(57)【要約】【課題】金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を評価する方法、該評価方法を用いて量子構造を製造する方法、及び該製造方法によって製造される量子構造を提供する。【解決手段】金属又は半導体が金属又は半導体の融点又は分解温度より高い温度の基板の表面に蒸着されることで形成された金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる薄膜と基板とからなる積層体を高温に保持することで薄膜を構成する金属又は半導体を脱離させる過程において、波長及び偏光を制御した照射光を積層体の薄膜側の面に照射し、照射光が積層体で反射されることによって得られる反射光を検出することで求められる擬誘電関数の時間変化、及び照射光の波長から薄膜の量子構造を評価する、量子構造の評価方法、該評価による結果を製造工程にフィードバックして量子構造を製造する方法、及び該方法で製造される量子構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又は半導体が前記金属又は前記半導体の融点又は分解温度より高い温度の基板の表面に蒸着されることで形成された、前記金属又は前記半導体の原子又は分子１〜２層からなる薄膜と、前記基板と、からなる積層体を高温に保持することで、前記薄膜を構成する前記金属又は前記半導体を脱離させる過程において、
波長及び偏光を制御した照射光を前記積層体の前記薄膜側の面に照射し、
前記照射光が前記積層体で反射されることによって得られる反射光を検出することで求められる擬誘電関数の時間変化、及び前記照射光の波長から、前記薄膜の量子構造を評価する、量子構造の評価方法。
【請求項２】
金属又は半導体が前記金属又は前記半導体の融点又は分解温度より高い温度の基板の表面に蒸着されることで形成された、前記金属又は前記半導体の原子又は分子１〜２層からなる薄膜と、前記基板と、からなる積層体を作製し、
波長及び偏光を制御した照射光を前記積層体の前記薄膜側の面に照射しながら、前記積層体を高温に保持することで前記薄膜を構成する前記金属又は前記半導体を脱離させ、
前記照射光が前記積層体で反射されることによって得られる反射光を検出することで求められる擬誘電関数の時間変化、及び前記照射光の波長から、前記薄膜の量子構造を評価し、
該評価の結果に基づいて、前記薄膜を構成する前記金属又は前記半導体の脱離を停止させる、量子構造の製造方法。
【請求項３】
前記金属又は前記半導体を蒸着させる際の前記基板の温度が、前記金属又は前記半導体のバルク体の製膜可能温度を超える温度である、請求項２に記載の量子構造の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の量子構造の製造方法によって製造される、前記金属又は前記半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属又は半導体の原子又は分子数層からなる量子構造を評価する方法、該評価方法を用いて良好な品質・歩留まりで、金属又は半導体の原子又は分子数層からなる量子構造を製造する製造方法、及び該製造方法によって製造される金属又は半導体の原子又は分子数層からなる量子構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属超ナノ構造（「超ナノ構造」とは、厚み方向にサブナノサイズで径方向にサブミクロンサイズである構造を意味する。以下同様。）は、その金属の種類に応じた２次元表面プラズモン効果により、発光効率を飛躍的に増大させることができる。また、半導体超ナノ構造では、その構造に依存して形成される量子準位を利用して光の吸収・発光特性及び電子の輸送特性を設計することができる。さらに、これらナノ構造の複合体としてのナノ構造団では、上記両効果を複合して利用可能となり、高効率かつ高機能性の発光デバイス（発光ダイオード、レーザーダイオードなど）や受光デバイス（光センサ、太陽電池など）を実現できると期待されている。なお、プラズモン効果については、原子又は分子１〜２層の金属や半導体のナノ構造を持った層が有効であることが、公知文献（独立行政法人日本学術振興会  ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第１６２委員会  第５９回研究資料、「プラズモニクスに基づく高輝度発光デバイス」、岡本晃一、Ａｘｉｓ Ｓｃｈｅｒｅｒ、川上養一、平成２０年）において示唆されている。
【０００３】
ナノ構造を作製するには、その構造のオーダーに応じたナノ構造の評価方法が必要であると考えられる。従来技術として、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）による結晶成長の際に、その表面状態を評価する方法として、エリプソメトリーという方法が知られている。エリプソメトリーは、測定対象に光を照射し、その照射光が測定対象によって反射されることで得られる反射光の偏光度合や反射率から、測定対象の層構造を推定することができる方法である。この方法は既に広く普及しており、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、エリプソメトリーを利用した技術が、特許文献２〜４に開示されている。さらに、エリプソメトリーの測定結果を製造工程にフィードバックする技術もこれまでに知られており、例えば、特許文献５に開示されている。
【特許文献１】特開平５−４００８７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４５１０号公報
【特許文献３】特開２００１−２１７２９１号公報
【特許文献４】特開２００４−２８１４７９号公報
【特許文献５】特許第３８６０１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、金属や半導体の超ナノ構造は産業上非常に有用であると考えられるが、従来は作製することが極めて困難であった。作製を困難にしていた理由の一つは、このようなナノスケールの構造を評価できる方法がなかったことにある。上記特許文献１〜５に開示されているような従来の技術では、予め行われた測定によるデータベースが必要であったり、エリプソメトリーに高い精度が必要であったり、ナノメーターオーダーの分解能は得られないという問題があり、原子または分子１〜２層からなる構造を評価することは困難であった。従って、従来はナノスケールの構造を評価することができなかったため、製造ラインにそれをフィードバックすることもできず、ナノスケールの構造を狙い通りに制御することができなかった。
【０００６】
そこで本発明は、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を評価できる方法、該評価方法を用いて良好な品質・歩留まりで、金属又は半導体の原子又は分子数層からなる量子構造を製造できる製造方法、及び該製造方法によって製造される金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第１の本発明は、金属又は半導体がその金属又は半導体の融点又は分解温度より高い温度の基板の表面に蒸着されることで形成された、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる薄膜と、基板と、からなる積層体を高温に保持することで、薄膜を構成する金属又は半導体を脱離させる過程において、波長及び偏光を制御した照射光を積層体の薄膜側の面に照射し、照射光が積層体で反射されることによって得られる反射光を検出することで求められる擬誘電関数の時間変化、及び照射光の波長から、薄膜の量子構造を評価する、量子構造の評価方法である。
【０００８】
第２の本発明は、金属又は半導体がその金属又は半導体の融点又は分解温度より高い温度の基板の表面に蒸着されることで形成された、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる薄膜と、基板材料と、からなる積層体を作製し、波長及び偏光を制御した照射光を積層体の薄膜側の面に照射しながら、積層体を高温に保持することで薄膜を構成する金属又は半導体を脱離させ、照射光が積層体で反射されることによって得られる反射光を検出することで求められる擬誘電関数の時間変化、及び照射光の波長から、薄膜の量子構造を評価し、該評価の結果に基づいて、薄膜を構成する金属又は半導体の脱離を停止させる、量子構造の製造方法である。
【０００９】
上記第２の本発明の量子構造の製造方法において、金属又は半導体を蒸着させる際の基板の温度を、金属又は半導体のバルク体の製膜可能温度を超える温度とすることができる。
【００１０】
第３の本発明は、上記第２の本発明の量子構造の製造方法によって製造される、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造である。
【発明の効果】
【００１１】
第１の本発明によれば、従来は評価することができなかった、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を、光学的に評価することができる。
【００１２】
第２の本発明によれば、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を光学的に評価した結果を製造工程にフィードバックし、良好な品質・歩留まりで金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を製造することができる。
【００１３】
第３の本発明によれば、金属又は半導体の原子又は分子１〜２層からなる量子構造を得られる。金属や異種半導体材料の超ナノ構造、即ち、サイズを制御して作製した極薄膜量子ディスクや異径多層極薄膜量子ディスク、あるいはこれら構造ウエッティンング層上に形成した複合体は、これら単独あるいは複合体によるナノ構造団を形成し、高効率かつ高機能性の発光デバイスや受光デバイスを実現することができる。さらに、これらの超ナノ構造を核（下地）として量子ドットや量子コラムを形成し、それらのナノ構造に起因する物性を利用し、高効率かつ高機能性の発光デバイスや受光デバイスを実現することも可能である。また、該ナノ構造団において、金属超ナノ構造はその金属に応じた２次元表面プラズモン効果によるデバイスとしての応用も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、制御した温度下において異種基板上に堆積する量子ドットや量子ディスク及びそれらの複合体などのナノ構造を作製中の試料表面に、分光エリプソメーターなどを用いて深紫外・紫外・可視・近赤外領域のスペクトル光を照射することで得られる誘電関数などの分光反射スペクトル情報が、ナノ構造材料の光電子物性のみならず、ナノ構造のサイズ・形状についてもレーリー散乱・ミー散乱・２次元表面プラズモン及び反射・回折などの波長依存性を通じて大きく影響することを見出した。
【００１５】
本発明の量子構造の製造方法は、上記知見に基づき、量子ドットなどのナノ構造のサイズ・形状とその変化を過渡分光スペクトル特性の解析から推定し、その場で制御することを可能とする。また、サイズ制御を可能とした超ナノ構造（サイズを制御して作製した極薄膜量子ディスク及び異径多層極薄膜量子ディスク、あるいはこれらの構造をウエッティング層上に形成した複合体）を、これら単独あるいは複合体によるナノ構造団として形成することを可能とする。
【００１６】
以下、図面を参照しつつ、本発明についてより具体的に説明する。図１は、本発明の量子構造の評価方法に用いる装置の一例を概略的に示す図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の量子構造の評価方法に用いる装置（以下、単に「装置１０」ということがある。）は、光照射装置１、光検出装置２、及び、演算装置３を備えている。光照射装置１は、評価対象の試料４に対して、波長や偏光を制御した光５を照射することができる。光検出装置２は、試料４に照射された光５の反射光６の偏光や強度を測定することができる。演算装置３は、光検出装置２からの情報（反射光６の偏光や強度）に基づいて擬誘電関数ε１、ε２を算出することができる。さらに演算装置３は、上記ε１、ε２の値の時間変化を検出する機能と、上記ε１、ε２の値の時間変化の急変に基づいて試料４の表面に形成された膜質変化を判定する機能を備えている。
【００１８】
装置１０を用いて本発明者らが行った実験の一例について、図面参照しつつ、以下に説明する。
【００１９】
図２は、ＭＢＥによってインジウム（Ｉｎ）をガリウムナイトライド（ＧａＮ）基板上に４０秒間照射することで、ＩｎがＧａＮ基板に吸着した後、脱離する際のε２の変化を調べた結果を、照射光の波長ごと（３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、７００ｎｍ、９００ｎｍ、１１００ｎｍ、１３００ｎｍ、１５００ｎｍ）に示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はＩｎ照射前のε２を０（ゼロ）としたε２の変化量であるΔε２を示している。図３は、ＧａＮ基板上にＩｎが吸着している様子を概略的に示す図である。図４は、高温に保たれた基板上に形成された薄膜（原子２層からなる層。以下、「原子層」ということがある。）が徐々に消失していく様子を概略的に示す図である。なお、図４においては、図が煩雑になるのを防ぐため、一部符号を省略している。
【００２０】
まず、ＭＢＥによってＩｎをＧａＮ基板上に照射した。その際の基板温度は６１０℃〜７００℃の高温に保った（図２は、６１０℃にて行ったときの結果を示している。）。この温度はＩｎの融点よりはるかに高く、通常、Ｉｎは蒸発してしまい、ＧａＮ基板上にＩｎの厚い膜を成長させることはできない。しかし、図２に示すように、Ｉｎを所定の量照射し、その後のエリプソメトリーの解析値ε２を観察すると、Ｉｎ照射によって明らかにε２の値は変化（増加）した。その後、Ｉｎの照射を止めると、しばらくしてε２の値が元に戻り（減少）始めた。このε２の時間変化を見ると、ε２が減少し始めてからグラフの傾きが変わるポイント（以下、「折れ点」という。）（図２において楕円で囲んだ辺り）が存在し、その折れ点は照射光の波長によって現れる時間が異なることがわかる。
【００２１】
一方、様々な解析により、金属や半導体からなる膜を表面に形成できない程度に基板の温度が高温であっても、図３に示すように原子又は分子２層だけは基板表面に吸着することが判明している。
【００２２】
上記実験によって観察された現象は、一旦基板表面に２層だけ吸着したＩｎ原子が少しずつ脱離することによって、図４に示すように原子層が徐々に失われていく過程であると考えられる。具体的には、基板４０の表面に原子２層からなる原子層４３が形成された状態（ａ）から、まず、２層目４２の原子が脱離しは始めて穴４４、４４、…が開いた状態（ｂ）となり、次いで、１層目４１にも穴４５、４５、…が開いた状態（ｃ）となる。その後、１層目４１及び２層目４２を構成する原子がさらに脱離して、２層目は島状の部分４６、４６、…のみになるとともに１層目４１の穴４５、４５、…が拡大した状態（ｄ）となる。そして、島状の原子２層構造４７、４７、…が残るだけの状態（ｅ）となり、最後には原子層４３が全て消失した状態（ｆ）となる。なお、図４（ｂ）〜（ｅ）に示したような状態では、原子層は面内においてもナノオーダーの超構造（原子層に開いた穴や、原子層が残る島状の部分の大きさがナノオーダー）になっていると考えられる。
【００２３】
このような現象は、基板の温度が、照射する金属又は半導体の融点又は分解温度より高い温度である場合に観察される現象である。ただし、基板の温度は、基板材料のバルク体の成長は可能な温度である。
【００２４】
図２に示したグラフのように、ε２が減少し始めてからグラフに折れ点が現れ、さらにその折れ点は照射光の波長によって現れる時間が異なることは、以下の仮定によって説明することができる。すなわち、基板の、原子層が形成されている側の面積に対する、残った原子層の面積の割合を「原子層残存率」とし、Ｉｎを照射する前からのε２の変化をΔε２とし、両者の関係が図５のようであると仮定する。図５は、横軸が原子層残存率を示すとともに、縦軸がΔε２を示しており、原子層残存率がある値以下になると、ε２に影響が出なくなることを表している。また、ε２に影響が出なくなる原子層残存率の値は、照射光の波長によって異なり、照射光の波長が長いほど大きくなることを表している。一方、原子層は２層あるため、１層目の影響と２層目の影響がε２の変化に重なって現れており、先に小さくなる２層目の原子数残存率がある値以下になった時点で、２層目によるε２への影響は現れなくなるため、ε２の変化のグラフに明瞭な折れ線が現れることになる。
【００２５】
ε２の変化グラフに明瞭な折れ点が現れる理由について、図４及び図６を用いてより具体的に説明する。図６は、波長が異なる２つに照射光によって得られるε２の時間変化を概略的に示す図である。図６は、横軸が時間を示し、縦軸はΔε２を示している。
【００２６】
図６に示した時間Ａでは、まだε２が減少し始めていない。したがって、このときは、基板４０上に形成された原子層４３の状態は、図４（ａ）に示すように、まだ消失し始めていない状態であると推定できる。
【００２７】
図６に示した時間Ｂ及びＣでは、減少し始めたε２の減少度合いが変わる点（折れ点）が現れている。したがって、このときは、２層目４２の原子数残存率がある値以下になったことで２層目４２によるε２への影響が現れなくなった状態であると推定できる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、２層目４２の穴４４、４４、…が広がっている状態であると推定できる。
【００２８】
図６に示した時間Ｄ及びＥでは、ε２が０（ゼロ）になっていることから、１層目４１及び２層目４２の原子数残存率が、共にある値以下になったと考えられる。したがって、このときは、図４（ｃ）〜（ｅ）に示すように、１層目４１及び２層目４２に穴４４、４４、…及び４５、４５、…が開いた状態もしくは島状の原子２層構造４７、４７、…が残るだけの状態であると推定できる。
【００２９】
これまでの説明では、基板上にＩｎの原子２層からなる原子層を作製した場合ついて例示してきたが、以上の現象は、金属であるＩｎだけではなく、化合物半導体においても同様である。化合物半導体である窒化インジウム（ＩｎＮ）をＧａＮ基板上に１５秒間照射して同様の実験を行ったときの結果を図７に示す。図７の横軸は時間を示し、縦軸はΔε２を示す。ＧａＮ基板上にＩｎＮを照射した場合は、図８に模式的に示したように、ＧａＮ基板上にＩｎＮの分子２層からなる薄膜が形成される。
【００３０】
また、これまでの説明ではε２に着目して説明したが、ε１についても同様の現象が見られる。ＩｎをＧａＮ基板上に照射して行った上記実験と同様の実験を行ったときの、ε１の変化を表すグラフを図９に示す。図９の横軸は時間を示し、縦軸はＩｎ照射前のε１の値を０（ゼロ）としたε１の変化量であるΔε１を示す。
【００３１】
さて、ＩｎまたはＩｎＮを照射して、基板に一旦蒸着したＩｎやＩｎＮを脱離させる途中で得られる図４（ｄ）、（ｅ）のような金属や異種半導体材料の超ナノ構造は、サイズを制御して作製した極薄膜量子ディスクおよび異径多層極薄膜量子ディスク、あるいはこれら構造をウエッティング層上に形成した複合体であり、これら単独あるいは複合体によるナノ構造団を形成し、高効率かつ高機能性の発光デバイスや受光デバイスを実現することができる。また、図４（ｅ）のような原子層が円状の島状になって存在する構造は、プラズモン効果が得られ易く、チューニングし易い。さらに、これらの超ナノ素構造を核として量子ドットや量子コラムを形成し、それらの構造に起因する物性を利用し、高効率かつ高機能性の発光デバイスや受光デバイスを実現することも可能である。また、該ナノ構造団において、金属超ナノ構造はその金属の種類に応じた２次元表面プラズモン効果によるデバイスとしての応用も可能である。
【００３２】
本発明者らは、基板上に作製された薄膜の量子構造が変化する過程において、擬誘電関数ε１、ε２の変化を示すグラフに折れ点が現れることを見出した。そして、このことを利用し、従来は不可能であったナノスケールの構造を評価して、製造ラインにその評価結果をフィードバックすることで、構造を狙い通りに制御することができる。図１０にその簡単な制御ルーチンを示す。図１０に示した制御ルーチンでは、Ｉｎを照射する場合を例示しているが、本発明はかかる形態に限定されるものではない。
【００３３】
図１０に示した工程Ｓ０は、基板温度を所望の高温に昇温した後、Ｉｎを照射して停止する工程である。基板の温度を、表面に金属や半導体のバルク体の製膜をすることができない程度の温度にしても、基板上にＩｎ原子２層からなる薄膜を形成させることができる。
【００３４】
工程Ｓ０において、基板とその基板上に形成された薄膜とからなる積層体を作製した後、工程Ｓ１で擬誘電関数εの値を求める。さらに、工程Ｓ２で計算を行うことで、εの変化率ｄεを求める。具体的にはＡ×ｄε＋（１−Ａ）（ε−εｏｌｄ）/ｄｔをｄεとする。ここで、ｄεはεの変化率、Ａはフィルタ定数（１未満）、ε及びεｏｌｄはともに工程Ｓ１で求められる値であり、εｏｌｄを求めてから時間ｄｔ経過後の値がεである。
【００３５】
工程Ｓ２においてｄεを求めた後、工程Ｓ３において、εをεｏｌｄとする。さらに、工程Ｓ４においてｄε／ｄεｏｌｄの値を求め、Ｒとする。Ｒは、εのグラフの折れ点を見つけるためのパラメータである。ここでｄεｏｌｄとは後の工程Ｓ５において設定される値である。そのため、最初に工程Ｓ４を行うときには初期値として、ｄεｏｌｄにはｄεと同じ値を用いる。
【００３６】
工程Ｓ５では、工程Ｓ２で求めたｄεをｄεｏｌｄとし、再度工程Ｓ４を行う際にこのｄεｏｌｄを用いる。
【００３７】
工程Ｓ１〜Ｓ６を繰り返す間に時間が経過し、原子２層からなる薄膜から原子が脱離しはじめ、εに変化が現れ始める。εの変化率に変化がなければＲの値は１であるが、εの変化率が急激に減少すれば（グラフの折れ点が現れれば）、Ｒは１より小さくなる。この点でＲが設定されている閾値Ｒｃより小さくなるとして、工程Ｓ６でそれを判定（以下、この判定を「折れ点判定」という。）し、次工程Ｓ７に移る。
【００３８】
工程Ｓ８は、工程Ｓ６で次工程以降の判定がされるまでの間、一定時間毎（例えば１秒毎）に上記サイクルを繰り返すためのタイマー制御である。
【００３９】
以上のルーチンによって、εのグラフの折れ点を検出して次工程Ｓ７に進む。工程Ｓ７では、例えば基板温度を下げることによって、Ｉｎの脱離を止め、所望の構造を保持することができる。また、キャップ層と呼ばれる別の材料（例えばＧａＮ）を蒸着することによってもＩｎの脱離を止めることができる。このようにして、所望の原子１〜２層からなる超ナノ構造を作製することができる。また、次工程として半導体の成長を行えば、ここでできている原子１〜２層からなる超ナノ構造を核に量子ドット等の構造が成長でき、従来作製不可能であった量子構造を作製できると考えられる。
【００４０】
図１０には、簡単な制御ルーチンを示したが、より精度良くＲを演算できるルーチンを図１１に示す。図１１に示したルーチンは、ｄεの変化率を過去に遡って記憶し、時間の離れた点のｄεを比較してＲを演算することによって、グラフの折れ点を明瞭に求めるものである。工程Ｓ０〜Ｓ３は上記した工程と同様である。
【００４１】
工程Ｓ１４〜１８において、ｄεの過去のデータをＮステップまでメモリーに蓄える。工程Ｓ１９では、工程Ｓ１４〜１８でＮステップまで蓄えられたメモリーのうち、古い方からＭステップまでの値を平均した値求め、ｄεｏｌｄとする。工程Ｓ２０では、工程Ｓ１４〜１８でＮステップまで蓄えられたメモリーのうち、新しい方からＬステップまでの値を平均した値を求めｄεｎｅｗとする。そして、工程Ｓ２１にてｄεｏｌｄとｄεｎｅｗとの比求め、その値をＲとする。工程Ｓ２２、２３、２４については、上記した工程Ｓ５、６、７と同様である。このようなルーチンを経ることで、ノイズの影響を受け難い演算を可能にしている。ただし、本発明において、ノイズの影響を除去する方法については、上記方法に限られず、公知の方法を使っても良い。
【００４２】
また、このルーチンを照射光の波長毎に行うことによって更に詳細な評価が可能であることは明らかである。
【００４３】
先に述べたように、この現象では、照射光の波長によってエリプソメトリーの反応が違い、それを利用して更に詳細な表面状態の解析が可能である。図１２にその例となるルーチンを示す。
【００４４】
図１２に示したルーチンでは、図１０や図１１のルーチン中で演算しているパラメータＲを照射光の波長毎の値Ｒ（ｍ）として演算し、それが閾値Ｒｃを超えた時刻Ｔ（ｍ）を記憶し、長波長側の値と短波長側の値のＴ（ｍ）の差としてＱを求める。ここでｍは照射光の波長λ（ｍ）に対応して事前に設定される数字であり、具体的には、例えば、下記表１のように決める。
【００４５】
【表１】
2010085330.tif 000003
【００４６】
図１２に示したルーチンでは、工程Ｓ３３において、あらかじめメモリーに入れられた上記表１にしたがってλ（ｍ）の値を決める。例えば、λ（３）は４００ｎｍである。工程Ｓ３４では、それぞれの波長λ（ｍ）での擬誘電関数を評価する。工程Ｓ３５では、図１０又は図１１に示したルーチンと同様の方法でＲを算出し、Ｒ（ｍ）とする。各Ｒ（ｍ）（Ｒ（１）、Ｒ（２）、…、Ｒ（１０））や、その算出に必要な数値は、それぞれに割り当てられたメモリーに記憶されている。工程Ｓ３６では、Ｆ（ｍ）がＯＦＦであれば、折れ点の判定を工程Ｓ３７で行う。工程Ｓ３７では、図１０の工程Ｓ６や図１１の工程Ｓ２２と同様に、折れ点判定を行う。Ｒ（ｍ）がＲｃ未満であれば、折れ点である。工程Ｓ３８では、折れ点判定がＯＮであることを、Ｆ（ｍ）をＯＮにすることで記録する。工程Ｓ３９では、折れ点判定がＯＮになった時刻を記録する。工程Ｓ４０では、ｍが１からＫ（「Ｋ」は測定波長の数である。表１の場合は１０。）の範囲で一巡させる。工程Ｓ４１では、全ての波長で折れ点判定がＯＮであれば、Ｑの算出に入る。工程Ｓ４２では短波長の折れ点時刻を算出し、工程Ｓ４３では、長波長の折れ点時刻を算出する。Ｊ及びＨは、Ｋ未満の自然数である。工程Ｓ４４では、Ｑを算出する。
【００４７】
このようにして求められたＱの値によって、表面状態の差異を判別することができる。図１３は、Ｑの値の差による量子構造の差を概略的に示す図である。Ｑの値が大きい場合には１層目と２層目との原子層残存率の差が比較的小さい。すなわち、図１３の（ａ）に示したように基板６０上に、島状に残った１層目６１と島状に残った２層目６２との面積の差が小さい。Ｑの値が小さい場合には１層目と２層目との原子層残存率の差が比較的大きい。すなわち、図１３の（ｂ）に示したように基板７０上に、島状に残った１層目７１と島状に残った２層目７２との面積の差が大きい。
【００４８】
このＱの値によって製品の品質の合否判定に用いたり、あるいは研究現場においてＴ（ｍ）の値そのものを解析対象とするツールとすることもできる。
【００４９】
これまでに説明したように、本発明の量子構造の製造方法によれば、従来は作製できなかったオーダーのナノ構造（厚さが原子又は分子１〜２層であり、径方向サイズがサブミクロンサイズの構造）を作製することができる。また、この構造を下地にしてさらに３次元的な量子構造の作製が可能である。その具体例を図１４に示す。
【００５０】
図１４（ａ）は基板８０上に島状に残った原子又は分子からなる層８１が形成されている様子を概略的に示しており、図１４（ｂ）は、原子又は分子からなる層８１の上に第３の材料からなるコラム状構造８２が成長している様子を概略的に示している。図１０又は図１１に示したようなルーチンを経て図１４（ａ）に示したような基板８０上に島状に残った原子又は分子からなる層８１を得た後、図１０の工程Ｓ６又は図１１の工程Ｓ２３において、原子又は分子からなる層８１と付着性が良く、基板８０とは付着性の低い第３の材料を分子ビームで照射、あるいはＣＶＤにてガス供給することにより、島状原子又は分子層８１上に第３の材料のコラム状構造８２を成長させることができる。
【００５１】
コラム状構造はすでにいくつかの構造が知られているが、いずれも直径数１００ｎｍと比較的大きく、量子効果を発揮するには大きすぎる。粒状構造としてはいわゆるＳＫ成長と言われる手法により量子ドットが知られているが、平坦な構造であるため厚み方向には量子効果が強く現れ過ぎ、面内方向には量子効果が不足するという問題があった。
【００５２】
本発明の量子構造の製造方法では、最適に条件を設定することにより、高さと径を近い大きさの量子構造を製造することが可能であり、最適な量子効果を得ることが可能である。従って、この構造により高効率高出力レーザー、超高効率太陽電池への応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の量子構造の評価方法に用いる装置の一例を概略的に示す図である。
【図２】ＩｎをＧａＮ基板上に照射し、ＩｎがＧａＮ基板上に吸着した後、脱離する際のε２の変化を調べた結果を示す図である。
【図３】ＩｎがＧａＮ基板上に吸着している様子を概略的に示す図である。
【図４】高温に保たれた基板上に形成された２層の原子層が徐々に消失していく様子を概略的に示す図である。
【図５】ε２の変化と原子層残存率の関係を示す図である。
【図６】波長が異なる２つに照射光によって得られるε２の時間変化を概略的に示す図である。
【図７】ＩｎＮをＧａＮ基板上に照射し、ＩｎＮがＧａＮ基板上に吸着した後、脱離する際のε２の変化を調べた結果を示す図である。
【図８】ＩｎＮがＧａＮ基板上に吸着している様子を概略的に示す図である。
【図９】ＩｎをＧａＮ基板上に照射し、ＩｎがＧａＮ基板に吸着した後、脱離する際のε１の変化を調べた結果を示す図である。
【図１０】簡単な制御ルーチンを示す図である。
【図１１】好ましい制御ルーチンを示す図である。
【図１２】量子構造評価のルーチンを示す図である。
【図１３】Ｑの値の差による量子構造の差を概略的に示す図である。
【図１４】コラム状構造の製造過程を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…光照射装置
２…光検出装置
３…演算装置
４…試料
５…照射光
６…反射光
１０…本発明の量子構造の評価方法に用いる装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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