量子ドットアレイおよびその製造方法
【課題】比較的小さなサイズの量子ドットを相互に短絡することなく均一に分散させた量子ドットアレイを得る。
【解決手段】量子ドットアレイの製造方法は、基板上（２）に、それぞれが上下をバリア層（８ａ、８）で挟まれた量子ドット（６）を含む複数の柱状部（４）を設けることにより、量子ドットアレイ（１００）を形成するために、基板（２）を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、基板（２）上に前記複数の柱状部（４）を形成するための基礎部を形成し、その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、基礎部上に上下をバリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含む。
【解決手段】量子ドットアレイの製造方法は、基板上（２）に、それぞれが上下をバリア層（８ａ、８）で挟まれた量子ドット（６）を含む複数の柱状部（４）を設けることにより、量子ドットアレイ（１００）を形成するために、基板（２）を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、基板（２）上に前記複数の柱状部（４）を形成するための基礎部を形成し、その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、基礎部上に上下をバリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドットアレイおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドットとは一般に、半導体や金属などからなる数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の微小な塊であり、電子やホールを３次元的に閉じ込めることができる。このような閉じ込め効果により、量子ドットの中では電子やホールの運動が量子化され、離散的なエネルギー準位が形成される。これにより、所望の波長で発光する、高効率な発光材料を得ることができる。また、量子ドットをバリア層で挟んだ構造に電極を取り付けることにより、共鳴トンネル素子を構成することができる。これは、特定のエネルギーの電子のみを取り出す、エネルギーフィルターとして用いることができる。更に、このような量子ドットをアレイ状に並べて量子ドットアレイとすることで、エネルギー効率および温度安定性に優れた量子ドットレーザなどの実現が可能となる。
【０００３】
量子ドットアレイの製造方法として、フォトリソグラフィーを利用したパターニングにより量子ドットアレイを製造する方法、薄膜成長におけるＳＫ（Ｓｔｒａｎｓｉｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）成長モードを利用した自己組織化により、量子ドットアレイを製造する方法が知られている。
【０００４】
ところが、フォトリソグラフィーを利用した製造方法では、プロセスが複雑となり生産効率が低下するため、量子ドットアレイを用いた素子のコストが高くなる。さらに、大面積化が困難である。
【０００５】
また、ＳＫ成長モードを利用した製造方法では、量子ドットの構成材料とバリア層の構成材料との格子定数差が利用されるため、量子ドットの構成材料とバリア層の構成材料との組合せが限定される。また、基板上の量子ドットの数密度を制御することも困難である。さらに、量子ドットとバリア層とを膜厚方向に交互に積層しようとすると、バリア層の格子歪みを緩和させるためにバリア層の膜厚を大きくせざるを得ない。
【０００６】
一方、斜方蒸着により直径がナノメートルオーダーの柱の配列からなる構造が形成されることを利用し（非特許文献１参照）、基板上に量子ドットの構成材料を斜方蒸着することにより、量子ドットを含んだ複数の柱状部を基板上に形成する方法が考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｕｚｕｋｉ、他２名、「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＴｉＯ２ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｃｏｌｕｍｎｓ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐａｒｔ ２、第４０巻、ｐ．Ｌ３９８−Ｌ４００、２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した非特許文献１に記載の斜方蒸着技術を利用した量子ドットアレイの製造方法では、基板上に量子ドットの材料を直接斜方蒸着するが、このとき、初期段階で量子ドット材料の微小な塊が多く形成される。成長に伴って、そのうちの幾つかが選択的に成長して量子ドット材料の柱を形成する。そのため、基板上に、量子ドット材料の小さな塊と柱とが混在し、量子ドットのサイズが不均一となる。また、柱と、柱の間に存在する微小な塊とが接触し、両者が半導体あるいは金属であるため、その間に短絡が生じる。さらには、蒸着方向に垂直な方向で、成長した柱同士が接触し短絡が発生する恐れもある。非特許文献１では、基板を回転させながら斜方蒸着を行うことも提案しているが、この場合でも柱の間に量子ドット材料の微小な塊が存在するので、量子ドットのサイズが不均一となり、また、柱および微小な塊間で短絡が発生する恐れがある。
【０００９】
そこで、最初にバリア層材料を斜方蒸着して基板上にバリア層材料の柱を成長させ、その後量子ドット材料を斜方蒸着することにより、量子ドットアレイを形成する方法が提案されている。この方法では、基板上にバリア層材料の微小な塊が形成されるが、この微小な塊は量子ドットのサイズには影響しないので、サイズの均一な量子ドットアレイを得ることができる。さらに、バリア層材料は絶縁性が高いので、微小な塊および柱間で短絡は発生しない。これにより、上述した非特許文献１の持つ多くの欠点を解決することができる。ところが、前述の非特許文献１に記載の斜方蒸着技術を利用した製造方法の場合と同様、蒸着方向に垂直な方向で柱同士が接触し、量子ドットが相互に接触して短絡する欠点が存在する。これを解決するために、基板を回転させながら斜方蒸着を行うことも提案されているが、この方法では、量子ドット間の短絡の問題が解決される一方で、柱のサイズ（太さ）が大きくなるため、それに伴って量子ドットのサイズが大きくなる問題が生じる。量子ドットのサイズが大きくなると、量子ドットを有するデバイスにおいて、所望の特性が得られなくなる。
【００１０】
本発明は、従来の量子ドットアレイの製造方法における上述のような欠点を解決する目的でなされたものであり、サイズの小さな量子ドットを、量子ドット間で短絡を生じさせることなくしかも基板上に均一に分布させることが可能な、量子ドットアレイの新規な製造方法、およびその製造方法によって製造された量子ドットアレイを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の量子ドットアレイの製造方法は、基板上に、それぞれがバリア層で挟まれた量子ドットを含む複数の柱状部を設けることにより、量子ドットアレイを形成する、量子ドットアレイの製造方法において、基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、前記基板上に前記複数の柱状部を形成するための基礎部を形成し、その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含んでいる。
【００１２】
また、前記第１の材料は前記バリア層の材料と同じ材料であってもよく、さらに電極材料であっても良い。第１の材料が電極材料である場合は、前記基礎部を形成する工程は、基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着した後、基板の回転を停止して前記第１の材料の斜方蒸着を継続する工程を含んでいても良い。
【００１３】
さらに、前記製造方法において、前記基板の回転を停止してバリア層の材料、量子ドットの材料を順次斜方蒸着する工程を複数回繰り返して行うことにより、複数段にわたって量子ドットアレイを形成しても良い。
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明の量子ドットアレイは、基板の表面に対してほぼ垂直方向に伸びる複数の基礎部と、前記それぞれの基礎部上に形成される傾斜した柱状部と、を含み、前記柱状部は、バリア層によって挟まれた量子ドットを含んで構成される。
【００１５】
また、前記量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は前記バリア層と同じ材料で構成され、あるいは電極材料で構成されても良い。電極材料で構成される場合は、前記基礎部上に当該電極材料の傾斜部を含んでいても良い。
【００１６】
さらに、前記量子ドットアレイにおいて、前記柱状部は、前記バリア層によって挟まれた量子ドットを複数段にわたって含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の量子ドットアレイの製造方法によれば、量子ドットアレイを形成するための基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することによって、基板に対してほぼ垂直に伸びる複数の基礎部が、それぞれの基礎部の先端間で相互に明瞭に分離して形成される。従って、その後、基板の回転を停止して、バリア層材料および量子ドット材料を斜方蒸着することにより、明瞭に分離された基礎部上の先端に、比較的直径の小さい量子ドットを含む傾斜した柱状部が形成される。その結果、量子ドットのサイズが小さく、さらに、それぞれの量子ドットが互いに明瞭に分離されて短絡することがない、量子ドットアレイを得ることができる。
【００１８】
上述の製造方法によって得られた本発明の量子ドットアレイでは、サイズの小さい量子ドットが基板上で比較的均一に分布し、しかも隣接する量子ドット同士が相互に明瞭に分離して形成されているので、量子ドット間で短絡が生じ量子ドットの特性を損ねることがない。そのため、所望の特性を有する量子ドットアレイを得ることができる。更に、バリア層材料と量子ドット材料とを交互に蒸着して、量子ドットアレイを基板に垂直方向に積層する場合、量子ドットが基板に垂直方向に配列されるので、これを共鳴トンネル素子に用いる場合、優れた特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構造を説明するための図である。図において、量子ドットアレイ１００は、基板２上に複数の微小な塊１およびこれらから選択的に成長した柱状部４を有している。後述するように、本実施形態では、最初、バリア層材料を基板２を回転させながら斜方蒸着するので、微小な塊１は、バリア層材料の塊である。各柱状部４は、量子ドット６とバリア層８を交互に複数回積層した構造を有しており、その結果、量子ドットアレイ１００は三次元にわたって形成される。柱状部４は基本的に斜方蒸着法によって形成されるため、基板２の表面２ａの垂直方向に対して角度θ’だけ傾斜している。なお、この傾斜角θ’は、一般に、材料の蒸着角θよりも小さい。
【００２０】
本実施形態では、基板２の表面２ａ上に最初の材料を斜方蒸着する場合、基板２を回転させながら斜方蒸着を行うので、蒸着材料のバリア層材料の微小な塊１を基に形成されるバリア層８ａの基礎部は、図示するように表面２ａのほぼ垂直方向に伸びる円柱状に形成される。また、基板２の回転を伴った斜方蒸着により、各バリア層８ａの先端が隣接するバリア層８ａの先端から明瞭に分離された形で、基板上に比較的均一に分散して形成されるようになる。
【００２１】
基板２の回転は、バリア層８ａの基礎部が形成された後停止され、その後は基板２の回転を伴わない斜方蒸着が実行される。従って、バリア層８ａは、図１に示すように、基礎部上で斜方蒸着の方向に傾斜した傾斜部を有するようになる。次に、基板２を固定した状態で、量子ドット材料、バリア層材料、量子ドット材料、さらに量子ドット材料を斜方蒸着することにより、バリア層８を上下に形成した量子ドット６の積層構造を備える複数の柱状部４が形成される。この柱状部４は、材料の斜方蒸着によって形成されるので、その径は従来の斜方蒸着法による柱状部と同様に、比較的小さくなる。
【００２２】
その結果、隣接する量子ドット同士で相互に明瞭に分離され、しかもサイズの小さな量子ドットが基板上で短絡することなく比較的均一に分布した、量子ドットアレイ１００を得ることができる。なお、図１において、３は基板２を蒸着装置内に固定するための固定台であり、蒸着装置内で軸３ａを中心に回転自在に構成されている。
【００２３】
量子ドット６の構成材料としては、半導体や金属が挙げられ、半導体としては、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅなどがあり、金属としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどがある。バリア層８ａ、８の構成材料は、量子ドット６の構成材料に対してエネルギー障壁となるものであり、これにより、量子ドット６に電子またはホールを閉じ込めることが可能である。バリア層８、８ａの構成材料は、量子ドット６の構成材料に対してエネルギー障壁となるものであれば特に限定されず、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などが用いられる。例えば量子ドット６をＳｉで、バリア層８、８ａをＳｉＯ２で構成することができる。
【００２４】
以下に、図２を参照して、上述した量子ドットアレイ１００の製造方法を説明する。
【００２５】
まず基板２を用意する。基板２としては、例えばシリコンウエハなどを用いることができる。次に、図示してはいないが、基板２を、例えば電子ビーム蒸着装置内の固定台３上に設置する。ここで、電子ビーム蒸着装置は、容器（図示せず）と蓋（図示せず）とを備えている。容器内には、バリア層８ａ、８用の蒸着源を収容するバリア層用蒸着源収容部（図示せず）及び量子ドット用の蒸着源を収容する量子ドット用蒸着源収容部（図示せず）が設けられており、バリア層用及び量子ドット用の蒸着源は、例えば電子ビームにより加熱されて蒸発するようになっている。なお、固定台３は、回転軸３ａの周りに回転可能に構成されている（図１参照）。
【００２６】
バリア層用及び量子ドット用の蒸着源収容部は、基板２の表面２ａの法線に対して斜め方向に配置されている。言い換えると、基板２の法線に対する蒸着角度（図１のθ）は、法線に対して好ましくは３０度以上である。蒸着角度が３０度未満である場合は、柱状部同士が接触する、即ち量子ドット間が短絡する恐れがある。なお、蒸着角度は９０度以下である。基板温度は通常室温であるが、各蒸着材料の融点（絶対温度表記）の１／３以下であることが好ましい。基板温度が蒸着材料の融点（絶対温度表記）の１／３よりも高い場合には、１／３以下の場合に比べて柱状部同士が接触しやすく、量子ドット間で短絡が発生する恐れがある。
【００２７】
次に、容器内のバリア層用蒸着源収容部にバリア層８、８ａの構成材料を蒸着源として収容し、量子ドット用の蒸着源収容部には量子ドット６の構成材料を蒸着源として収容する。
【００２８】
次いで、容器に蓋をし容器内を真空にした後、電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射し蒸着源を加熱して蒸発させる。このとき、同時に固定台３を回転駆動する。バリア層用の蒸着源収容部は基板２の表面２ａの法線に対して斜めの位置に設けられているため、基板２の表面２ａに対してバリア層用の蒸着源が斜方蒸着され、基板２上にはバリア層材料の多数の微小な塊１が形成されるが、そのうちの幾つかが選択的に成長し、バリア層８ａの基礎部８１となる。固定台３の回転によって基板２が回転しているため、基礎部８１は、図２（ａ）に示すように、法線方向に伸びてほぼ円柱状に成長する。基礎部８１の間には、円柱に成長し得ないバリア層材料の微小な塊１が残っている。
【００２９】
基板２の回転を伴った斜方蒸着を継続することによって、基板２の表面２ａ上に、複数の基礎部８１が比較的均一に分散して形成されると、バリア層用の蒸着源による斜方蒸着を継続する一方で、固定台３の回転を停止する。これによって、図２（ｂ）に示すように、バリア層８ａの傾斜部８２が基礎部８１上に形成される。傾斜部８２は、蒸着角度θよりも小さい角度で傾斜している。
【００３０】
以上のようにして、基板２の表面２ａに対してほぼ垂直な基礎部８１と、傾斜部８２とを有するバリア層８ａが形成されると、次に、電子ビームを量子ドット用の蒸着源に照射して蒸着源を加熱して蒸発させる。このとき、量子ドット用の蒸着源収容部は、基板２の表面２ａの法線に対して斜めの位置に設けられているため、基板２の表面２ａに対して量子ドット用の蒸着源が斜方蒸着される。このようにして、図２（ｃ）に示すように、各バリア層８ａ上に第１の量子ドット６が形成される。
【００３１】
次に、再び電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射して蒸着源を加熱し蒸発させて、上記と同様にして、図２（ｄ）に示すように、量子ドット６の上にバリア層８を形成する。
【００３２】
その後、再び電子ビームを量子ドット用の蒸着源に照射して加熱蒸発させ、図２（ｅ）に示すように第２の量子ドット６を形成する。次に、電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射して加熱蒸発させ、図２（ｆ）に示すように第３のバリア層８を形成する。
【００３３】
以下、量子ドット６およびバリア層８を上記と同様にして交互に形成し、量子ドットが三次元的に配列された量子ドットアレイ１００の製造を完了する。
【００３４】
上記の製造方法によれば、まず、基板２の回転を伴ってバリア層材料が斜方蒸着されるため、バリア層８ａの基礎部８１は基板２の表面２ａのほぼ法線方向に伸びて形成され、各バリア層８ａの先端が明瞭に分離して形成されるようになる。その後、基板２の回転を停止してバリア層８ａの一部を斜方蒸着により形成した後、量子ドット６、バリア層８を繰り返して斜方蒸着により形成することにより、バリア層８ａ上に、傾斜した柱状構造４が形成される。
【００３５】
この柱状構造４は、斜方蒸着により形成されるため、比較的直径の大きなバリア層８ａ上に形成された場合でも、バリア層８ａの直径に比べて小さい直径を有するようになる。しかも、バリア層８ａが隣接するバリア層８ａ間で明瞭に分離して形成されているので、その上に形成される傾斜した柱状構造４も隣接する柱状構造４間で明瞭に分離されて形成される。その結果、基板２の表面２ａに平行な平面内で小さなサイズの量子ドット６が相互に明瞭に分離して形成されることとなり、蒸着方向に垂直な方向において量子ドット６同士が接触し、短絡することはない。
【００３６】
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる一次元量子ドットアレイ２００の概略構造を示す断面図である。この量子ドットアレイ２００は、例えばシリコンウエハである基板２上に、不純物、例えばＢを高濃度にドープしたシリコンで構成される第１の電極層１０、二酸化シリコンを材料とする第１のバリア層１２、ノンドープのシリコンを材料とする量子ドット１４、二酸化シリコンを材料とする第２のバリア層１６および、不純物、例えばＢを高濃度にドープしたシリコンで構成される第２の電極層１８で構成されている。
【００３７】
図３に示す量子ドットアレイ２００において、第１の電極層１０は次のようにして形成される。まず基板２を回転させながら例えばＢドープのシリコンを基板２上に斜方蒸着することにより、基板２の表面２ａ上に電極材料の多数の微小な塊９を形成する。さらに回転を伴った斜方蒸着を継続することにより、微小な塊９を選択的に成長させ、表面２ａのほぼ法線方向に伸びる基礎部を形成する。その後、基板２の回転を停止した状態で同じ斜方蒸着を継続することにより、第１の電極層１０の傾斜部が形成される。このとき、基礎部は、基板２の回転を伴った斜方蒸着により、隣接する基礎部の先端間で明瞭に分離して形成される。その後、基板２の回転を停止した状態で斜方蒸着を継続することにより、上述したように傾斜部が形成されるが、この傾斜部は、成長に伴って斜方蒸着に伴う本来の小さなサイズの直径を有するようになる。
【００３８】
従って、第１の電極層１０の傾斜部を充分に成長させた後、バリア層用蒸着源、量子ドット用蒸着源、さらにバリア層用蒸着源による斜方蒸着を実施することによって、第１のバリア層１２、量子ドット１４および第２のバリア層１６が形成される。その後、例えばＢドープのシリコンを斜方蒸着することにより、第２の電極層１８を形成する。これによって、充分に小さな径を有する量子ドット１６を含んだ複数の柱状部４ａが、基板２上で相互に分離して形成され、その結果、サイズの小さな量子ドットが均一に分散した一次元量子ドットアレイ２００が形成される。
【００３９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の製造方法による効果を示すための図であって、従来方法および本発明の方法に基づいて形成した量子ドットアレイのＳＥＭ画像データをコンピュータ処理した画像を示す。図４（ａ）は、基板の回転を伴わない斜方蒸着方法によって形成した量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ａ）の上部）とｚ軸方向の画像（図（ａ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドットの二次元的な分布を示している。図４（ｂ）は、基板の回転を継続しながら斜方蒸着法によって形成した量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ｂ）の上部）とｚ軸方向の画像（図（ｂ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドットの二次元的な分布を示している。
【００４０】
これに対して、図４（ｃ）は、図３に示す本発明の方法によって形成された量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ｃ）の上部）とｚ軸方向画像（図（ｃ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドット１４の二次元的な分布を示すものである。なお、図４（ａ）および（ｂ）に示す量子ドットアレイの概略構造を、図５の（ａ）および（ｂ）に示す。
【００４１】
図４（ａ）および図５（ａ）において、４０は斜方蒸着によって形成された柱状構造を示し、第１の電極４２、第１のバリア層４４、量子ドット４６、第２のバリア層４８および第２の電極５０を含んでいる。なお、図５（ａ）（ｂ）の９’、９”は、図３に示した微小な塊９と同様に、第１の電極４２を形成する時に同時に形成される電極材料の塊である。図４（ｂ）および図５（ｂ）において、６０は基板２の回転を伴う斜方蒸着法によって形成された柱状構造を示し、第１の電極６２、第１のバリア層６４、量子ドット６６、第２のバリア層６８および第２の電極７０を含んでいる。
【００４２】
図４（ａ）のｚ軸方向画像より明らかなように、従来の斜方蒸着法では比較的小さな径を有する柱状構造４０が得られ、従ってｘ−ｙ平面画像より明らかなように、量子ドット４６のサイズも小さくなる。ところが、この方法では、ｘ−ｙ平面画像の４７で示す部分のように、量子ドット４６が蒸着方向と直交する方向に連なり、電気的な絶縁が不充分となる部分が形成される。
【００４３】
また、図４（ｂ）に示す量子ドットアレイでは、基板を回転しながら斜方蒸着を行うことによって柱状構造６０の径が比較的大きくなり、その結果、図４（ｂ）のｘ−ｙ平面図に示すように、量子ドット６６が相互に明瞭に分離された状態となるものの、柱状構造６０の径が比較的大きいので、個々の量子ドット６６のサイズがかなり大きくなる欠点を有している。
【００４４】
これに対して、図４（ｃ）のｚ軸方向画像に示すように、柱状構造４を形成する初期段階のみ基板２を回転しその後回転を停止して斜方蒸着を行う、本発明の方法による量子ドットアレイ２００（図３参照）では、量子ドット１４を含む部分の柱状構造４ａが細くなり、その結果、小さいサイズの量子ドット１４が基板上に比較的均一に分散するようになる。一方、基板に接して形成される基礎部１０ａ（図４（ｃ）参照）の先端は、基板２の回転によって、隣接する基礎部と相互に明瞭に分離される。その結果、基礎部１０ａ上に形成される柱状部４ａに含まれる量子ドット１４も、ｘ−ｙ平面状で明瞭に分離され、相互に短絡することがない。なお、量子ドットが相互に短絡すると、量子ドットとしての正常な機能が失われる事態が発生する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【図２】図１に示す量子ドットアレイの製造方法を示す図。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【図４（ａ）】従来の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図４（ｂ）】従来の他の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図４（ｃ）】本発明の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図５】従来方法によって製造された量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１ バリア層材料の微小な塊
２ 基板
３ 固定台
４ 柱状構造
６ 量子ドット
８、８ａ バリア層
１００ 量子ドットアレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドットアレイおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドットとは一般に、半導体や金属などからなる数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の微小な塊であり、電子やホールを３次元的に閉じ込めることができる。このような閉じ込め効果により、量子ドットの中では電子やホールの運動が量子化され、離散的なエネルギー準位が形成される。これにより、所望の波長で発光する、高効率な発光材料を得ることができる。また、量子ドットをバリア層で挟んだ構造に電極を取り付けることにより、共鳴トンネル素子を構成することができる。これは、特定のエネルギーの電子のみを取り出す、エネルギーフィルターとして用いることができる。更に、このような量子ドットをアレイ状に並べて量子ドットアレイとすることで、エネルギー効率および温度安定性に優れた量子ドットレーザなどの実現が可能となる。
【０００３】
量子ドットアレイの製造方法として、フォトリソグラフィーを利用したパターニングにより量子ドットアレイを製造する方法、薄膜成長におけるＳＫ（Ｓｔｒａｎｓｉｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）成長モードを利用した自己組織化により、量子ドットアレイを製造する方法が知られている。
【０００４】
ところが、フォトリソグラフィーを利用した製造方法では、プロセスが複雑となり生産効率が低下するため、量子ドットアレイを用いた素子のコストが高くなる。さらに、大面積化が困難である。
【０００５】
また、ＳＫ成長モードを利用した製造方法では、量子ドットの構成材料とバリア層の構成材料との格子定数差が利用されるため、量子ドットの構成材料とバリア層の構成材料との組合せが限定される。また、基板上の量子ドットの数密度を制御することも困難である。さらに、量子ドットとバリア層とを膜厚方向に交互に積層しようとすると、バリア層の格子歪みを緩和させるためにバリア層の膜厚を大きくせざるを得ない。
【０００６】
一方、斜方蒸着により直径がナノメートルオーダーの柱の配列からなる構造が形成されることを利用し（非特許文献１参照）、基板上に量子ドットの構成材料を斜方蒸着することにより、量子ドットを含んだ複数の柱状部を基板上に形成する方法が考えられる。
【０００７】
【非特許文献１】Ｓｕｚｕｋｉ、他２名、「Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＴｉＯ２ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｃｏｌｕｍｎｓ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｐａｒｔ ２、第４０巻、ｐ．Ｌ３９８−Ｌ４００、２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した非特許文献１に記載の斜方蒸着技術を利用した量子ドットアレイの製造方法では、基板上に量子ドットの材料を直接斜方蒸着するが、このとき、初期段階で量子ドット材料の微小な塊が多く形成される。成長に伴って、そのうちの幾つかが選択的に成長して量子ドット材料の柱を形成する。そのため、基板上に、量子ドット材料の小さな塊と柱とが混在し、量子ドットのサイズが不均一となる。また、柱と、柱の間に存在する微小な塊とが接触し、両者が半導体あるいは金属であるため、その間に短絡が生じる。さらには、蒸着方向に垂直な方向で、成長した柱同士が接触し短絡が発生する恐れもある。非特許文献１では、基板を回転させながら斜方蒸着を行うことも提案しているが、この場合でも柱の間に量子ドット材料の微小な塊が存在するので、量子ドットのサイズが不均一となり、また、柱および微小な塊間で短絡が発生する恐れがある。
【０００９】
そこで、最初にバリア層材料を斜方蒸着して基板上にバリア層材料の柱を成長させ、その後量子ドット材料を斜方蒸着することにより、量子ドットアレイを形成する方法が提案されている。この方法では、基板上にバリア層材料の微小な塊が形成されるが、この微小な塊は量子ドットのサイズには影響しないので、サイズの均一な量子ドットアレイを得ることができる。さらに、バリア層材料は絶縁性が高いので、微小な塊および柱間で短絡は発生しない。これにより、上述した非特許文献１の持つ多くの欠点を解決することができる。ところが、前述の非特許文献１に記載の斜方蒸着技術を利用した製造方法の場合と同様、蒸着方向に垂直な方向で柱同士が接触し、量子ドットが相互に接触して短絡する欠点が存在する。これを解決するために、基板を回転させながら斜方蒸着を行うことも提案されているが、この方法では、量子ドット間の短絡の問題が解決される一方で、柱のサイズ（太さ）が大きくなるため、それに伴って量子ドットのサイズが大きくなる問題が生じる。量子ドットのサイズが大きくなると、量子ドットを有するデバイスにおいて、所望の特性が得られなくなる。
【００１０】
本発明は、従来の量子ドットアレイの製造方法における上述のような欠点を解決する目的でなされたものであり、サイズの小さな量子ドットを、量子ドット間で短絡を生じさせることなくしかも基板上に均一に分布させることが可能な、量子ドットアレイの新規な製造方法、およびその製造方法によって製造された量子ドットアレイを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の量子ドットアレイの製造方法は、基板上に、それぞれがバリア層で挟まれた量子ドットを含む複数の柱状部を設けることにより、量子ドットアレイを形成する、量子ドットアレイの製造方法において、基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、前記基板上に前記複数の柱状部を形成するための基礎部を形成し、その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含んでいる。
【００１２】
また、前記第１の材料は前記バリア層の材料と同じ材料であってもよく、さらに電極材料であっても良い。第１の材料が電極材料である場合は、前記基礎部を形成する工程は、基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着した後、基板の回転を停止して前記第１の材料の斜方蒸着を継続する工程を含んでいても良い。
【００１３】
さらに、前記製造方法において、前記基板の回転を停止してバリア層の材料、量子ドットの材料を順次斜方蒸着する工程を複数回繰り返して行うことにより、複数段にわたって量子ドットアレイを形成しても良い。
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明の量子ドットアレイは、基板の表面に対してほぼ垂直方向に伸びる複数の基礎部と、前記それぞれの基礎部上に形成される傾斜した柱状部と、を含み、前記柱状部は、バリア層によって挟まれた量子ドットを含んで構成される。
【００１５】
また、前記量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は前記バリア層と同じ材料で構成され、あるいは電極材料で構成されても良い。電極材料で構成される場合は、前記基礎部上に当該電極材料の傾斜部を含んでいても良い。
【００１６】
さらに、前記量子ドットアレイにおいて、前記柱状部は、前記バリア層によって挟まれた量子ドットを複数段にわたって含んでいても良い。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の量子ドットアレイの製造方法によれば、量子ドットアレイを形成するための基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することによって、基板に対してほぼ垂直に伸びる複数の基礎部が、それぞれの基礎部の先端間で相互に明瞭に分離して形成される。従って、その後、基板の回転を停止して、バリア層材料および量子ドット材料を斜方蒸着することにより、明瞭に分離された基礎部上の先端に、比較的直径の小さい量子ドットを含む傾斜した柱状部が形成される。その結果、量子ドットのサイズが小さく、さらに、それぞれの量子ドットが互いに明瞭に分離されて短絡することがない、量子ドットアレイを得ることができる。
【００１８】
上述の製造方法によって得られた本発明の量子ドットアレイでは、サイズの小さい量子ドットが基板上で比較的均一に分布し、しかも隣接する量子ドット同士が相互に明瞭に分離して形成されているので、量子ドット間で短絡が生じ量子ドットの特性を損ねることがない。そのため、所望の特性を有する量子ドットアレイを得ることができる。更に、バリア層材料と量子ドット材料とを交互に蒸着して、量子ドットアレイを基板に垂直方向に積層する場合、量子ドットが基板に垂直方向に配列されるので、これを共鳴トンネル素子に用いる場合、優れた特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構造を説明するための図である。図において、量子ドットアレイ１００は、基板２上に複数の微小な塊１およびこれらから選択的に成長した柱状部４を有している。後述するように、本実施形態では、最初、バリア層材料を基板２を回転させながら斜方蒸着するので、微小な塊１は、バリア層材料の塊である。各柱状部４は、量子ドット６とバリア層８を交互に複数回積層した構造を有しており、その結果、量子ドットアレイ１００は三次元にわたって形成される。柱状部４は基本的に斜方蒸着法によって形成されるため、基板２の表面２ａの垂直方向に対して角度θ’だけ傾斜している。なお、この傾斜角θ’は、一般に、材料の蒸着角θよりも小さい。
【００２０】
本実施形態では、基板２の表面２ａ上に最初の材料を斜方蒸着する場合、基板２を回転させながら斜方蒸着を行うので、蒸着材料のバリア層材料の微小な塊１を基に形成されるバリア層８ａの基礎部は、図示するように表面２ａのほぼ垂直方向に伸びる円柱状に形成される。また、基板２の回転を伴った斜方蒸着により、各バリア層８ａの先端が隣接するバリア層８ａの先端から明瞭に分離された形で、基板上に比較的均一に分散して形成されるようになる。
【００２１】
基板２の回転は、バリア層８ａの基礎部が形成された後停止され、その後は基板２の回転を伴わない斜方蒸着が実行される。従って、バリア層８ａは、図１に示すように、基礎部上で斜方蒸着の方向に傾斜した傾斜部を有するようになる。次に、基板２を固定した状態で、量子ドット材料、バリア層材料、量子ドット材料、さらに量子ドット材料を斜方蒸着することにより、バリア層８を上下に形成した量子ドット６の積層構造を備える複数の柱状部４が形成される。この柱状部４は、材料の斜方蒸着によって形成されるので、その径は従来の斜方蒸着法による柱状部と同様に、比較的小さくなる。
【００２２】
その結果、隣接する量子ドット同士で相互に明瞭に分離され、しかもサイズの小さな量子ドットが基板上で短絡することなく比較的均一に分布した、量子ドットアレイ１００を得ることができる。なお、図１において、３は基板２を蒸着装置内に固定するための固定台であり、蒸着装置内で軸３ａを中心に回転自在に構成されている。
【００２３】
量子ドット６の構成材料としては、半導体や金属が挙げられ、半導体としては、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅなどがあり、金属としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどがある。バリア層８ａ、８の構成材料は、量子ドット６の構成材料に対してエネルギー障壁となるものであり、これにより、量子ドット６に電子またはホールを閉じ込めることが可能である。バリア層８、８ａの構成材料は、量子ドット６の構成材料に対してエネルギー障壁となるものであれば特に限定されず、例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などが用いられる。例えば量子ドット６をＳｉで、バリア層８、８ａをＳｉＯ２で構成することができる。
【００２４】
以下に、図２を参照して、上述した量子ドットアレイ１００の製造方法を説明する。
【００２５】
まず基板２を用意する。基板２としては、例えばシリコンウエハなどを用いることができる。次に、図示してはいないが、基板２を、例えば電子ビーム蒸着装置内の固定台３上に設置する。ここで、電子ビーム蒸着装置は、容器（図示せず）と蓋（図示せず）とを備えている。容器内には、バリア層８ａ、８用の蒸着源を収容するバリア層用蒸着源収容部（図示せず）及び量子ドット用の蒸着源を収容する量子ドット用蒸着源収容部（図示せず）が設けられており、バリア層用及び量子ドット用の蒸着源は、例えば電子ビームにより加熱されて蒸発するようになっている。なお、固定台３は、回転軸３ａの周りに回転可能に構成されている（図１参照）。
【００２６】
バリア層用及び量子ドット用の蒸着源収容部は、基板２の表面２ａの法線に対して斜め方向に配置されている。言い換えると、基板２の法線に対する蒸着角度（図１のθ）は、法線に対して好ましくは３０度以上である。蒸着角度が３０度未満である場合は、柱状部同士が接触する、即ち量子ドット間が短絡する恐れがある。なお、蒸着角度は９０度以下である。基板温度は通常室温であるが、各蒸着材料の融点（絶対温度表記）の１／３以下であることが好ましい。基板温度が蒸着材料の融点（絶対温度表記）の１／３よりも高い場合には、１／３以下の場合に比べて柱状部同士が接触しやすく、量子ドット間で短絡が発生する恐れがある。
【００２７】
次に、容器内のバリア層用蒸着源収容部にバリア層８、８ａの構成材料を蒸着源として収容し、量子ドット用の蒸着源収容部には量子ドット６の構成材料を蒸着源として収容する。
【００２８】
次いで、容器に蓋をし容器内を真空にした後、電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射し蒸着源を加熱して蒸発させる。このとき、同時に固定台３を回転駆動する。バリア層用の蒸着源収容部は基板２の表面２ａの法線に対して斜めの位置に設けられているため、基板２の表面２ａに対してバリア層用の蒸着源が斜方蒸着され、基板２上にはバリア層材料の多数の微小な塊１が形成されるが、そのうちの幾つかが選択的に成長し、バリア層８ａの基礎部８１となる。固定台３の回転によって基板２が回転しているため、基礎部８１は、図２（ａ）に示すように、法線方向に伸びてほぼ円柱状に成長する。基礎部８１の間には、円柱に成長し得ないバリア層材料の微小な塊１が残っている。
【００２９】
基板２の回転を伴った斜方蒸着を継続することによって、基板２の表面２ａ上に、複数の基礎部８１が比較的均一に分散して形成されると、バリア層用の蒸着源による斜方蒸着を継続する一方で、固定台３の回転を停止する。これによって、図２（ｂ）に示すように、バリア層８ａの傾斜部８２が基礎部８１上に形成される。傾斜部８２は、蒸着角度θよりも小さい角度で傾斜している。
【００３０】
以上のようにして、基板２の表面２ａに対してほぼ垂直な基礎部８１と、傾斜部８２とを有するバリア層８ａが形成されると、次に、電子ビームを量子ドット用の蒸着源に照射して蒸着源を加熱して蒸発させる。このとき、量子ドット用の蒸着源収容部は、基板２の表面２ａの法線に対して斜めの位置に設けられているため、基板２の表面２ａに対して量子ドット用の蒸着源が斜方蒸着される。このようにして、図２（ｃ）に示すように、各バリア層８ａ上に第１の量子ドット６が形成される。
【００３１】
次に、再び電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射して蒸着源を加熱し蒸発させて、上記と同様にして、図２（ｄ）に示すように、量子ドット６の上にバリア層８を形成する。
【００３２】
その後、再び電子ビームを量子ドット用の蒸着源に照射して加熱蒸発させ、図２（ｅ）に示すように第２の量子ドット６を形成する。次に、電子ビームをバリア層用の蒸着源に照射して加熱蒸発させ、図２（ｆ）に示すように第３のバリア層８を形成する。
【００３３】
以下、量子ドット６およびバリア層８を上記と同様にして交互に形成し、量子ドットが三次元的に配列された量子ドットアレイ１００の製造を完了する。
【００３４】
上記の製造方法によれば、まず、基板２の回転を伴ってバリア層材料が斜方蒸着されるため、バリア層８ａの基礎部８１は基板２の表面２ａのほぼ法線方向に伸びて形成され、各バリア層８ａの先端が明瞭に分離して形成されるようになる。その後、基板２の回転を停止してバリア層８ａの一部を斜方蒸着により形成した後、量子ドット６、バリア層８を繰り返して斜方蒸着により形成することにより、バリア層８ａ上に、傾斜した柱状構造４が形成される。
【００３５】
この柱状構造４は、斜方蒸着により形成されるため、比較的直径の大きなバリア層８ａ上に形成された場合でも、バリア層８ａの直径に比べて小さい直径を有するようになる。しかも、バリア層８ａが隣接するバリア層８ａ間で明瞭に分離して形成されているので、その上に形成される傾斜した柱状構造４も隣接する柱状構造４間で明瞭に分離されて形成される。その結果、基板２の表面２ａに平行な平面内で小さなサイズの量子ドット６が相互に明瞭に分離して形成されることとなり、蒸着方向に垂直な方向において量子ドット６同士が接触し、短絡することはない。
【００３６】
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる一次元量子ドットアレイ２００の概略構造を示す断面図である。この量子ドットアレイ２００は、例えばシリコンウエハである基板２上に、不純物、例えばＢを高濃度にドープしたシリコンで構成される第１の電極層１０、二酸化シリコンを材料とする第１のバリア層１２、ノンドープのシリコンを材料とする量子ドット１４、二酸化シリコンを材料とする第２のバリア層１６および、不純物、例えばＢを高濃度にドープしたシリコンで構成される第２の電極層１８で構成されている。
【００３７】
図３に示す量子ドットアレイ２００において、第１の電極層１０は次のようにして形成される。まず基板２を回転させながら例えばＢドープのシリコンを基板２上に斜方蒸着することにより、基板２の表面２ａ上に電極材料の多数の微小な塊９を形成する。さらに回転を伴った斜方蒸着を継続することにより、微小な塊９を選択的に成長させ、表面２ａのほぼ法線方向に伸びる基礎部を形成する。その後、基板２の回転を停止した状態で同じ斜方蒸着を継続することにより、第１の電極層１０の傾斜部が形成される。このとき、基礎部は、基板２の回転を伴った斜方蒸着により、隣接する基礎部の先端間で明瞭に分離して形成される。その後、基板２の回転を停止した状態で斜方蒸着を継続することにより、上述したように傾斜部が形成されるが、この傾斜部は、成長に伴って斜方蒸着に伴う本来の小さなサイズの直径を有するようになる。
【００３８】
従って、第１の電極層１０の傾斜部を充分に成長させた後、バリア層用蒸着源、量子ドット用蒸着源、さらにバリア層用蒸着源による斜方蒸着を実施することによって、第１のバリア層１２、量子ドット１４および第２のバリア層１６が形成される。その後、例えばＢドープのシリコンを斜方蒸着することにより、第２の電極層１８を形成する。これによって、充分に小さな径を有する量子ドット１６を含んだ複数の柱状部４ａが、基板２上で相互に分離して形成され、その結果、サイズの小さな量子ドットが均一に分散した一次元量子ドットアレイ２００が形成される。
【００３９】
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の製造方法による効果を示すための図であって、従来方法および本発明の方法に基づいて形成した量子ドットアレイのＳＥＭ画像データをコンピュータ処理した画像を示す。図４（ａ）は、基板の回転を伴わない斜方蒸着方法によって形成した量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ａ）の上部）とｚ軸方向の画像（図（ａ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドットの二次元的な分布を示している。図４（ｂ）は、基板の回転を継続しながら斜方蒸着法によって形成した量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ｂ）の上部）とｚ軸方向の画像（図（ｂ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドットの二次元的な分布を示している。
【００４０】
これに対して、図４（ｃ）は、図３に示す本発明の方法によって形成された量子ドットアレイのｘ−ｙ平面画像（図（ｃ）の上部）とｚ軸方向画像（図（ｃ）の下部）を示し、平面画像に示された点は量子ドット１４の二次元的な分布を示すものである。なお、図４（ａ）および（ｂ）に示す量子ドットアレイの概略構造を、図５の（ａ）および（ｂ）に示す。
【００４１】
図４（ａ）および図５（ａ）において、４０は斜方蒸着によって形成された柱状構造を示し、第１の電極４２、第１のバリア層４４、量子ドット４６、第２のバリア層４８および第２の電極５０を含んでいる。なお、図５（ａ）（ｂ）の９’、９”は、図３に示した微小な塊９と同様に、第１の電極４２を形成する時に同時に形成される電極材料の塊である。図４（ｂ）および図５（ｂ）において、６０は基板２の回転を伴う斜方蒸着法によって形成された柱状構造を示し、第１の電極６２、第１のバリア層６４、量子ドット６６、第２のバリア層６８および第２の電極７０を含んでいる。
【００４２】
図４（ａ）のｚ軸方向画像より明らかなように、従来の斜方蒸着法では比較的小さな径を有する柱状構造４０が得られ、従ってｘ−ｙ平面画像より明らかなように、量子ドット４６のサイズも小さくなる。ところが、この方法では、ｘ−ｙ平面画像の４７で示す部分のように、量子ドット４６が蒸着方向と直交する方向に連なり、電気的な絶縁が不充分となる部分が形成される。
【００４３】
また、図４（ｂ）に示す量子ドットアレイでは、基板を回転しながら斜方蒸着を行うことによって柱状構造６０の径が比較的大きくなり、その結果、図４（ｂ）のｘ−ｙ平面図に示すように、量子ドット６６が相互に明瞭に分離された状態となるものの、柱状構造６０の径が比較的大きいので、個々の量子ドット６６のサイズがかなり大きくなる欠点を有している。
【００４４】
これに対して、図４（ｃ）のｚ軸方向画像に示すように、柱状構造４を形成する初期段階のみ基板２を回転しその後回転を停止して斜方蒸着を行う、本発明の方法による量子ドットアレイ２００（図３参照）では、量子ドット１４を含む部分の柱状構造４ａが細くなり、その結果、小さいサイズの量子ドット１４が基板上に比較的均一に分散するようになる。一方、基板に接して形成される基礎部１０ａ（図４（ｃ）参照）の先端は、基板２の回転によって、隣接する基礎部と相互に明瞭に分離される。その結果、基礎部１０ａ上に形成される柱状部４ａに含まれる量子ドット１４も、ｘ−ｙ平面状で明瞭に分離され、相互に短絡することがない。なお、量子ドットが相互に短絡すると、量子ドットとしての正常な機能が失われる事態が発生する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【図２】図１に示す量子ドットアレイの製造方法を示す図。
【図３】本発明の他の実施形態にかかる量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【図４（ａ）】従来の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図４（ｂ）】従来の他の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図４（ｃ）】本発明の方法によって製造された量子ドットアレイのＳＥＭ画像についてのコンピュータ解析結果を示す図。
【図５】従来方法によって製造された量子ドットアレイの概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１ バリア層材料の微小な塊
２ 基板
３ 固定台
４ 柱状構造
６ 量子ドット
８、８ａ バリア層
１００ 量子ドットアレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、それぞれがバリア層で挟まれた量子ドットを含む複数の柱状部を設けることにより、量子ドットアレイを形成する、量子ドットアレイの製造方法において、
基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、前記基板上に前記複数の柱状部を形成するための基礎部を形成し、
その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含む、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、前記第１の材料は前記バリア層の材料と同じ材料であることを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、前記第１の材料は電極材料であり、前記基礎部を形成する工程は、前記基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着した後、基板の回転を停止して前記第１の材料の斜方蒸着を継続する工程を含むことを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、さらに、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する工程を複数回繰り返して行うことにより、複数段にわたって量子ドットアレイを形成する工程を含むことを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項５】
基板の表面に対してほぼ垂直方向に伸びる複数の基礎部と、
前記それぞれの基礎部上に形成される傾斜した柱状部と、を含み、
前記柱状部は、バリア層によって挟まれた量子ドットを含む、量子ドットアレイ。
【請求項６】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は前記バリア層と同じ材料で構成されていることを特徴とする、量子ドットアレイ。
【請求項７】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は電極材料で構成され、前記基礎部上に当該電極材料の傾斜部を含むことを特徴とする、量子ドットアレイ。
【請求項８】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記柱状部は、前記バリア層によって挟まれた量子ドットを複数段にわたって含むことを特徴とする、量子ドットアレイ。
【請求項１】
基板上に、それぞれがバリア層で挟まれた量子ドットを含む複数の柱状部を設けることにより、量子ドットアレイを形成する、量子ドットアレイの製造方法において、
基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着することにより、前記基板上に前記複数の柱状部を形成するための基礎部を形成し、
その後、基板の回転を停止して前記バリア層の材料および量子ドットの材料を順次斜方蒸着することにより、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する、各工程を含む、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、前記第１の材料は前記バリア層の材料と同じ材料であることを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、前記第１の材料は電極材料であり、前記基礎部を形成する工程は、前記基板を回転させながら第１の材料を斜方蒸着した後、基板の回転を停止して前記第１の材料の斜方蒸着を継続する工程を含むことを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の量子ドットアレイの製造方法において、さらに、前記基礎部上に前記バリア層で挟まれた量子ドットを形成する工程を複数回繰り返して行うことにより、複数段にわたって量子ドットアレイを形成する工程を含むことを特徴とする、量子ドットアレイの製造方法。
【請求項５】
基板の表面に対してほぼ垂直方向に伸びる複数の基礎部と、
前記それぞれの基礎部上に形成される傾斜した柱状部と、を含み、
前記柱状部は、バリア層によって挟まれた量子ドットを含む、量子ドットアレイ。
【請求項６】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は前記バリア層と同じ材料で構成されていることを特徴とする、量子ドットアレイ。
【請求項７】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記基礎部は電極材料で構成され、前記基礎部上に当該電極材料の傾斜部を含むことを特徴とする、量子ドットアレイ。
【請求項８】
請求項５に記載の量子ドットアレイにおいて、前記柱状部は、前記バリア層によって挟まれた量子ドットを複数段にわたって含むことを特徴とする、量子ドットアレイ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４（ａ）】
【図４（ｂ）】
【図４（ｃ）】
【公開番号】特開２００８−１３０８９８（Ｐ２００８−１３０８９８Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１５５６２（Ｐ２００６−３１５５６２）
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２２日（２００６．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]