(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に微小凸部または微小凹部を形成する工程と、
遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料を用いた気相成長法により、前記微小凸部または前記微小凹部を成長核として単層の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを前記基材の面内方向に成長させ合成する工程と
を備える遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項２】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの平均サイズは、前記微小凸部または前記微小凹部のサイズの６倍以上である請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項３】
前記基材は、単結晶基材であり、
前記基材上に合成される前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの結晶方位が揃っている請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項４】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの合成の工程では、隣接する前記微小凸部または前記微小凹部に合成される前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの周縁同士を接合する請求項３に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項５】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの周縁から結晶成長させて、他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する工程をさらに備え、
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドと前記他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドとの接合はヘテロ接合である請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項６】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの主面から結晶成長させて、他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する工程をさらに備え、
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドと前記他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドとの接合はヘテロ接合である請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項７】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの一辺から結晶成長させて、他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する工程をさらに備え、
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドと前記他の単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドとの接合はヘテロ接合である請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項８】
前記微小凸部または前記微小凹部のサイズＤと、前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの合成温度Ｔｇとが、以下の式（１）〜（４）を満たす請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
Ｔｇ≦１１０Ｄ＋７７３  ・・・（１）
Ｔｇ≧５２Ｄ＋７０１    ・・・（２）
Ｔｇ≦９５０            ・・・（３）
Ｄ＞０                  ・・・（４）
【請求項９】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドの合成の工程では、１つの前記微小凸部または１つの前記微小凹部を成長核として、１つの前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項１０】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドは、三角形状またはほぼ三角形状を有している請求項１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項１１】
基材上に微小凸部または微小凹部を形成する工程と、
２種以上の遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料を用いた気相成長法により、前記微小凸部または前記微小凹部を成長核として単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する工程と
を備える遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項１２】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドは、バルクヘテロ接合型構造を有している請求項１１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項１３】
前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドをアニール処理する工程をさらに備える請求項１１に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【請求項１４】
前記アニール処理により、前記２種以上の遷移金属が前記単結晶遷移金属ダイカルコゲナイド中にほぼ均一に拡散する請求項１３に記載の遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法に関する。詳しくは、気相成長法を用いる遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遷移金属ダイカルコゲナイド（Transition Metal Dichalcogenide、以下「ＴＭＤ」という。）は、グラフェンと類似の原子オーダーの厚みを持つ原子層物質である。グラフェンはバンドギャップを持たず金属的特性を有するのに対し、ＴＭＤは可視光領域にバンドギャップを持ち半導体特性を有するものが多い。このため、ＴＭＤは半導体電子デバイスへの応用が期待されている。
【０００３】
これまでＴＭＤの合成方法としては、ＣＶＤ（Thermal Chemical Vapor deposition）法により基板上のランダムな位置にＴＭＤを合成するものが知られている。しかしながら、ＴＭＤを各種デバイスに適用するためには、合成位置の制御が必要不可欠となる。そこで、非特許文献１では、合成位置の制御を実現するＴＭＤの合成方法が提案されている。具体的には、基板上にＭｏＯ3またはヘプタモリブデン酸アンモニウム（以下「ＡＨＭ」という。）の島状のパターンを形成し、これらをシード材料として結晶性を有する単層のＭｏＳ2層を所定位置に合成する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Gang Hee Han et al. "Seeded growth of highly crystalline molybdenumdisulphide monolayers at controlled locations" nature communications DOI: 10.1038/ncomms7128
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載のＴＭＤの合成方法ではＭｏＯ3またはＡＨＭをシード材料とするために、合成されたＴＭＤは多結晶性を有するものとなる。しかしながら、ＴＭＤの各種デバイスへの適用を考慮した場合、単結晶ＴＭＤが多結晶ＴＭＤよりも有利である。また、ＴＭＤの各種デバイスへの適用の観点から、ヘテロ接合ＴＭＤを位置制御して合成できる方法も望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、単結晶ＴＭＤまたはヘテロ接合ＴＭＤを位置制御して合成できるＴＭＤの合成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、第１の発明は、基材上に微小凸部または微小凹部を形成する工程と、遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料を用いた気相成長法により、微小凸部または微小凹部を成長核として単層の単結晶ＴＭＤを基材の面内方向に成長させ合成する工程とを備えるＴＭＤの合成方法である。
【０００８】
第２の発明は、基材上に微小凸部または微小凹部を形成する工程と、２種以上の遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料を用いた気相成長法により、微小凸部または微小凹部を成長核として単結晶遷移金属ダイカルコゲナイドを合成する工程とを備える遷移金属ダイカルコゲナイドの合成方法である。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、単結晶ＴＭＤまたはヘテロ接合ＴＭＤを位置制御して合成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａは、ＴＭＤ素子の構成を示す平面図である。図１Ｂは、単結晶ＴＭＤの構成を示す平面図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃはそれぞれ、本発明の第１の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための工程図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃはそれぞれ、本発明の第１の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための工程図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための斜視図である。
【図５】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃはそれぞれ、本発明の第２の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための工程図である。
【図６】図６Ａは、ＴＭＤ素子の構成を示す平面図である。図６Ｂは、単結晶ＴＭＤの構成を示す平面図である。図６Ｃは、図６ＢのＶＩＣ−ＶＩＣ線に沿った断面図である。
【図７】図７Ａ、図７Ｂはそれぞれ、本発明の第３の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための工程図である。
【図８】図８Ａは、本発明の第３の実施形態の変形例に係る単結晶ＴＭＤの合成方法を説明するための平面図である。図８Ｂは、図８ＡのＶIIIＢ−ＶIIIＢ線に沿った断面図である。
【図９】図９Ａは、単結晶ＴＭＤ素子の構成を示す平面図である。図９Ｂは、多結晶ＴＭＤの構成を示す平面図である。
【図１０】図１０Ａ、図１０Ｂはそれぞれ、本発明の第４の実施形態に係るＴＭＤ素子の合成方法を説明するための工程図である。
【図１１】図１１Ａは、合成温度とＡｕドットからの核成長割合との関係を示すグラフである。図１１Ｂは、Ａｕドットサイズ、合成温度とＡｕドットからの核成長割合との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２Ａは、サイズ３００ｎｍのＡｕドットを用いたときの合成の閾値温度Ｔthを説明するためグラフである。図１２Ｂは、Ａｕドットサイズと閾値温度との関係をグラフである。
【図１３】図１３Ａは、Ａｕドットを用いて合成された単結晶ＷＳ2を示す光学顕微鏡像である。図１３Ｂは、Ａｕドットを用いずに合成された単結晶ＷＳ2を示す光学顕微鏡像である。
【図１４】図１４は、単結晶ＷＳ2のサイズ分布を示すグラフである。
【図１５】図１５Ａは、合成温度７２５℃、７７３℃、７９５℃で合成された単結晶ＷＳ2のサイズ分布を示すグラフである。図１５Ｂは、合成温度８５０℃、８７５℃で合成された単結晶ＷＳ2のサイズ分布を示すグラフである。
【図１６】図１６は、サイズ１〜４μｍのＡｕドットを用いて合成温度８００℃で合成された単結晶ＷＳ2を示す光学顕微鏡像である。
【図１７】図１７Ａは、Ａｕドットサイズと単結晶ＷＳ2の割合との関係を示すグラフである。図１７Ｂは、合成温度と単結晶ＷＳ2の平均サイズとの関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、単結晶ＷＳ2の平均サイズ／Ａｕドットサイズと単結晶ＷＳ2の割合との関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、Ａｕドットサイズと合成温度Ｔｇとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態について以下の順序で説明する。
１  第１の実施形態（単結晶ＴＭＤの合成方法）
２  第２の実施形態（大面積の単結晶ＴＭＤの合成方法）
３  第３の実施形態（ヘテロ接合型の単結晶ＴＭＤの合成方法）
４  第４の実施形態（ＴＭＤ素子の製造方法）
【００１２】
＜１  第１の実施形態＞
［ＴＭＤ素子の構成］
まず、本発明の第１の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法により得られるＴＭＤ素子の構成について説明する。このＴＭＤ素子１０は、図１Ａに示すように、基材１１と、基材１１の一方の面上に設けられた複数の微小凸部１２と、これらの微小凸部１２それぞれの位置に合成された複数の単結晶ＴＭＤ１３とを備える。以下では、基材１１の一方の面内において直交する２方向をそれぞれＸ、Ｙ方向といい、基材１１の一方の面に垂直な方向をＺ方向という。
【００１３】
ＴＭＤ素子１０は、光デバイスまたは電子デバイスに適用して好適なものである。より具体的には、ダイオードやトランジスタなどの半導体素子、発光素子、受光素子または光電変換素子などの各種デバイスに適用して好適なものである。
【００１４】
（基材）
基材１１は、ガラス（ＳｉＯ2）などのアモルファス状の無機材料により構成されている。基材１１は、可視光に対して透明性を有するものであってもよいし、可視光に対して不透明性を有するものであってもよい。基材１１の形状としては、例えば、フィルム状、プレート状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。基材１１は、剛性を有するものであってもよいし、フレキシブル性を有するものであってもよい。
【００１５】
（微小凸部）
複数の微小凸部１２は、所定のパターンで２次元配列されている。より具体的には、Ｘ、Ｙ方向に所定の間隔で２次元配列されている。Ｚ方向から見た微小凸部１２の形状は、例えば、円形状、楕円形状、または三角形や四角形状などの多角形状などである。微小凸部１２は基材１１上に別体として形成されていてもよいし、基材１１と共に一体的に成形されていてもよい。
【００１６】
微小凸部１２のサイズＤは、例えば５０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下である。微小凸部１２が円形状を有する場合には、微小凸部１２のサイズＤとは、微小凸部１２の直径を意味するものとする。微小凸部１２が三角形状または四角形状である場合には、微小凸部１２のサイズＤとは、微小凸部１２の辺の長さを意味するものとする。なお、三角形状または四角形状の辺の長さが異なる場合には、最大の辺長さを微小凸部１２のサイズＤとする。微小凸部１２の材料としては、例えば、金属、金属酸化物または金属窒化物などの金属化合物などを用いることができる。ここで、金属には半金属が含まれるものと定義する。
【００１７】
（単結晶ＴＭＤ）
単結晶ＴＭＤ１３は、図１Ｂに示すように、正三角形またはほぼ正三角形状の形状（以下単に「正三角形状」という。）を有し、微小凸部１２を成長核として合成されている。単結晶ＴＭＤ１３は単層構造を有し、隣接する単結晶ＴＭＤ１３の間は所定の間隔離されている。但し、必要に応じて、隣接する単結晶ＴＭＤ１３が接合されていてもよい。
【００１８】
単結晶ＴＭＤ１３の結晶方位は、基材１１上においてランダムである。このため、基材１１上において単結晶ＴＭＤ１３の頂角の方向がランダムとなっている。これは、基材１１がアモルファス状であるため、単結晶ＴＭＤ１３が合成される基材１１の表面が特定の面方位を有していないためである。単結晶ＴＭＤ１３のサイズＬは、例えば０．３μｍ以上１００μｍ以下である。ここで、単結晶ＴＭＤ１３の平均サイズＬaveとは、単結晶ＴＭＤ１３の一辺の長さを意味するものとする。
【００１９】
単結晶ＴＭＤ１３は、一般式ＭＣｈ2で表される。但し、Ｍは遷移金属元素、具体的にはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏまたはＷなどである。Ｃｈ2はカルコゲナイド、具体的にはＳ、ＳｅまたはＴｅなどである。
【００２０】
［単結晶ＴＭＤの合成方法］
以下、図２Ａ〜２Ｃ、３Ａ〜３Ｃを参照して、本発明の第１の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法について説明する。
【００２１】
（微小凸部の形成工程）
まず、図２Ａに示すように、基材１１の一方の面上にレジスト層１４を形成する。次に、例えば電子ビームリソグラフィにより、図２Ｂに示すように、微小孔部１４ａのパターンを形成する。次に、例えばＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、図２Ｃに示すように、微小孔部１４ａのパターンを形成したレジスト層１４上に、金属層または金属化合物層などの薄膜１５を形成する。次に、リフトオフプロセスによりレジスト層１４を除去する。これにより、図３Ａに示すように、微小凸部１２のパターンが基材１１に形成される。
【００２２】
［単結晶ＴＭＤの合成工程］
次に、微小凸部１２のパターンが形成された基材１１を、図示しない反応炉内に搬送する。次に、遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料（ソースガス）とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給し、熱ＣＶＤ法により、図３Ｂ、３Ｃに示すように、微小凸部１２を成長核として単層の単結晶ＴＭＤ１３を基材１１上に合成する。合成温度Ｔｇは、例えば７０１℃以上９５０℃以下である。気体原料は、遷移金属を遷移金属酸化物などの遷移金属化合物として含んでいてもよい。単結晶ＴＭＤ１３の平均サイズＬaveは、微小凸部１２のサイズＤの６倍以上であることが好ましい。基材１１上の微小凸部１２に対する単結晶ＴＭＤ１３の合成割合を向上できるからである。
【００２３】
微小凸部の形成工程および単結晶ＴＭＤの合成工程において、微小凸部１２のサイズＤと、単結晶ＴＭＤ１３の合成温度Ｔｇとが、以下の式（１）〜（４）を満たしていることが好ましい。
Ｔｇ≦１１０Ｄ＋７７３  ・・・（１）
Ｔｇ≧５２Ｄ＋７０１    ・・・（２）
Ｔｇ≦９５０            ・・・（３）
Ｄ＞０                  ・・・（４）
【００２４】
［効果］
第１の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法では、基材１１上に複数の微小凸部１２を形成し、遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料を用いた熱ＣＶＤ法により、微小凸部１２を成長核として単結晶ＴＭＤ１３を基材１１上に合成している。このため、単結晶ＴＭＤ１３を位置制御して合成できる。また、単結晶ＴＭＤ１３のサイズのバラツキを抑制できる。したがって、基材１１上に単結晶ＴＭＤ１３を集積化することができる。
【００２５】
単結晶ＴＭＤ１３は、グレインバウンダリーが存在しないため、多結晶ＴＭＤに比べて電気伝導性（例えばキャリア移動度、コンダクタンスなど）、光学特性（例えば蛍光発光強度、発光線幅、量子効率など）の点において優れている。グレインバウンダリーが存在しない単結晶ＴＭＤ１３は、多結晶ＴＭＤのようにグレインバウンダリーから酸化が始まり結晶が破壊されることもないため、結晶構造の安定性の点においても優れている。したがって、単結晶ＴＭＤ１３を有するＴＭＤ素子１０を用いることで、高品質のデバイスの提供が可能となる。
【００２６】
［変形例］
図４に示すように、基材１１上において各単結晶ＴＭＤ１３の結晶方位が所定方向に揃うようにしてもよい。すなわち、基材１１に合成される各単結晶ＴＭＤ１３の頂角の方向が揃うようにしてもよい。このような構成のＴＭＤ素子１０を得るためには、基材１１として結晶成長に異方性を持たせることができるものを用いて、微小凸部１２を成長核として基材１１上にＴＭＤをエピタキシャル成長させて、単結晶ＴＭＤ１３を合成するようにすればよい。結晶成長に異方性を持たせることができる基材１１は、六方晶系の結晶構造などを有する単結晶の無機材料により構成されている。このような無機材料としては、例えば、単結晶Ｓｉ、単結晶サファイア（Ｃ面）または単結晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）などが挙げられる。
【００２７】
微小凸部１２に代えて微小凹部を用いるようにしてもよいし、微小凸部１２と微小凹部との両方を用いるようにしてもよい。微小凹部のサイズやＺ方向から見た微小凸部の形状などは、微小凸部１２と同様である。微小凹部を用いた場合にも微小凸部１２を用いた場合と同様に単結晶ＴＭＤ１３を合成することができる。基材１１の両面に単結晶ＴＭＤ１３を合成するようにしてもよい。
【００２８】
＜２  第２の実施形態＞
［単結晶ＴＭＤの合成方法］
以下、図５Ａ〜５Ｃを参照して、本発明の第２の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法について説明する。
【００２９】
（微小凸部の形成工程）
まず、基材１１として結晶成長に異方性を持たせることができるものを準備する。次に、図５Ａに示すように、正三角形１６を基材１１の一方の面上に敷き詰めた状態を想定し、その仮想的な正三角形１６の中心位置に正三角形状の微小凸部１２を形成する。この際、正三角形状の微小凸部１２の向きが、以下の（ａ）、（ｂ）の関係を満たすように形成する。
（ａ）Ｘ方向に隣接する２つの微小凸部１２のうちの一方の頂角がＹ方向を向き、他方の頂角が−Ｙ方向を向く。
（ｂ）Ｙ方向に隣接する２つの微小凸部１２のうちの一方の頂角がＹ方向を向き、他方の頂角が−Ｙ方向を向く。
【００３０】
（大面積の単結晶ＴＭＤの合成工程）
次に、微小凸部１２のパターンが形成された基材１１を、図示しない反応炉内に搬送する。次に、遷移金属およびカルコゲナイドを含む気体原料とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給し、熱ＣＶＤ法により、図５Ｂに示すように、微小凸部１２を成長核として、単結晶ＴＭＤ１３を基材１１上にエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長される各単結晶ＴＭＤ１３は、微小凸部１２と相似形状の正三角形を有すると共に、基材１１上において結晶方位が所定方向に揃ったものとなる。単結晶ＴＭＤ１３の結晶成長を所定時間持続させて、図５Ｃに示すように、隣接する各単結晶ＴＭＤ１３の辺同士が接合したら、結晶成長を停止させる。隣接する単結晶ＴＭＤ１３同士は同じ結晶方位を有しているので、接合面にグレインバウンダリーが形成されないため、１つの大面積の単結晶ＴＭＤ１７が得られる。
【００３１】
［効果］
第２の実施形態に係るＴＭＤの合成方法では、基板１１上に単結晶ＴＭＤ１３を位置および結晶方位を制御して合成することで、大面積の単結晶ＴＭＤ１４を実現できる。
【００３２】
＜３  第３の実施形態＞
［ＴＭＤ素子の構成］
まず、本発明の第３の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法により得られるＴＭＤ素子について説明する。このＴＭＤ素子２０は、図６Ａに示すように、微小凸部１２の位置にヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１を備えている。ここでは、各ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１の結晶方位が所定方向に揃っている構成について説明するが、各ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１の結晶方位がランダムであってもよい。なお、第３の実施形態において第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３３】
ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１は、図６Ａ、図６Ｂに示すように、正三角形状を有し、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａと、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁に設けられた第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂとを備えている。第１、第２の単結晶ＴＭＤ２１ａ、２１ｂはバンドギャップが異なっているため、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの外周部と第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂの内周部との接合は、ヘテロ接合となっている。
【００３４】
第１の単結晶ＴＭＤ２１ａは、第１の遷移金属元素Ｍ１とカルコゲナイドＣｈとを含んでいる。第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂは、第２の遷移金属元素Ｍ２とカルコゲナイドＣｈとを含んでいる。ここで、第１、第２の遷移金属元素Ｍ１、Ｍ２は異なる遷移金属である。第１、第２の単結晶ＴＭＤ２１ａ、２１ｂの組み合わせは特に限定されるものではないが、一例としては、単結晶ＷＳ2と単結晶ＭｏＳ2との組み合わせが挙げられる。
【００３５】
［単結晶ＴＭＤの合成方法］
以下、図７Ａ、図７Ｂを参照して、本発明の第３の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法について説明する。
【００３６】
（微小凸部の形成工程）
まず、第１の実施形態と同様にして、基材１１上に微小凸部１２のパターンを形成する。なお、基材１１としては、結晶成長に異方性を持たせることができるものが用いられる。
【００３７】
（第１の単結晶ＴＭＤの合成工程）
次に、微小凸部１２のパターンが形成された基材１１を、図示しない反応炉内に搬送する。次に、第１の遷移金属Ｍ１およびカルコゲナイドＣｈを含む第１の気体原料（第１のソースガス）とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給する。そして、熱ＣＶＤ法により、図７Ａに示すように、微小凸部１２を成長核として第１の単結晶ＴＭＤ２１ａを基材１１上にエピタキシャル成長させる。これにより、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａが微小凸部１２の位置に合成される。
【００３８】
（第２の単結晶ＴＭＤの合成工程）
次に、反応炉を大気開放せずに、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁を活性な状態に保ちつつ、第２の遷移金属Ｍ２およびカルコゲナイドＣｈを含む第２の気体原料（第２のソースガス）とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給する。そして、熱ＣＶＤ法により、図７Ｂに示すように、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁から第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂを結晶成長させる。これにより、第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂが第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁に合成され、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１が得られる。
【００３９】
［効果］
第３の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法では、各微小凸部１２の位置に第１の単結晶ＴＭＤ２１ａを合成した後、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａ周縁に第２の単結晶ＴＭＤ２１ａを合成することで、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１を位置制御して合成できる。また、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１のサイズのバラツキを抑制できる。したがって、基材１１上にヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１を集積化することができる。よって、第３の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法は、種々の光デバイスまたは電子デバイスの製造に適用可能である。
【００４０】
［変形例］
ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１は、図８Ａ、図８Ｂに示すように、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａ上に第２の単結晶ＴＭＤ２１ａが積層された構成であってもよい。この場合、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａと第２の単結晶ＴＭＤ２１ｂとの主面同士がヘテロ接合される。
【００４１】
上記のヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１は、以下のようにして合成される。まず、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａを合成した後、反応炉内を大気開放して、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａを大気にさらし、活性化状態にある第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁を安定化させる。その後、第２の気体原料とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給して、熱ＣＶＤ法により、第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの主面から第２の単結晶ＴＭＤ２１ａを結晶成長させる。上述のように第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの周縁を安定化させることで、第２の単結晶ＴＭＤ２１ａが第１の単結晶ＴＭＤ２１ａの主面上に合成される。
【００４２】
ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ２１に代えて、第１、第２の単結晶ＴＭＤ２１ａ、２１ｂが混在したバルクヘテロ接合型ＴＭＤを合成するようにしてもよい。バルクヘテロ接合型ＴＭＤは、第１、第２の気体原料とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給する熱ＣＶＤ法により合成することが可能である。
【００４３】
バルクヘテロ接合型ＴＭＤの合成工程後に、バルクヘテロ接合型ＴＭＤをアニール処理する工程をさらに備えるようにしてもよい。この場合、第１、第２の単結晶ＴＭＤを構成する原子が拡散によってほぼ均一化するため、全体でほぼ均一な組成を有する単結晶ＴＭＤが得られる。この単結晶ＴＭＤ１３は、一般式Ｍ１XＭ２(1-X)Ｃｈで表される。但し、Ｍ１、Ｍ２は異なる遷移金属である。
【００４４】
２種以上の遷移金属を含む単結晶ＴＭＤが混在したバルクヘテロ接合型ＴＭＤを合成するようにしてもよい。この場合、気体原料として、２種以上の遷移金属およびカルコゲナイドを含むものを用いればよい。また、このバルクヘテロ接合型ＴＭＤをアニール処理して、一般式Ｍ１X1Ｍ２X2・・・ＭXnＣｈで表される単結晶ＴＭＤ１３を形成するようにしてもよい。但し、ｎは２以上の整数であり、Ｘ１＋Ｘ２＋・・・＋Ｘｎ＝１である。
【００４５】
＜４  第４の実施形態＞
［ＴＭＤ素子の構成］
まず、本発明の第４の実施形態に係るＴＭＤ素子の製造方法により得られるＴＭＤ素子について説明する。このＴＭＤ素子３０は、いわゆる偏光発光素子であり、図９Ａに示すように、基材１１と、基材１１上に配置された複数の微小凸部１２と、これらの微小凸部１２それぞれの位置に設けられた複数のヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１と、基材１１上にマトリックス上に配置された第１、第２電極３２、３３とを備える。なお、第３の実施形態において第１の実施形態と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
（ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ）
各ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１の結晶方位は、基材１１上において所定方向に揃っている。ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１は、菱形状を有し、正三角形状の第１の単結晶ＴＭＤ３１ａと、第１の単結晶ＴＭＤ３１ａの所定の一辺とヘテロ接合された正三角形状の第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂとを備えている。第１の単結晶ＴＭＤ３１ａは、微小凸部１２を成長核として合成されている。第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂは、第１の単結晶ＴＭＤ３１ａの所定の一辺から結晶成長されて合成されている。第１、第２の単結晶ＴＭＤ３１ａ、３１ｂは、上記以外の点においては第３の実施形態における第１、第２の単結晶ＴＭＤ２１ａ、２１ｂと同様である。
【００４７】
（第１、第２電極）
第１電極３２はＹ方向に延設されており、第２電極３３はＸ方向に延設されている。第１電極３２は第１の単結晶ＴＭＤ３１ａに接続され、第２電極３３は第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂに接続されている。第１、第２電極３２、３３は図示しない制御部に接続されている。この制御部が、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１に所定の電圧を印加してヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１の発光を制御する。
【００４８】
第１、第２電極３２、３３は、良好な電気的導電性を有するものであればよく、例えば、無機系導電材料を含む無機導電層、有機系導電材料を含む有機導電層、無機系導電材料および有機系導電材料の両方を含む有機−無機導電層などを用いることができる。
【００４９】
無機系導電材料としては、例えば、金属または金属酸化物などが挙げられる。ここで、金属には、半金属が含まれるものと定義する。金属としては、例えば、アルミニウム、銅、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、錫、コバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、マンガン、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンテル、チタン、ビスマス、アンチモン、鉛などの金属、またはこれらの合金などが挙げられるが、これに限定されるものではない。金属酸化物としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化インジウム、アンチモン添加酸化錫、フッ素添加酸化錫、アルミニウム添加酸化亜鉛、ガリウム添加酸化亜鉛、シリコン添加酸化亜鉛、酸化亜鉛−酸化錫系、酸化インジウム−酸化錫系、酸化亜鉛−酸化インジウム−酸化マグネシウム系などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００５０】
有機系導電材料としては、例えば、炭素材料、導電性ポリマーなどが挙げられる。炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、フラーレン、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンマイクロコイル、ナノホーンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。導電性ポリマーとしては、例えば、置換または無置換のポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、およびこれらから選ばれる１種または２種からなる（共）重合体などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００５１】
［ＴＭＤ素子の動作］
上述の構成を有するＴＭＤ素子３０では、第１、第２電極３２、３３間に所定の電圧を印加すると、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１の接合界面から直線偏光などの偏光特性を有する光（例えばエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）またはフォトルミネッセンス（ＰＬ）など）が放出される。
【００５２】
［ＴＭＤ素子の製造方法］
以下、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、本発明の第４の実施形態に係る単結晶ＴＭＤの合成方法について説明する。
【００５３】
（微小凸部の形成工程）
まず、第３の実施形態と同様にして、基材１１上に微小凸部１２のパターンを形成する。
【００５４】
（第１の単結晶ＴＭＤの合成工程）
次に、第３の実施形態と同様にして、図１０Ａに示すように、微小凸部１２を成長核として第１の単結晶ＴＭＤ３１ａを合成する。
【００５５】
（第２の単結晶ＴＭＤの合成工程）
次に、反応炉内を大気開放して、第１の単結晶ＴＭＤ３１ａを大気にさらし、活性化状態にある第１の単結晶ＴＭＤ３１ａの周縁を安定化させる。その後、第１の単結晶ＴＭＤ３１ａの所定の一辺３１Ｌのみをイオンビームなどにより活性化させる。なお、この活性化の処理を反応炉内を真空状態にして行うようにしてもよい。次に、第２の気体原料とＡｒなどのキャリアガスとを反応炉内に供給し、図１０Ｂに示すように、熱ＣＶＤ法により第１の単結晶ＴＭＤ３１ａの所定の一辺３１Ｌから第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂを結晶成長させて、第１の単結晶ＴＭＤ３１ａとほぼ同一の大きさの第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂを合成する。これにより、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１が得られる。
【００５６】
（第１、第２電極の形成工程）
次に、例えばフォトリソグラフィ法または印刷法により、図９Ａに示すように、第１、第２電極３２、３３をマトリックス状に形成する。以上により、目的とするＴＭＤ素子３０が得られる。
【００５７】
［効果］
第４の実施形態のＴＭＤ素子の製造方法では、第１、第２の単結晶ＴＭＤ３１ａ、３１ｂを基材１１の面内方向において接合できる。したがって、第１電極３２を第１の単結晶ＴＭＤ３１ａにのみ接続しやすく、また第２電極３３も第２の単結晶ＴＭＤ３１ｂにのみ接続しやすい。したがって、第１、第２電極３２、３３の形成が容易である。これに対して、図９Ｂに示すように、第１、第２の多結晶ＴＭＤ１３１ａ、１３１ｂによりヘテロ接合多結晶ＴＭＤ１３１を形成した場合には、第１、第２の多結晶ＴＭＤ１３１ａ、１３１ｂが不定形であるため、第１電極３２が第１、第２の多結晶ＴＭＤ１３１ａ、１３１ｂの両方に接続してしまいやすく、また第２電極３３も第２の単結晶ＴＭＤ１３１ａ、１３１ｂの両方に接続してしまいやすい。したがって、ヘテロ接合多結晶ＴＭＤ１３１に対する第１、第２電極３２、３３の形成が困難となる。
【００５８】
また、第１、第２の単結晶ＴＭＤ３１ａ、３１ｂを位置制御して合成できると共に、第１、第２の単結晶ＴＭＤ３１ａ、３１ｂのサイズのバラツキを抑制できる。したがって、基材１１上にヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１を集積化することができる。
【００５９】
［変形例］
第４の実施形態では、ＴＭＤ素子３０を偏光発光素子として用いる例について説明したが、ＴＭＤ素子３０を偏光受光素子として用いてもよい。この場合、上記の制御部に代えて、ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ３１から供給される電流または電圧を検出する制御部を備えればよい。この偏光受光素子では、特定の偏光特性を有する光のみを検出することができる。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００６１】
＜Ａｕドットからの核成長割合と合成温度、Ａｕドットサイズとの関係＞
［サンプル１−１〜１−９］
まず、円形状を有する複数のＡｕドットが形成されたＳｉＯ2基板上を準備した。次に、このＳｉＯ2基板を反応炉内の所定位置に搬送すると共に、ＷＯ3粉末およびＳ2粉末をそれぞれＳｉＯ2基板より上流側の所定位置に搬送した。次に、ＷＯ3粉末およびＳ2粉末を気化させて気体原料とし、この気体原料をキャリアガスによりＳｉＯ2基板上に導き、熱ＣＶＤ法により、Ａｕドットを成長核として単層の単結晶ＷＳ2（単結晶ＴＭＤ）をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００６２】
以下に、熱ＣＶＤの合成条件の詳細を示す。
Ａｕドットサイズ（直径）：５０ｎｍ
Ａｕドットの高さ：５０ｎｍ
隣接するＡｕドットの間隔：２０μｍ
キャリアガス：Ａｒガス
合成温度（基板の温度）：６６０℃、６９２℃、７２５℃、７５０℃、７７３℃、８００℃、８１０℃、８２０℃、８３０℃
合成時間：３ｍｉｎ
【００６３】
［サンプル２−１〜２−９］
Ａｕドットサイズを１００ｎｍに変更したこと以外はサンプル１−１〜１−９と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００６４】
［サンプル３−１〜３−９］
Ａｕドットサイズを１５０ｎｍに変更したこと以外はサンプル１−１〜１−９と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００６５】
［サンプル４−１〜４−９］
Ａｕドットサイズを３００ｎｍに変更したこと以外はサンプル１−１〜１−９と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００６６】
［サンプル５−１〜５−６］
Ａｕドットサイズを１０００ｎｍに変更したこと、および合成温度を７２５℃、７７３℃、８００℃、８０８℃、８５０℃、８６０℃としたこと以外はサンプル１−１〜１−９と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００６７】
（核成長割合の評価）
上述のようにして得られたサンプル１−１〜１−９、２−１〜２−９、３−１〜３−９、４−１〜４−９、５−１〜５−６について、Ａｕドットからの核成長割合を以下のようにして求めた。まず、光学顕微鏡により基板表面を観察し、基板表面から１００個のＡｕドットを無作為に選び出した。次に、選び出された１００個のＡｕドットのうち、単結晶ＷＳ2が成長しているＡｕドットの個数ＮAをカウントした。次に、この結果に基づき、単結晶ＷＳ2が成長しているＡｕドットの割合（（ＮA／１００）×１００［％］）を求め、核成長割合とした。
【００６８】
（結果）
図１１Ａに、Ａｕドットからの核成長割合の評価結果を示す。図１１Ｂに、Ａｕドットサイズ、合成温度とＡｕドットからの核成長割合との関係を示す。なお、図１１Ｂ中の矢印は、Ａｕドットからの核成長割合の増加方向を示している。図１１Ａ、１１Ｂから、Ａｕドットからの核成長割合が、合成温度に依存するのみならず、Ａｕドットサイズにも依存することがわかる。
【００６９】
図１１Ａから、サンプル２−１〜２−９、３−１〜３−９、４−１〜４−９、５−１〜５−６には、Ａｕドットからの核成長割合に閾値温度Ｔthが存在することがわかる。そこで、それらの閾値温度Ｔthを求め（図１２Ａ参照：Ａｕドットサイズ３００ｎｍ（サンプル４−１〜４−９）の閾値温度Ｔth）、Ａｕドットサイズと閾値温度Ｔthとの関係をグラフにより示した（図１２Ｂ参照）。図１２Ｂから、Ａｕドットから核成長が生じる閾値温度Ｔthが、Ａｕドットサイズの増大に伴って上昇することがわかる。
【００７０】
＜Ａｕドットの有無に対するサイズ分布比較＞
［サンプル６−１］
Ａｕドットサイズを１０００ｎｍ、隣接するＡｕドットの間隔を２０μｍとし、合成温度を７７３℃、合成時間を３ｍｉｎとしたこと以外はサンプル１−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００７１】
［サンプル６−２］
ＳｉＯ2基板の表面にＡｕドットパターンを形成せずに単結晶ＷＳ2を形成したこと以外はサンプル６−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００７２】
（サイズ分布の評価）
上述のようにして得られたサンプル６−１、６−２について、単結晶ＷＳ2のサイズ分布を以下のようにして求めた。まず、光学顕微鏡により基板表面を観察し、基板表面から１００個の単結晶ＷＳ2を無作為に選び出した。次に、選び出された１００個の単結晶ＷＳ2の辺のサイズＬ（図１Ｂ参照）を測定し、単結晶ＷＳ2のサイズ分布を求めた。
【００７３】
（結果）
図１３Ａ、１３Ｂにそれぞれ、サンプル６−１、６−２の基板表面の観察結果を示す。図１４に、単結晶ＷＳ2のサイズ分布の評価結果を示す。図１３Ａ、１３Ｂ、１４から、Ａｕドットを用いて単結晶ＷＳ2を基板表面に合成することにより、単結晶ＷＳ2のサイズ分布を非常に狭くできることがわかる。すなわち、サイズのバラツキが小さい単結晶ＷＳ2を合成できることがわかる。
【００７４】
＜サイズ分布の合成温度依存性／サイズ分布のＡｕドット間隔依存性＞
［サンプル７−１〜７−３］
Ａｕドットサイズを１０００ｎｍ、隣接するＡｕドットの間隔を２０μｍとし、合成温度を７２５℃、７７３℃、７９５℃、合成時間を３ｍｉｎとしたこと以外はサンプル１−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2を合成した。
【００７５】
［サンプル８−１〜８−３］
Ａｕドットサイズを１０００ｎｍ、隣接するＡｕドットの間隔を２００μｍとし、合成温度を８５０℃、８７５℃、合成時間を３ｍｉｎとしたこと以外はサンプル１−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００７６】
（サイズ分布の評価）
上述のようにして得られたサンプル７−１〜７−３、８−１〜８−３のサイズ分布を、上記のサンプル６−１、６−２と同様にして評価した。
【００７７】
（結果）
図１５Ａ、１５Ｂに、サイズ分布の評価結果を示す。図１５Ａ、１５Ｂから、Ａｕドットの間隔の大小に依らず、単結晶ＷＳ2（単結晶ＴＭＤ）のサイズ分布が合成温度に依存することがわかる。また、合成温度を高くしても、Ａｕドットの間隔以上の単結晶ＷＳ2は合成されないこともわかる。したがって、Ａｕドットの間隔と合成温度とを調整することで、所望のサイズでかつサイズのバラツキが小さい単結晶ＷＳ2を所定位置に合成できる。
【００７８】
＜サイズ分布の均一化機構＞
［サンプル９−１〜９−３］
Ａｕドットサイズを１０００ｎｍ、隣接するＡｕドットの間隔を１００μｍとし、合成温度を８５０℃、合成時間を１ｍｉｎ、２ｍｉｎ、３ｍｉｎとしたこと以外はサンプル１−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００７９】
（合成時間依存性の評価）
上述のようにして得られたサンプル９−１〜９−３の基板表面を光学顕微鏡により観察して、その観察像から単結晶ＷＳ2の合成時間依存性を評価した。
【００８０】
（結果）
上記評価結果から以下のことが明らかになった。各Ａｕドットにおける単結晶ＷＳ2の成長開始時間はほぼ同一である。各Ａｕドットからの結晶成長は、合成時間の増加に応じてほぼ同様の速度で進む。各単結晶ＷＳ2の結晶成長の寿命は、ほぼ同様である。したがって、Ａｕドットを用いることで、単結晶ＷＳ2の成長開始時間、成長速度および成長寿命の核成長因子のバラツキを低減できる。
【００８１】
＜ＴＭＤの結晶性のＡｕドットサイズ依存性／ＴＭＤのサイズの合成温度依存性＞
［サンプル１０−１〜１０−４］
Ａｕドットサイズを１μｍ、２μｍ、３μｍ、４μｍ、隣接するＡｕドットの間隔を２０μｍとし、合成温度を７７３℃、合成時間を３ｍｉｎとしたこと以外はサンプル１−１と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００８２】
［サンプル１１−１〜１１−４］
合成温度を７９５℃にしたこと以外はサンプル１０−１〜１０−４と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００８３】
［サンプル１２−１〜１２−４］
合成温度を８００℃にしたこと以外はサンプル１０−１〜１０−４と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００８４】
［サンプル１３−１〜１３−４］
合成温度を８１６℃にしたこと以外はサンプル１０−１〜１０−４と同様にして単層の単結晶ＷＳ2をＳｉＯ2基板上に合成した。
【００８５】
（単結晶ＷＳ2の割合の評価）
上述のようにして得られたサンプル１０−１〜１０−４、１１−１〜１１−４、１２−１〜１２−４、１３−１〜１３−４について、単結晶ＷＳ2の割合を以下のようにして求めた。まず、光学顕微鏡により基板表面を観察し、基板表面から１００個のＷＳ2を無作為に選び出した。次に、選び出された１００個のＷＳ2のうちに含まれる単結晶ＷＳ2の個数ＮBをカウントした。なお、単結晶ＷＳ2は正三角形状を有しているのに対して、多結晶ＷＳ2は不定形状を有しているため、Ａｕドットの位置に合成されたＷＳ2が単結晶ＷＳ2および多結晶ＷＳ2のいずれであるかは、ＷＳ2の形状から容易に判別可能である。次に、この結果に基づき、単結晶ＷＳ2の割合（（ＮB／１００）×１００［％］）を求めた。
【００８６】
（単結晶ＷＳ2の平均サイズの評価）
上述のようにして得られたサンプル１０−１〜１３−４（Ａｕドットサイズ：１μｍ）について、単結晶ＷＳ2の割合を以下のようにして求めた。まず、光学顕微鏡により基板表面を観察し、基板表面から１００個の単結晶ＷＳ2を無作為に選び出した。次に、選び出された１００個の単結晶ＷＳ2のサイズを求め、求めたサイズを単純に平均（算術平均）して平均サイズを求めた。
【００８７】
（結果）
図１６に、Ａｕドットサイズに対するＷＳ2の結晶性（単結晶／多結晶）の変化を示す。図１７Ａに、単結晶ＷＳ2の割合の評価結果を示す。図１７Ｂに、単結晶ＷＳ2の平均サイズの評価結果を示す。図１６、１７Ａから、Ａｕドットサイズを変化させることで、ＷＳ2の結晶性（単結晶／多結晶）が変化することがわかる。図１７Ｂから、合成温度を変化させることで、単結晶ＷＳ2の平均サイズが変化することがわかる。
【００８８】
図１７Ａ、１７Ｂのグラフに示したデータに基づき、横軸を“単結晶ＷＳ2の平均サイズ／Ａｕドットサイズ”とし、縦軸を“単結晶ＷＳ2の割合”とするグラフを作成した（図１８参照）。このグラフから、単結晶ＷＳ2の割合が、単結晶ＷＳ2の平均サイズＬaveとＡｕドットサイズ（直径）Ｄとの比（Ｌave／Ｄ）に依存することがわかる。また、単結晶ＷＳ2の平均サイズ（直径）ＬaveとＡｕドットサイズＤとの比（Ｌave／Ｄ）が６以上であると、単結晶ＷＳ2の割合が最大となることがわかる。
【００８９】
図１２Ｂ、１８のグラフに示したデータに基づき、横軸を“ＡｕドットサイズＤ”とし、縦軸を“合成温度Ｔg”とするグラフを作成した（図１９参照）。このグラフから、ＡｕドットサイズＤおよび合成温度Ｔgが以下の関係式を満たすようにすることで、単結晶ＷＳ2を高い核成長割合でＳｉＯ2基板の所定位置に合成できることがわかる。
Ｔｇ≦１１０Ｄ＋７７３  ・・・（１）
Ｔｇ≧５２Ｄ＋７０１    ・・・（２）
Ｔｇ≦９５０            ・・・（３）
Ｄ＞０                  ・・・（４）
なお、式（１）、（２）の近似直線は、最小二乗法により求めた。
【００９０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【００９１】
例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。
【００９２】
また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０、２０、３０    ＴＭＤ素子
１１    基材
１２    微小凸部
１３、１７    単結晶ＴＭＤ（単結晶遷移金属ダイカルコゲナイド）
２１、３１    ヘテロ接合単結晶ＴＭＤ
２１ａ、３１ａ    第１の単結晶ＴＭＤ
２１ｂ、３１ｂ    第２の単結晶ＴＭＤ
３２    第１電極
３３    第２電極
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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