(57)【要約】【課題】高密度に量子ドットを形成できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体単結晶基板上にＧａ等のIII族元素層を形成する工程と、その後、Ｇａ等のIII族元素およびＳｂ等のＶ族元素を照射してIII族元素層が形成された半導体単結晶基板上にＧａＳｂ等のIII―Ｖ族量子ドットを形成する工程と、を備える。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体単結晶基板上にIII族元素層を形成する工程と、
その後、III族元素およびＶ族元素を照射して前記III族元素層が形成された半導体単結晶基板上にIII―Ｖ族量子ドットを形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記III族元素はＧａであり、前記Ｖ族元素はＳｂである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体単結晶基板はＳｉ基板である請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記量子ドットを形成する面は（１１１）面である請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記Ｇａ層は１／３原子層形成する請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記Ｇａ層は√３×√３構造である請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
量子ドットを形成する工程は、３５０℃以上、４００℃以下の温度で行う請求項４〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、量子ドットを備える半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体単結晶基板上にＧａＳｂ等の量子ドットを形成する研究が盛んに行われている（特許文献１参照）。しかしながら、従来は形成される量子ドットの密度が小さく、より高密度に量子ドットを形成できる方法が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、高密度に量子ドットを形成できる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】
【０００５】
本発明によれば、
半導体単結晶基板上にIII族元素層を形成する工程と、
その後、III族元素およびＶ族元素を照射して前記III族元素層が形成された半導体単結晶基板上にIII―Ｖ族量子ドットを形成する工程と、を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高密度に量子ドットを形成できる半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、第１層のＧａＳｂ層を形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図２】図２は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、第１層のＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図３】図３は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、第１層のＧａＳｂ層を形成した後に、第２層以降のＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図４】図４は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、第１層のＧａＳｂ層を形成した後に、第２層以降のＧａＳｂ層を形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成せずに、Ｓｉ基板上に直接、第１層のＧａＳｂ層を形成した状態を説明するための概略断面図である。
【図６】図６は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成せずに、Ｓｉ基板上に直接、第１層のＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図７】図７は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３００℃としてＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図８】図８は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３００℃としてＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を模式的に示した概略断面図である。
【図９】図９は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３５０℃としてＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を示す図である。
【図１０】図１０は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３５０℃としてＧａＳｂ層を形成したときの、超高真空走査型トンネル顕微鏡による観察結果を模式的に示した概略断面図である。
【図１１】図１１は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を３００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１２】図１２は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を３５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１３】図１３は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１４】図１４は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１５】図１５は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度を３００℃として、Ｓｉ基板上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１６】図１６は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度を３５０℃として、Ｓｉ基板上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１７】図１７は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｓｉ基板上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１８】図１８は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度を４５０℃として、Ｓｉ基板上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図１９】図１９は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図２０】図２０は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察したときに観察された切頂ピラミッド型の島状のドットを説明するための概略図である。
【図２１】図２１は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察したときに観察されたピラミッド型の島状のドットを説明するための概略図である。
【図２２】図２２は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察したときに観察されたピラミッド型の島状のドットを説明するための概略図である。
【図２３】図２３は、ＧａＳｂ島（ドット）の形成温度と密度との関係を示すグラフである。
【図２４】図２４は、ＧａＳｂ島（ドット）の形成温度と高さとの関係を示すグラフである。
【図２５】図２５は、ＧａＳｂ島（ドット）の形成温度と大きさとの関係を示すグラフである。
【図２６】図２６は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａを６．０として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図２７】図２７は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａを９．０として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【図２８】図２８は、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａを１２．０として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【０００９】
Ｇａ用のクヌーセンセル（Knudsen-Cell）とＳｂ用のクヌーセンセルとを備えた結晶成長用超高真空容器内に、Ｓｉ（１１１）基板を設置した。結晶成長用超高真空容器内を超高真空（１０−９Ｔｏｒｒ以下）にした状態で、以下の処理を行った。
【００１０】
図１（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００を加熱してＳｉ（１１１）清浄表面を形成した。その後、Ｓｉ基板１００を５５０℃にして、Ｇａ用のクヌーセンセルのシャッターを開け、Ｇａ原子を堆積させ、Ｇａ層１０２を形成した。この状態を超高真空走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope）で観察した。ＳＴＭ観察は、電解研磨タングステン探針を使用して室温で行った。以下のＳＴＭ観察も、全て電解研磨タングステン探針を使用して室温で行った。観察結果を図２（Ａ）に示す。１／３原子層のＧａ層が形成されていた。Ｇａ層は√３×√３構造であった。
【００１１】
その後、図１（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１００を３００℃にして、Ｇａ用のクヌーセンセルのシャッターとＳｂ用のクヌーセンセルのシャッターとを開け、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させた。Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａは４．４とした。このようにして、第１層のＧａＳｂ層１１１を形成した。この状態をＳＴＭで観察した。観察結果を図２（Ｂ）に示す。ＧａＳｂ層１１１は表面全面に形成されていた。第１層のＧａＳｂ層１１１は３×３構造であった。
【００１２】
その後、Ｓｉ基板１００を３００℃とし、Ｇａ用のクヌーセンセルのシャッターとＳｂ用のクヌーセンセルのシャッターとを開けて、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させ、ＧａＳｂ層の成長を続けた。Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａは４．４とした。成長後の状態をＳＴＭで観察した。観察結果を図３（Ａ）〜３（Ｃ）に示す。また、図３（Ｂ）の状態を模式的に図４に示す。
【００１３】
図３（Ａ）、図４に示すように、第１層のＧａＳｂ層１１１上に第２層のＧａＳｂ層１１２が２次元核成長した。第２層のＧａＳｂ層１１２は３×３構造であった。さらに成長を続けると、図３（Ｂ）、図４に示すように、第２層のＧａＳｂ層１１２上に第３層のＧａＳｂ層１１３が２次元核成長した。第２層のＧａＳｂ層１１３は、Ｓｉの格子定数と一致しない、多少歪んだ２×２構造であった。さらに成長を続けると、図３（Ｃ）に示すように、ドーム状のＧａＳｂドットが形成された。
【００１４】
比較のために、図５（Ａ）、図６（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００を加熱してＳｉ（１１１）清浄表面を形成した。その後、Ｇａ層を形成することなく、Ｓｉ基板１００を３００℃にして、Ｇａ用のクヌーセンセルのシャッターとＳｂ用のクヌーセンセルのシャッターとを開け、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させた。Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａは４．４とした。この状態をＳＴＭで観察した。観察結果を図５（Ｂ）、図６（Ｂ）に示す。Ｓｉ基板１００の表面に第１層のＧａＳｂ層１５１が形成されていたが、その周囲には、Ｓｂ層１５２が形成されていた。
【００１５】
図７（Ａ）〜７（Ｅ）は、上記と同じ条件でＳｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３００℃とし、上記と同じ条件で、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させ、ＳＴＭで観察した結果を示した図である。図８（Ａ）〜８（Ｅ）は、図７（Ａ）〜７（Ｅ）の観察結果を模式的に示した図である。
【００１６】
図７（Ａ）、図８（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００上にＧａ層１０２を形成した。Ｇａ層１０２は、１／３原子層が形成されていた。Ｇａ層１０２は√３×√３構造であった。図７（Ｂ）、図８（Ｂ）に示すように、その後成長した１層目のＧａＳｂ層１１１は表面全面に形成されていた。図７（Ｃ）、図８（Ｃ）に示すように、その後、第１層のＧａＳｂ層１１１上に第２層のＧａＳｂ層１１２が島状に成長した。さらに成長を続けると、図７（Ｄ）、図８（Ｄ）に示すように、第２層のＧａＳｂ層１１２上に第３層のＧａＳｂ層１１３が島状に成長した。さらに成長を続けると、図７（Ｅ）、図８（Ｅ）に示すように、ドーム状のＧａＳｂドット１４０が形成された。
【００１７】
図９（Ａ）〜９（Ｅ）は、上記と同じ条件でＳｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板１００を３５０℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａを９．３とし、それ以外は上記と同じ条件で、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させ、ＳＴＭで観察した結果を示した図である。図１０（Ａ）〜１０（Ｅ）は、図９（Ａ）〜９（Ｅ）の観察結果を模式的に示した図である。
【００１８】
図９（Ａ）、図１０（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１００上にＧａ層１０２を形成した。Ｇａ層１０２は、１／３原子層が形成されていた。Ｇａ層１０２は√３×√３構造であった。図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）に示すように、その後成長した１層目のＧａＳｂ層１１１は表面全面に形成されていた。図９（Ｃ）、図１０（Ｃ）に示すように、その後、第１層のＧａＳｂ層１１１上に第２層のＧａＳｂ層１２２が島状に成長し、ある割合の第２層のＧａＳｂ層１２２上に第３層のＧａＳｂ層１２３が島状に成長した。さらに成長を続けると、図９（Ｄ）、図１０（Ｄ）に示すように、第２層のＧａＳｂ層１２２上に第３層のＧａＳｂ層１２３が島状に成長し、ある割合の第３層のＧａＳｂ層１２３上に第４層のＧａＳｂ層１２４が島状に成長した。さらに成長を続けると、図９（Ｅ）、図１０（Ｅ）に示すように、第３層のＧａＳｂ層１２３上に第４層のＧａＳｂ層１２４が島状に成長し、ある割合の第４層のＧａＳｂ層１２４上に第５層のＧａＳｂ層１２５が島状に成長し、ＧａＳｂ層１２２〜１２４からなるドット１４０およびＧａＳｂ層１２２〜１２５からなるドット１４１を形成した。
【００１９】
Ｓｉ基板１００の温度が３００℃では、４層目からドーム状のＧａＳｂドット１４０が形成された。ドーム状のＧａＳｂドット１４０は結晶面が表れておらず、結晶性は悪いと考えられる。これに対して、Ｓｉ基板１００の温度が３５０℃では、４層目以上も層状に成長しており、形成されたドット１４０、１４１は、安定なファセット面が形成されており、頂部が切れた（切頂）ピラミッド形状となっており、Ｓｉ基板１００と配向した結晶性のよいドットが形成されている。このように、３５０℃以上で成長形態が変化していることがわかった。
【００２０】
次に、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させた場合と、次に、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ（１１１）上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させた場合と、を比較する。Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａを９．３とした。
【００２１】
図１１〜１４は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscopy）で観察した結果をそれぞれ示している。図１５〜１８は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｓｉ（１１１）上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果をそれぞれ示している。
【００２２】
Ｓｉ基板の温度が３００℃では、Ｇａ層を形成したもの（図１１参照）も、Ｇａ層を形成しなかったもの（図１５参照）も、ＧａＳｂはアモルファス状に成長してしまい、結晶性は悪かった。
【００２３】
Ｓｉ基板の温度が３５０℃では、Ｇａ層を形成したもの（図１２参照）では、規則的に比較的形状の整った量子ドットが形成されている。Ｇａ層を形成しなかったもの（図１６参照）では、密度的にはＧａ層を形成したものに比べて少し少ない程度であるが、形状は非常に乱雑で、高い山があったり、低い山があったりし、ドーム状の量子ドットが多く形成されている。
【００２４】
Ｓｉ基板の温度が４００℃では、Ｇａ層を形成したもの（図１３参照）では、結晶性がいいと考えられるピラミッドの量子ドットが高密度に成長している。Ｇａ層を形成しなかったもの（図１７参照）では、ドーム状のドットが疎に形成されている。
【００２５】
Ｓｉ基板の温度が４５０℃では、Ｇａ層を形成したもの（図１４参照）も、Ｇａ層を形成しなかったもの（図１８参照）も、ドーム状ドットが疎に形成されているのみである。
【００２６】
以上より、Ｓｉ基板の温度が３５０〜４００℃では、Ｇａ層を形成したもの（図１２参照）では、比較的形状の整った量子ドットが規則的に高密度に形成されていることがわかる。
【００２７】
図１９は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果を示している。４００℃で形成されているドットとしては、図２０に示すように、（頂点が削られた）切頂ピラミッド型の島状のドットが多い。なお、図２１、２２に示すように、頂点が削られていない、ピラミッド形状のドットも存在する。また、ファセット面も統一性がよく、かつ結晶性がいいものができていることがわかる。
【００２８】
図２３は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＳＴＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の密度（実線）と、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｓｉ（１１１）上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の密度（破線）と、を示すグラフである。先にＳｉ（１１１）上にＧａ層を形成した場合（実線）には、特に、３５０℃〜４００℃で高密度にＧａＳｂ島（ドット）が形成されていることがわかる。
【００２９】
図２４は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の高さ（実線）と、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｓｉ（１１１）上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の高さ（破線）と、を示すグラフである。先にＳｉ（１１１）上にＧａ層を形成した場合（実線）の方が、高さのバラツキが少なく、均一な高さのＧａＳｂ島（ドット）が形成されており、特に、３５０℃〜４００℃で、高さのバラツキが少ないことがわかる。
【００３０】
図２５は、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＳＴＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の大きさ（実線）と、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成しないで、Ｓｉ基板の温度をそれぞれ３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃として、Ｓｉ（１１１）上に直接Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した結果から得られたＧａＳｂ島（ドット）の大きさ（破線）と、を示すグラフである。先にＳｉ（１１１）上にＧａ層を形成した場合（実線）の方が、大きさのバラツキが少なく、均一な大きさのＧａＳｂ島（ドット）が形成されており、特に、３５０℃〜４００℃で、大きさのバラツキが少ないことがわかる。
【００３１】
次に、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｓｉ基板の温度を４００℃とし、Ｓｂ原子とＧａ原子の比Ｓｂ／Ｇａをそれぞれ６．０、９．０、１２．０として、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させたものをＡＦＭで観察した。図２６は、Ｓｂ／Ｇａを６．０とした場合、図２７は、Ｓｂ／Ｇａを９．０とした場合、図２８は、Ｓｂ／Ｇａを１２．０とした場合を示している。Ｓｂの比を上げていく程、より高密度なＧａＳｂ島（ドット）が形成されていることがわかる。なお、温度が４００℃なので、凝集して大きいドットが少しできてしまう（白く大きいドット）が、いずれの場合も、その下には３角形状のドットが高密度に形成されていることがわかる。
【００３２】
以上のように、Ｓｉ（１１１）上にＧａ層を形成し、その後、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させると、ＧａＳｂの量子ドットが高密度に形成されることがわかる。特に、ＧａＳｂ量子ドットの形成時のＳｉ基板の温度が３５０℃〜４００℃では、高密度かつ大きさ、形状が揃った、しかも結晶性優れたＧａＳｂ量子ドットが形成されていることがわかる。
【００３３】
このように、Ｓｉ基板上にＧａＳｂ等のＩＩＩ―Ｖ族化合物半導体の量子ドットを高密度に形成できれば、量子ドットを利用して発光素子や受光素子を形成する際の発光特性を向上させ、発光強度を向上させ、受光素子の感度を向上させることができる。また、Ｓｉ基板と一体化することにより、Ｓｉ基板に形成したＩＣ等と発光素子や受光素子を一体化できる。
【００３４】
上記のように、Ｓｉ基板上にＧａ層を形成し、その後、Ｇａ原子およびＳｂ原子を同時に堆積させると、Ｓｉ基板上に均一なＧａＳｂ単原子層膜が形成され（図１、２参照）、このＧａＳｂ単原子層膜がStranski-Krastanov(S-K)成長モードにおけるぬれ層としての役割を果たしている。S-K成長モードは、二次元的構造（ぬれ層）から三次元的構造（島状構造）に変化する結晶成長モードであり、この成長モードは、基板（Ｓｉ）と成長層（ＧａＳｂ）の格子定数不整合が大きい（ＳｉとＧａＳｂでは１０％程度と大きい）ときに多く見られるモードである。これに対して、Ｇａ層を形成せずにＧａＳｂを成長した場合、Ｓｉ基板上からぬれ層なしで三次元核が成長するVolmer-Weber(V-W)成長モードとなる（図３、４参照）。Ｇａ層を形成することによって、結晶成長様式をV-WモードからS-Kモードへ移行させていると考えられる。
【００３５】
なお、上記実施の形態または実施例では、III族元素としてＧａを用いたが、これに限定されることなく、Ａｌ等のIII族元素を用いてもよい。また、Ｖ族元素としてＳｂを用いたが、これに限定されることなく、Ａｓ等のＶ族元素を用いてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態または実施例では、Ｓｉ（１１１）面を用いたが、これに限定されることなく、Ｓｉ（１００）面やＳｉ（１１３）面等の安定面を用いてもよい。Ｓｉ（１００）面を用いた場合には、この（１００）面上に形成するＧａ層等のIII族元素層は２×２構造となる。また、上記実施の形態または実施例では、Ｓｉ（１１１）面上にＧａ層を１／３原子層形成したが、１原子層以下でもよい。
【００３７】
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態および実施例を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態および実施例に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１０】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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