JP4813775B2 - 多孔構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この方法は、アルミの基板を酸化することにより自己組織化的にナノホールができる特徴がある。
H. Masuda, M. Satoh, Jpn. J. Appl. Phys., 35, L126 (1996). S. Bhunia, T. Kawamura, Y. Watanabe, S. Fujikawa, and K. Tokushima, Appl. Phys. Lett., 83, 3371 (2003).
SiやGaAs等の化合物半導体でAu等の金属との共晶による融点の低下により微小金属の下に選択的に結晶成長が起こるVLS(Vapor-Liquid-Solid:気相-液相-固相)成長法が知られている(非特許文献2)。
しかしながら、低温成長であるため結晶は双晶となる可能性がある。双晶の界面に生ずるバンド歪は、キャリアの伝導性の低下や再結合点の発生につながり、素子特性の低下や素子寿命の劣化という問題を引き起こす。
柱状構造は金属微粒子と同様にナノサイズであり、幅が100nm以下で、高さは数ミクロンから数ミリまでが可能である。
特に、基板として第一の物質の成長方向から傾いた面方位を有する傾斜基板を用いれば、VLS成長法における成長方向が特定の結晶方位に向かって起こることを利用でき、基板に垂直な方向に対し斜めの向きの縦長の孔が形成される。
図1は多孔構造体の製造過程を示す斜視図、図2は多孔構造体の断面図である。
本実施形態例に係る多孔構造体は、図4に示すフローチャートに従い、以下のように製造される。
そのため、柱状構造3は基板1に垂直な方向に対して29.5°傾いた方向の[111]B方向に成長した。
柱状構造3の高さが300nmとなるようにナノワイヤの成長時間と原料の流量を調整した。
そして、本実施例では、図2(c)に示すように、多孔構造体5の表面及びその微細孔4a内に、更にMOVPEによりInP層6を成長し、微細孔4aの孔径を更に小さくすることができた。
微細孔4a内にInP層6を成長したように、微細孔を囲む壁を多層化することにより、ナノワイヤ径よりも小さい径(例えば、1nmより小さい径)を有する微細孔を形成することが可能となる。
即ち、微細孔4a内に30nmのInP7と、TMGa,TMIn,AsH3を用いてIn組成0.5のGaInAs(8nm)量子ドット8、更に50nmのInP9を順に成長させた。
この成長は650℃と高温でMOVPE成長されるため高品質な結晶が形成される。
フォトルミネッセンス測定をしたところ、1.5μmに強い発光が観測された。
Si(111)基板をナノ電極リソグラフィで格子状に酸化を行い、その後MOVPE装置内で20nmGaAsを成長した。
酸化された格子状の部分にはGaAsは成長しないため、格子のサイズを調整することで50nm角のGaAs島を200nm間隔で配列することができた。
その後400℃でGaAsナノワイヤをTMGa,AsH3を用いて成長した。
ナノワイヤよりなる柱状構造は基板に垂直に500nmの長さで配列して成長された。
図1(c)と同様にナノワイヤよりなる柱状構造が突き出た構造となるため、硫酸・過酸化水素・水でエッチングすることで、図1(d)と同様なSiO2膜の多孔構造体が形成された。
この後、Si基板をHF−HNO3−CH3COOHの溶液で除去することにより、薄膜多孔構造体(ナノホール膜)が作製された。
また、図3(b)に矢印で示すように、光を薄膜多孔構造体7内に伝播させ、回折効果により波長選択フィルタ等の動作が期待されるフォトニック結晶導波路に適用することも可能である。
また、当該基板材料と共晶を作る材料としては、Cu、Ag、Pt、Ni、Sb、Fe等の金属を用いることができる。
更に、ナノワイヤの材料としては、Si、Ge、Cの単体からGaP、GaN、GaSb、InP、InAs、InSb、AlAs、AlN、ZnO、ZnSeの二元化合物、AlGaAs、GaInAs、GaInP等の三元化合物、GaInAsP、AlGaInAs等の四元化合物などの半導体を使用することができる。
本発明の製造方法は、VLS成長法によりナノワイヤを形成した後、それを除去する方法であるため、多孔構造体の材料として、様々な材料を適用できるという効果がある。
2 Au微粒子
3 柱状構造
4 InP層
4a 微細孔
5 多孔構造体
6 InP層
7 InP
8 In組成0.5のGaInAs(8nm)量子ドット
9 InP
10 薄膜多孔構造体
A 空気層
Claims (6)
- 基板上の多数の位置に金属微粒子を形成し、
次いで、該金属微粒子上に第一の物質をVLS成長法により選択的に成長させることにより柱状構造を多数形成し、
引き続き、前記柱状構造の高さよりも下まで前記基板上に第二の物質を充填した後、前記第一の物質である柱状構造を除去して、微細孔を多数形成し、
更に、前記微細孔内の壁に第三の物質を成長させて、前記微細孔の孔径を更に小さくして、微細孔を多数有する構造体を形成することを特徴とする多孔構造体の製造方法。 - 請求項1において、
前記第一の物質のVLS成長方向が特定の結晶方位に向かって起こることを利用し、その成長方向から傾いた面方位を有する傾斜基板を前記基板として用いることにより、前記微細孔を前記基板に垂直な方向に対し斜めの向きの縦長の孔としたことを特徴とする多孔構造体の製造方法。 - 請求項1または2に記載の多孔構造体の製造方法において、
前記柱状構造を除去する際に、選択エッチングを使用することを特徴とする多孔構造体の製造方法。 - 請求項1において、
前記基板を除去したことを特徴とする多孔構造体の製造方法。 - 微細孔を多数有する多孔構造体であって、
基板上の予め定めた多数の位置に金属微粒子を形成し、
次いで、該金属微粒子上に第一の物質をVLS成長法により選択的に成長させることにより柱状構造を多数形成し、
引き続き、前記柱状構造の高さよりも下まで前記基板上に第二の物質を充填した後、前記第一の物質である柱状構造を除去して、微細孔を多数形成し、
更に、前記微細孔内の壁に第三の物質を成長させて、前記微細孔の孔径を更に小さくすることにより、予め定めた位置に径10nm以下の微細孔を多数設けたことを特徴とする多孔構造体。 - 請求項5に記載の多孔構造体において、
前記微細孔が格子状に配列されたことを特徴とする多孔構造体。
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