JP4923003B2 - ナノワイヤ作製方法、ナノワイヤ素子及びナノワイヤ構造物 - Google Patents
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Description
R.S.Wagner and W.C.Ellis,APL4(1964)89. M.Mattila,Nanotechnology 17(2006)1580.
本発明は、これらの諸問題に着目して開発されたものであり、ナノワイヤの成長方向を制御することで結晶基板の結晶状態を維持し且つ欠陥のない単結晶のナノワイヤを成長させることが可能なナノワイヤ作製方法、ナノワイヤ素子、ナノワイヤ構造体を提供することを目的とするものである。
また、本発明のナノワイヤ構造物は、前記ナノワイヤ作製方法で網状の半導体膜を形成した後、結晶基板を除去して、当該半導体膜が空間に浮いた構造としたことを特徴とするものである。
[第1実施形態]
図2aは、本発明のナノワイヤ作製方法の第1実施形態として、VLS法でナノワイヤ3を結晶基板1から成長させるために、触媒であるAu微粒子2を結晶基板1の表面に配置した状態を示し、図2bは、このAu微粒子2から結晶基板1の表面と平行な方向(横方向)に当該結晶基板1に接するナノワイヤ3を成長させた状態を示し、図2cは、従来のフリースタンディング状態のナノワイヤ3を示す。
次に、本発明のナノワイヤ作製方法の第2実施形態について説明する。本実施形態では、図3に示すように、GaAs(100)基板1の表面に電子線リソグラフィにより幅20nm、深さ20nm、長さ5μmの溝4を[110]方向に形成した。その後、触媒として直径100nmのAu微粒子2を、Auの蒸着とアニールによる自己形成、或いは電子線リソグラフィによるパターニング、或いはAu微粒子1を含む溶液の塗布などの方法によって溝3の内部に配置した。
次に、本発明のナノワイヤ作製方法及びナノワイヤ素子の第3実施形態について説明する。本実施形態では、まず図5aに示すように、半絶縁性のGaAs(311)B基板1の表面に触媒として直径40nmのAu微粒子2を、Auの蒸着とアニールによる自己形成、或いは電子線リソグラフィによるパターニング、或いはAu微粒子2を含む溶液の塗布などの方法によって配置した。Au微粒子2の形成後、図5bに示すように、MOVPE装置内に設置し、380℃でTMIn 1×10−5mol/minとPH3 6×10−4mol/min、ドーパントとしてジシラン(Si2H6)を2×10−7mol/min導入してn型InPナノワイヤ3nを2分成長した。これに続いて、図5cに示すように、TMIn 1×10−5mol/minとPH3 6×10−4mol/min、ドーパントとしてジエチクルジンク(DEZn)を2×10−7mol/min導入してp型InPナノワイヤ3pを2分成長した。何れのナノワイヤ3n、3pも、図中の原子ステップ8に沿った方向である[110]方向に横方向に基板表面に沿って成長した。最後に、図6に示すように、n型InPナノワイヤ3n部分にはAuGeNiでn型電極5nを形成し、p型InPナノワイヤ3p部分にはAuZnNiでp型電極5pを形成した。n型InPナノワイヤ3nとp型InPナノワイヤ3pの間には、i−GaInAsのヘテロ界面7が存在し、全体としてヘテロ構造をなす。このナノワイヤ3n、3pに電圧を印加して電流を流したところ、それらナノワイヤ3n,3pはダイオード特性を示し、図7に注入電流に対する発光強度を示す。良好な発光ダイオード特性を示した。
次に、本発明のナノワイヤ作製方法及びナノワイヤ構造物の第4実施形態について説明する。本実施形態では、まず図8aに示すように、GaAs(100)基板1の表面に触媒として直径100nmのAu微粒子2を、電子線リソグラフィによるパターニングによって、直線上に等間隔に7つ配置した。このAu微粒子2の形成後、基板1をMOVPE装置内に設置し、図8bに示すように、Au微粒子2の配列方向と直交方向に矢印で示す1.5×105V/mの電界を加えながら、TMIn 1×10−5mol/minとPH3 6×10−4mol/min、ドーパントとしてジシラン(Si2H6)を2×10−7mol/min導入して7本のn型InPナノワイヤ3nを互いに平行に横方向、つまり電界方向に5分成長した。次に、図8cに示すように、n型InPナノワイヤ3nの成長方向先端部に相当するAu微粒子2の部分にSiOを蒸着してマスク6を形成し、次いでGaAs(100)基板1の表面上のn型InPナノワイヤ3nの成長方向側方に、同じく触媒として直径100nmのAu微粒子2を電子線リソグラフィによって直線上に等間隔に7つ配置した。その後、新たに形成したAu微粒子2の配列方向と直交方向、即ちn型InPナノワイヤ3nの成長方向と直交方向に矢印で示す電界を前述と同様に加えながら、図8dに示すように、既設のn型InPナノワイヤ3nに直交する7本のn型InPナノワイヤ3nを電界方向に5分成長し、網状のナノワイヤ3nによる構造物を得た。
なお、本発明のナノワイヤ作製方法、ナノワイヤ素子、ナノワイヤ構造物は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、広く応用可能なものである。
Claims (6)
- 気相−液相−固相法を用い、ナノメートル級の大きさの金属微粒子を触媒として結晶成長を行うナノワイヤ作製方法であり、且つ結晶基板の表面と平行な方向に、当該結晶基板に接するナノワイヤを成長させる作製方法であって、前記結晶基板の表面に溝又はステップを形成した後に、前記結晶基板の結晶状態を維持し且つ欠陥のない単結晶のナノワイヤを、前記溝又はステップに沿って成長させることを特徴とするナノワイヤ作製方法。
- 前記ナノワイヤの成長中に、原料種の切り替え及び添加物の導入の少なくとも何れか一方を行うことにより、ヘテロ構造を有するナノワイヤを成長させることを特徴とする請求項1に記載のナノワイヤ作製方法。
- 前記成長方向が同一方向に揃った複数の第1のナノワイヤを作製した後、その上方に、前記第1のナノワイヤとは成長方向が異なり且つ互いの成長方向が同一方向に揃った複数の第2のナノワイヤを作製することにより、ナノワイヤからなる網状の半導体膜を形成することを特徴とする請求項1又は2に記載のナノワイヤ作製方法。
- 請求項2に記載のナノワイヤ作製方法で作製されたヘテロ構造を有するナノワイヤに電極を付設したことを特徴とするナノワイヤ素子。
- 請求項3に記載のナノワイヤ作製方法で網状の半導体膜を形成した後、結晶基板を除去して、当該半導体膜が空間に浮いた構造としたことを特徴とするナノワイヤ構造物。
- 気相−液相−固相法を用い、ナノメートル級の大きさの金属微粒子を触媒として結晶成長を行うナノワイヤ作製方法として、結晶基板の表面と平行な方向に、当該結晶基板に接するナノワイヤを成長させることにより、前記結晶基板の結晶状態を維持し且つ欠陥のない単結晶のナノワイヤを成長させ、前記成長方向が同一方向に揃った複数の第1のナノワイヤを作製した後、その上方に、前記第1のナノワイヤとは成長方向が異なり且つ互いの成長方向が同一方向に揃った複数の第2のナノワイヤを作製することにより、ナノワイヤからなる網状の半導体膜を形成するナノワイヤ作製方法で網状の半導体膜を形成した後、結晶基板を除去して、当該半導体膜が空間に浮いた構造としたことを特徴とするナノワイヤ構造物。
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