(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラフェンの上に、金から構成された金属微粒子を形成する金属微粒子形成工程と、
前記金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成するナノワイヤ形成工程と
を少なくとも備えることを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤの作製方法において、
前記グラフェンの平面に沿う方向に前記ナノワイヤを成長させることを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【請求項３】
請求項２記載のナノワイヤの作製方法において、
前記ナノワイヤを形成した後で、前記ナノワイヤを構成しているＩＩＩ−Ｖ族化合物を前記ナノワイヤより成長させて前記グラフェンの上に前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物から構成された薄膜を形成する薄膜形成工程を備えることを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【請求項４】
請求項１記載のナノワイヤの作製方法において、
前記グラフェンの平面の法線方向に前記ナノワイヤを成長させることを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【請求項５】
請求項４記載のナノワイヤの作製方法において、
前記金属微粒子形成工程では、前記グラフェンの上に、直径が１０ｎｍ以下の粒子径の金属微粒子を形成し、
前記ナノワイヤ形成工程では、前記金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法により３００〜５００℃の範囲の成長温度でＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成する
ことを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノワイヤの作製方法において、
主表面を（０００１）としたＳｉＣからなる基板の上に熱分解法により前記グラフェンを形成するグラフェン形成工程を備え、
前記金属微粒子形成工程では、前記基板の上に金を真空蒸着することでＳｉＣとグラフェンとのステップに沿って金の微粒子を形成することで、前記グラフェンの上に前記金属微粒子を形成することを特徴とするナノワイヤの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるナノワイヤをグラフェンの上に形成するナノワイヤの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グラフェンは、炭素原子が互いに二次元的に結合して構成された１原子層から数原子層のシート状の物質であり、キャリアの移動度が２００，０００ｃｍ2Ｖ-1ｓ-1を超えるものが報告されており、高速デバイスの材料として注目されている（非特許文献１参照）。最近では、大面積の単層、あるいは数層のグラフェンシートがロールトゥロール技術で作製されている（非特許文献２参照）。このグラフェンシートは、容易に曲がるプラスチック基板に転写可能であり、伸ばし、また畳むことが可能な、透明な電子，光製品がへの応用が可能である。
【０００３】
このようなグラフェンの上に、径がナノメータスケールのＩＩＩ−Ｖ族化合物からなるナノワイヤが成長できれば、例えば、高効率な発光受光素子を、フレキシブルなプラスチック基板に安価で容易に搭載することが可能になるなど、様々な技術への応用が期待される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】K.I. Bolotin et al. , "Ultrahigh electron mobility in suspended graphene", Solid State Communications, vol.146, pp.351-355, 2008.
【非特許文献２】S. Bae et al. , "Roll-to-roll production of 30-inch graphene films for transparent electrodes", NATURE NANOTECHNOLOGY, vol.5, pp.574-578, 2010.
【非特許文献３】Yong-Jin Kim et al. , "Vertically aligned ZnO nanostructures grown on graphene layers", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol.95, 213101, 2009.
【非特許文献４】Y. J. Hong and T. Fukui, "Heteroepitaxy of Vertical InAs Nanowires on Thin Graphitic Films", Solid State Devices and Materials, KM-4-2, pp.1306-1307, 2001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、現状では、グラフェンの上には、ＺｎＯのナノワイヤの形成（非特許文献３参照）、および選択成長によるナノワイヤの形成（非特許文献４参照）が報告されているのみである。このように、現状では、グラフェンの上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成する技術が確立されていないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、グラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るナノワイヤの作製方法は、グラフェンの上に、金から構成された金属微粒子を形成する金属微粒子形成工程と、金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成するナノワイヤ形成工程とを少なくとも備える。
【０００８】
上記ナノワイヤの作製方法において、グラフェンの平面に沿う方向にナノワイヤを成長させるようにすればよい。また、ナノワイヤを形成した後で、ナノワイヤを構成しているＩＩＩ−Ｖ族化合物をナノワイヤより成長させてグラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物から構成された薄膜を形成する薄膜形成工程を備えるようにしてもよい。
【０００９】
また、上記ナノワイヤの作製方法において、グラフェンの平面の法線方向にナノワイヤを成長させるようにしてもよい。例えば、金属微粒子形成工程では、グラフェンの上に、直径が１０ｎｍ以下の粒子径の金属微粒子を形成し、ナノワイヤ形成工程では、金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法により３００〜５００℃の範囲の成長温度でＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成すればよい。
【００１０】
上記ナノワイヤの作製方法において、主表面を（０００１）としたＳｉＣからなる基板の上に熱分解法によりグラフェンを形成するグラフェン形成工程を備え、金属微粒子形成工程では、基板の上に金を真空蒸着することでＳｉＣとグラフェンとのステップに沿って金の微粒子を形成することで、グラフェンの上に金属微粒子を形成すればよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したことにより、本発明によれば、グラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるナノワイヤの作製方法を説明する説明図である。
【図２】図２は、グラファイト基板の上に、直径１０ｎｍ以下の金微粒子を触媒として成長させたナノワイヤを走査電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。
【図３】図３は、基板１０３の上のグラフェン１０１の上に、グラフェン１０１の平面に平行な方向に成長したナノワイヤ３０４の状態を示す構成図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するためのＡＦＭ像の写真である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態３におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態３におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施の形態３におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４におけるナノワイヤの作製方法を用いて作製した素子の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１４】
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるナノワイヤの作製方法を説明する説明図である。まず、ステップＳ１０１で、図１の（ａ）に示すように、グラフェン１０１の上に、金属微粒子１０２を形成する（金属微粒子形成工程）。グラフェン１０１は、例えば、主表面を（０００１）としたＳｉＣからなる基板１０３の上に熱分解法により形成したものであればよい。
【００１５】
次に、ステップＳ１０２で、図１の（ｂ）に示すように、金属微粒子１０２を触媒とした有機金属気相成長法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤ１０４を形成する（ナノワイヤ形成工程）。例えば、ＧａソースガスとＰソースガスとを供給する有機金属気相成長法によりＧａＰからなるナノワイヤ１０４が形成できる。例えば、Ｇａソースガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用い、Ｐソースガスとしてフォスフィン（ＰＨ3）を用いればよい。
【００１６】
上述した金属微粒子１０２を触媒としたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長では、気相において供給したソースガスが熱分解して生成するＧａおよびＰが金属微粒子１０２に溶解して合金化する。このように合金化すると、ＧａおよびＰの融点が著しく低下し、例えば４８０℃でＧａおよびＰが液体となる。この状態で、ＧａおよびＰが金属微粒子１０２において過飽和状態となると、液相エピタキシャル成長と同様に、ＧａＰのナノワイヤ１０４が形成される。このようなナノワイヤ１０４の形成では、原料が、気相→液相→固相の過程を経るので、ＶＬＳ（気相−液相−固相）法と呼ばれている。
【００１７】
また、金属微粒子１０２の直径（粒子径）を１０ｎｍ以下とし、また、成長温度を３００〜５００℃の範囲とすれば、ナノワイヤ１０４を、グラフェン１０１の平面の法線方向に成長させることができる。
【００１８】
また、ナノワイヤ１０４は、グラフェン１０１の平面に沿う方向に成長させることもできる。平面に沿う方向にナノワイヤ１０４を形成すれば、この後、ナノワイヤ１０４を構成しているＩＩＩ−Ｖ族化合物をナノワイヤ１０４より再度成長させることで、グラフェン１０１の上にＩＩＩ−Ｖ族化合物から構成された薄膜を形成することもできる。この薄膜形成では、成長温度をより高くすればよい。成長温度を高くすることで、ナノワイヤ１０４をもとに、平面方向に結晶成長する。このようにすることで、結晶性の揃ったＩＩＩ−Ｖ族化合物の薄膜を、グラフェンの上に形成できるようになる。
【００１９】
次に、上述した本発明に至った経緯について説明する。発明者らの鋭意検討により、直径が１０ｎｍ程度の金微粒子を触媒として用いれば、グラファイト基板の上にＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤが形成できることが見いだされた。図２は、グラファイト基板の上に、直径１０ｎｍ以下の金微粒子を触媒として成長させたナノワイヤを走査電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図２の（ａ）は、ＧａＰからなるナノワイヤの写真であり、図２の（ｂ）はＩｎＰからなるナノワイヤの写真であり、図２の（ｃ）はＧａＡｓからなるナノワイヤの写真である。
【００２０】
高配向熱分解黒鉛（Highly Oriented Pyrolytic Graphite：ＨＯＰＧ）からなるグラファイト基板の上に、金を層厚１〜５ｎｍ程度蒸着し、この後、グラファイト基板を有機金属気相成長装置の炉内に配置し、所定の原料ガスを供給して所定温度に加熱することで上述のナノワイヤが形成できた。加熱により薄く蒸着した金の層より、金微粒子が形成される。
【００２１】
また、ＧａＰの場合、原料ガスとしてＴＭＧａを１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、フォスフィンを５×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、基板加熱温度は４８０℃とし、成長時間を１分間とした。
【００２２】
また、ＩｎＰの場合、原料ガスとしてＴＭＩｎを３×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、フォスフィンを２×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、基板加熱温度は４１０℃とし、成長時間を２分間とした。
【００２３】
また、ＧａＡｓの場合、原料ガスとしてＴＭＧａを７×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、アルシン（ＡｓＨ3）を２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給し、基板加熱温度は４６０℃とし、成長時間を３分間とした。
【００２４】
図２に示すように、基板の法線方向に成長したナノワイヤが観察される。径の大きい金属微粒子を用いた場合、グラフェン（グラファイト）の格子と成長するナノワイヤの格子の大きさの違い、特に歪の影響が出て、基板に垂直なナノワイヤ成長は容易ではない。これに対し、１０ｎｍ以下と径が小さくなると、上述した歪みの影響が小さくなり、ファンデルファールス力による接合を維持し、垂直なナノワイヤが成長できるようになったと解釈される。
【００２５】
また、図３の模式図に示すように、基板１０３の上のグラフェン１０１の上に、グラフェン１０１の平面に沿う状態で成長したナノワイヤ３０４も形成できる。図２の（ａ）および図２の（ｃ）に示すように、ＧａＰおよびＧａＡｓのナノワイヤにおいては、基板に沿うように横方向に成長する状態も確認されている。
【００２６】
以上のように、グラファイトの基板の上に形成した金属微粒子を触媒とし、有機金属気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤが形成できることを初めて見いだしたことにより、前述した本発明の実施の形態１におけるナノワイヤの作製方法に至った。
【００２７】
このように、実施の形態１によれば、グラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤを、容易に形成することが可能となる。また、グラフェンの平面に沿う方向にナノワイヤを成長させれば、成長させたナノワイヤより再度結晶成長させることで、グラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物の結晶性が揃った薄膜を結晶成長させることができる。
【００２８】
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図４Ａ〜図４Ｆを用いて説明する。図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の実施の形態２におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。図４Ａ，図４Ｃ，図４Ｄ，図４Ｅ，図４Ｆは、作製途中における状態を示す平面図である。図４Ｂは、作製途中の状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により観察した結果を示す写真である。
【００２９】
まず、図４Ａに示すように、主表面が（０００１）の絶縁性のＳｉＣからなる基板４０３を用意し、基板４０３を１２００℃に加熱することで、基板４０３の表面に２，３層のグラフェン４０１を形成する。次いで、金を蒸着して５００℃に加熱することで、金からなる金属微粒子４０２を形成する。金の蒸着は、低速原子顕微鏡内で、基板４０３（グラフェン４０１）の表面を観察しながら行えばよい。このようにして形成することで、図４ＢのＡＦＭ像に示されているように、グラフェン４０１の表面のステップに沿って、粒径１〜５ｎｍの金属微粒子４０２が形成できる。
【００３０】
次に、図４Ｃに示すように、金属微粒子４０２を触媒とした有機金属気相成長法により、ＧａＡｓからなるナノワイヤ４０４を、グラフェン４０１の平面に沿う方向に成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長装置を用い、基板加熱温度条件を４６０℃とし、また、ＴＭＧａを１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、アルシンを５×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎで供給し、成長時間を１０分とすればよい。
【００３１】
次に、ナノワイヤ４０４をマスクとしてグラフェン４０１を選択的にエッチング除去し、図４Ｄに示すように、ナノワイヤ４０４と基板４０３との間のみにグラフェン４０１が形成された状態とする。例えば、よく知られた酸素を用いた反応性イオンエッチングにより、グラフェン４０１の選択的なエッチングを行えばよい。
【００３２】
次に、図４Ｅに示すように、ナノワイヤ４０４の両端部が露出し、ナノワイヤ４０４の中央部の上が覆われるように、酸化シリコンからなる絶縁層４０５を形成する。例えば、よく知られたスパッタ法などの堆積法により酸化シリコン膜を形成し、形成した酸化シリコン膜を公知のリソグラフィー技術およびエッチング技術によりパターニングすることで、絶縁層４０５を形成すればよい。
【００３３】
この後、図４Ｆに示すように、絶縁層４０５の上にゲート電極４０６を形成する。また、ナノワイヤ４０４の一方の端部においてグラフェン４０１に接続するソース電極４０７を形成し、ナノワイヤ４０４の他方の端部においてグラフェン４０１に接続するドレイン電極４０８を形成する。例えば、よく知られたリフトオフ法により、ゲート電極４０６，ソース電極４０７，およびドレイン電極４０８を同時に形成すればよい。これにより、グラフェン４０１をチャネルとする電界効果型トランジスタが構成できる。この電界効果トランジスタの構造は、上述したように、現在一般的に用いられている集積回路の製造技術により容易に製造可能である。
【００３４】
このように作製された電界効果トランジスタによれば、チャネルとなるグラフェンは、ナノワイヤの形状・寸法に形成される。また、ナノワイヤが、均一な状態でグラフェンに密着した構造となるので、電界効果トランジスタの製造プロセスにおいては、グラフェンが保護された状態となる。このため、上述した電界効果トランジスタによれば、比較的高移動度で再現性に優れたトランジスタ動作が期待できる。
【００３５】
［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の実施の形態３におけるナノワイヤの作製方法を説明するための説明図である。図５Ａ〜図５Ｃは、作製途中における状態を模式的に示す断面図である。
【００３６】
まず、ニッケルもしくは銅からなる金属基板を用意し、金属基板を加熱（９００℃程度）し、ここに炭化水素ガスを供給することで、金属基板の表面にグラフェンを形成する。金属膜が形成された基板を用いてもよい。また、ニッケルと銅との合金を用いてもよい。次いで、形成したグラフェンの上に、金からなる金微粒子を形成する。
【００３７】
次に、金微粒子を触媒とした有機金属気相成長法によりＡｌＧａＡｓからなるナノワイヤを、グラフェンの平面に沿う方向に成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長装置を用い、基板加熱温度条件を４６０℃とし、また、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ，ＴＭＧａを５×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ、アルシンを２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎで供給し、成長時間を３分とすればよい。このようにすることで、Ａｌ組成が９５％以上のＡｌＧａＡｓからなるナノワイヤが作製できる。
【００３８】
次に、ナノワイヤをマスクとしてグラフェンを選択的にエッチング除去し、ナノワイヤと金属基板との間のみにグラフェンが形成された状態とする。例えば、よく知られた酸素を用いた反応性イオンエッチングにより、グラフェンの選択的なエッチングを行えばよい。
【００３９】
次に、上述したことにより形成したナノワイヤおよびグラフェンを他の基板に転写する。図５Ａに示すように、上部にグラフェン５０１が形成されたナノワイヤ５０４を、酸化シリコンから構成された基板５０５の上に転写する。例えば、前述したことにより金属基板の上に作製したグラフェンおよびナノワイヤを、基板５０５に押し付けた後、金属基板を酸などを用いて溶解すればよい。
【００４０】
以上のようにして基板５０５の上に、ナノワイヤ５０４およびグラフェン５０１を転写した後、ナノワイヤ５０４を構成しているＡｌＧａＡｓ（ＩＩＩ−Ｖ族化合物）をナノワイヤ５０４より成長させ、図５Ｂに示すように、ナノワイヤ５０４によりグラフェン５０１が覆われた状態とする。これは、グラフェン５０１がＡｌＧａＡｓで覆われ、グラフェン５０１の上にＡｌＧａＡｓからなる薄膜が形成された状態である。
【００４１】
例えば、有機金属気相成長装置を用い、基板加熱温度条件を５５０℃とし、また、ＴＭＡｌを１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ，ＴＭＧａを５×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ、アルシンを２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎで供給し、成長時間を２０分とすればよい。この再成長では、ナノワイヤ成長とは異なり、加熱温度を５５０℃とより高い温度にする。このように、再成長により、グラフェンの周囲をＩＩＩ−Ｖ族化合物で覆ったコア・シェル構造が形成できる。
【００４２】
次に、グラフェン５０１を覆う状態に形成したナノワイヤ５０４を酸化させ、図５Ｃに示すように、グラフェン５０１が、酸化層５０６で覆われた状態とする。例えば、ＡｌＧａＡｓを水蒸気で酸化すればよい。８０℃に加熱した水を窒素でバブリングすることで水蒸気を発生させ、発生させた水蒸気を、４４０℃に加熱したナノワイヤ５０４に供給すれば、ＡｌＧａＡｓが酸化されたＡｌＧａＯxに酸化される。
【００４３】
このようにすることで、グラフェン５０１が酸化層５０６により覆われた状態とした後、まず、グラフェン５０１の両端部の酸化層５０６のを部分的に除去してグラフェン５０１の両端部を露出させる。次いで、残っているグラフェン５０１の中央部の酸化層５０６の上に、ゲート電極を形成し、また、露出した一方のグラフェン５０１の端部にソース電極を形成し、露出した他方のグラフェン５０１の端部にドレイン電極を形成する。これらのことにより、グラフェン５０１をチャネルとする電界効果型トランジスタが構成できる。
【００４４】
上述した電界効果トランジスタによれば、チャネルとなるグラフェンは、ナノワイヤの形状・寸法に形成される。また、ナノワイヤが、均一な状態でグラフェンに密着した構造となるので、電界効果トランジスタの製造プロセスにおいては、グラフェンが保護された状態となる。このため、比較的高移動度で再現性に優れたトランジスタ動作が期待できる。
【００４５】
［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態４におけるナノワイヤの作製方法を用いて作製した素子の構成を示す構成図である。図６では、素子の構成を模式的な断面図で示している。
【００４６】
まず、ＳｉＣからなる基板を用意し、基板を１２００℃に加熱することで、基板の表面に２，３層のグラフェンを形成する。次いで、粒径５ｎｍの金微粒子の金コロイド溶液を滴下してスピンコートすることで、金微粒子を分散させ、グラフェンの上に金からなる金属微粒子を形成する。
【００４７】
次に、金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法により、まず、ｎ型のＩｎＰからなるナノワイヤを成長させ、引き続き、ノンドープのＩｎＡｓＰからなるナノワイヤを成長させ、引き続き、ｐ型のＩｎＰからなるナノワイヤを成長させる。
【００４８】
例えば、有機金属気相成長装置を用い、成長温度条件を４１０℃とし、まず、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を５×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＰ（ターシャリブチルフォスフィン）を５×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ｎ型ＩｎＰからなるナノワイヤを５分成長する。引き続き、今度は、ＴＭＩｎを５×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＰを５×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）を５×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ノンドープのＩｎＡｓＰからなるナノワイヤを１０秒成長する。引き続き、ＴＭＩｎ５×１０-6をｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＢＰを５×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＥＺｎ（ジエチルジンク）を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ｐ型ＩｎＰからなるナノワイヤ５分成長する。これらのことにより、グラフェンの上に、ｎ型ＩｎＰ，活性層となるＩｎＡｓＰ，およびｐ型ＩｎＰからなるナノワイヤが成長できる。
【００４９】
以上のようにして、ｐｉｎ構造のナノワイヤを成長させた後、ナノワイヤの周囲に絶縁層を形成すれば、図６に示すように、基板６０１の上のグラフェン６０２の上に、ｐ型ＩｎＰからなるナノワイヤ部６４１，ＩｎＡｌＰからなる活性層となるナノワイヤ部６４２，およびｎ型ＩｎＰからなるナノワイヤ部６４３より構成されたナノワイヤ６０４が形成され、ナノワイヤ６０４の周囲が絶縁層６０５で覆われた素子が形成できる。ナノワイヤ部６４１の上には、金からなる金属微粒子６０３が配置されている。
【００５０】
ここで、絶縁層６０５は、例えば、よく知られた原子層成長法により酸化アルミニウムを堆積することで形成すればよい。また、絶縁層６０５の周囲をベンゾシクロブテンなどの樹脂や、ポリシロキサン系のシリコーン樹脂など、透過性のある樹脂で埋めてもよい。
【００５１】
また、酸化アルミニウムの層を形成し、樹脂で埋め込んだ後、例えば、よく知られたリアクティブイオンエッチングにより樹脂および酸化アルミニウムの一部を除去することで、ナノワイヤ６０４の先端（金属微粒子６０３）を露出させる。このようにして露出させたナノワイヤ６０４の先端部に、Ａｕ／Ｚｎ／Ｎｉを蒸着してｐ電極を形成し、また、グラフェン６０２の露出部に、Ａｕ／Ｔｉを蒸着してｎ電極を形成すれば、ｐ電極およびｎ電極を備え、ナノワイヤ部６４２を活性層とする光素子が得られる。ｎ電極およびｐ電極に印加する電圧の極性により、発光素子および受光素子として機能させることができる。なお、ＳｉＣおよびグラフェンは、発光波長である１．３μｍに対して９０％以上の透過率を示す。
【００５２】
上述した光素子は、量子情報通信に用いられる単一光子の光源として利用可能である。また、上述した光素子は、基板平面方向に対して非常に微細な面積で形成できるため、所定の面積により多くの光素子を集積して形成することが可能となる。
【００５３】
以上に説明したように、本発明によれば、グラフェンの上に金属微粒子を形成し、この金属微粒子を触媒とした有機金属気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物を結晶成長するようにしたので、グラフェンの上にＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤが形成できるようになる。また、形成されるナノワイヤは、単結晶構造であるので、このナノワイヤをもとに、基板の平面方向にＩＩＩ−Ｖ族化合物を再結晶成長させれば、グラファイトの上に、単結晶のＩＩＩ−Ｖ族化合物の膜が形成可能となる。
【００５４】
また、従来では、グラフェンを用いたＦＥＴは、高移動度のものは、チャネルの部分が他とは離間する状態に支持されたものであり、応用上、グラフェン表面を保護する材料が模索されてた。これに対し、上述したように、本発明によれば、グラフェンの上に結晶成長させたＩＩＩ−Ｖ族化合物のナノワイヤにより、グラフェンが保護できるようになる。
【００５５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、上述ではｐｉｎ構造のナノワイヤを例示したが、これに限るものではなく、同様に作製することで、量子ドット構造としてもよい。また、ｎ型とｐ型の形成位置を交換してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…グラフェン、１０２…金属微粒子、１０３…基板、１０４…ナノワイヤ。
【図１】
0005795527.tif 000002
【図３】
0005795527.tif 000003
【図４Ａ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図２】
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【図４Ｂ】
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