JP2002217400A - Method for manufacturing quantum dot and quantum dot structure - Google Patents
Method for manufacturing quantum dot and quantum dot structureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体量子構造を
構成するための量子ドットの製造方法、および、量子ド
ットを含む量子ドット構造体に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method of manufacturing a quantum dot for forming a semiconductor quantum structure, and a quantum dot structure including the quantum dot.
【０００２】[0002]
【発明の背景】従来から、量子ドット（量子箱ともい
う）の利点については良く知られている。量子ドットに
ついては、その特徴を利用して、例えば発光素子やメモ
リなどの用途に用いることが提案されている。BACKGROUND OF THE INVENTION The advantages of quantum dots (also called quantum boxes) are well known. It has been proposed that quantum dots be used for applications such as light-emitting elements and memories by utilizing the characteristics thereof.
【０００３】量子ドットの形成方法についても、下記の
文献１〜４に示されるように、各種のものが知られてい
る。 文献１：応用物理第６７巻第７号（１９９８）７７６〜
７８６頁 文献２：応用物理第６７巻第７号（１９９８）８０２〜
８０６頁 文献３：特開平１０−７８５０１公報 文献４：特開平１０−２８９９９６公報 従来は、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積法）やＭＢ
Ｅ（分子線エピタキシャル成長法）における選択成長の
現象を用いて、基板上に量子ドットを形成する方法が主
に用いられている。Various methods for forming quantum dots are known, as shown in the following documents 1-4. Reference 1: Applied Physics Vol. 67 No. 7 (1998) 776-
Page 786 Reference 2: Applied Physics Vol. 67 No. 7 (1998) 802-
806 pages Document 3: JP-A-10-78501 Document 4: JP-A-10-289996 Conventionally, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) and MB
A method of forming quantum dots on a substrate using a selective growth phenomenon in E (molecular beam epitaxial growth method) is mainly used.
【０００４】しかしながら、こうした方法では、基板上
に量子ドットを形成させるための成長条件が厳しくて形
成が難しく、また、用いられる化合物半導体の特徴のた
めに、得られた量子ドットが高温に弱くなる傾向があ
る。また、量子ドットの組成として炭素（Ｃ）を用いた
ものは見あたらない。However, in such a method, the growth conditions for forming the quantum dots on the substrate are severe, making the formation difficult, and the obtained quantum dots are susceptible to high temperatures due to the characteristics of the compound semiconductor used. Tend. Further, there is no quantum dot using carbon (C) as a composition.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みてなされたもので、比較的容易に量子ドット
を形成できる量子ドットの製造方法を提供することを目
的としている。また、この発明の他の目的は、炭素によ
り構成された量子ドットを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a quantum dot which can relatively easily form a quantum dot. It is another object of the present invention to provide a quantum dot made of carbon.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の量子ドッ
ト構造体は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形
成された量子ドットとを備えている。量子ドットは、炭
素により構成されている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a quantum dot structure comprising a semiconductor substrate and quantum dots formed on a surface of the semiconductor substrate. Quantum dots are made of carbon.
【０００７】請求項２記載の量子ドット構造体は、請求
項１記載のものにおいて、量子ドットの全部または一部
が球面状となっているものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided the quantum dot structure according to the first aspect, wherein all or a part of the quantum dot has a spherical shape.
【０００８】請求項３は、前記量子ドットの全部または
一部がフラーレン構造の一部となっている請求項１また
は２に記載の量子ドット構造体、である。A third aspect of the present invention is the quantum dot structure according to the first or second aspect, wherein all or a part of the quantum dots is a part of a fullerene structure.
【０００９】請求項４は、前記半導体基板が半導体的共
有結合性炭化物により構成されている請求項１〜３に記
載の量子ドット構造体、である。A fourth aspect of the present invention is the quantum dot structure according to any one of the first to third aspects, wherein the semiconductor substrate is made of a semiconductor-like covalent carbide.
【００１０】請求項５は、前記半導体的共有結合性炭化
物がＳｉＣまたはＢ４Ｃである請求項４記載の量子ドッ
ト構造体、である。A fifth aspect of the present invention is the quantum dot structure according to the fourth aspect, wherein the semiconducting covalent carbide is SiC or B 4 C.
【００１１】請求項６は、請求項１〜５のいずれか１項
に記載の量子ドット構造体であって、前記量子ドットは
互いに離間されているものである。A sixth aspect of the present invention is the quantum dot structure according to any one of the first to fifth aspects, wherein the quantum dots are separated from each other.
【００１２】請求項７は、半導体基板の表面を分解する
ことによって、前記半導体基板の表面に量子ドットを形
成する、量子ドットの製造方法である。A seventh aspect of the present invention is a method for manufacturing a quantum dot, comprising forming a quantum dot on the surface of the semiconductor substrate by decomposing the surface of the semiconductor substrate.
【００１３】請求項８は、請求項７記載の量子ドットの
製造方法において、量子ドットが半導体基板とは異なる
組成を有するものである。An eighth aspect of the present invention is the method for manufacturing a quantum dot according to the seventh aspect, wherein the quantum dot has a composition different from that of the semiconductor substrate.
【００１４】請求項９は、請求項７または８記載の量子
ドットの製造方法において、半導体基板が半導体的共有
結合性炭化物により構成されたものである。ここで半導
体的共有結合性炭化物とは、ＳｉＣやＢ４Ｃのように、
炭化物であって、共有結合により相手方と結合されてお
り、かつ、半導体的な性質を有するものである。According to a ninth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a quantum dot according to the seventh or eighth aspect, the semiconductor substrate is made of a semiconductor-like covalent carbide. Here, the semiconducting covalent carbide is, for example, SiC or B 4 C,
It is a carbide that is bonded to a counterpart by a covalent bond and has semiconductor properties.
【００１５】請求項１０は、請求項９記載の量子ドット
の製造方法において、半導体的共有結合性炭化物がＳｉ
ＣまたはＢ４Ｃとなっているものである。According to a tenth aspect, in the method for manufacturing a quantum dot according to the ninth aspect, the semiconductor-like covalent carbide is Si.
C or B 4 C.
【００１６】請求項１１は、請求項７〜１０のいずれか
１項に記載の量子ドットの製造方法において、量子ドッ
トを炭素により構成したものである。According to an eleventh aspect, in the method of manufacturing a quantum dot according to any one of the seventh to tenth aspects, the quantum dot is made of carbon.
【００１７】請求項１２は、請求項７〜１１のいずれか
１項に記載の量子ドットの製造方法において、半導体基
板を分解する際の条件を調整することにより、量子ドッ
トの径および／または密度を制御するものである。According to a twelfth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a quantum dot according to any one of the seventh to eleventh aspects, the diameter and / or the density of the quantum dot are adjusted by adjusting conditions for disassembling the semiconductor substrate. Is controlled.
【００１８】請求項１３は、請求項１２記載の量子ドッ
トの製造方法において、前記条件を、基板を分解する際
の真空度、温度、分解時間、または基板表面の平滑度の
うちのいずれかとしたものである。請求項１３は、これ
らの条件を複数用いる場合を含む。According to a thirteenth aspect, in the method of manufacturing a quantum dot according to the twelfth aspect, the condition is any one of a degree of vacuum, a temperature, a decomposition time, and a smoothness of a substrate surface when the substrate is decomposed. Things. Claim 13 includes a case where a plurality of these conditions are used.
【００１９】請求項１４は、請求項７〜１３のいずれか
１項に記載の量子ドットの製造方法において、基板表面
にステップを形成することにより、量子ドットの形状お
よび／または配列を制御するものである。According to a fourteenth aspect, in the method of manufacturing a quantum dot according to any one of the seventh to thirteenth aspects, the shape and / or arrangement of the quantum dots is controlled by forming steps on the surface of the substrate. It is.
【００２０】請求項１５は、請求項７〜１４のいずれか
１項に記載の量子ドットの製造方法において、半導体基
板を分解する際の真空度を調整することにより、量子ド
ットを形成する層の数を制御するものである。According to a fifteenth aspect, in the method of manufacturing a quantum dot according to any one of the seventh to fourteenth aspects, by adjusting the degree of vacuum when the semiconductor substrate is disassembled, the thickness of the layer forming the quantum dots is adjusted. It controls the number.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】まず、本発明の一実施形態に係る
量子ドットの製造方法を、図１を参照しながら以下に説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a method for manufacturing a quantum dot according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
【００２２】まず、図１（ａ）に示される基板１を準備
する。この基板の組成としては、ＳｉＣやＢ４Ｃなど
の、半導体的共有結合性炭化物を用いることができる。
以下では、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用いた例を説明
する。ただし、結晶系としては、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−
ＳｉＣなどの他の多形を用いることもできる。ここで、
基板の組成として重要なのは、後述する量子ドットが形
成される表面部分である。表面より深い位置で組成を異
ならせることは可能である。つまり、本実施形態におけ
る「半導体的共有結合性炭化物の基板」とは、量子ドッ
トの形成に寄与しない部分の組成がこれとは異なってい
る基板を含む。First, a substrate 1 shown in FIG. 1A is prepared. As a composition of the substrate, a semiconductor-like covalent carbide such as SiC or B 4 C can be used.
Hereinafter, an example using 6H-SiC (0001) will be described. However, as a crystal system, 4H-SiC, 3C-
Other polymorphs, such as SiC, can also be used. here,
What is important as the composition of the substrate is a surface portion on which quantum dots described later are formed. It is possible to vary the composition at a position deeper than the surface. That is, the “substrate of covalent semiconductor carbide” in the present embodiment includes a substrate in which the composition of a portion that does not contribute to the formation of quantum dots is different from this.
【００２３】この基板１を真空加熱炉（図示せず）の中
に配置する。このとき、上側に、（０００−１）面とな
るＣ面２を配置し、図中の下側に、（０００１）面とな
るＳｉ面３を配置する。This substrate 1 is placed in a vacuum heating furnace (not shown). At this time, the C plane 2 serving as the (000-1) plane is arranged on the upper side, and the Si plane 3 serving as the (0001) plane is arranged on the lower side in the figure.
【００２４】ついで、真空加熱炉を減圧し、かつ加熱す
る。炉内圧力の一例としては、１０ −１〜１０−１０To
rr程度であるが、特に限定されない。炉内圧力として好
ましくは、１０−２〜１０−１０Torr程度、さらに好ま
しくは、１０−４〜１０−１ ０Torr程度である。Next, the vacuum heating furnace is depressurized and heated.
You. An example of the furnace pressure is 10 -1-10-10To
It is about rr, but not particularly limited. Good for furnace pressure
Preferably 10-2-10-10About Torr, more preferred
Or 10-4-10-1 0It is about Torr.
【００２５】すると、加熱後約３０分前後で、Ｃ面上
に、直径５ｎｍ程度の量子ドット４を形成することがで
きる。この量子ドット４の表面は略球形状となる。ただ
し、製造条件によっては、やや平坦（扁平）な量子ドッ
トを形成することができる（後述）。量子ドット４の組
成は炭素となる。Then, about 30 minutes after the heating, the quantum dots 4 having a diameter of about 5 nm can be formed on the C plane. The surface of the quantum dot 4 has a substantially spherical shape. However, depending on the manufacturing conditions, a rather flat (flat) quantum dot can be formed (described later). The composition of the quantum dots 4 is carbon.
【００２６】ドットが形成される理由は、以下のように
推察される。すなわち、真空加熱炉中に残存する酸素に
よってＳｉＣが酸化され、生成されたＳｉＯがガスとな
って除去され、残ったＣがドットを形成する。このこと
を下記（１）式に示す。 SiC(s) + 1/2O2(g) → SiO(g) + C(s) （１） もしくは、下記の反応もありうる。 SiC(s) + CO(g) → SiO(g) +２C(s) （２） （１）および（２）式において（ｓ）は固体、（ｇ）は
気体を示す。さらに、酸化により促進された分解ではな
く、下記（３）式に示す純粋な熱分解によりＳｉが除去
され、残ったＣがドットを形成する場合も考えられる。The reason why dots are formed is presumed as follows. That is, SiC is oxidized by oxygen remaining in the vacuum heating furnace, and the generated SiO is removed as gas, and the remaining C forms dots. This is shown in the following equation (1). SiC (s) + 1 / 2O 2 (g) → SiO (g) + C (s) (1) Alternatively, the following reaction is also possible. SiC (s) + CO (g) → SiO (g) + 2C (s) (2) In the formulas (1) and (2), (s) indicates a solid, and (g) indicates a gas. Furthermore, it is conceivable that Si is removed by pure thermal decomposition represented by the following equation (3), instead of decomposition promoted by oxidation, and the remaining C forms dots.
【００２７】SiC(s) → Si + C(s) （３） 残存したＣがドットになるのは、不純物原子や表面の欠
陥やステップ（後述）が核になるためと推察される。SiC (s) → Si + C (s) (3) It is assumed that the remaining C becomes a dot because impurity atoms, surface defects and steps (described later) become nuclei.
【００２８】この実施形態における量子ドットの製造方
法、および、それにより得られた量子ドットには、次の
利点がある。 （１）ＳｉＣは高温でも安定なので、高温環境下で量子
ドットを用いることが容易となる。また、後述のよう
に、ドットは、フラーレンの半球からなっている。この
ドットと基板のＳｉＣ結晶とは、界面において互いの格
子面が整合性をとりながら結合状態にある。そのため、
ドットは基板上にきっちり固定されており、１０００℃
以上の温度においても安定に固着された状態を保ちう
る。 （２）低真空と加熱のみによる表面分解を用いて量子ド
ットを形成できるので、製造が容易である。また、ＭＯ
ＣＶＤ法やＭＢＥ法では、一般に有毒なガスを使う必要
があるが、本実施形態の方法では、有毒ガスを用いる必
要がなく、管理が容易となる。 （３）ここで行われる表面分解は、比較的にゆっくりし
た反応であり、製造条件の制御が容易である。 （４）得られたドットの球面部分は、単なるグラファイ
ト構造ではなく、五員環を含むフラーレン構造
（Ｃ６０）若しくは巨大フラーレン（Ｃ２４０，Ｃ
５１０等）構造となっている。したがって、このドット
部分のバンドギャップは１．７ｅＶ程度と推察される。
一方、ＳｉＣのバンドギャップは６Ｈ−ＳｉＣで３．０
２ｅＶ程度と大きい。よって、この構造により、量子ド
ットとして好適なバンドギャップの差を得ることができ
る。したがって、Ｃからなる量子ドットを各種の用途に
利用する途を開くことができる。 （５）量子ドットの粒径はＳｉＣ結晶の表面の平滑性、
結晶の完全性に依存するが、現在は、良質のＳｉＣ単結
晶ウェーハーを得ることが容易となっている。また、Ｓ
ｉＣは、次世代の半導体分野における需要が見込まれる
ものであることから、将来、より完全度の高い結晶の供
給が期待される。 （６）基本的に、ＳｉやＣは、地球上で最も豊富にある
材料であり、また環境に対しても大変安全性が高い。The method of manufacturing a quantum dot in this embodiment and the quantum dot obtained by the method have the following advantages. (1) Since SiC is stable even at high temperatures, it is easy to use quantum dots under a high temperature environment. Further, as described later, the dots are formed of fullerene hemispheres. The dots and the SiC crystal of the substrate are in a bonded state at the interface while their lattice planes are matched. for that reason,
Dots are tightly fixed on the substrate, 1000 ° C
Even at the above temperature, the state of being stably fixed can be maintained. (2) Quantum dots can be formed using surface decomposition only by low vacuum and heating, so that manufacturing is easy. Also, MO
In the CVD method and the MBE method, it is generally necessary to use a toxic gas. However, in the method of the present embodiment, there is no need to use a toxic gas, and the management is easy. (3) The surface decomposition performed here is a relatively slow reaction, and the production conditions can be easily controlled. (4) The spherical portion of the obtained dot is not merely a graphite structure, but a fullerene structure (C 60 ) or a giant fullerene (C 240 , C
510 etc.). Therefore, it is estimated that the band gap of this dot portion is about 1.7 eV.
On the other hand, the band gap of SiC is 3.0 in 6H-SiC.
It is as large as about 2 eV. Therefore, with this structure, a difference in band gap suitable for a quantum dot can be obtained. Therefore, it is possible to open the way to use the quantum dots made of C for various uses. (5) The particle size of the quantum dots is the smoothness of the surface of the SiC crystal,
Although it depends on the crystal perfection, it is now easy to obtain a good quality SiC single crystal wafer. Also, S
Since iC is expected to be demanded in the next-generation semiconductor field, a more complete supply of crystals is expected in the future. (6) Basically, Si and C are the most abundant materials on the earth and are very safe for the environment.
【００２９】[0029]
【実験例】以下、実験例を用いて、前記実施形態をさら
に詳細に説明する。６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）の組成の
基板に対して、１２５０℃で３０分間加熱した。その結
果を図２（ａ）に示す。図中矢印で示した部分が量子ド
ットである。図中矢印で示したように、外形の直径がほ
ぼ５ｎｍの量子ドットが、ほぼ５ｎｍ間隔で形成され
た。図２中におけるアモルファス的な影は、ＴＥＭ断面
観察において薄片試料を作成時に用いる接着剤（glue）
によるものである。このときのＴＥＭ内試料室の真空度
は１ｘ１０−７Ｔｏｒｒ、加速電圧２００ｋＶであっ
た。[Experimental Example] Hereinafter, the embodiment will be described in more detail using an experimental example. The substrate having a composition of 6H—SiC (0001) was heated at 1250 ° C. for 30 minutes. The result is shown in FIG. The portions indicated by arrows in the figure are quantum dots. As indicated by the arrows in the figure, quantum dots having an outer diameter of approximately 5 nm were formed at approximately 5 nm intervals. The amorphous shadow in FIG. 2 indicates an adhesive (glue) used for preparing a thin sample in TEM cross-sectional observation.
It is due to. At this time, the degree of vacuum in the sample chamber in the TEM was 1 × 10 −7 Torr, and the acceleration voltage was 200 kV.
【００３０】また、温度条件のみ１３００℃に変えて加
熱した結果を図２（ｂ）に示す。これによれば、加熱温
度が高いときには、量子ドットの集積密度が高くなって
いることが判る。すなわち、加熱温度の高低により集積
密度を制御できることが判る。したがって、ドットの集
積度（あるいはドット間の間隔）を、ドットとして好適
なものに設定する事が可能である。利用目的によるが、
一般には、ある程度（例えば数ｎｍ程度）のドット間隔
は必要であると考えられる。FIG. 2B shows the result of heating with the temperature changed to 1300 ° C. only. According to this, when the heating temperature is high, it is understood that the integration density of the quantum dots is high. That is, it can be seen that the integration density can be controlled by the level of the heating temperature. Therefore, it is possible to set the degree of dot integration (or the interval between dots) to a value suitable for dots. Depending on the purpose of use,
In general, it is considered that a certain (for example, several nm) dot interval is required.
【００３１】さらに、Ｓｉ面はＣ面に比べ熱分解しにく
いため、加熱温度を１３５０℃に変え、Ｓｉ面を上に向
けて加熱した結果を、図２（ｃ）に示す。このように、
Ｓｉ面上には、ドットは形成されない。Further, since the Si surface is less likely to be thermally decomposed than the C surface, the heating temperature was changed to 1350 ° C. and the result of heating with the Si surface facing upward is shown in FIG. in this way,
No dots are formed on the Si surface.
【００３２】前記したＳｉ面とＣ面の状態を、模式的
に、図３に記載した。図３（ａ）に示されるように、Ｓ
ｉ面では、グラファイト層が積層された状態となる。す
なわち、ここにはドットが形成されない。これに対し
て、図３（ｂ）に示されるように、Ｃ面では、炭素から
なる、直径５ｎｍ程度の球面状ドットが形成される。FIG. 3 schematically shows the state of the Si plane and the C plane. As shown in FIG.
On the i-plane, the graphite layers are stacked. That is, no dots are formed here. On the other hand, as shown in FIG. 3B, a spherical dot of carbon having a diameter of about 5 nm is formed on the C plane.
【００３３】ついで、図４（ａ）の右側に示されるよう
に、基板のＣ面にステップ（段差）を形成した場合の実
験例について説明する。ステップを形成した場合には、
図４の右側に示されるように、上部が平坦なドットを形
成することができる。一方、図４の左側には、前記した
球面状のドットを示した。いずれの例でも、フラーレン
的な構造と思われる複数の層が積層された状態となって
いる。Next, a description will be given of an experimental example in which a step (step) is formed on the C surface of the substrate as shown on the right side of FIG. If a step is formed,
As shown on the right side of FIG. 4, a dot having a flat upper portion can be formed. On the other hand, the spherical dots described above are shown on the left side of FIG. In each of the examples, a plurality of layers having a fullerene-like structure are stacked.
【００３４】図４のような現象が生じる理由は、次のよ
うに推察される。すなわち、グラファイトシート端部
は、かなり活性の高い、結合しやすい状態になってい
る。したがって、近くにステップがあれば、ステップを
利用して、基板表面の炭素原子と結合する。その結果、
比較的に平坦な（扁平な）ドットとなる（ただし、屈曲
部は存在するので、その部分では球面、すなわちフラー
レン構造になっている）。近くにステップがないとき
は、グラファイトシートが屈曲して球状となり、基板表
面の炭素原子と結合する。その結果、球状のドットとな
る。したがって、ステップの有無によってドットの形状
を制御できることになる。The reason why the phenomenon shown in FIG. 4 occurs is assumed as follows. That is, the end of the graphite sheet is in a state of being highly active and easy to bond. Therefore, if there is a step nearby, the step is used to bond to a carbon atom on the substrate surface. as a result,
The dot becomes a relatively flat (flat) dot (however, since there is a bent portion, the portion has a spherical surface, that is, a fullerene structure). If there are no nearby steps, the graphite sheet bends into a sphere and bonds with carbon atoms on the substrate surface. As a result, spherical dots are formed. Therefore, the shape of the dot can be controlled by the presence or absence of the step.
【００３５】さらに、ステップのところに優先的にフラ
ーレンが成長しやすい傾向が観察された。SiCのoff基板
においては、、そのoff角度、方位を選択することによ
り、１次元的、２次元的ステップ（例えば格子状のステ
ップ）を形成することができる。したがって、off基板
を用いることにより、フラーレン量子ドットを、１次元
的、２次元的に容易に配列させることが可能であると考
えられる。Further, it was observed that fullerenes tended to grow preferentially at the steps. In the SiC off substrate, one-dimensional and two-dimensional steps (for example, lattice-like steps) can be formed by selecting the off angle and the azimuth. Therefore, it is considered that fullerene quantum dots can be easily arranged one-dimensionally and two-dimensionally by using the off substrate.
【００３６】ついで、図５および図６を用いて、真空度
を異ならせた場合の実験例について説明する。他の実験
条件を等しくした上で、真空度を異ならせて量子ドット
をさらにカーボンナノチューブに成長させた。カーボン
ナノチューブ断面の直径は、最初に形成されたフラーレ
ンの直径に相当する。図５（ａ）と（ｂ）とを比較する
と、真空度が高いほどの直径は小さくなることが判る。
加えて、図６からも、真空度が高いほど、径の小さいナ
ノチューブ（つまりドット）が増えていることが判る。
これらにより、真空度によってドットの径を制御できる
ことが判る。この理由は、表面分解に寄与する酸素の濃
度変化に起因すると推察される。なお、真空度以外の実
験条件は下記の通りである。 加熱温度：１４００℃ 加熱時間：３０分Next, an experimental example in which the degree of vacuum is changed will be described with reference to FIGS. Under the same other experimental conditions, quantum dots were further grown on carbon nanotubes with different degrees of vacuum. The diameter of the cross section of the carbon nanotube corresponds to the diameter of the fullerene formed first. Comparing FIGS. 5A and 5B, it can be seen that the higher the degree of vacuum, the smaller the diameter.
In addition, FIG. 6 also shows that the higher the degree of vacuum, the more nanotubes (that is, dots) having a smaller diameter.
From these, it is understood that the dot diameter can be controlled by the degree of vacuum. The reason is presumed to be due to a change in the concentration of oxygen that contributes to surface decomposition. The experimental conditions other than the degree of vacuum are as follows. Heating temperature: 1400 ° C Heating time: 30 minutes
【００３７】ついで、図７を用いて、真空度を異ならせ
た場合における、各ドットにおける層の数の変化につい
て説明する。ここで、層とは、各ドットを構成する、フ
ラーレン状の層を意味する（図４参照）。この層の数
は、真空度が高いほど、少なくすることができることが
判った。層の数によりバンドギャップが変化すると考え
られる。したがって、真空度により、ドットのバンドギ
ャップを制御できると推測される。Next, a change in the number of layers in each dot when the degree of vacuum is changed will be described with reference to FIG. Here, the layer means a fullerene-like layer constituting each dot (see FIG. 4). It has been found that the number of these layers can be reduced as the degree of vacuum is higher. It is considered that the band gap changes depending on the number of layers. Therefore, it is presumed that the band gap of the dots can be controlled by the degree of vacuum.
【００３８】本実施形態の記載は単なる実施の一例に過
ぎず、本発明に必須の構成を示したものではない。本発
明の構成は、本発明の趣旨を達成できれば、前記以外の
任意のものとすることができる。The description of the present embodiment is merely an example of the embodiment, and does not show a configuration essential to the present invention. The configuration of the present invention may be any other configuration as long as the gist of the present invention can be achieved.
【００３９】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、量子ドットを、比較的
容易に得ることができる。また、その量子ドットの組成
を炭素とすることができる。According to the present invention, quantum dots can be obtained relatively easily. The composition of the quantum dots can be carbon.
【図１】本発明の一実施形態に係る量子ドットの製造方
法を説明するための説明図であって、断面図に相当する
図である。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a method of manufacturing a quantum dot according to one embodiment of the present invention, and is a diagram corresponding to a cross-sectional view.
【図２】本発明の実験例を説明するための写真であっ
て、ＳｉＣ基板の断面をＴＥＭを用いて撮影したもので
ある。FIG. 2 is a photograph for explaining an experimental example of the present invention, in which a cross section of a SiC substrate is photographed using a TEM.
【図３】本発明の実験例を説明するための模式的な説明
図である。（ａ）は、基板のＳｉ面状にグラファイト層
が形成された状態を示している。（ｂ）は、基板のＣ面
状に量子ドットが形成された状態を示している。FIG. 3 is a schematic explanatory view for explaining an experimental example of the present invention. (A) shows a state where a graphite layer is formed on the Si surface of the substrate. (B) shows a state where quantum dots are formed on the C-plane of the substrate.
【図４】本発明の実験例を説明するための模式的な説明
図および写真である。（ａ）は、基板表面が平坦である
場合のドットの形状を示している。（ｂ）は、ステップ
を利用して形成されたドットの形状を示している。FIG. 4 is a schematic explanatory view and a photograph for explaining an experimental example of the present invention. (A) shows a dot shape when the substrate surface is flat. (B) shows the shape of the dot formed using the steps.
【図５】本発明の実験例を説明するための写真であっ
て、ドットから成長したカーボンナノチューブが形成さ
れた基板の平面図に相当するものである。（ａ）は１０
− ４Torr、（ｂ）は１０−９Torrでの実験結果を示して
いる。FIG. 5 is a photograph for explaining an experimental example of the present invention, and corresponds to a plan view of a substrate on which carbon nanotubes grown from dots are formed. (A) is 10
- 4 Torr, shows (b) the results of experiments 10 -9 Torr.
【図６】本発明の実験例を説明するためのグラフであ
る。横軸はドット（実際はドットから成長したカーボン
ナノチューブ）の直径（ｎｍ）、縦軸はその径を有する
ドット（カーボンナノチューブ）の個数（真数）を示し
ている。FIG. 6 is a graph for explaining an experimental example of the present invention. The horizontal axis represents the diameter (nm) of the dot (actually, a carbon nanotube grown from the dot), and the vertical axis represents the number (antilogarithm) of the dot (carbon nanotube) having that diameter.
【図７】本発明の実験例を説明するためのグラフであ
る。横軸はドットにおける層の数、縦軸はその層数を有
するドットの個数（真数）を示している。FIG. 7 is a graph for explaining an experimental example of the present invention. The horizontal axis indicates the number of layers in the dot, and the vertical axis indicates the number of dots having the number of layers (antilogarithm).
１ 基板 ２ Ｃ面 ３ Ｓｉ面 ４ 量子ドット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 C surface 3 Si surface 4 Quantum dot
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平山 司 愛知県名古屋市熱田区六野二丁目４番１号 財団法人ファインセラミックスセンター 内 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Tsukasa Hirayama 2-4-1 Rokuno, Atsuta-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Fine Ceramics Center
Claims (15)
形成された量子ドットとを備えており、前記量子ドット
は、炭素により構成されていることを特徴とする量子ド
ット構造体。1. A quantum dot structure comprising: a semiconductor substrate; and quantum dots formed on a surface of the semiconductor substrate, wherein the quantum dots are made of carbon.
状となっていることを特徴とする請求項１記載の量子ド
ット構造体。2. The quantum dot structure according to claim 1, wherein the whole or a part of the quantum dots has a spherical shape.
ラーレン構造の一部となっていることを特徴とする請求
項１または２に記載の量子ドット構造体。3. The quantum dot structure according to claim 1, wherein all or a part of the quantum dots is a part of a fullerene structure.
化物により構成されていることを特徴とする請求項１〜
３に記載の量子ドット構造体。4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said semiconductor substrate is made of a semiconductor-like covalent carbide.
4. The quantum dot structure according to 3.
またはＢ４Ｃであることを特徴とする請求項４記載の量
子ドット構造体。5. The semiconductor-like covalent carbide is SiC.
5. The quantum dot structure according to claim 4, wherein the quantum dot structure is B 4 C.
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
量子ドット構造体。6. The quantum dot structure according to claim 1, wherein the quantum dots are separated from each other.
て、前記半導体基板の表面に量子ドットを形成すること
を特徴とする量子ドットの製造方法。7. A method for manufacturing a quantum dot, comprising forming a quantum dot on a surface of a semiconductor substrate by decomposing the surface of the semiconductor substrate.
異なる組成を有することを特徴とする請求項７記載の量
子ドットの製造方法。8. The method according to claim 7, wherein the quantum dots have a composition different from that of the semiconductor substrate.
化物により構成されていることを特徴とする請求項７ま
たは８記載の量子ドットの製造方法。9. The method according to claim 7, wherein the semiconductor substrate is made of semiconducting covalent carbide.
ＣまたはＢ４Ｃであることを特徴とする請求項９記載の
量子ドットの製造方法。10. The semiconductor-like covalent carbide is Si
Method of manufacturing a quantum dot according to claim 9, wherein the C or B 4 C.
ていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項
に記載の量子ドットの製造方法。11. The method according to claim 7, wherein the quantum dots are made of carbon.
調整することにより、前記量子ドットの径および／また
は密度を制御することを特徴とする請求項７〜１１のい
ずれか１項に記載の量子ドットの製造方法。12. The quantum dot according to claim 7, wherein a diameter and / or a density of the quantum dot is controlled by adjusting a condition at which the semiconductor substrate is disassembled. Manufacturing method of quantum dots.
度、分解時間、または基板表面の平滑度のうちのいずれ
かであることを特徴とする請求項１２記載の量子ドット
の製造方法。13. The method of manufacturing a quantum dot according to claim 12, wherein the condition is any one of a degree of vacuum during decomposition, a temperature, a decomposition time, and a smoothness of a substrate surface.
より、前記量子ドットの形状および／または配列を制御
することを特徴とする、請求項７〜１３のいずれか１項
に記載の量子ドットの製造方法。14. The method according to claim 7, wherein a shape and / or arrangement of the quantum dots is controlled by forming steps on a surface of the substrate. Method.
を調整することにより、前記量子ドットを形成する層の
数を制御することを特徴とする請求項７〜１４のいずれ
か１項に記載の量子ドットの製造方法。15. The method according to claim 7, wherein the number of layers forming the quantum dots is controlled by adjusting a degree of vacuum when the semiconductor substrate is disassembled. Of producing quantum dots.
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