(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向における一方に形成されたシリコンよりなるシリコン細線部と、
このシリコン細線部とは長さ方向における反対側である他方に形成された二酸化珪素よりなる二酸化珪素細線部と
を備えたことを特徴とする細線。
【請求項２】
前記シリコン細線部と前記二酸化珪素細線部との間に、金属よりなる金属部を備えたことを特徴とする請求項１記載の細線。
【請求項３】
太さが５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の細線。
【請求項４】
光信号と電気信号とを相互に変換する光電変換素子であって、
長さ方向における一方に光入出力部が形成されかつこの光入出力部とは長さ方向における反対側である他方に光電変換部が形成された細線を備えたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項５】
前記細線は、光入出力部が二酸化珪素により構成されると共に、光電変換部がシリコンにより構成されたことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記細線は太さが制御されていることを特徴とする請求項４記載の細線構造。
【請求項７】
前記細線は、光入出力部と光電変換部との間に電極部を備えたことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記細線の電極部は金属により構成されたことを特徴とする請求項７記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記細線は、光入出力部の側面のうちの少なくとも一部が被覆膜により覆われたことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項１０】
前記細線の被覆膜は金属により構成されたことを特徴とする請求項９記載の光電変換素子。
【請求項１１】
前記細線は、光電変換部の側面のうちの少なくとも一部が絶縁層により覆われたことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項１２】
前記細線を複数備えると共に、前記各細線は光電変換部を基板側として基板の上にそれぞれ形成されたことを特徴とする請求項４記載の光電変換素子。
【請求項１３】
前記各細線は基板に対する形成位置がそれぞれ制御されていることを特徴とする請求項１２記載の細線構造。
【請求項１４】
前記各細線は周期的にそれぞれ位置していることを特徴とする請求項１２記載の細線を有する素子。
【請求項１５】
シリコンよりなるシリコン細線部と二酸化珪素よりなる二酸化珪素細線部とを備えた細線を製造する方法であって、
基板の上にシリコン細線部を成長させる際の触媒を蒸着する蒸着工程と、
触媒を蒸着した基板をシリコン原料ガス含有雰囲気中において加熱し、触媒の作用により基板の表面に選択的にシリコン細線部を成長させる成長工程と、
成長させたシリコン細線部の先端側の一部を触媒の作用により選択的に酸化し、二酸化珪素細線部を形成する酸化工程と
を含むことを特徴とする細線の製造方法。
【請求項１６】
光入出力部と光電変換部とが形成された細線を備えた光電変換素子を製造する方法であって、
基板の上に触媒を蒸着したのち、光電変換部を構成する物質の原料ガス含有雰囲気中において加熱し、触媒の作用により基板の表面に選択的に細線の光電変換部を成長させる成長工程と、
成長させた細線の先端側の一部を触媒の作用により選択的に酸化し、光入出力部を形成する酸化工程と
を含むことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１７】
更に、前記成長工程に先立ち、基板の上に細線の形成位置に対応して孔を開けた補助膜を形成する補助膜形成工程を含むことを特徴とする請求項１６記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１８】
更に、前記成長工程ののち、光入出力部の側面の少なくとも一部を覆う被覆膜を形成する被覆工程を含むことを特徴とする請求項１６記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項１９】
更に、前記成長工程ののち、光電変換の側面の少なくとも一部を覆う絶縁膜を形成する絶縁工程を含むことを特徴とする請求項１６記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子などとして利用することができる細線、およびその細線を備えた光電変換素子、並びにそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、集積回路などの高密度化が進んでおり、その製造工程などにおいて極めて微細な領域を精度よく観察する技術が求められている。また、光メモリの高密度化も進んでおり、極めて微細な領域について読み出したり書き込んだりする技術も求められている。
【０００３】
従来、微細領域を観察したり読み出し書き込みをしたりする光電変換素子としては、光ファイバを光信号の入出力部として用いたものが提案されていた。この光電変換素子では、光ファイバの先端部が直径１００ｎｍ程度までエッチングされており、微細領域の情報を得ることができるようにまたは微細領域に光を照射することができるようになっている。光ファイバの他端部は、光検出部や発光部などの適宜な処理部に接続されている。また、光ファイバの側面は、適宜な金属により被覆されており、先端部以外から光の入出力がないようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は、処理部に光入出力部としての光ファイバを接続して光電変換素子を構成していたので、光ファイバの先端部を細くする一方で他端部は処理部と接続するために太くしなければならず、製造が困難であるという問題があった。また、光ファイバの先端部をエッチングにより細くしていたので、精度よく直径を１００ｎｍよりも細くすることは難しく、十分に微細化することができないという問題もあった。
【０００５】
そこで、新たな光電変換素子の開発が望まれるが、その１つの手段として、例えばシリコン（Ｓｉ）細線の利用が考えられる。このシリコン細線は、細線径が小さくなるに従ってバンドギャップが大きくなり、バルクにおいては間接遷移型バンドギャップであるのが、数十ｎｍの太さの細線においては直接遷移型バンドギャップを有するように変化する。これにより、シリコン細線では、励起された電子−正孔の再結合発光効率が著しく増加し、発光波長も短波長側にシフトして可視光発光が可能になる。
【０００６】
なお、このシリコン細線は、例えば、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄ）法（E. I. Givargizov, J.Vac.Sci.Techno.B11(2), p.449参照）によりシリコン基板の上に成長させることができる。このＶＬＳ法とは、シリコン基板に金（Ａｕ）を蒸着してシリコン基板の表面にシリコンと金との溶融合金滴を形成したのち、シリコンの原料ガスを供給しつつ加熱してシリコン細線を成長させる方法である。よって、このシリコン細線を利用した新たな光電変換素子を得ることができれば、微細領域の観察などが可能となる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、光電変換素子などに利用することができる新たな構造を有する細線およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の第２の目的は、微細領域を精度良く観察することができる光電変換素子およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る細線は、長さ方向における一方に形成されたシリコンよりなるシリコン細線部と、このシリコン細線部とは長さ方向における反対側である他方に形成された二酸化珪素よりなる二酸化珪素細線部とを備えたものである。
【００１０】
本発明に係る光電変換素子は、光信号と電気信号とを相互に変換するものであって、長さ方向における一方に光入出力部が形成されると共に、この光入出力部とは長さ方向における反対側である他方に光電変換部が形成された細線を備えたものである。
【００１１】
本発明に係る細線の製造方法は、シリコンよりなるシリコン細線部と二酸化珪素よりなる二酸化珪素細線部とを備えた細線を製造する方法であって、基板の上にシリコン細線部を成長させる際の触媒を蒸着する蒸着工程と、触媒を蒸着した基板をシリコン原料ガス含有雰囲気中において加熱し、触媒の作用により基板の表面に選択的にシリコン細線部を成長させる成長工程と、成長させたシリコン細線部の先端側の一部を触媒の作用により選択的に酸化し、二酸化珪素細線部を形成する酸化工程とを含むものである。
【００１２】
本発明に係る光電変換素子の製造方法は、光入出力部と光電変換部とが形成された細線を備えた光電変換素子を製造する方法であって、基板の上に触媒を蒸着したのち、光電変換部を構成する物質の原料ガス含有雰囲気中において加熱し、触媒の作用により基板の表面に選択的に細線の光電変換部を成長させる成長工程と、成長させた細線の先端側の一部を触媒の作用により選択的に酸化し、光入出力部を形成する酸化工程とを含むものである。
【００１３】
この細線では、長さ方向の一方にシリコン細線部が形成され、他方に二酸化珪素細線部が形成されている。このシリコン細線部は光電変換機能を有している。二酸化珪素細線部は光の伝達機能を有している。
【００１４】
この光電変換素子では、光信号が光入出力部に入力されると、光入出力部の内部を通って光電変換部へ光信号が誘導される。この光信号は光電変換部により電気信号に変換され、電気信号として取り出される。また、光電変換部に電圧が加えられると、この電気信号は光電変換部により光信号に変換され、光入出力部により誘導されて出力する。
【００１５】
この細線の製造方法では、基板の上に触媒を蒸着したのち、シリコン原料ガス含有雰囲気中において加熱する。この時、触媒の作用により基板の表面に選択的にシリコン細線部が成長する。次いで、このシリコン細線部を酸化する。この時、触媒の作用によりシリコン細線部の先端部が選択的に酸化し、二酸化珪素細線部が形成される。これにより、シリコン細線部と二酸化珪素部とを備えた細線が製造される。
【００１６】
この光電変換素子の製造方法では、基板の上に触媒を蒸着したのち、光電変換部を構成する物質の原料ガス含有雰囲気中において加熱する。この時、触媒の作用により基板の表面に選択的に細線の光電変換部が成長する。次いで、この細線を酸化する。この時、触媒の作用により細線の先端部が選択的に酸化し、光入出力部が形成される。これにより、光入出力部と光電変換部とが形成された細線を備えた光電変換素子が製造される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る細線１０の構成を表すものである。この細線１０は、長さ方向における一方に単結晶シリコンよりなるシリコン細線部１１を、このシリコン細線部１１とは長さ方向における反対側である他方にアモルファスの二酸化珪素よりなる二酸化珪素細線部１２を備えている。シリコン細線部１１は光電変換機能を有しており、二酸化珪素細線部１２は光の伝達機能を有している。また、シリコン細線部１１と二酸化珪素細線部１２と間には、金（Ａｕ）などの適宜の金属よりなる金属部１３を備えている。この細線１０は、単結晶シリコンよりなる基板１の上にシリコン細線部１１を基板１側としてほぼ垂直に形成されている。この細線１０の太さは、５０ｎｍ以下であり、好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下である。
【００１９】
このような構成を有する細線１０は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００２０】
図２はこの細線１０の製造方法における各製造工程を表すものである。まず、例えば比抵抗が０．４〜４Ωｃｍの（１１１）単結晶シリコンからなる基板１を図示しない反応炉内に挿入し、例えば５×１０-8Ｔｏｒｒの真空において１０００℃で加熱し表面の清浄化を行う。
【００２１】
次いで、図２（ａ）に示したように、反応炉内を減圧して基板１を適宜に加熱しつつ（例えば７００℃）、基板１の表面にシリコン細線部１１を成長させる際の触媒となる金属（例えば金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）やインジウム（Ｉｎ））を蒸着する（蒸着工程）。これにより、基板１の上に触媒層２が形成される。この際、基板１の加熱は、例えば基板１の長軸に沿って直流電流を流して行う。また、金属の蒸着は、例えばタングステン（Ｗ）フィラメントを用いて行う。
【００２２】
触媒層２を形成したのち、基板１を図示しない反応炉内で適宜に加熱しつつ（例えば７００℃）、そのまま適宜の時間（例えば３０分間）保持する（加熱工程）。これにより、基板１の上の触媒層２は、基板１の表面のシリコンを一部溶解し、凝集して、図２（ｂ）に示したように、溶融合金滴２ａを形成する。なお、蒸着工程においても溶融合金滴２ａは形成されるが、この加熱工程により、それらが互いに凝集して、一定の大きさとなる。
【００２３】
溶融合金滴２ａを形成したのち、基板１を図示しない反応炉内で適宜に加熱しながら（例えば７００℃）、シリコンの原料ガスとして例えばシラン（ＳｉＨ4 ）ガスを導入する（成長工程）。導入するシランガスの量は、例えば反応炉内におけるシランガスの分圧が０．５Ｔｏｒｒ未満となるように調節する。なお、好ましくは、０．１５Ｔｏｒｒ以下となるように調節する。これにより、シランガスは、溶融合金滴２ａを触媒として式１に示した分解反応により分解しシリコンを生ずる。
【式１】
ＳｉＨ4 →Ｓｉ＋２Ｈ2 
【００２４】
シランガスから分解したシリコンは溶融合金滴２ａの中に拡散し、溶融合金滴２ａと基板１との界面にエピタキシャル結合する。これにより、図２（ｃ）に示したように、溶融合金滴２ａの下において選択的に溶融合金滴２ａの大きさに応じた太さのシリコン細線部１１が成長する。
【００２５】
シリコン細線部１１を成長させたのち、図示しない反応炉内に酸素（Ｏ2 ）ガスを導入し、例えば５００Ｔｏｒｒの酸素ガス雰囲気中において８００℃で加熱する（酸化工程）。これにより、シリコン細線部１１の先端部では溶融合金滴２ａを触媒として選択的に酸化がおこり、図２（ｄ）に示したように、酸化の進行に伴って溶融合金滴２ａが基板１側に向かって移動する。よって、シリコン細線部１１の先端側の一部が酸化され、二酸化珪素細線部１２が形成される。
【００２６】
なお、この酸化工程では、シリコン細線部１１の側面においても若干ではあるが酸化がおこる。よって、図２（ｄ）に示したように、シリコン細線部１１の側面全体を露出した状態でこの酸化工程を行うと、シリコン細線部１１の側面に薄い酸化膜３が形成される。なお、図示しないが、シリコン細線部１１の側面に酸化防止膜を形成して酸化工程を行えば、酸化は防止される。
【００２７】
このようにシリコン細線部１１の先端側の一部を酸化したのち冷却すると、溶融合金滴２ａは溶解していたシリコンを析出して固化し、シリコン細線部１１と二酸化珪素細線部１２の間に金属部１３が形成される。これにより、図１に示した細線１０となる。
【００２８】
このように本実施の形態に係る細線１０によれば、シリコン細線部１１の先端に二酸化珪素細線部１２を備えているので、二酸化珪素細線部１２により光を誘導すると共に、シリコン細線部１１により光信号と電気信号とを相互に変換することができる。よって、微細領域に対応した光電変換素子などとして利用することができる。
【００２９】
また、本実施の形態に係る細線１０の製造方法によれば、基板１の上にシリコン細線部１１をＶＬＳ法により成長させたのち、溶融合金滴２ａを触媒としてシリコン細線部１１の先端部を酸化するようにしたので、本実施の形態に係る細線１０を容易に製造すことができる。よって、本実施の形態に係る細線１０を実現することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係る光電変換素子２０の構成を表すものである。この光電変換素子２０は、第１の実施の形態において説明した細線１０を利用したものである。よって、ここでは第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
この光電変換素子２０は、基板１の上にシリコン細線部１１と二酸化珪素細線部１２と金属部１３とを備えた細線１０を有している。この細線１０の形成位置および太さは、適宜に制御されている。なお、ここでは、細線１０のうちシリコン細線部１１は光電変換部として機能し、二酸化珪素細線部１２は光入出力部として機能し、金属部１３は電極部として機能する。
【００３２】
基板１の上には、また、二酸化珪素よりなる補助膜２１が形成されている。この補助膜２１には開口２１ａが設けられており、細線１０はこの開口２１ａを介して基板１の上に形成されている。すなわち、細線１０は補助膜２１により形成位置および太さが制御されるようになっている。ちなみに、この補助膜２１は、金属部１３と基板１との間の絶縁性を確保する絶縁層としての役割も有している。細線１０のうち金属部１３の位置は補助膜２１の表面の位置とほぼ一致しており、シリコン細線部１１は補助膜２１の開口２１ａ内に位置し、二酸化珪素細線部１２は補助膜２１から突出している。
【００３３】
二酸化珪素細線部１２の側面には、金やアルミニウム（Ａｌ）などの適宜な金属よりなる被覆膜２２が形成されており、側面から光が入出力することを防止して先端部から入出力する光を誘導するようになっている。金属部には、金やアルミニウムなどの適宜な金属よりなる配線２３が接続されている。また、基板１には、図示しないが、シリコン細線部１１に接続する配線が形成されている。この配線２３などを介して、シリコン細線部１１に電圧を加えたり、シリコン細線部１１で発生した電流を検出することができるようになっている。
【００３４】
このような構成を有する光電変換素子２０は、例えば、次のようにして製造することができる。
【００３５】
図４ないし図７はこの光電変換素子２０の第１の製造方法における各製造工程を表すものである。まず、図４（ａ）に示したように、例えば比抵抗が０．４〜４Ωｃｍの（１１１）単結晶シリコンからなる基板１を図示しない反応炉内に挿入して酸化し、基板１の表面に例えば１μｍ程度の厚さの酸化膜を補助膜２１として形成する。
【００３６】
次いで、図４（ｂ）に示したように、補助膜２１の上にフォトレジスト膜３１を塗布形成したのち、これを選択的に露光し、細線１０の形成位置に対応して適当な大きさ（例えば直径が約１μｍ）の開口３１ａを形成する。
【００３７】
続いて、図５（ａ）に示したように、フォトレジスト膜３１をマスクとしてフッ酸（ＨＦ）を含むエッチング液を用い補助膜２１をエッチングする。これにより、補助膜２１に細線１０の形成位置に対応して適当な大きさ（例えば直径が約１μｍ）の開口２１ａが形成される（以上、補助膜形成工程）。
【００３８】
補助膜２１に開口２１ａを形成したのち、例えばアセトンによってフォトレジスト膜３１を除去する。そののち、基板１を例えば７０℃に加熱した硝酸（ＨＮＯ3 ）中に浸漬し、更にフッ酸を含むエッチング液によりエッチングして、補助膜２１の開口２１ａから露出されている基板１の表面を洗浄する。
【００３９】
基板１を洗浄したのち乾燥させてから、基板１を図示しない反応炉内に挿入し、図５（ｂ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして基板１の表面に細線１０の成長において触媒となる金属（例えば金）を蒸着する（蒸着工程）。これにより、補助膜２１の上および補助膜２１の開口２１ａから露出された基板１の上に、例えば厚さ３ｎｍの触媒層２が形成される。
【００４０】
触媒層２を形成したのち、基板１を図示しない反応炉内で適宜に加熱しつつ（例えば７００℃）、基板１を若干傾斜させて適宜の時間（例えば３０分間）保持する（加熱工程）。これにより、補助膜２１の開口２１ａから露出された基板１の上の触媒層２は、図５（ｃ）に示したように、基板１の表面のシリコンを一部溶解し、凝集して、溶融合金滴２ａを形成する。なお、ここでは基板１を傾斜させているので、液体である溶融合金滴２ａは引力により開口２１ａにおける最も低い位置、すなわち開口２１ａの端部近傍に形成される。
【００４１】
また、補助膜２１の上においては、補助膜２１を構成している二酸化珪素が安定であるので、触媒層２による溶融合金滴は形成されない。すなわち、溶融合金滴２ａの大きさは、補助膜２１の開口２１ａの大きさによって制御される。なお、この加熱工程は、溶融合金滴２ａが開口２１ａにおいて１つになるまで十分に行う。
【００４２】
溶融合金滴２ａを形成したのち、第１の実施の形態と同様にして例えばシランガスを導入し、図６（ａ）に示したように、溶融合金滴２ａの下において選択的に溶融合金的２ａの大きさに応じた太さのシリコン細線部１１を成長させる。なお、この時、補助膜２１の上の触媒層２においても、金の触媒作用によってシランガスが分解する。但し、金とシリコンの溶融合金は二酸化珪素よりなる補助膜２１の表面に対して良好なぬれ性を有しているので、凝集しにくく、シリコンのエピタキシャル成長は起こらない。
【００４３】
これによりシリコン細線部１１を補助膜２１の厚さよりも長く（例えば１μｍよりも長く）成長させたのち、第１の実施の形態と同様にして酸素ガス雰囲気中で加熱し、図６（ｂ）に示したように、シリコン細線部１１の先端側の一部を酸化して二酸化珪素細線部１２を形成する（酸化工程）。この際、二酸化珪素細線部１２とシリコン細線部１１との長さの比は、酸化工程の時間によって制御する。ここでは、図６（ｂ）に示したように、溶融合金滴２ａが補助膜２１の表面とほぼ同位置にくるまで酸化を行う。なお、この溶融合金滴２ａは、冷却すると溶解していたシリコンを析出して固化し、金属部１３となる。よって、以下の説明では、金属部１３として説明する。
【００４４】
このようにして二酸化珪素細線部１２を形成したのち、図６（ｃ）に示したように、基板１の斜め上方（ここでは開口２１ａに対して細線１０が接近している側の上方）から金やアルミニウムなどの適宜の金属を蒸着し、蒸着層３２を形成する。この蒸着層３２は、被覆層２２や配線２３になるものである。蒸着の際の角度は、基板１の表面に金属が達しないような角度にする。このように金属を斜め上方から蒸着するのは、二酸化珪素細線部１２の側面に大量の金属を蒸着させることができ、二酸化珪素細線部１２の側面を確実に被覆すると共に、確実に金属部１３と電気的に接続させることができるからである。
【００４５】
次いで、図７（ａ）に示したように、蒸着層３２をわずかにエッチバックなどすることにより、二酸化珪素細線部１２の先端部を露出させる。エッチング液としては、例えば、蒸着層３２が金により構成される場合は王水（ＨＮＯ3 ：ＨＣｌ＝１：３）を用い、蒸着層３２がアルミニウムにより構成される場合は塩酸（ＨＣｌ）を用いる。
【００４６】
続いて、図７（ｂ）に示したように、先に金属層３２を蒸着させたのとは反対側の上方から金やアルミニウムなどの適宜の金属を蒸着させ、金属層３２と共に被覆膜２２を形成する（以上、被覆工程）。そののち、蒸着層３２を必要に応じてエッチングし、配線２３を形成する。これにより、図３に示した光電変換素子２０となる。
【００４７】
また、本実施の形態に係る光電変換素子２０は、次のようにしても製造することができる。
【００４８】
図８ないし図１０はこの光電変換素子２０の第２の製造方法における各製造工程を表すものである。この製造方法では、第１の製造方法と同様にして、補助膜２１を形成し（補助膜形成工程；図４，図５（ａ）参照）、次いで触媒を蒸着し（蒸着工程；図５（ｂ）参照）、続いて溶融合金滴２ａを形成する（加熱工程；図５（ｃ）参照）。そののち、第１の製造方法と同様にして、シリコン細線部１１を成長させ（成長工程；図６（ａ）参照）、酸化する（酸化工程；図６（ｂ）参照）。
【００４９】
そののち、図８（ａ）に示したように、基板１の斜め上方の複数の方向から金やアルミニウムなどの適宜の金属を蒸着し、二酸化珪素細線部１２全体を覆うように蒸着層３２を形成する。蒸着の際の角度は、基板１の表面に金属が達しないような角度にする。次いで、図８（ｂ）に示したように、蒸着層３２および補助膜２１の上にフォトレジスト膜３３を塗布形成する。
【００５０】
続いて、図９（ａ）に示したように、エバネッセント光を利用してフォトレジスト膜３３を露光する。すなわち、例えば屈折率の異なる２つのシリカガラス層３４ａ，３４ｂが接合された薄板３４を基板１の上に接触させ、この薄板３４に対して基板１の反対側から斜めに光を照射し、２つのシリカガラス層３４ａ，３４ｂの接合面において全反射させる。これにより、シリカガラス層３４ｂを通ってフォトレジスト膜３３にエバネッセント光が伝わり、エバネッセント光場内に位置する部分（すなわち二酸化珪素細線部１２の先端部を覆っている部分）が露光される。
【００５１】
フォトレジスト膜３３を露光したのち、図９（ｂ）に示したように、現像して露光した部分を除去する。現像ののち、図１０（ａ）に示したように、このフォトレジスト膜３３をマスクとして蒸着層３２を選択的にエッチングし、二酸化珪素細線部１２の先端部を露出させる。これにより、被覆膜２２が形成される。そののち、図１０（ｂ）に示したように、例えばアセトンを用いてフォトレジスト膜３３を除去する。フォトレジスト膜３３を除去したのち、蒸着層３２を必要に応じてエッチングし、配線２３を形成する。これにより、図３に示した光電変換素子２０となる。
【００５２】
このようにして製造された光電変換素子２０は、次のように用いられる。
【００５３】
図１１はこの光電変換素子２０を被観察物Ｍの表面観察に用いる例を表すものである。ここでは、被観察物Ｍの表面をエバネッセント光を利用して観察する場合を説明する。
【００５４】
被観察物Ｍの観察に際しては、配線２３と図示しない基板１側の配線との間に電流計３４を接続し、二酸化珪素細線部１２の先端を被観察物Ｍに接近させる。被観察物Ｍには光電変換素子２０の反対側から光を照射する。これにより、二酸化珪素細線部１２には、被観察物Ｍの光電変換素子２０側にわずかに伝わったエバネッセント光が先端から入射される。二酸化珪素細線部１２に入射された光は内部を伝わって金属部１３に到達し、その一部は金属部１３を透過してシリコン細線部１１に伝わる。シリコン細線部１１では、光が伝わるとその光量に応じたキャリアが発生する。これにより、光信号は電気信号に変換され、この電気信号は電流計３４により検出される。
【００５５】
この際、この光電変換素子２０は光入出力部である二酸化珪素細線部１２が十分に細いので、微弱な光であるエバネッセント光であっても精度良く検出することができる。よって、被観察物Ｍの表面を精度良く観察することができる。
【００５６】
なお、ここではエバネッセント光を利用して被観察物Ｍの表面を観察する場合について説明したが、被観察物Ｍの表面に対して光を照射しその反射光を観察する場合についても同様に用いることができる。この場合も、この光電変換素子２０によれば光入出力部である二酸化珪素細線部１２が十分に細いので、微細領域の観察が可能であり、精度良い観察をすることができる。
【００５７】
また、被観察物Ｍの表面観察のみでなく、光メモリに対する読み出し書き込みにも同様にして用いることができる。この場合も、この光電変換素子２０によれば光入出力部である二酸化珪素細線部１２が十分に細いので、微細領域の読み出し書き込みをすることができる。なお、書き込みの場合には、配線２３と図示しない基板１側の配線との間に電源が挿入され、読み出しの場合とは逆に動作する。すなわち、シリコン細線部１１に電圧が印加されると、キャリアの結合により光が発生し、金属部１３を透過して二酸化珪素細線部１２の内部を伝わって先端から出射される。
【００５８】
このように本実施の形態に係る光電変換素子２０によれば、光電変換部としてのシリコン細線部１１と光入出力部としての二酸化珪素細線部１２を備えた細線１０を有しているので、光入出力部の太さを細くすることができ、微細領域に関する精度を向上させることができる。すなわち、微細領域の観察を精度良く行うことができると共に、光メモリに対する読み出し書き込みも微細化することができる。
【００５９】
また、この光電変換素子２０によれば、補助膜２１により細線１０の太さが制御されているので、細線１０の太さを十分細くすることができ、微細領域に関する精度を更に向上させることができる。
【００６０】
更に、この光電変換素子２０によれば、基板１に成長させたシリコン細線部１１の先端に金属部１３を介して二酸化珪素細線部１２が形成されているので、光入出力部と光電変換部とを一体化することができると共に、基板１とも一体化することができる。よって、装置全体の大きさが小さくなり、より実用的な素子として応用することができる。
【００６１】
本実施の形態に係る光電変換素子２０の製造方法によれば、基板１の上にシリコン細線部１１をＶＬＳ法により成長させたのち、溶融合金滴２ａを触媒としてシリコン細線部１１の先端部を酸化するようにしたので、本実施の形態に係る光電変換素子２０を容易に製造すことができる。よって、本発明に係る光電変換素子２０を実現することができる。
【００６２】
また、この光電変換素子２０の製造方法によれば、補助膜２１の開口２１ａを介して基板１の上に触媒を蒸着するようにしたので、開口２１ａの大きさに応じて細線１０の太さを制御することができる。よって、細線１０の太さを精度良く細くすることができ、光電変換素子２０の精度を向上させることができる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
図１２は本発明の第３の実施の形態に係る光電変換素子４０の構成を表すものである。この光電変換素子４０は、絶縁層４１を更に備えたことを除き、第２の実施の形態の光電変換素子２０と同一の構成・作用を有している。よって、ここでは第１の実施の形態および２の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
この光電変換素子４０は、補助膜２１とシリコン細線部１１との間（すなわち補助膜２１の開口２１ａの内側）に、その間を充填する絶縁層４１を備えている。この絶縁層４１は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）やフォトレジストなどの絶縁性を有する適宜な樹脂などにより構成されている。また、この光電変換素子４０では、配線２３が被覆膜２２としての役割も有している。
【００６５】
このような構成を有する光電変換素子４０は、次のようにして製造することができる。
【００６６】
図１３はこの光電変換素子４０の製造方法における各製造工程を表すものである。この製造方法では、まず、第２の実施の形態と同様にして補助膜２１を形成する（補助膜形成工程；図４，図５（ａ）参照）。次いで、開口２１ａにより露出された基板１の表面を異方性エッチングし、エッチングが深くなるにつれ開口２１ａの中心部が最も低くなるようにする。これにより、図１３（ａ）に示したように、開口２１ａの底面（すなわち開口２１ａにより露出された基板１の表面）が凹状となる。
【００６７】
続いて、第２の実施の形態と同様にして、触媒を蒸着し（蒸着工程；図５（ｂ）参照）、溶融合金滴２ａを形成する（加熱工程；図５（ｃ）参照）。但し、加熱工程では基板１を傾けることなく水平にする。これにより、本実施の形態では開口２１ａの底面が凹状となっているので、開口２１ａの中心部に溶融合金滴２１が凝集する。そののち、第２の実施の形態と同様にして、シリコン細線部１１を成長させ（成長工程；図６（ａ）参照）、酸化する（酸化工程；図６（ｂ）参照）。
【００６８】
酸化したのち、図１３（ｂ）に示したように、全面に例えばＰＭＭＡを塗布し、加熱などにより硬化させて絶縁層４１を形成する（絶縁工程）。絶縁層４１を形成したのち、全面に金やアルミニウムなどの適宜の金属を蒸着し、エッチバックなどにより二酸化珪素細線部１２の先端部を露出させて被覆膜２２および配線２３を形成する。これにより、図１２に示した光電変換素子４０となる。
【００６９】
このように本実施の形態に係る光電変換素子４０によれば、補助膜２１とシリコン細線部１１との間に絶縁層４１を備えているので、金属部１３と基板１の間の絶縁性を高めることができ、信頼性を向上させることができる。
【００７０】
本実施の形態に係る光電変換素子４０の製造方法によれば、細線１０を形成したのち、適宜な樹脂を用いて絶縁層４１を形成しているので、本実施の形態に係る光電変換素子４０を容易に製造することができる。よって、本発明に係る光電変換素子４０を実現することができる。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図１４は本発明の第４の実施の形態に係る光電変換素子５０の全体構成を表すものであり、図１５はこの光電変換素子５０の断面構造を表すものである。この光電変換素子５０は、第２の実施の形態または第３の実施の形態に係る光電変換素子２０，３０を基板１の上に複数備えている。よって、ここでは第２の実施の形態および第３の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
この光電変換素子５０は、基板１の上に複数の細線１０がマトリクス状に形成されている。基板１の表面には、各細線１０の列に対応して複数の配線５１が形成されている。この各配線５１は、適宜の不純物が注入されたｎ型またはｐ型のシリコンによりそれぞれ構成されている。また、配線２３は、各細線１０の行に対応して複数形成されている。これにより、この光電変換素子５０では、各細線１０が個別に接続されている。なお、ここでは各細線１０をマトリクス状に形成した場合について説明したが、線状に形成するようにしてもよい。
【００７３】
このように本実施の形態に係る光電変換素子５０によれば、複数の細線１０が基板１の上にマトリクス状に形成されているので、広範囲の微細領域における情報を迅速に得ることができる。
【００７４】
以上、各実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第２の実施の形態においては、酸化工程ののち被覆工程を行うようにしたが、成長工程ののち酸化工程の前に被覆工程を行うようにしてもよい。また、上記第３の実施の形態においては、酸化工程ののち絶縁工程を行うようにしたが、成長工程ののち酸化工程の前に絶縁工程を行うようにしてもよい。
【００７５】
更に、上記第２の実施の形態においては、補助膜２１を二酸化珪素によって形成するように説明したが、例えば、窒化珪素（ＳｉＮ4 ）や適宜の樹脂など蒸着工程において蒸着する金属と溶融合金滴を形成しないものであれば他の物質によって形成するようにしてもよい。
【００７６】
加えて、上記第１の実施の形態においては、細線成長工程でシリコンの原料ガスとしてシランガスを用いるように説明したが、シランガスに代えてジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）ガスやトリシラン（Ｓｉ3 Ｈ8 ）ガスやこれらの混合ガス、あるいは塩化珪素（ＳｉＣｌ4 ）ガスなどを用いるようにしてもよい。
【００７７】
加えてまた、上記第２乃至第４の実施の形態においては、光電変換部をシリコン細線部１１により構成する場合について説明したが、本発明は、光電変換部を光電変換機能を有する細線により構成する場合について広く適用することができる。また、光入出力部を二酸化珪素細線部１２により構成する場合について説明したが、本発明は、光入出力部を光の伝達機能を有する細線により構成する場合について広く適用することができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る細線によれば、一方に形成されたシリコン細線部と他方に形成された二酸化珪素細線部とを備えているので、二酸化珪素細線部により光を誘導すると共に、シリコン細線部により光信号と電気信号とを相互に変換することができる。よって、微細領域に対応した光電変換素子などとして利用することができるという効果を奏する。
【００７９】
また、本発明に係る光電変換素子によれば、一方に光電変換部が形成され他方に光入出力部が形成された細線を備えているので、光入出力部の太さを細くすることができ、微細領域に関する精度を向上させることができる。すなわち、微細領域の観察を精度良く行うことができると共に、光メモリに対する読み出し書き込みも微細化することができるという効果を奏する。
【００８０】
更に、本発明に係る細線の製造方法および光電変換素子の製造方法によれば、触媒の作用により基板の上にシリコン細線部または光電変換部を成長させたのち、シリコン細線部または光電変換部の先端側の一部を触媒の作用により酸化するようにしたので、本発明に係る細線および光電変換素子を容易に製造すことができる。よって、本発明に係る細線および光電変換素子を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る細線の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した細線の製造方法における各製造工程を表す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。
【図４】図３に示した光電変換素子の第１の製造方法における各製造工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く各工程を表す断面図である。
【図６】図５に続く各工程を表す断面図である。
【図７】図６に続く各工程を表す断面図である。
【図８】図３に示した光電変換素子の第２の製造方法における各製造工程を表す断面図である。
【図９】図８に続く各工程を表す断面図である。
【図１０】図９に続く各工程を表す断面図である。
【図１１】図３に示した光電変換素子の作用を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る光電変換素子の構成を表す断面図である。
【図１３】図１２に示した光電変換素子の製造方法における各製造工程を表す断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係る光電変換素子の構成を表す斜視図である。
【図１５】図１４に示した光電変換素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…触媒層、２ａ…溶融合金滴、１０…細線、１１…シリコン細線部（光電変換部）、１２…二酸化珪素細線部（光入出力部）、１３…金属部（電極部）、２０，４０，５０…光電変換素子、２１…補助膜、２１ａ…開口、２２…被覆膜、２３，５１…配線、３１，３３…フォトレジスト膜、３１ａ…開口、３２…蒸着層、３４…電流計、４１…絶縁層、Ｍ…被観察物
【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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【図１５】
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