(57)【要約】【課題】  金属液滴を成長核として用いるナノワイヤ形成法において、隔絶のための薄膜の厚さ等の制限無くかつ方向の揃ったナノワイヤを安定的にかつ再現性よく製造する。【解決手段】  半導体ナノワイヤ４４の製造方法であって、半導体から成る基板４２上に非結晶から成る薄膜４３を形成する工程と、薄膜４３上に金属液滴４１を形成する工程と、金属液滴４１を成長核として上記半導体から成る半導体ナノワイヤ４４を結晶成長する工程とを有し、薄膜４３は金属液滴４１と化学反応する材料から成る。【選択図】  図４
2010208925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体から成る基板上に非結晶から成る薄膜を形成する工程と、
上記薄膜上に金属液滴を形成する工程と、
上記金属液滴を成長核として上記半導体から成る半導体ナノワイヤを結晶成長する工程とを有し、
上記薄膜は上記金属液滴と化学反応する材料から成ることを特徴とする半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
前記薄膜は、前記基板と前記金属液滴とを隔絶するために形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
前記薄膜は前記金属液滴と化学反応することにより局所的に除去されることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項４】
前記薄膜の局所的除去は、前記薄膜の厚さを前記金属液滴が形成された位置において制御することにより行われることを特徴とする請求項３に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項５】
前記薄膜の厚さの制御は、前記薄膜の厚さに応じて前記金属液滴の大きさを変化させることにより行われることを特徴とする請求項４に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項６】
前記薄膜の厚さの制御により、前記半導体ナノワイヤの結晶成長工程において、前記基板の有する情報を前記半導体ナノワイヤに伝達することを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項７】
前記薄膜の局所的除去は、前記基板の表面近傍に達するまで行われことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項８】
前記金属液滴形成工程において、前記金属液滴を複数形成し、
前記半導体ナノワイヤの結晶成長工程において、前記薄膜の厚さが制御された状態で気相の半導体材料を供給することにより、互いに方向揃った前記半導体ナノワイヤを複数成長させることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項９】
前記金属液滴の形成位置を意図的に制御することにより、前記半導体ナノワイヤの形成位置を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項１０】
前記金属液滴の形成位置の意図的制御は、収束イオンビーム又は走査プローブ顕微鏡を使用して行われることを特徴とする請求項９に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項１１】
前記薄膜として、アルミニウムを含有する非結晶薄膜又はガリウムを含有する酸化膜を用い、
前記金属液滴としてガリウムを用いることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項１２】
前記アルミニウムを含有する非結晶薄膜は酸化アルミニウム（Al2O3）であり、
前記ガリウムを含有する酸化膜は酸化ガリウム（Ga2O3）であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項１３】
前記酸化アルミニウム（Al2O3）から成る薄膜を毎分1nm以下の速度で成膜することを特徴とする請求項１２に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
【請求項１４】
半導体から成る基板と、
上記基板上に形成された非結晶から成る薄膜と、
上記薄膜に局所的に形成された複数の穴部と、
上記複数の穴部に形成された上記半導体から成る複数の半導体ナノワイヤとを有し、
上記半導体ナノワイヤの形成位置は意図的に制御され、かつ上記半導体ナノワイヤは互いに方向が揃っていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】
前記半導体ナノワイヤの先端には、金属が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記薄膜は前記金属と化学反応する材料から成ることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記薄膜はアルミニウムを含有する非結晶薄膜であり、
前記金属はガリウムであることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記アルミニウムを含有する非結晶薄膜は、酸化アルミニウム（Al2O3）であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置。
【請求項１９】
前記薄膜はガリウムを含有する酸化膜であり、
前記金属はガリウムであることを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２０】
前記ガリウムを含有する酸化膜は、酸化ガリウム（Ga2O3）であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体装置。
【請求項２１】
前記穴部は、前記基板の有する情報を前記半導体ナノワイヤに伝達可能なように前記基板の表面近傍に達していることを特徴とする請求項１４から２０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項２２】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の半導体ナノワイヤの製造方法を使用して製造された２次元周期配列構造の半導体ナノワイヤ列を有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ナノワイヤの製造方法及び半導体装置に関し、特に、エミッター材料や超微細デバイス材料など工業的な応用が期待されている半導体ナノワイヤの製造方法及び半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノワイヤは、一次元構造であるためにその物理的特性を理論的に説明し易い。従って、物性理論の検証を行ったり、将来的には理論的にナノワイヤを設計したりすることができる可能性があり非常に興味深い。
【０００３】
また、次世代の超大規模集積回路のための構成要素としても適用の可能性があり、その製造方法が確立されれば、ナノワイヤにより電子を一個ずつ流す単電子素子、量子コンピュータメモリ等への途も開ける可能性がある。
【０００４】
このような背景のもと、数ナノメートル（10-9ｍ）オーダーの極小構造体として、カーボンナノチューブが発見されて以来、既に発見されていたシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などの微小構造体に注目が集まっている。
【０００５】
従来の金属系の微小構造体としては、棒状のシリコンナノワイヤ結晶（ウイスカ）(Wagner and Ellis, Applied Physics Letters 第4巻89頁(1964))（非特許文献１)や、シリコンナノワイヤまたは円錐形状のゲルマニウムナノワイヤ及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）ナノワイヤなどのナノ構造体などが挙げられる。これらのナノチューブやナノワイヤ構造体はエミッター材料や超微細デバイス材料など工業的な応用性が極めて高く、これからのナノテクノロジーを支えていく重要な材料として期待されている。
【０００６】
上述の非特許文献１によると、従来のシリコンやゲルマニウムなどのナノ構造体は、気相-液相-固相(Vapor - Liquid - Solid)反応を用いて作製されている。VLS成長とは1964年Bell研のWagnerとEllisにより報告されたウイスカ（ナノワイヤ）の成長機構である。
【０００７】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体基板（シリコン単結晶）１２上に金粒子（金の微小体）１１を配置した後、昇温すると、金とシリコンの合金融液ができる。さらにこの状態で、気相状の四塩化珪素と水素を供給し反応させると、気流界面反応により合金融液中にシリコンの形で取り込まれ、合金融液中でシリコンの過飽和現象がおきる。そして、融液と半導体基板１２の界面に、過剰のシリコンが析出し、単結晶である半導体ウイスカ（シリコンウイスカ）１３が形成される。この３つの相を含んだ結晶成長機構のVapor‐Liquid‐Solidの略号でVLS成長と呼ばれている。
【０００８】
近年、金の微小体の代わりに金属液滴を使用してナノワイヤを作製する手法が報告されている（Morral他、Applied Physics Letters 第92巻063112頁(2008)）（非特許文献２）。
【０００９】
図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、Morralらは、半導体基板（GaAs基板）２２上に酸化珪素から成る薄膜２３を堆積した試料を用い、その上にGaの金属液滴２１を形成し、分子線エピタキシ（MBE）法によりGaとAsを供給することによりGa液滴が存在している場所にGaAsの半導体ワイヤ（ナノワイヤ）２４が形成されることを見出した。
【００１０】
これは、Ga金属液滴２１を酸化珪素薄膜２３上に孤立させ、そこにGaとAsを供給することにより、気相-液相-固相の平衡状態を作り出し、VLS成長によりGaAsナノワイヤ２４の形成を実現させているものである。
【００１１】
しかしながら、図３に示すように、ナノワイヤ形成工程において、Ga金属は酸化珪素薄膜上に孤立しているため、半導体基板３２上の半導体ナノワイヤ３１の形成方向は一意に定まらず制御できないという問題点がある。
【００１２】
このナノワイヤの形成方向を制御するためには、金属液滴に何らかの方法で基板結晶格子の情報を与える必要がある。Morralらは、酸化珪素薄膜の厚さを薄くすることによりこれを実現した。
【００１３】
通常、酸化珪素薄膜にはピンホールが形成されることが多く、この薄膜中に存在しているピンホールを通じて基板結晶と微小領域で金属液滴が接し、結合することにより、基板格子の情報を受け取り、基板の結晶方位に依存したある方向に揃ったナノワイヤが形成できる。
【００１４】
ただし、このピンホールの形成位置、および、金属液滴の形成位置はともにランダムであり、両者の形成位置が一致した場合のみ、その場所で方向のそろったナノワイヤが形成可能となる。また、酸化珪素薄膜の厚さが厚くなった場合もピンホールが基板まで貫通していないことが多く、方向のそろったナノワイヤは形成されない。ナノワイヤが基板の結晶格子の情報を受け継ぐために成長核を基板格子の影響が及ぶ20nm以下の距離に配置する必要があり、酸化珪素薄膜の厚さおよび材質に制約がある。
【００１５】
また、ナノワイヤに関連する技術として、例えば、特開２００３−２８００号公報（特許文献１）、特開２００８−１００３３５号公報（特許文献２）、特開平８−８４４２号公報（特許文献３）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００３−２８００号公報
【特許文献２】特開２００８−１００３３５号公報
【特許文献３】特開平８−８４４２号公報
【非特許文献】
【００１７】
【非特許文献１】Wagner and Ellis, Applied Physics Letters 第4巻89頁(1964)
【非特許文献２】Morral他、Applied Physics Letters 第92巻063112頁(2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、金属液滴を成長核として用いるナノワイヤ形成法において、隔絶のための薄膜の厚さ等の制限無くかつ方向の揃ったナノワイヤを安定的にかつ再現性よく製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の半導体ナノワイヤの製造方法は、半導体から成る基板上に非結晶から成る薄膜を形成する工程と、上記薄膜上に金属液滴を形成する工程と、上記金属液滴を成長核として上記半導体から成る半導体ナノワイヤを結晶成長する工程とを有し、上記薄膜は上記金属液滴と化学反応する材料から成る。
【００２０】
また、本発明の半導体装置は、半導体から成る基板と、上記基板上に形成された非結晶から成る薄膜と、上記薄膜に局所的に形成された複数の穴部と、上記複数の穴部に形成された上記半導体から成る複数の半導体ナノワイヤとを有し、上記半導体ナノワイヤの形成位置は意図的に制御され、かつ上記半導体ナノワイヤは互いに方向が揃っている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、金属液滴を成長核として用いるナノワイヤ形成法において、隔絶のための薄膜の厚さ等の制限無くかつ方向の揃ったナノワイヤを安定的にかつ再現性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、金微小体によるナノウイスカの形成法を示す工程図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、金属液滴によるナノワイヤの形成法を示す工程図である。
【図３】金属液滴によるナノワイヤ形成例を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明による金属液滴を用いたナノワイヤの形成法を示す工程図である。
【図５】本発明による形成位置を制御したナノワイヤ形成法の原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００２４】
本発明者は、半導体基板と金属液滴の隔絶のための薄膜材料を微小な金属液滴により選択的に除去可能な材料で構成することにより、薄膜の厚さを局所的に制御可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２５】
金属液滴を成長核として用いるナノワイヤ形成法において、半導体から成る基板上に非結晶から成る薄膜を形成する工程と、前記薄膜上に金属液滴を形成する工程と、前記半導体から成るナノワイヤを結晶成長する工程において、非結晶から成る薄膜として、金属液滴と化学反応する材料から成る薄膜を用いて半導体ナノワイヤを形成する。
【００２６】
特に、非結晶から成る薄膜として、酸化アルミニウム（Al2O3）もしくは酸化ガリウム（Ga2O3）を用い、金属液滴としてガリウムを用いることにより半導体ナノワイヤを形成する。
【００２７】
また、前記酸化アルミニウム（Al2O3）を毎分1nm以下の速度で成膜した薄膜を使用することにより半導体ナノワイヤを金属液滴が形成された位置に確実に形成することができる。
【００２８】
さらに、金属液滴の形成位置を意図的に制御し、半導体ナノワイヤの形成位置を一意に決定することにより新たな機能を有する素子が作製可能となる。その際、金属液滴の形成位置を制御するためには収束イオンビームもしくは走査プローブ顕微鏡を用いることにより、液滴金属の位置制御形成がより確実となる。
【００２９】
上述のように、本発明では、金属液滴を成長核として用いるナノワイヤ形成法において、隔絶のための薄膜の厚さ等の制限無くかつ方向の揃ったナノワイヤを安定にかつ再現性よく作製するために、金属液滴と半導体基板を隔絶する薄膜として、金属液滴と化学反応する材料から成る薄膜を用いる。薄膜の厚さを局所的に液滴の位置のみ薄くできれば、液滴と半導体基板の干渉の程度を局所的に制御可能であるからである。
【００３０】
そのための薄膜の例としては、金属液滴の材質をGaとすれば、GaによりエッチングされるAlを含有する非結晶薄膜（たとえばAl2O3）やGaと反応して形態が変化する材料から成る薄膜（たとえばGa2O3）が有効である。前者の場合、Gａと薄膜に含まれているＡｌは化学反応を起こし局所的に薄膜を除去可能である。また後者の場合、Ga2O3＋４Ga→３Ga2Oの化学反応に従い、強固な酸化膜であるGa2O3薄膜は、MBE成長時のAs雰囲気中での熱処理により容易に脱離するGa2O薄膜に改質され、局所的に除去される。
【００３１】
これらの材料から成る薄膜を用いて、液滴金属位置の薄膜の厚さを局所的に制御し、基板情報をナノワイヤへ伝達するようにして金属液滴を形成核とする薄膜上でのVLS成長を行えば、形成方向の揃った半導体ナノワイヤが安定にかつ再現性よく作製することが可能である。
【００３２】
図４に、本発明による金属液滴を用いた半導体ナノワイヤ形成法の工程図を示す。
【００３３】
まず、半導体基板４２上に非結晶材料から成る薄膜４３を形成する。この場合、薄膜４３の材質は、前述のGaによりエッチングされるAlを含有する非結晶薄膜もしくはGaにより改質が可能なGa酸化膜から成る。この薄膜４３を堆積した半導体基板４２上にGaから成る金属液滴４１を形成する（図４（ａ）参照）。
【００３４】
そうすると、前述のように薄膜４３はGaから成る金属液滴４１によって化学反応を起こし、その結果、薄膜４３は浸食され、ナノメートルサイズの穴が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００３５】
この浸食の深さは、薄膜４３の厚さに応じて金属液滴４１の大きさを変化させることにより制御可能であり、これに続く気相の半導体材料の供給により、方向の揃った半導体ナノワイヤ４４が形成される（図４（ｃ）参照）。この際、図４（ｃ）に示すように、半導体ナノワイヤ４４の先端には、金属液滴４１が形成される。
【００３６】
また、これらに加えて、Gaから成る金属液滴４１の形成位置を何らかの手法で制御すれば、方向のみならず位置も制御された半導体ナノワイヤ４４が形成可能である（図５参照）。このための手法としては、Ga液体金属イオン源を有する集束イオンビーム法によりGaを堆積する手法や、原子間力顕微鏡用の特殊なプローブを用いた手法（Ohkouchi 他Thin Solid Films 第464-465巻233頁  (2004)）（非特許文献３）も有効である。
【００３７】
ここで、本手法の概念図を図５に示す。
【００３８】
集束イオンビーム法は、通常、液体金属イオン源５２から放出されるGaをイオン化し、そのイオンを加速し、ビームを集束させて基板等に照射し、ナノメートルサイズの微細構造を作製するものである。このGaイオンの照射エネルギーを下げ、照射密度を上げることにより、照射領域にGaを局所的に析出させ、Gaから成る金属液滴の２次元配列を得ることが可能である。
【００３９】
この金属液滴列５１をナノワイヤの形成核として使用する。Gaの照射位置は、通常数十ナノメートルオーダーで制御可能であるので、この機構を用いて堆積させたGaを使用することによって、形成位置が制御された半導体ナノワイヤ４４が形成可能である。
【００４０】
また、さらに上記非特許文献３に記載の原子間力顕微鏡（AFM）用の特殊なプローブを用いた手法を応用すれば、更に微小領域での半導体ナノワイヤの形成位置が制御可能になる。この場合、金属液滴の形成位置は、ＡＦＭの走査機構により決定されるため、ナノメータスケールで制御可能であり、集束イオンビームによる金属液滴よりも微小な領域で金属液滴の形成位置が制御可能である。
【００４１】
これらの手法により、半導体ナノワイヤの形成位置を制御し、新たなナノメートルオーダーの構造体を作製することが可能となる。たとえば、２次元周期的に半導体ナノワイヤを並べることにより、新たな物理特性を有するフォトニック結晶を作製することも可能である。また、規則的に半導体ナノワイヤを配列し、特定の機能を有するエミッター等を作製することも可能となる。ただし、本手法の適用範囲はこれらに限られない。
【００４２】
以下、本発明による半導体ナノワイヤの製造方法の実施例について述べる。
【００４３】
（第１の実施例）
図４を参照して、本発明による液滴金属を用いたナノワイヤの製造方法の実施例について説明する。
【００４４】
まず、ＧａＡｓから成る半導体基板４２上に酸化アルミニウムから成る薄膜４３をスパッタリング法により堆積する。この場合、膜厚は50nmで成膜レートは1μm/hで堆積を行った。
【００４５】
次に、この試料を分子線エピタキシ（MBE）装置に導入し、超高真空雰囲気下、基板温度50℃で供給量5原子層分のGaの堆積を行った。Gaの融点は30℃であるので、堆積されたGaはこの堆積温度では液体であり、表面張力により直径数十nm程度の金属液滴４１の形態となる（図４（ａ）参照）。
【００４６】
薄膜４３の材料である酸化アルミニウムは、GaによりエッチングされるAlを含有する非結晶薄膜であるため、酸化アルミニウムから成る薄膜４３はGaから成る金属液滴４１によって化学反応を起こす。この結果、薄膜４３は浸食され、ナノメートルサイズの穴が形成される（図４（ｂ）参照）。
【００４７】
この浸食の深さは、半導体基板４２の表面近傍まで達し、これに続く気相の半導体材料の供給により、方向の揃った半導体ナノワイヤ４４が形成された（図４（ｃ）参照）。
【００４８】
（第２の実施例）
第２の実施例は、薄膜４３の材料として、酸化ガリウム（Ga2O3）を使用したものであり、金属液滴４１を形成後の半導体ナノワイヤの製造工程は第１の実施例と同様である。
【００４９】
第１の実施例と同様に、図４を用いて本発明による液滴金属を用いたナノワイヤの製造方法の実施例について説明する。
【００５０】
第２の実施例の場合、GaAsから成る半導体基板４２をMBE装置を備えた真空室へ導入し、As雰囲気下で熱処理することにより半導体基板４２の表面に形成されている自然酸化膜を除去する。
【００５１】
次に、この半導体基板４２を真空トンネルで結合された別の真空室へ移動させる。本実施例を実現した製造装置は、複数の超項真空室を具備し、かつ、これらが超高真空の真空トンネルで連結されているため、試料を大気に曝すこと無く連続した処理工程が可能である。
【００５２】
次に、試料を移動した別の真空室に純度99.9999％の酸素を１気圧になるまで導入し、真空室全体を酸素で充満させる。この状態で、真空室に設けられた窓を通じて半導体基板４２と対向した位置に配置したハロゲンランプを用いて出力138mW/cm2のハロゲンランプ光を１時間照射する。この工程によりGaAsから成る半導体基板４２上に酸化膜が形成されることになるが、この成膜条件で製造すると、薄膜４３の主成分である酸化膜のほとんどはGa2O3となる。
【００５３】
そして、この試料を真空トンネルを介して再び分子線エピタキシ（MBE）装置を具備した真空室へ導入し、超高真空雰囲気下、基板温度50℃で供給量5原子層分のGaの堆積を行いGaの金属液滴４１を作製した。すると金属液滴４１が接している部分の強固な酸化膜であるGa2O3薄膜は、Ga2O3＋４Ga→３Ga2Oの化学反応に従い、MBE装置によるAs雰囲気中での熱処理により容易に脱離するGa2O薄膜に改質され、局所的に除去される。
【００５４】
その後、この工程に続き、MBE室における気相の半導体材料の供給により、方向の揃った半導体ナノワイヤ４４が形成された（図４（ｃ）参照）。
【００５５】
（第３の実施例）
第３の実施例は、第１の実施例における酸化アルミニウムから成る薄膜４３の成膜条件が異なる以外は第１の実施例と同様であるので、この工程についてのみ説明する。
【００５６】
第３の実施例に使用した酸化アルミニウムから成る薄膜４３は以下の条件より電子ビーム蒸着法により作製した。半導体基板４２を装置へ導入した後、半導体基板４２上での実行的な成膜速度が毎分1nm以下になる条件で100nmの酸化アルミニウムから成る薄膜４３の堆積を行った。具体的には、低速での成膜速度を精度よく制御するために、蒸着源と半導体基板４２を斜めに対向させ、実効的な成膜速度を低減させた。
【００５７】
本条件で成膜した薄膜４３が形成された試料は、MBEを具備した装置へ導入され、第１の実施例と同様の工程に従いGaAsから成る半導体ナノワイヤ４４を形成した（図４（ｃ）参照）。
【００５８】
その際、薄膜４３の厚さは第１の実施例で作製した通常の条件で作製した酸化アルミニウムから成る薄膜４３より厚いにもかかわらず、再現性よく半導体ナノワイヤ４４が形成された。これは、第３の実施例の工程に従い作製された酸化アルミニウムから成る薄膜４３が第１の実施例の工程に従い作製された酸化アルミニウムから成る薄膜４３に比べて多くの欠陥を内包しているためであり、本発明の実施の形態で説明した効果に従い、この特性により金属液滴４１が存在する部分に再現性よく確実に半導体ナノワイヤ４４を作製できるためである。
【００５９】
（第４の実施例）
本実施例では、Ga液滴の形成位置を制御し、方向のみならず位置も制御した半導体ナノワイヤの製造方法について述べる。このための手法としては、Ga液体金属イオン源を有する集束イオンビーム法によりGaを堆積する手法や、非特許文献３に記載のAFM用の特殊なプローブを用いた手法が適用可能である。
【００６０】
本実施例では、上記非特許文献３に記載のAFM用の特殊なプローブを用いた手法を応用して形成位置を制御した半導体ナノワイヤの製造方法について述べる。
【００６１】
まず、ＧａＡｓから成る半導体基板４２上に酸化アルミニウムから成る薄膜４３をスパッタリング法により堆積する。この場合、膜厚は50nmで成膜レートは1μm/hで堆積を行った。この試料を、MBEを具備した真空室と真空トンネルで結合された別の真空室中に備えた真空雰囲気下で動作するAFM装置へと導入した。このAFM装置には前述の特殊なプローブが装備されている。
【００６２】
本手法で用いられるプローブはナノジェットプローブとよばれ、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）用に開発された自己検知型のカンチレバーがベースになっている。カンチレバー梁部にはＡＦＭ動作時に原子間力を検知するためのピエゾ薄膜が形成されており、また、端にはピラミッド状の突起部が設けられている。
【００６３】
カンチレバー先端部の突起は、内部が空洞になっており、その先端部分には、あらかじめ約0.5μｍ径の穴が開けられている。中空内部にはGaがあらかじめ蒸着により充填されており、ナノドットの形成は、このカンチレバーをＡＦＭの機構を用いて、先端を試料表面に近接させ、突起先端と試料を機械的に接触させることにより実現する。
【００６４】
つまり、接触により、突起先端からしみ出したGa先端が局所的に試料表面に接触することにより、試料表面へ堆積する。この形成位置は、ＡＦＭの走査機構により決定されるため、ナノメータスケールで制御可能である。同様のGa金属液滴の形成は、集束イオンビームを用いても可能であるが、大きさおよび形成位置の制御性はやや劣る。
【００６５】
この特殊プローブを具備したAFM装置により、図５に示すように規則的に２次元状に配列した配列周期200nm、100列×100列のGa金属液滴列５１を作製した。
【００６６】
その後、この工程に続き、試料をMBEを具備した真空室へ移送し、気相の半導体材料を供給することにより、方向の揃った半導体ナノワイヤ４４を半導体基板４２の特定の領域のみに形成した。
【００６７】
このような２次元周期配列構造の半導体ナノワイヤ列は、ピラー型のフォトニック結晶を作製することも可能であり、規則的に半導体ナノワイヤを配列し、特定の機能を有するエミッター等を作製することも可能である。ただし、本実施例の適用範囲はこれらに限定されることはない。
【００６８】
以上、本発明の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明技術的思想に基づく各種の変形が可能である。たとえば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、物質、原料等はあくまでも例にすぎず、必要に応じてこれらと異なるものを用いても構わない。
【符号の説明】
【００６９】
１１  金粒子
１２  半導体基板
１３  半導体ウイスカ
２１  金属液滴
２２  半導体基板
２３  薄膜
２４  半導体ナノワイヤ
３１  半導体ナノワイヤ
３２  半導体基板
４１  金属液滴
４２  半導体基板
４３  薄膜
４４  半導体ナノワイヤ
５１  金属液滴列
５２  液体金属イオン源
【図１】
2010208925.tif 000003
【図２】
2010208925.tif 000004
【図３】
2010208925.tif 000005
【図４】
2010208925.tif 000006
【図５】
2010208925.tif 000007