において、光が吸収されて電子−正孔対が生成さ
れ、生成された電子はSiO2膜13をトンネルして多
結晶シリコン薄膜14に移行し、シリコン量子ドット1
2に正孔が消滅しないで保持されることによって所定波
長の光が照射されたという情報が記憶される。
In this case, when the photohole burning memory is irradiated with light of a predetermined wavelength, the light is absorbed in the silicon quantum dots 12 having an absorption peak corresponding to the wavelength according to the particle size, and the electron-positive. A pair of holes is generated, and the generated electrons tunnel through the SiO 2 film 13 and move to the polycrystalline silicon thin film 14, where the silicon quantum dots 1
Information that the light of the predetermined wavelength is irradiated is stored by holding the holes in 2 without being extinguished.

【0057】この所定の情報が記憶されたフォトホール
バーニングメモリに連続波長の光を照射した場合には、
以前に照射した所定の波長と同じ波長の光は最早吸収さ
れることがないので、吸収スペクトル中にピークが形成
され、以前に所定の波長の光が入射したという情報が検
出される。
When the photohole burning memory in which this predetermined information is stored is irradiated with light of continuous wavelength,
Since the light of the same wavelength as the previously irradiated predetermined wavelength is no longer absorbed, a peak is formed in the absorption spectrum, and the information that the light of the predetermined wavelength has previously been incident is detected.

【0058】この様に、本発明の方法を用いてシリコン
量子ドット12を形成した場合には、孤立した量子ドッ
トを簡単に形成することができ、且つ、多層積層させる
ことも容易になる。
As described above, when the silicon quantum dots 12 are formed by using the method of the present invention, isolated quantum dots can be easily formed, and multilayer stacking can be facilitated.

【0059】次に、図6を参照して、本発明の量子ドッ
ト装置に関する第2の実施の形態である発光素子を説明
する。 図6参照 まず、LPCVD装置を用いて、反応室内にSiH4
50〜400sccm、好適には100sccm、及
び、Heを100〜800sccm、好適には400s
ccm流して、反応室内の気圧を0.1〜0.5Tor
r、好適には0.23Torrとし、堆積温度を550
〜850℃、好適には620℃とした状態で、30〜1
50秒間、好適は60秒間堆積を行うことによってp+
型シリコン基板16上に設けた厚さ2〜40nm、好適
には5nmの熱酸化膜17上にシリコン量子ドット12
を堆積させる。
Next, with reference to FIG. 6, a light emitting device according to a second embodiment of the quantum dot device of the present invention will be described. See FIG. 6. First, using an LPCVD apparatus, SiH 4 in the reaction chamber is 50 to 400 sccm, preferably 100 sccm, and He is 100 to 800 sccm, preferably 400 s.
ccm flow and the atmospheric pressure in the reaction chamber is 0.1 to 0.5 Tor
r, preferably 0.23 Torr and a deposition temperature of 550
To 850 ° C., preferably 620 ° C., 30 to 1
P + by depositing for 50 seconds, preferably 60 seconds
The silicon quantum dots 12 are formed on the thermal oxide film 17 having a thickness of 2 to 40 nm, preferably 5 nm, provided on the type silicon substrate 16.
Deposit.

【0060】次いで、同じLPCVD装置内にSiH4
及びO2 を流すことによって、シリコン量子ドット12
を覆うように厚さ2〜40nm、好適には5nmのSi
2膜18を堆積させたのち、SiO2 膜18上にAl
電極19を設けると共に、p + 型シリコン基板16の裏
面にオーミック電極20を形成して発光素子が完成す
る。
Then, SiH is placed in the same LPCVD apparatus.Four
And OTwoFlow through the silicon quantum dots 12
2-40 nm thick, preferably 5 nm Si to cover
OTwoAfter depositing the film 18, SiOTwoAl on the film 18
The electrode 19 is provided and p +The back of the silicon substrate 16
The ohmic electrode 20 is formed on the surface to complete the light emitting device.
You.

【0061】この発光素子に順バイアスを印加すること
によって、熱酸化膜17を介してシリコン量子ドット1
2中に正孔が注入されてシリコン量子ドット12中に形
成された量子準位を介して再結合発光することになる。
By applying a forward bias to this light emitting device, the silicon quantum dots 1 are formed through the thermal oxide film 17.
Holes are injected into the silicon quantum dots 2 and recombine light is emitted through the quantum levels formed in the silicon quantum dots 12.

【0062】この場合、量子準位を介して再結合発光が
生ずるので、バルクのシリコンにおける発光よりも短波
長の発光が得られ、また、この発光波長はシリコン量子
ドット12の大きさに依存するので、堆積時間、成長ガ
スの成分比、ガス圧、或いは、堆積温度を制御すること
によって中心発光波長を制御することができる。なお、
この場合も、シリコン量子ドット12の大きさは所定範
囲内で分布するので、広がった波長範囲での発光が得ら
れる。
In this case, since recombination light emission occurs through the quantum level, light emission having a shorter wavelength than that of light emission in bulk silicon is obtained, and this light emission wavelength depends on the size of the silicon quantum dot 12. Therefore, the central emission wavelength can be controlled by controlling the deposition time, the growth gas component ratio, the gas pressure, or the deposition temperature. In addition,
In this case as well, the sizes of the silicon quantum dots 12 are distributed within a predetermined range, so that light emission in a wide wavelength range can be obtained.

【0063】次に、図7を参照して、本発明の量子ドッ
ト装置に関する第3の実施の形態である単電子メモリ素
子を説明する。 図7(a)及び(b)参照 まず、下地SiO2 膜21上に堆積させた多結晶シリコ
ン層をパターニングしてソース領域23、ドレイン領域
24、及び、チャネル領域25を形成し、次いで、少な
くともチャネル領域25の表面にゲート酸化膜27を形
成する。
Next, with reference to FIG. 7, a single electron memory element according to the third embodiment of the quantum dot device of the present invention will be described. 7A and 7B. First, the polycrystalline silicon layer deposited on the underlying SiO 2 film 21 is patterned to form the source region 23, the drain region 24, and the channel region 25, and then at least A gate oxide film 27 is formed on the surface of the channel region 25.

【0064】次いで、LPCVD装置を用いて、反応室
内にSiH4 を50〜400sccm、好適には100
sccm、及び、Heを100〜800sccm、好適
には400sccm流して、反応室内の気圧を0.1〜
0.5Torr、好適には0.23Torrとし、堆積
温度を550〜850℃、好適には620℃とした状態
で、30〜150秒間、好適は60秒間堆積を行うこと
によってゲート酸化膜27を含む領域上にシリコン量子
ドット22を堆積させる。
Next, using an LPCVD apparatus, SiH 4 is added to the reaction chamber at 50 to 400 sccm, preferably 100
Sccm and He are flowed at 100 to 800 sccm, preferably 400 sccm, and the atmospheric pressure in the reaction chamber is set to 0.1 to 0.1 sccm.
The gate oxide film 27 is included by depositing at 0.5 Torr, preferably 0.23 Torr, and at a deposition temperature of 550 to 850 ° C., preferably 620 ° C. for 30 to 150 seconds, preferably 60 seconds. Silicon quantum dots 22 are deposited on the regions.

【0065】次いで、同じLPCVD装置内にSiH4
及びO2 を流すことによって、シリコン量子ドット22
を覆うように厚さ10〜300nm、好適には100n
mの第2ゲート絶縁膜29を堆積させたのち、この第2
ゲート絶縁膜29上にゲート電極26を設けることによ
り、シリコン量子ドット22をフローティング量子ドッ
ト28とする単電子メモリ素子が完成する。
Then, SiH 4 was placed in the same LPCVD apparatus.
And the flow of O 2
To a thickness of 10 to 300 nm, preferably 100 n
m second gate insulating film 29,
By providing the gate electrode 26 on the gate insulating film 29, a single electron memory element using the silicon quantum dots 22 as the floating quantum dots 28 is completed.

【0066】このフローティング量子ドット28には、
ゲート酸化膜27を介したトンネル注入によって一個の
電子のみが注入することが許されることになり、この一
個の電子の有無によって単電子メモリ素子のしきい値
(Vth)が変化することになり、メモリとして機能する
ことになる。
In the floating quantum dots 28,
Only one electron is allowed to be injected by the tunnel injection through the gate oxide film 27, and the threshold value (V th ) of the single electron memory element changes depending on the presence or absence of this one electron. , Will function as a memory.

【0067】なお、これらの第1乃至第3の実施の形態
においても、使用する半導体はSiに限られるものでは
なく、GeやSiGe等の他のIV族半導体を用いても
良く、これらの材料を用いた場合には、禁制帯幅の差に
より、光デバイスとして用いた場合には、吸収波長、発
光波長等がSiを用いた場合に比べて長波長側にシフト
することになり、また、単電子メモリ素子等の電子デバ
イスとして用いた場合には、移動度の差によりSiを用
いた場合に比べて動作速度が高速化する。
Also in these first to third embodiments, the semiconductor used is not limited to Si, and other group IV semiconductors such as Ge and SiGe may be used, and these materials are used. In the case of using, due to the difference in the forbidden band, when used as an optical device, the absorption wavelength, the emission wavelength, etc. are shifted to the longer wavelength side compared to the case of using Si, and When used as an electronic device such as a single-electron memory element, the operating speed becomes higher than that when Si is used due to the difference in mobility.

【0068】[0068]

【発明の効果】本発明によれば、CVD法を用いて多結
晶IV族半導体薄膜の堆積初期過程におけるIV族半導
体核が形成される時間だけ少なくとも堆積を行うことに
よりIV族半導体量子ドットを形成するので、孤立した
均一なIV族半導体量子ドットを再現性良く形成するこ
とができ、また、多層化も容易になるので、フォトホー
ルバーニングメモリ、発光素子、或いは、単電子メモリ
素子等の特性の優れた量子ドット装置を簡単に製造する
ことができ、次世代の新機能素子、或いは、高集積化半
導体装置の基本構造として寄与するところが大きい。
According to the present invention, a group IV semiconductor quantum dot is formed by performing at least deposition for a time during which a group IV semiconductor nucleus is formed in the initial stage of deposition of a polycrystalline group IV semiconductor thin film by using a CVD method. As a result, isolated uniform group IV semiconductor quantum dots can be formed with good reproducibility, and multilayering is facilitated. Therefore, the characteristics of photohole burning memory, light emitting element, single electron memory element, etc. An excellent quantum dot device can be easily manufactured, and it greatly contributes to a next-generation new functional element or a basic structure of a highly integrated semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の量子ドットの堆積状態の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a deposited state of quantum dots of the present invention.

【図3】本発明の量子ドットの低角X線回折強度の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of low-angle X-ray diffraction intensity of the quantum dot of the present invention.

【図4】量子ドットのサイズの堆積時間依存性の説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the deposition time dependence of the size of quantum dots.

【図5】本発明の第1の実施の形態のフォトホールバー
ニングメモリの説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a photohole burning memory according to the first embodiment of this invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態の発光素子の説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態の単電子メモリ素子
の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a single-electron memory device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 IV族半導体量子ドット 3 絶縁膜 4 IV族半導体薄膜 5 下地絶縁膜 11 石英ガラス基板 12 シリコン量子ドット 13 SiO2 膜 14 多結晶シリコン薄膜 15 下地SiO2 膜 16 p+ 型シリコン基板 17 熱酸化膜 18 SiO2 膜 19 Al電極 20 オーミック電極 21 下地SiO2 膜 22 シリコン量子ドット 23 ソース領域 24 ドレイン領域 25 チャネル領域 26 ゲート電極 27 ゲート酸化膜 28 フローティング量子ドット 29 第2ゲート絶縁膜1 Insulating Substrate 2 IV Group Semiconductor Quantum Dots 3 Insulating Film 4 IV Group Semiconductor Thin Film 5 Base Insulating Film 11 Quartz Glass Substrate 12 Silicon Quantum Dots 13 SiO 2 Film 14 Polycrystalline Silicon Thin Film 15 Base SiO 2 Film 16 p + Type Silicon Substrate 17 Thermal oxide film 18 SiO 2 film 19 Al electrode 20 Ohmic electrode 21 Underlayer SiO 2 film 22 Silicon quantum dot 23 Source region 24 Drain region 25 Channel region 26 Gate electrode 27 Gate oxide film 28 Floating quantum dot 29 Second gate insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/66 H01L 29/66 21/8247 33/00 A 29/788 29/78 371 29/792 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H01L 29/66 H01L 29/66 21/8247 33/00 A 29/788 29/78 371 29/792 33/00

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化学気相成長法を用いて多結晶IV族半
導体薄膜の堆積初期過程におけるIV族半導体核が形成
される時間だけ少なくとも堆積を行うことによりIV族
半導体量子ドットを形成したことを特徴とする量子ドッ
トの製造方法。
1. A group IV semiconductor quantum dot is formed by performing at least deposition for a time period during which a group IV semiconductor nucleus is formed in the initial stage of deposition of a polycrystalline group IV semiconductor thin film by chemical vapor deposition. A method for producing a characteristic quantum dot.
【請求項2】 上記IV族半導体量子ドットの平均粒径
及び粒径分布を、堆積時間によって制御することを特徴
とする請求項1記載の量子ドットの製造方法。
2. The method for producing quantum dots according to claim 1, wherein the average particle size and the particle size distribution of the group IV semiconductor quantum dots are controlled by the deposition time.
【請求項3】 上記IV族半導体量子ドットの平均粒径
及び粒径分布を、成長ガスの成分比、ガス圧、及び、堆
積温度の内の少なくとも一つを変化させることによって
制御することを特徴とする請求項1記載の量子ドットの
製造方法。
3. The average particle size and particle size distribution of the group IV semiconductor quantum dots are controlled by changing at least one of a growth gas component ratio, a gas pressure, and a deposition temperature. The method for producing a quantum dot according to claim 1.
【請求項4】 上記IV族半導体量子ドットを絶縁膜上
に堆積させることによって、完全に孤立したIV族半導
体量子ドットを形成することを特徴とする請求項1乃至
3のいずれか1項に記載の量子ドットの製造方法。
4. A group IV semiconductor quantum dot that is completely isolated is formed by depositing the group IV semiconductor quantum dot on an insulating film. Manufacturing method of quantum dots.
【請求項5】 上記IV族半導体量子ドット上に絶縁膜
を堆積させることを特徴とする請求項4記載の量子ドッ
トの製造方法。
5. The method of manufacturing a quantum dot according to claim 4, wherein an insulating film is deposited on the group IV semiconductor quantum dot.
【請求項6】 上記IV族半導体量子ドットを絶縁膜上
に堆積させる工程、及び、次いで、上記IV族半導体量
子ドット上に絶縁膜を堆積させる工程を複数回繰り返し
て多層構造を形成することを特徴とする請求項5記載の
量子ドットの製造方法。
6. A multilayer structure is formed by repeating the step of depositing the group IV semiconductor quantum dots on an insulating film and the step of depositing an insulating film on the group IV semiconductor quantum dots a plurality of times. The method for manufacturing a quantum dot according to claim 5, wherein the quantum dot is manufactured.
【請求項7】 上記IV族半導体が、Si、Ge、及
び、SiGeの内のいずれかであることを特徴とする請
求項1乃至6のいずれか1項に記載の量子ドットの製造
方法。
7. The method of manufacturing a quantum dot according to claim 1, wherein the group IV semiconductor is any one of Si, Ge, and SiGe.
【請求項8】 絶縁基板上に請求項1記載の製造方法を
用いてIV族半導体量子ドットを設けると共に、前記I
V族半導体量子ドット上に絶縁膜を介してIV族半導体
薄膜を設けてフォトホールバーニングメモリを構成した
ことを特徴とする量子ドット装置。
8. A group IV semiconductor quantum dot is provided on an insulating substrate by using the manufacturing method according to claim 1, and said I
A quantum dot device comprising a group IV semiconductor thin film provided on a group V semiconductor quantum dot via an insulating film to form a photohole burning memory.
【請求項9】 一導電型IV族半導体基板上に絶縁膜を
介して請求項1記載の製造方法を用いてIV族半導体量
子ドットを設けると共に、前記IV族半導体量子ドット
上に絶縁膜を介して電極を設けて発光素子を構成するこ
とを特徴とする量子ドット装置。
9. A group IV semiconductor quantum dot is provided on the one-conductivity-type group IV semiconductor substrate through an insulating film by using the manufacturing method according to claim 1, and an insulating film is formed on the group IV semiconductor quantum dot through the insulating film. A quantum dot device, characterized in that a light emitting element is constituted by providing an electrode.
【請求項10】 絶縁体上に設けたIV族半導体チャネ
ル領域上に、ゲート絶縁膜を介して請求項1記載の製造
方法を用いてIV族半導体量子ドットを設け、前記IV
族半導体量子ドットをフローティング量子ドットとして
単電子メモリ素子を構成したことを特徴とする量子ドッ
ト装置。
10. A group IV semiconductor quantum dot is provided on the group IV semiconductor channel region provided on an insulator by using the manufacturing method according to claim 1 through a gate insulating film, and the group IV semiconductor quantum dot is provided.
A quantum dot device, characterized in that a single-electron memory element is constituted by using a group semiconductor quantum dot as a floating quantum dot.
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