(57)【要約】【課題】量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に製造しうる光半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、シリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、熱処理を行い、第１の絶縁膜内の過剰なシリコンをシリコン粒子に析出させ、シリコン粒子のサイズを拡大する工程とを繰り返し行い、シリコン粒子よりなる量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層が積層された積層量子ドットを形成する。【選択図】図１
2014241324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第１のサイズの第１のシリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、
第１の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン粒子に析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズに拡大する工程と、
前記第２のサイズの前記第１のシリコン粒子が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第３のサイズの第２のシリコン粒子が埋め込まれた第２の絶縁膜を形成する工程と、
第２の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン量子ドットに析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第２のサイズよりも大きい第４のサイズに拡大するとともに、前記第２の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第２のシリコン粒子に析出させ、前記第２のシリコン粒子のサイズを前記第３のサイズよりも大きい第５のサイズに拡大する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程又は前記第２の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜上に前記第１又は第２のシリコン粒子を堆積する工程と、
前記第１又は第２のシリコン粒子が堆積された前記第１の膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第２の膜を堆積する工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程又は前記第２の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜内に前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の膜を堆積する工程の後、前記第１の膜上に、所定の領域を露出するマスク膜を形成する工程を更に有し、
前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む工程では、前記マスク膜をマスクとすることにより、前記第１の膜の前記所定の領域に前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程よりも後、前記第２の絶縁膜を形成する工程よりも前に、
前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成のシリコン系絶縁材料よりなる第３の絶縁膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の熱処理の時間及び前記第２の熱処理の時間により、前記第１のシリコン粒子の前記第４のサイズ及び前記第２のシリコン粒子の前記第５のサイズを制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第４のサイズは、前記第５のサイズよりも大きい
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項８】
化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、シリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、
熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記シリコン粒子に析出させ、前記シリコン粒子のサイズを拡大する工程とを繰り返し行い、
前記シリコン粒子よりなる量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層が積層された積層量子ドットを形成する工程を有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン量子ドットを有する光半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光吸収層に量子ドットを用いた量子ドット型太陽電池は、変換効率を６０％以上にまで高められることが理論的に予測されており、実用化に向けた期待が高まっている。量子ドットはそのサイズを変えることにより吸収する光の波長を制御できることから（量子サイズ効果）、紫外光から近赤外光にわたって幅広い光を電力に変換することによってエネルギー変換効率を高めることが可能である。このような量子ドット型太陽電池は、サイズの異なる量子ドットを有する積層量子ドット構造を作成することにより実現が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１６６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、サイズの異なる量子ドットを有する積層量子ドット構造を精度良く且つ効率的に製造する技術は十分に確立されていなかった。
【０００５】
本発明の目的は、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に製造しうる光半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一観点によれば、基板上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第１のサイズの第１のシリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン粒子に析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズに拡大する工程と、前記第２のサイズの前記第１のシリコン粒子が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第３のサイズの第２のシリコン粒子が埋め込まれた第２の絶縁膜を形成する工程と、第２の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン量子ドットに析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第２のサイズよりも大きい第４のサイズに拡大するとともに、前記第２の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第２のシリコン粒子に析出させ、前記第２のシリコン粒子のサイズを前記第３のサイズよりも大きい第５のサイズに拡大する工程とを有する光半導体装置の製造方法が提供される。
【０００７】
また、実施形態の他の観点によれば、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、シリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記シリコン粒子に析出させ、前記シリコン粒子のサイズを拡大する工程とを繰り返し行い、前記シリコン粒子よりなる量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層が積層された積層量子ドットを形成する工程を有する光半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
開示の光半導体装置の製造方法によれば、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態による積層量子ドット構造を示す概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図３】図３は、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図４】図４は、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図５】図５は、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図６】図６は、第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図７】図７は、第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図８】図８は、第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図９】図９は、第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１０】図１０は、第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１１】図１１は、第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１２】図１２は、第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図１３】図１３は、第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図１４】図１４は、第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図１５】図１５は、第４実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
第１実施形態による積層量子ドット構造及びその製造方法について図１乃至図５を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態による積層量子ドット構造を示す概略断面図である。図２乃至図５は、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００１２】
はじめに、本実施形態による積層量子ドット構造について図１を用いて説明する。
【００１３】
基板１０上には、酸化シリコン膜４２が形成されている。酸化シリコン膜４２内には、複数のシリコン量子ドット１６により構成される第１量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット２８により構成される第２量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４０により構成される第３量子ドット層とが埋め込まれている。
【００１４】
第１量子ドット層、第２量子ドット層、第３量子ドット層は、基板１０側から順次積層されており、各量子ドット層を構成するシリコン量子ドットのサイズは、基板１０から離間するほどに小さくなっている。すなわち、シリコン量子ドット２８のサイズはシリコン量子ドット１６のサイズよりも小さくなっており、シリコン量子ドット４０のサイズはシリコン量子ドット２８のサイズよりも小さくなっている。
【００１５】
このように、本実施形態による積層量子ドット構造は、互いに量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有している。
【００１６】
ここで、互いに量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有するメリットについて、積層量子ドット構造を太陽電池に適用した場合を例にして説明する。
【００１７】
半導体材料は、そのサイズに応じてエネルギーバンドギャップが変化する。例えば、バルクシリコンのエネルギーバンドギャップは１．１２ｅＶであるが、微粒子化とともにエネルギーバンドギャップは徐々に広がっていく。また、吸収光波長は、エネルギーバンドギャップの増加に対応して短波長化する。数ナノメートル〜数十ナノメートルサイズの粒子では、エネルギーバンドギャップのサイズ依存性は特に顕著となり、サイズの僅かな違いでエネルギーバンドギャップも大きく変化する。
【００１８】
ここで、地上に到達する太陽光スペクトルは、紫外域から赤外域に渡る範囲を含む幅広い波長範囲に分布している。バルクシリコンのエネルギーバンドギャップは１．１２ｅＶであり、バルクシリコンにより吸収できる光は、エネルギーバンドギャップに対応した波長１１０７ｎｍの赤外光だけである。このため、バルクシリコンを受光層に用いた太陽電池では、太陽光の利用効率は極めて低い。
【００１９】
これに対し、サイズの異なる複数のシリコン量子ドットを有する本実施形態の積層量子ドット構造では、各量子ドット層を構成するシリコン量子ドットのエネルギーバンドギャップに応じた様々な波長の光を吸収することが可能となる。特に、シリコン量子ドットのサイズの縮小により光吸収波長は赤外域から短波長側にシフトするため、光吸収波長を可視光域から紫外域に到る幅広い波長領域に設定することが可能になる。これにより、太陽光の利用効率を大幅に高めることができる。
【００２０】
太陽光スペクトルの波長範囲に対応した吸収光波長とするためには、シリコン量子ドット１６，２８，４０のサイズは、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲とすることが望ましい。
【００２１】
なお、図１には、説明の簡略化のために３層の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を示したが、量子ドット層の層数は、これに限定されるものではない。また、図１には、１層毎にシリコン量子ドットのサイズが変わる例を示したが、複数層毎にシリコン量子ドットのサイズが変わるようにしてもよい。
【００２２】
次に、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法について図２乃至図５を用いて説明する。なお、ここでは３層の量子ドット層を有する積層量子ドット構造の製造方法を示すが、量子ドット層の層数は適宜増減することができる。
【００２３】
まず、積層量子ドット構造を形成する下地となる基板１０を用意する。基板１０は、本実施形態の積層量子ドット構造を使用する光半導体装置の構造に応じて適宜選択することができる。基板１０としては、典型的にはシリコン基板を例示できるが、シリコン基板以外の他の半導体基板、ガラス基板等の絶縁性基板、これら基板上に所定の半導体層が形成されたものでもよい。
【００２４】
次いで、シリコン基板１０上に、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等により、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍの酸化シリコン膜１２を堆積する。この酸化シリコン膜１２は、ＳｉＯｘとして、１．９≦ｘ≦２．０程度の化学量論的組成近傍の組成を有することが望ましい。
【００２５】
次いで、酸化シリコン膜１２上に、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等により、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍの酸化シリコン膜１４を堆積する（図２（ａ））。この酸化シリコン膜１４は、ＳｉＯｘとして、０＜ｘ＜２．０、好ましくは１．０≦ｘ＜２．０程度のシリコンリッチな組成とする。
【００２６】
酸化シリコン膜１２，１４は、熱ＣＶＤ法であれば、例えばＴＥＯＳを原料として、例えば５００℃〜８００℃の温度で成膜を行えばよい。また、プラズマＣＶＤ法であれば、例えばＴＥＯＳを原料として、例えば３００℃〜５００℃の温度で成膜を行えばよい。
【００２７】
次いで、酸化シリコン膜１４上に、クラスターイオンビーム法により、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば５ｎｍのシリコンクラスター１６ａを堆積する（図２（ｂ））。クラスターイオンビーム法とは、原子又は分子が多数寄り集まってできた塊であるクラスターを、電子衝撃法等によりイオン化して電界加速し、ターゲットに照射する方法である。サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度のシリコンクラスター１６ａであれば、加速電圧が１０ｋｅＶ〜２０ｋｅＶ程度とすることにより、酸化シリコン膜１４上に堆積させることができる。
【００２８】
次いで、シリコンクラスター１６ａが堆積された酸化シリコン膜１４上に、酸化シリコン膜１４と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚１０ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜１８を堆積する。これにより、シリコンクラスター１６ａは、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜１４，１８間に埋め込まれる。なお、以後の説明では、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜１４，１８を一括して酸化シリコン膜２０と呼ぶこととする（図２（ｃ））。
【００２９】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、余分なシリコン原子が膜中に析出される。このような酸化シリコン膜２０中でのシリコンの析出は、シリコンと酸化シリコンとに分離した方がより安定となることが駆動力となって起こる。このとき、酸化シリコン膜２０内にはシリコンクラスター１６ａが存在するため、このシリコンクラスター１６ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター１６ａのサイズは大きくなる（図３（ａ））。
【００３０】
次いで、シリコンクラスター１６ａが埋め込まれた酸化シリコン膜２０上に、酸化シリコン膜１２と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍ程度であり、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜２４を堆積する。酸化シリコン膜２４は、量子ドット層間に形成される絶縁膜であり、熱的に安定な化学量論的組成近傍の組成を有することが望ましい。
【００３１】
なお、酸化シリコン膜２４は、図２（ｃ）の工程の後、図３（ａ）の熱処理工程の前に形成してもよい。
【００３２】
次いで、酸化シリコン膜２４上に、酸化シリコン膜１４と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚３ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜２６を堆積する（図３（ｂ））。
【００３３】
次いで、酸化シリコン膜２６上に、クラスターイオンビーム法により、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば３ｎｍのシリコンクラスター２８ａを堆積する（図３（ｃ））。シリコンクラスター２８ａのサイズは、必ずしも限定されるものではないが、シリコンクラスター１６ａのサイズと同じにすることが望ましい。シリコンクラスター１６ａ，２８ａのサイズを同じにすることには、クラスターイオンビームの照射条件を固定してシリコンクラスター１６ａ，２８ａを堆積することを可能にし、製造プロセスを簡略化できる効果がある。
【００３４】
次いで、シリコンクラスター２８ａが堆積された酸化シリコン膜２６上に、酸化シリコン膜１４と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚６ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３０を堆積する。これにより、シリコンクラスター２８ａは、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２６，３０間に埋め込まれる。なお、以後の説明では、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２６，３０を一括して酸化シリコン膜３２と呼ぶこととする（図４（ａ））。
【００３５】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３２内にはシリコンクラスター２８ａが存在するため、このシリコンクラスター２８ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター２８ａのサイズは大きくなる。
【００３６】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。
【００３７】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる（図４（ｂ））。
【００３８】
なお、本実施形態では一層毎にシリコン量子ドットのサイズを変える場合を示すが、複数層毎にシリコン量子ドットのサイズを変える場合は、シリコン原子を析出するための熱処理を適宜省略すればよい。
【００３９】
次いで、シリコンクラスター２８ａが埋め込まれた酸化シリコン膜３２上に、酸化シリコン膜２４と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍ程度であり、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜３６を堆積する。
【００４０】
なお、酸化シリコン膜３６は、図４（ａ）の工程の後、図４（ｂ）の熱処理工程の前に形成してもよい。
【００４１】
次いで、酸化シリコン膜３６上に、酸化シリコン膜３２と同様にして、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ、例えば１ｎｍのシリコンクラスター４０ａが埋め込まれ、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚３ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３８を形成する（図５（ａ））。なお、本実施形態では、酸化シリコン膜１２，２０，２４，３２，３６，３８を一括して酸化シリコン膜４２と呼ぶこともある。
【００４２】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３８では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３８内にはシリコンクラスター４０ａが存在するため、このシリコンクラスター４０ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター４０ａのサイズは大きくなる。
【００４３】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。また、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは更に大きくなる。
【００４４】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２，３８から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３８よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜３２では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは、シリコンクラスター４０ａのサイズよりも大きくなる。また、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる。
【００４５】
上述の条件で熱処理を行うことにより、シリコンクラスター１６ａのサイズは例えば１０ｎｍ程度となり、シリコンクラスター２８ａのサイズは例えば６ｎｍ程度となり、シリコンクラスター４０ａのサイズは例えば３ｎｍ程度となる。
【００４６】
これにより、酸化シリコン膜２０内には、シリコンクラスター１６ａにシリコン原子が析出してなる第１のサイズのシリコン量子ドット１６を複数有する第１量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３２内には、シリコンクラスター２８ａにシリコン原子が析出してなり、第１のサイズよりも小さい第２のサイズのシリコン量子ドット２８を複数有する第２量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３８内には、シリコンクラスター４０ａにシリコン原子が析出してなり、第２のサイズよりも小さい第３のサイズのシリコン量子ドット４０を複数有する第３量子ドット層が形成される。
【００４７】
この結果、複数のシリコン量子ドット１６により構成される第１量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット２８により構成される第２量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４０により構成される第３量子ドット層との積層体が、酸化シリコン膜４２内に形成される（図５（ｂ））。
【００４８】
こうして、互いにサイズの異なる量子ドットを有する複数の量子ドット層が積層された本実施形態による積層量子ドット構造が製造される。
【００４９】
上述のように、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法は、シリコンクラスターを含むシリコンリッチな酸化シリコン膜を熱処理することによりシリコン量子ドットを形成するものである。
【００５０】
この方法では、シリコンクラスターが核となってシリコン原子の析出が進行するため、シリコンクラスターを用いない場合と比較して、より効率的にシリコン量子ドットを製造することができる。
【００５１】
また、形成されるシリコン量子ドットのサイズは、シリコンクラスターの初期サイズと、シリコンクラスターが受ける累積的な熱処理時間によって制御することができるので、シリコンクラスターのサイズの制御性及び均一性を高めることができる。
【００５２】
また、量子ドット層毎にシリコンクラスターが受ける累積的な熱処理時間を変化することにより、多様なサイズのシリコン量子ドットが混在する積層量子ドット構造を容易に製造することができる。
【００５３】
また、サイズが異なるシリコン量子ドット毎にシリコンクラスターの初期サイズを変更する必要はないため、シリコンクラスターの照射条件を統一ないしは簡略化することができる。
【００５４】
このように、本実施形態によれば、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に形成することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法について図６乃至図９を用いて説明する。図１乃至図５に示す第１実施形態による積層量子ドット構造及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５６】
図６乃至図９は、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００５７】
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による積層量子ドット構造の他の製造方法を説明する。
【００５８】
まず、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法と同様にして、基板１０上に、酸化シリコン膜１２を形成する。
【００５９】
次いで、酸化シリコン膜１２上に、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等により、膜厚１ｎｍ〜３０ｎｍ、例えば膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜２０を堆積する（図６（ａ））。この酸化シリコン膜２０は、ＳｉＯｘとして、０＜ｘ＜２．０、好ましくは１．０≦ｘ＜２．０程度のシリコンリッチな組成とする。
【００６０】
次いで、クラスターイオンビーム法により、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば５ｎｍのシリコンクラスター１６ａを酸化シリコン膜２０内に打ち込む（図６（ｂ））。サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度のシリコンクラスター１６ａであれば、加速電圧が３０ｋｅＶ〜４０ｋｅＶ程度とすることにより、酸化シリコン膜２０内に打ち込むことができる。
【００６１】
なお、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法では、酸化シリコン膜１４上にシリコンクラスター１６ａを堆積後、シリコンクラスター１６ａを埋め込むように酸化シリコン膜１８を堆積することにより、酸化シリコン膜２０を形成した。一方、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法では、一度の成膜で酸化シリコン膜２０を形成できるため、第１実施形態による積層量子ドット構造の製造方法と比較して、製造プロセスを簡略化することができる。
【００６２】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜２０内にはシリコンクラスター１６ａが存在するため、このシリコンクラスター１６ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター１６ａのサイズは大きくなる（図６（ｃ））。
【００６３】
次いで、シリコンクラスター１６ａが埋め込まれた酸化シリコン膜２０上に、酸化シリコン膜１２と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍ程度であり、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜２４を堆積する。
【００６４】
次いで、酸化シリコン膜２４上に、酸化シリコン膜２０と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚９ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３２を堆積する（図７（ａ））。
【００６５】
次いで、図６（ｂ）の工程と同様にして、クラスターイオンビーム法により、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば３ｎｍのシリコンクラスター２８ａを、酸化シリコン膜３２内に打ち込む（図７（ｂ））。
【００６６】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３２内にはシリコンクラスター２８ａが存在するため、このシリコンクラスター２８ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター２８ａのサイズは大きくなる。
【００６７】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。
【００６８】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる（図８（ａ））。
【００６９】
次いで、図７（ａ）乃至図７（ｂ）の工程と同様にして、酸化シリコン膜３２上に、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜３６と、シリコンクラスター４０ａが埋め込まれたシリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３８とを形成する（図８（ａ））。
【００７０】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３８では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３８内にはシリコンクラスター４０ａが存在するため、このシリコンクラスター４０ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター４０ａのサイズは大きくなる。
【００７１】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。また、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは更に大きくなる。
【００７２】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２，３８から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３８よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜３２では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは、シリコンクラスター４０ａのサイズよりも大きくなる。また、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる。
【００７３】
これにより、酸化シリコン膜２０内には、シリコンクラスター１６ａにシリコン原子が析出してなる第１のサイズのシリコン量子ドット１６を複数有する第１量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３２内には、シリコンクラスター２８ａにシリコン原子が析出してなり、第１のサイズよりも小さい第２のサイズのシリコン量子ドット２８を複数有する第２量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３８内には、シリコンクラスター４０ａにシリコン原子が析出してなり、第２のサイズよりも小さい第３のサイズのシリコン量子ドット４０を複数有する第３量子ドット層が形成される。
【００７４】
この結果、複数のシリコン量子ドット１６により構成される第１量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット２８により構成される第２量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４０により構成される第３量子ドット層との積層体が、酸化シリコン膜４２内に形成される（図９）。
【００７５】
こうして、互いにサイズの異なる量子ドットを有する複数の量子ドット層が積層された第１実施形態による積層量子ドット構造が製造される。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に形成することができる。
【００７７】
［第３実施形態］
第３実施形態による積層量子ドット構造の製造方法について図１０乃至図１４を用いて説明する。図１乃至図９に示す第１及び第２実施形態による積層量子ドット構造及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００７８】
図１０乃至図１４は、本実施形態による積層量子ドット構造の製造方法を示す工程断面図である。
【００７９】
本実施形態では、図１に示す第１実施形態による積層量子ドット構造の他の製造方法を説明する。
【００８０】
まず、図６（ａ）に示す第２実施形態による積層量子ドット構造の製造方法と同様にして、基板１０上に、酸化シリコン膜１２，２０を形成する（図１０（ａ））。
【００８１】
次いで、酸化シリコン膜２０上に、リソグラフィにより、量子ドット１６を形成使用とする領域を露出するレジスト膜２２を形成する（図１０（ｂ））。
【００８２】
次いで、クラスターイオンビーム法により、レジスト膜２２をマスクとして、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば５ｎｍのシリコンクラスター１６ａを酸化シリコン膜２０内に打ち込む（図１０（ｃ））。レジスト膜２２をマスクに用いることにより、酸化シリコン膜２０の任意の領域にシリコンクラスター１６ａを打ち込むことができる。
【００８３】
次いで、例えばアッシングにより、レジスト膜２２を除去する（図１１（ａ））。
【００８４】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜２０内にはシリコンクラスター１６ａが存在するため、このシリコンクラスター１６ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター１６ａのサイズは大きくなる（図１１（ｂ））。
【００８５】
次いで、シリコンクラスター１６ａが埋め込まれた酸化シリコン膜２０上に、酸化シリコン膜１２と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚５ｎｍ程度であり、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜２４を堆積する。
【００８６】
次いで、酸化シリコン膜２４上に、酸化シリコン膜２０と同様にして、膜厚１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば膜厚９ｎｍ程度であり、シリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３２を堆積する（図１１（ｃ））。
【００８７】
次いで、酸化シリコン膜３２上に、リソグラフィにより、量子ドット２０を形成使用とする領域を露出するレジスト膜３４を形成する（図１２（ａ））。
【００８８】
次いで、図１０（ｃ）に示す工程と同様にして、クラスターイオンビーム法により、レジスト膜３４をマスクとして、サイズが１ｎｍ〜５ｎｍ程度、例えば３ｎｍのシリコンクラスター２８ａを酸化シリコン膜３２内に打ち込む（図１２（ｂ））。レジスト膜３４をマスクに用いることにより、酸化シリコン膜３２の任意の領域にシリコンクラスター２８ａを打ち込むことができる。
【００８９】
次いで、例えばアッシングにより、レジスト膜２２を除去する（図１３（ａ））。
【００９０】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３２内にはシリコンクラスター２８ａが存在するため、このシリコンクラスター２８ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター２８ａのサイズは大きくなる。
【００９１】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。
【００９２】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる（図１３（ｂ））。
【００９３】
次いで、図１１（ｃ）乃至図１３（ｂ）の工程と同様にして、酸化シリコン膜３２上に、化学量論的組成近傍の組成を有する酸化シリコン膜３６と、シリコンクラスター４０ａが埋め込まれたシリコンリッチな組成を有する酸化シリコン膜３８とを形成する（図１４（ａ））。
【００９４】
次いで、不活性雰囲気、例えば窒素雰囲気中で、温度１０００℃〜１１００℃、例えば１０５０℃で、１分〜１００分程度、例えば５０分間、熱処理を行う。この熱処理により、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３８では、より安定である化学量論的組成ＳｉＯ２に近づくように、膜中に余分なシリコン原子が析出される。このとき、酸化シリコン膜３８内にはシリコンクラスター４０ａが存在するため、このシリコンクラスター４０ａが核となってシリコン原子の析出が促進され、同時にシリコンクラスター４０ａのサイズは大きくなる。
【００９５】
同時に、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは更に大きくなる。また、シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜３２においても、より安定である化学量論的組成に近づくように膜中に余分なシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは更に大きくなる。
【００９６】
シリコンリッチな組成の酸化シリコン膜２０，３２，３８から析出されるシリコン原子は、累積の熱処理時間が長くなるほどに多くなる。この結果、酸化シリコン膜３８よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜３２では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター２８ａのサイズは、シリコンクラスター４０ａのサイズよりも大きくなる。また、酸化シリコン膜３２よりも累積の熱処理時間の長い酸化シリコン膜２０では、累積的により多くのシリコン原子が析出され、シリコンクラスター１６ａのサイズは、シリコンクラスター２８ａのサイズよりも大きくなる。
【００９７】
これにより、酸化シリコン膜２０内には、シリコンクラスター１６ａにシリコン原子が析出してなる第１のサイズのシリコン量子ドット１６を複数有する第１量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３２内には、シリコンクラスター２８ａにシリコン原子が析出してなり、第１のサイズよりも小さい第２のサイズのシリコン量子ドット２８を複数有する第２量子ドット層が形成される。また、酸化シリコン膜３８内には、シリコンクラスター４０ａにシリコン原子が析出してなり、第２のサイズよりも小さい第３のサイズのシリコン量子ドット４０を複数有する第３量子ドット層が形成される。
【００９８】
この結果、複数のシリコン量子ドット１６により構成される第１量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット２８により構成される第２量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４０により構成される第３量子ドット層との積層体が、酸化シリコン膜４２内に形成される（図１４（ｂ））。
【００９９】
こうして、互いにサイズの異なる量子ドットを有する複数の量子ドット層が積層された第１実施形態による積層量子ドット構造が製造される。
【０１００】
このように、本実施形態によれば、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に形成することができる。
【０１０１】
［第４実施形態］
第４実施形態による光半導体装置について図１５を用いて説明する。図１乃至図１４に示す第１乃至第３実施形態による積層量子ドット構造及びその製造方法と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【０１０２】
図１５は、本実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【０１０３】
本実施形態では、第１実施形態による積層量子ドット構造を適用した光半導体装置の一例として、シリコン太陽電池について説明する。
【０１０４】
シリコン基板１０上には、酸化シリコン膜４２が形成されている。酸化シリコン膜４２内には、複数のシリコン量子ドット１６により構成される第１量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット２８により構成される第２量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４０により構成される第３量子ドット層と、複数のシリコン量子ドット４４により構成される第４量子ドット層とが埋め込まれている。第１量子ドット層、第２量子ドット層、第３量子ドット層、第４量子ドット層は、シリコン基板１０側から順次積層されており、各量子ドット層を構成するシリコン量子ドットのサイズは、基板１０から離間するほどに小さくなっている。すなわち、シリコン量子ドット２８のサイズはシリコン量子ドット１６のサイズよりも小さくなっており、シリコン量子ドット４０のサイズはシリコン量子ドット２８のサイズよりも小さくなっており、シリコン量子ドット４４のサイズはシリコン量子ドット４０のサイズよりも小さくなっている。シリコン基板１０の裏面側には、電極４６が形成されている。また、酸化シリコン膜４２上には、電極４８が形成されている。
【０１０５】
このように、本実施形態による太陽電池は、光吸収層に第１実施形態による積層量子ドット構造を適用したものである。光吸収層をサイズの異なるシリコン量子ドットを含む積層量子ドット構造とすることにより、シリコン量子ドットのサイズに対応した波長域の光を吸収することが可能となり、太陽光の利用効率を高めることができる。
【０１０６】
このように、本実施形態によれば、量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層を有する積層量子ドット構造を容易に形成することができる。
【０１０７】
［変形実施形態］
以上、積層量子ドット構造及びその製造方法の実施形態を説明してきたが、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、追加、置換等が可能である。
【０１０８】
例えば、上記実施形態では、シリコン量子ドットを埋め込む絶縁材料として酸化シリコンを用いたが、酸化シリコン以外の他のシリコン系絶縁材料を用いてもよい。他のシリコン系絶縁材料としては、特に限定されるものではないが、炭化シリコン（ＳｉＣ）や酸化シリコンと炭化シリコンとの混晶（ＳｉＯＣ）等を適用することができる。
【０１０９】
また、上記実施形態では、化学量論的組成の酸化シリコン膜とシリコンリッチな酸化シリコン膜とを積層したが、必ずしも同じ絶縁材料を用いなくてもよい。例えば、化学量論的組成の炭化シリコン膜と、シリコンリッチな酸化シリコン膜とを積層してもよい。また、化学量論的組成の絶縁材料は、必ずしもシリコン系絶縁材料である必要はない。
【０１１０】
また、上記実施形態では、シリコンクラスターを含むシリコンリッチな組成の酸化シリコン膜を、化学量論的組成近傍の組成の酸化シリコン膜を介して積層したが、化学量論的組成近傍の組成の酸化シリコン膜を介さずに積層するようにしてもよい。
【０１１１】
また、上記第３実施形態では、レジスト膜をマスクとしてシリコンクラスターを照射したが、レジスト膜は、必ずしもフォトレジスト膜等の感光性レジスト材料である必要はなく、感光性レジスト材料を用いてパターニングした絶縁膜であってもよい。例えば、この絶縁膜を化学量論的組成近傍の組成の酸化シリコン膜とし、シリコンクラスターの照射後、パターニングした穴を充填する酸化シリコン膜の堆積工程を行い、この酸化シリコン膜を量子ドット層間の絶縁膜に用いてもよい。
【０１１２】
また、上記第４実施形態では、積層量子ドット構造を適用した光半導体素子の一例として太陽電池を示したが、第１乃至第３実施形態の方法により製造される積層量子ドット構造は、量子ドットを用いた種々の光半導体素子に適用することができる。例えば、積層量子ドット構造を活性層に用いた受光素子や発光素子、量子ドットメモリにおいて、積層量子ドット構造の製造に第１乃至第３実施形態の方法を適用することができる。
【０１１３】
また、上記実施形態に記載した構造、構成材料、製造条件等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【０１１４】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【０１１５】
（付記１）  基板上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第１のサイズの第１のシリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、
第１の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン粒子に析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第１のサイズよりも大きい第２のサイズに拡大する工程と、
前記第２のサイズの前記第１のシリコン粒子が埋め込まれた前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、第３のサイズの第２のシリコン粒子が埋め込まれた第２の絶縁膜を形成する工程と、
第２の熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第１のシリコン量子ドットに析出させ、前記第１のシリコン粒子のサイズを前記第２のサイズよりも大きい第４のサイズに拡大するとともに、前記第２の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記第２のシリコン粒子に析出させ、前記第２のシリコン粒子のサイズを前記第３のサイズよりも大きい第５のサイズに拡大する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１１６】
（付記２）  付記１記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程又は前記第２の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜上に前記第１又は第２のシリコン粒子を堆積する工程と、
前記第１又は第２のシリコン粒子が堆積された前記第１の膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第２の膜を堆積する工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１１７】
（付記３）  付記１記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程又は前記第２の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜内に前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記４）  付記３記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の膜を堆積する工程の後、前記第１の膜上に、所定の領域を露出するマスク膜を形成する工程を更に有し、
前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む工程では、前記マスク膜をマスクとすることにより、前記第１の膜の前記所定の領域に前記第１又は第２のシリコン粒子を打ち込む
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１１９】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程よりも後、前記第２の絶縁膜を形成する工程よりも前に、
前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成のシリコン系絶縁材料よりなる第３の絶縁膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２０】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の熱処理の時間及び前記第２の熱処理の時間により、前記第１のシリコン粒子の前記第４のサイズ及び前記第２のシリコン粒子の前記第５のサイズを制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２１】
（付記７）  付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第４のサイズは、前記第５のサイズよりも大きい
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２２】
（付記８）  化学量論的組成よりもシリコンを多く含むシリコン系絶縁材料よりなり、シリコン粒子が埋め込まれた第１の絶縁膜を形成する工程と、
熱処理を行い、前記第１の絶縁膜内の過剰なシリコンを前記シリコン粒子に析出させ、前記シリコン粒子のサイズを拡大する工程とを繰り返し行い、
前記シリコン粒子よりなる量子ドットのサイズが異なる複数の量子ドット層が積層された積層量子ドットを形成する工程を有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２３】
（付記９）  付記８記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜上に前記シリコン粒子を堆積する工程と、
前記シリコン粒子が堆積された前記第１の膜上に、化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第２の膜を堆積する工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２４】
（付記１０）  付記８記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の絶縁膜を形成する工程は、
化学量論的組成よりもシリコンを多く含む前記シリコン系絶縁材料よりなる第１の膜を堆積する工程と、
前記第１の膜にシリコンクラスターイオンビームを照射し、前記第１の膜内に前記シリコン粒子を打ち込む工程とを有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２５】
（付記１１）  付記１０記載の光半導体装置の製造方法において、
前記第１の膜を堆積する工程の後、前記第１の膜上に、所定の領域を露出するマスク膜を形成する工程を更に有し、
前記シリコン粒子を打ち込む工程では、前記マスク膜をマスクとすることにより、前記第１の膜の前記所定の領域に前記シリコン粒子を打ち込む
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２６】
（付記１２）  付記８乃至１１のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記積層量子ドットを形成する工程は、前記第１の絶縁膜を形成する工程よりも後に、前記第１の絶縁膜上に、化学量論的組成のシリコン系絶縁材料よりなる第２の絶縁膜を形成する工程を更に有する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【０１２７】
（付記１３）  付記８乃至１２のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記熱処理の時間により、前記シリコン量子ドットのサイズを制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１２８】
１０…基板（シリコン基板）
１２，１４，１８，２０，２４，２６，３０，３２，３６，３８，４２…酸化シリコン膜
１６，２８，４０，４４…シリコン量子ドット
１６ａ，２８ａ，４０ａ…シリコンクラスター
２２，３４…レジスト膜
４６，４８…電極
【図１】
2014241324.tif 000003
【図２】
2014241324.tif 000004
【図３】
2014241324.tif 000005
【図４】
2014241324.tif 000006
【図５】
2014241324.tif 000007
【図６】
2014241324.tif 000008
【図７】
2014241324.tif 000009
【図８】
2014241324.tif 000010
【図９】
2014241324.tif 000011
【図１０】
2014241324.tif 000012
【図１１】
2014241324.tif 000013
【図１２】
2014241324.tif 000014
【図１３】
2014241324.tif 000015
【図１４】
2014241324.tif 000016
【図１５】
2014241324.tif 000017