(57)【要約】【課題】      コロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する方法を提供する。【解決手段】  ナノ粒子(6)をキャリア溶液(5)に導入し、該キャリア溶液(5)を第１のエピタキシャル層(3)の表面(4)に塗布して該表面(4)上でキャリア溶液(5)を蒸発させ、ナノ粒子(6)を、第１のエピタキシャル層(3)の表面上に互いに分離して集積させる工程と、ナノ粒子(6)の上に第２のエピタキシャル層(8)を成長させる工程とを行う。この方法により、エピタキシャル層構造中のナノ粒子の分布、特に個々のナノ粒子の大きさおよびその表面密度に関する種々のパラメータを変えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子をキャリア溶液に導入し、該キャリア溶液を第１のエピタキシャル層の表面に塗布して該表面上でキャリア溶液を蒸発させ、前記ナノ粒子を、第１のエピタキシャル層の表面上に互いに分離して集積させる工程と、前記ナノ粒子の上に第２のエピタキシャル層を成長させる工程と、を有することを特徴とするコロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する方法。
【請求項２】
前記ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層を完全に成長させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層を部分的にのみ成長させる請求項１記載の方法。
【請求項４】
使用される前記キャリア溶液の濃度および粘度は、前記ナノ粒子が前記キャリア溶液中で懸濁状態で互いに分離して保持される濃度および粘度である請求項１〜請求項３何れか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１のエピタキシャル層の前記表面を完全に湿潤させるキャリア溶液が用いられる請求項１〜請求項４何れか１項記載の方法。
【請求項６】
使用される前記キャリア溶液の化学純度および蒸気圧は、該キャリア溶液が前記第１のエピタキシャル層の前記表面から残らず蒸発するものである請求項１〜請求項５何れか１項記載の方法。
【請求項７】
半導体材料、金属材料、または非導電材料のナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項６何れか１項記載の方法。
【請求項８】
少なくとも球状、棒状、角錐状の何れかの形態学的形状を有するナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項７何れか１項記載の方法。
【請求項９】
少なくとも立方晶、六方晶、正方晶、斜方晶、単斜晶の何れかの結晶構造を有するナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項８何れか１項記載の方法。
【請求項１０】
１ｃｍ３の前記キャリア溶液あたり１〜１０１５個のナノ粒子が、前記キャリア溶液に導入される請求項１〜請求項９何れか１項記載の方法。
【請求項１１】
シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６化合物半導体から成るナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項１０何れか１項記載の方法。
【請求項１２】
１〜１，０００ｎｍの平均サイズを有するナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項１１何れか１項記載の方法。
【請求項１３】
単量体、二量体、または三量体の形態のナノ粒子が用いられる請求項１〜請求項１２何れか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記第２のエピタキシャル層が、シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６化合物半導体から成る請求項１請求項１３何れか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のエピタキシャル層が、金属元素、合金、または固溶体から成る請求項１〜請求項１３何れか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のエピタキシャル層が、非導電性の誘電体材料で成る請求項１〜請求項１３何れか１項記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のエピタキシャル層を、低指数の結晶方位の方向に成長させる請求項１〜請求項１６何れか１項記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のエピタキシャル層を、２〜１０°の角度の近接面方位で成長させる請求項１〜請求項１６何れか１項記載の方法。
【請求項１９】
５００ｎｍ〜５，０００ｎｍの固有のパターニング長での、少なくとも１つの横方向パターニングが、前記第１のエピタキシャル層に導入される請求項１〜請求項１８何れか１項記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のエピタキシャル層が、異なる格子定数を有する基板により所定の等方応力を付与させて製造される請求項１〜請求項１９何れか１項記載の方法。
【請求項２１】
前記キャリア溶液が、滴下によって前記第１のエピタキシャル層の前記の表面に塗布される請求項１〜請求項２０何れか１項記載の方法。
【請求項２２】
前記キャリア溶液は、スピンコートによって前記第１のエピタキシャル層の前記表面に塗布される請求項１〜請求項２０何れか１項記載の方法。
【請求項２３】
前記キャリア溶液は、噴霧によって前記第１のエピタキシャル層の前記表面に塗布される請求項１〜請求項２０何れか１項記載の方法。
【請求項２４】
前記ナノ粒子が、隣接する該ナノ粒子間の間隔が該ナノ粒子の直径範囲内にあるような密度で、前記第１のエピタキシャル層の前記表面に塗布される請求項１〜請求項２３何れか１項記載の方法。
【請求項２５】
前記ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる前に、少なくとも熱活性化または等方応力の何れかによって前記ナノ粒子を横方向に配列した状態におく請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる前に、走査型プローブ顕微鏡法によって前記ナノ粒子を横方向に配列した状態におく請求項２４または請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と実質的に同じ化学組成および同じ結晶構造を有する前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させる請求項１〜請求項２６何れか１項記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と化学組成は実質的に同じであるが、結晶構造が異なる前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させる請求項１〜請求項２６何れか１項記載の方法。
【請求項２９】
前記ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と化学組成は異なるが、結晶構造は同じである前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させる請求項１〜請求項２６何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ナノ粒子の上に、該ナノ粒子とは異なる化学組成および異なる結晶構造を有する前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させる請求項１〜請求項２６何れか１項記載の方法。
【請求項３１】
前記第１のエピタキシャル層の前記表面に塗布される前に、ドーパント、特に磁性イオンを表面上または体積中に含むように前記ナノ粒子を改質する請求項２７〜請求項３０何れか１項記載の方法。
【請求項３２】
前記ナノ粒子の複数の層および該ナノ粒子の上に成長する複数の層が塗布される請求項１〜請求項３０何れか１項記載の方法。
【請求項３３】
請求項１〜請求項３１の何れか１項記載の方法によって製造されるエピタキシャル層構造を有する電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コロイド状に製造されたナノ粒子（colloidally produced nanoparticles）をエピタキシャル層に集積する（integrate）方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１９７ ２６ ９８９ Ａ１（特許文献１）は、ＭＯＣＶＤによってＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体の群からストランスキー・クラスタノフ成長モードで量子ドットを製造する方法を開示している。この既知のプロセスでは、配向基板上に１０１１ｃｍ２の横方向密度を有する欠陥のない量子ドットの群を製造することが意図されている。
【０００３】
こうしたストランスキー・クラスタノフ成長モードは、自然な自己組織化プロセスであり、ごくわずかな介入（minor interventions）しか可能でない。これは、このタイプのプロセスで得ることができるナノ粒子の大きさやその表面密度の変化について特に影響を与え、したがって、ナノ粒子の大きさおよびその表面密度は、使用する材料を変更することによってのみ変化させることができる。
【０００４】
ＤＥ１９７ １０ ６８５ Ａ１（特許文献２）は、ナノ結晶粒子を含む材料およびそれを製造する方法を開示しており、この方法では、ナノ結晶粒子および安定化配位子を含むゾルが製造され、固まる前に基板に直接塗布される。
【０００５】
ＤＥ１００ ４４ ０４０ Ａ１（特許文献３）は、１または１以上の量子ドット層を有する量子ドット半導体部品をエピタキシャルに製造する効率の改善方法を記載している。
【０００６】
量子ドットとも呼ばれるナノ粒子またはナノ結晶の製造は、例えば米国特許第５，６１４，４３５号から公知である（特許文献４）。
【特許文献１】独国特許出願公開第１９７ ２６ ９８９号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１９７ １０ ６８５号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１００ ４４ ０４０号明細書
【特許文献４】米国特許第５６１４４３５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知の方法はいずれも、ナノ粒子の大きさおよび表面密度の変更に関する上述の欠点を無くすことか、上述の欠点に基づくことを目的としている。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、コロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する方法を提供することであり、この方法により、エピタキシャル層構造中のナノ粒子の分布、特に個々のナノ粒子の大きさおよびその表面密度に関する種々のパラメータを変えることができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、この目的は請求項１記載の特徴により達成される。
【００１０】
即ち本発明は、ナノ粒子をキャリア溶液に導入し、該キャリア溶液を第１のエピタキシャル層の表面に塗布して該表面上でキャリア溶液を蒸発させて、前記ナノ粒子を、第１のエピタキシャル層の表面上に互いに分離して集積させる工程と、前記ナノ粒子の上に第２のエピタキシャル層を成長（overgrow）させる工程と、を有することを特徴とするコロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する方法を提供する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、コロイド状に製造されたナノ粒子とは、ナノ粒子がキャリア溶液中に分散してコロイドとなるナノ粒子をいうものとする。
【００１１】
また本発明は、コロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する方法について、ナノ粒子をキャリア溶液に導入し、該キャリア溶液を第１のエピタキシャル層の表面に塗布して該表面上でキャリア溶液を蒸発させて、前記ナノ粒子を、第１のエピタキシャル層の表面上に互いに分離して集積させるナノ粒子の集積方法を提供する。この集積方法については、さらに、前記ナノ粒子の上に第２のエピタキシャル層を成長（overgrow）させる工程を行うことができる。
【００１２】
さらに本発明は、ナノ粒子をキャリア溶液に導入し、該キャリア溶液を第１のエピタキシャル層の表面に塗布して該表面上でキャリア溶液を蒸発させて、前記ナノ粒子を、第１のエピタキシャル層の表面上に互いに分離して集積させる工程と、前記ナノ粒子の上に第２のエピタキシャル層を成長（overgrow）させる工程と、を行い、コロイド状に製造されたナノ粒子を用いて一のエピタキシャル層に他のエピタキシャル層を積層する方法を提供する。
【００１３】
以上の本発明によれば、本発明に従ってナノ粒子をキャリア溶液に導入し、非常に高レベルの精度でキャリア溶液を適切に希釈することによって、第１のエピタキシャル層の表面に塗布するナノ粒子の数を設定することができる。キャリア溶液の希釈は、個々のナノ粒子がキャリア溶液中に存在し、その後エピタキシャル層上に存在するように行う。
【００１４】
以上の本発明によれば、さらに、ナノ粒子がコロイド状すなわち化学的に製造されるため、キャリア溶液中に所定の大きさのナノ粒子を与えることができ、これにより、本発明の方法によって形成される層構造に含まれるナノ粒子は所望通りの大きさとなる。
【００１５】
以上の本発明によれば、他の方法を採用した場合に生じる、エピタキシャル成長中の核形成プロセスを避けられるので、従来のエピタキシャル成長プロセスにおけるナノ粒子の密度および分布とその開始サイズとを決定する熱力学的平衡状態に依存しない。したがって、ナノ粒子の自己組織化成長（self-organized growth）に関する従前の欠点を回避することができ、それにより、有益なことに、配列構造の製造が可能になる。
【００１６】
以上の本発明によれば、キャリア溶液がエピタキシャル層から蒸発することにより、ナノ粒子のみがエピタキシャル層上に残り、これらのナノ粒子が、第２のエピタキシャル層によるその後の成長に伴う凝集、酸化、または他の悪影響から確実に保護することができる。
【００１７】
以上の本発明によれば、さらに、コロイド状ナノ粒子とともに用いられる表面安定化分子群（surface stabilizing groups of molecules）により引き起こされる影響、例えば光化学分解等を全て無くすことができ、このため概して非常に広範囲にわたる様々な使用目的に応じたエピタキシャル層構造が得られる。
【００１８】
本発明の有利な改良では、ナノ粒子の上に第２のエピタキシャル層を完全に成長させることができる。すなわち、第１のエピタキシャル層の表面にあるナノ粒子をすべて被覆するように第２のエピタキシャル層を形成するものとして構成される。このようにすれば、第１のエピタキシャル層に塗布されたナノ粒子は全て、第２のエピタキシャル層によって保護される。
【００１９】
あるいは、ナノ粒子の上に、第２のエピタキシャル層を部分的にのみ成長させることもできる。これにより、第２のエピタキシャル層の上に成長したナノ粒子のみを選択的に機能させることができるため、第１のエピタキシャル層に塗布されたナノ粒子について、特定のパターニングを得ることが可能となる。
【００２０】
使用されるキャリア溶液の濃度および粘度が、ナノ粒子が懸濁状態で互いに分離して保持されるようなものである場合、個々のナノ粒子が互いに結合することによる悪い結果をもたらす可能性を防ぐことができるので、キャリア溶液中に導入されるナノ粒子の分散分布を一定に保つことができる。
【００２１】
さらに、エピタキシャル層の表面を完全に湿潤させるキャリア溶液を使用することができる。これにより、有益なことに、ナノ粒子が第１のエピタキシャル層の表面全体にわたって分布するようになる。
【００２２】
本発明による方法によって製造されるエピタキシャル層構造の純度は、使用するキャリア溶液の化学純度および蒸気圧が、キャリア溶液がエピタキシャル層の表面から残らず蒸発するようなものである場合に価値が高められる。
【００２３】
本発明の方法には、半導体材料、金属材料、または非導電材料のナノ粒子が用いられ、例えば、シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６の化合物半導体から成るナノ粒子を用いることができる。これらのナノ粒子は、球状、棒状、角錐状などの何れの形態学的形状であって良く、立方晶、六方晶、正方晶、斜方晶、単斜晶などの何れの結晶構造であっても良い。また、単量体、二量体、または三量体などの形態としても良い。
【００２４】
以上の本発明について、ナノ粒子は、その大きさが１〜１，０００ｎｍの平均サイズとすることができ、また前記キャリア溶液には１ｃｍ３あたり１〜１０１５個のナノ粒子を混入させるものとして構成される。
【００２５】
以上の本発明について、第２のエピタキシャル層は、シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６化合物半導体からなるものとして構成され、金属元素、合金、または固溶体から成るものとして構成される。さらに、非導電性の誘電体材料とされる。
【００２６】
以上の本発明について、第１のエピタキシャル層は、低指数の結晶方位の方向に成長させたものとして構成され、２〜１０°の角度の近接面方位で成長させることができる。また、第１のエピタキシャル層は、５００ｎｍ〜５，０００ｎｍの固有のパターニング長での、少なくとも１つの横方向パターニングが、第１のエピタキシャル層に導入されるものとして構成される。さらに、第１のエピタキシャル層は、異なる格子定数を有する基板により所定の等方応力を付与させて製造したものとして構成される。
【００２７】
以上の本発明について、キャリア溶液は、滴下によって第１のエピタキシャル層の表面に塗布されるものとして構成される。特に、スピンコートや噴霧によって塗布するものとして構成される。そして、隣接する該ナノ粒子間の間隔が該ナノ粒子の直径範囲内にあるような密度で、第１のエピタキシャル層の表面にナノ粒子を塗布するものとして構成される。
【００２８】
以上の本発明について、ナノ粒子は、該ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる前に、少なくとも熱活性化または等方応力の何れかによって横方向に秩序化される状態にされるものとすることができ、該ナノ粒子の上に前記第２のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる前に、走査型プローブ顕微鏡法によって横方向に配列した状態(laterally ordered state)におくものとすることができる。
【００２９】
さらに、本発明の方法においては、ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と実質的に同じ化学組成および同じ結晶構造を有する前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させるものとするか、ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と化学組成は実質的に同じであるが、結晶構造が異なる前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させるものとするか、ナノ粒子の上に、該ナノ粒子と化学組成は異なるが、結晶構造は同じである前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させるものとするか、あるいは、ナノ粒子の上に、該ナノ粒子とは異なる化学組成および異なる結晶構造を有する前記第２のエピタキシャル層の材料を成長させるものとして構成される。
【００３０】
そして、本発明の方法において、第１のエピタキシャル層の前記表面に塗布される前に、例えば磁性イオンのごときドーパントを該ナノ粒子の表面上または体積中に含むようにナノ粒子を改質するものとして構成することができる。また、ナノ粒子の複数の層および該ナノ粒子の上に成長する複数の層が塗布されるものとすることができる。
【００３１】
さらに、本発明は、以上のような方法で製造されるエピタキシャル層構造を有する電子部品を提供するものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、エピタキシャル層構造中のナノ粒子の分布、配向、数、大きさ、表面密度などに関する種々の条件を変更可能として、コロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積することができる。
【００３３】
また、本発明によれば、一のエピタキシャル層上に集積したナノ粒子の上に他のエピタキシャル層を成長させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明のさらに有利な構成および改良点は、従属請求項から明らかとなるであろう。本発明の例示的な実施形態の本質を、図面を参照して以下で説明する。
【００３５】
図１は層構造１を示し、その下層は、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成り得る基板２である。例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）から成り得る第１のエピタキシャル層３が、エピタキシャル法によって基板２に形成される。第１のエピタキシャル層３の厚さは、例えば１μｍであってよい。
【００３６】
キャリア溶液５に含まれるナノ粒子６が、第１のエピタキシャル層３の表面４に塗布される。この場合、キャリア溶液５は容器７に入れられ、滴下によって第１のエピタキシャル層３の表面４に塗布される。あるいは、このキャリア溶液５は、スピンコートまたは噴霧によって第１のエピタキシャル層３の表面４に塗布することもできる。スピンコートの場合、それまでに形成された第１のエピタキシャル層３または層構造１の全体を固定して回転させるため、回転により生じる遠心力によって表面４の全体にキャリア溶液５が分散分布される。
【００３７】
ナノ粒子６は、キャリア溶液５に導入される、コロイド状すなわち化学的に製造されるナノ粒子６であり、キャリア溶液５で所望の濃度に希釈することができる。この状況において、１ｃｍ３のキャリア溶液５あたり１〜１０１５個のナノ粒子６がキャリア溶液５に導入されることが好ましいが、これはコロイド状に製造されたナノ粒子６の場合はほとんど無理なく可能である。半導体材料、金属材料、または非導電材料のナノ粒子６を用いることが好ましい。ナノ粒子６が半導体材料から成る場合、ナノ粒子６は、シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６化合物半導体から成ることが特に有利である。Ａ３−Ｂ５化合物半導体の典型的な代表例は、ガリウム砒素およびインジウム砒素であり、Ａ２−Ｂ６化合物半導体の典型的な代表例は、セレン化亜鉛およびセレン化カドミウムであり、Ａ４−Ｂ６化合物半導体の典型的な代表例は、テルル化亜鉛およびテルル化鉛である。
【００３８】
ナノ粒子６の形態学的形状は、少なくとも球状、棒状または角錐状の何れかであってよく、また１つのキャリア溶液５中で異なる形態学的形状を有するナノ粒子６を用いることもできる。さらに、少なくとも立方晶、六方晶、正方晶、斜方晶または単斜晶の何れかの結晶構造を有するナノ粒子６を用いることができ、またそれらの混合物であってもよい。特に、異なる形態学的形状および異なる結晶構造を有する異なる材料のナノ粒子６を任意に混合して用いることもできる。
【００３９】
キャリア溶液５が第１のエピタキシャル層３の表面４に塗布された後、キャリア溶液５を表面４から蒸発させる。この場合、キャリア溶液５が第１のエピタキシャル層３の表面４から残らず蒸発するような化学純度および蒸発圧を有するキャリア溶液５を用いることが好ましい。この状況において、アルコール、特にメタノール、およびピリジンが、キャリア溶液５に特に適しているが、キャリア溶液５として他の液体を用いることも可能である。キャリア溶液５を第１のエピタキシャル層３の表面４に塗布する１つの可能な方法には、例えば、表面４が酸素で汚染されることを防ぐために純粋な窒素雰囲気中でキャリア溶液を塗布することが挙げられる。
【００４０】
キャリア溶液５のさらなる選択基準として、キャリア溶液は第１のエピタキシャル層３の表面４を完全に湿潤させることができなければならず、その濃度および粘度は、ナノ粒子６がキャリア溶液５中で懸濁状態で互いに分離して保持されるようなものでなければならない。これは、例えば、ナノ粒子６と同様の濃度を有するキャリア溶液５によって達成される。
【００４１】
キャリア溶液５が蒸発した後、ナノ粒子６は第１のエピタキシャル層３の表面４上に互いに分離して配置される状態で集積する。図２からわかるように、続いてナノ粒子６を覆うように第２のエピタキシャル層８を成長させる。すなわち、ナノ粒子６は第２のエピタキシャル層８の層中に集積され、第２のエピタキシャル層８は第１のエピタキシャル層３と直接接合し、それにより、ナノ粒子６が上述の方法により製造される層構造１の一部となる。図２に示す実施形態では、ナノ粒子６の上に第２のエピタキシャル層８を完全に成長させる。
【００４２】
あるいは、図３に示すように、ナノ粒子６の上に第２のエピタキシャル層８を部分的にのみ成長させることもできる。このために、キャリア溶液５を塗布した後に、例えば第２のエピタキシャル層８が第１のエピタキシャル層３に接合するのを防ぐ、金属などから成るマスクを、第１のエピタキシャル層３の表面４に載せてもよい。
【００４３】
ナノ粒子６をキャリア溶液５に導入するステップにより、所望数のナノ粒子６が第１のエピタキシャル層３の表面４に配置されるようにキャリア溶液５を希釈することができる。換言すれば、こうして所望の方法でナノ粒子６の表面密度を設定することが可能である。
【００４４】
単量体、二量体、または三量体の形態のナノ粒子６を用いることができる。第２のエピタキシャル層８の電子的特性は、単量体、二量体、または三量体の数に応じて変わり、それぞれの場合で可能な用途が異なる。
【００４５】
さらに、ナノ粒子６のコロイド製造物により、所定の大きさのナノ粒子６がキャリア溶液５に導入されることが可能になる。ナノ粒子６は、１〜１，０００ｎｍ（１μｍ）の平均サイズで用いることができる。異なる大きさのナノ粒子６が同じキャリア溶液５中に含まれてもよく、この場合、ナノ粒子６の大きさは、放出する光の波長を決めるのに重要な要因である。
【００４６】
第２のエピタキシャル層８に適した材料には、シリコン、ゲルマニウム、Ａ３−Ｂ５、Ａ２−Ｂ６、またはＡ４−Ｂ６化合物半導体等の化合物半導体、金属元素、合金、または固溶体、あるいは非導電性の誘電体材料も含まれる。特に、層構造１のその後の使用目的は、第２のエピタキシャル層８の選択材料を決めるのに重要な要因であり、本明細書で説明される方法の１つにより製造される層構造１は、電子部品、特に光電子部品において用いられる。ここで光電子部品には特にレーザ素子が含まれるが、これは、ナノ粒子６が励起されると非常に大量のエネルギーを放出するからである。
【００４７】
図１〜図３に示す方法では、第１のエピタキシャル層３は、低指数の結晶方位の方向に(the direction of low-index crystallographic orientaions)成長させる。これにより、第１のエピタキシャル層３の表面４上のナノ粒子６がランダムに分布する。第１のエピタキシャル層３の湿潤は、第１のエピタキシャル層３の方位および／またはその成長の性質の影響を受け得る。
【００４８】
図４は、第１のエピタキシャル層３が約２〜１０°の角度の近接面方位(vicinal surface orientation)で成長する一実施形態を示す。図３で示したのと同様に、これにより表面４が複数の段９を有して段状に形成され、ナノ粒子６がこれらの段９に集積する可能性が高くなっている。このように、ナノ粒子６は表面４に意図的に配列させる形で塗布することができる。
【００４９】
第１のエピタキシャル層３の表面４のパターニング、即ちナノ粒子６の配列の別の可能な方法は、図５に示される。この場合、表面４は、凸状部１１と交互になっている複数の凹状部１０を有する。
【００５０】
表面４上のナノ粒子６を配列させるために、５００ｎｍ〜５，０００ｎｍの固有のパターニング長での、少なくとも１つの横方向パターニングを第１のエピタキシャル層３に導入することもできる。さらに、第１のエピタキシャル層３は、異なる格子定数を有する基板により所定の等方応力を付与させて製造することもできる。
【００５１】
第１のエピタキシャル層３の表面４の原子構造の選択によって、第１のエピタキシャル層３上のナノ粒子６の配列に影響を与えることもできる。第１のエピタキシャル層３の表面４のパターニングのさらなる可能な方法は、リソグラフィプロセスを用いることにある。当然ながら、上述の種々の方法の組み合わせも考えられる。
【００５２】
第１のエピタキシャル層３の格子定数は、例えば、所定の原子数を有する異なる材料を第１のエピタキシャル層３に導入して、第１のエピタキシャル層３の原子構造を変化させることによっても変えることができる。これも同様に、第１のエピタキシャル層３の表面４の湿潤特性に影響を与える。
【００５３】
本方法の図で説明されない一実施形態において、ナノ粒子６間の間隔がナノ粒子６の直径範囲内であるかまたは大きさのオーダーであるようにナノ粒子６の密度が増加する場合、ナノ粒子６は、エネルギーが最小となる立体配座を製造するために自ら配列し始める。ナノ粒子６の所定の配列はこのようにして行われる。この効果を得るためには、ナノ粒子６を熱活性化することが必要または賢明である。また、ナノ粒子６を活性化するさらなる可能な方法は等方応力にある。熱活性化および等方応力の組み合わせも可能である。さらに、ナノ粒子６の位置を、走査型トンネル顕微鏡または走査型プローブ顕微鏡を用いて既知の方法で変えることもできる。
【００５４】
図６は、第３のエピタキシャル層１２および第４のエピタキシャル層１３それぞれが、同様にナノ粒子６を含む第２のエピタキシャル層８の上に設けられる一実施形態を示す。この場合、第３のエピタキシャル層１２および第４のエピタキシャル層１３は、第１のエピタキシャル層３および第２のエピタキシャル層８と同様に、超高真空下での薄膜プロセスを用いて既知の方法で塗布される。
【００５５】
当然ながら、エピタキシャル層８、１２、および１３は、異なる材料から成ることができ、かつ／または異なる厚さを有することができる。層８、１２、および１３の厚さが所定の厚さ未満である場合、上の層中のナノ粒子６は下の層中のナノ粒子６の配向と同じ配向になる可能性が高い。ナノ粒子６を塗布すると、ある特定の用途に大いに利用することができる増幅効果または共鳴効果がもたらされる。
【００５６】
特に、ナノ粒子６が第２のエピタキシャル層８と同じ材料から成る場合、ナノ粒子６の少なくとも一部を異なるタイプのイオン原子でドープすることが適している場合があり、その結果、ナノ粒子６をドープした材料の個々の原子またはイオンは、完全に均質な第２のエピタキシャル層８内にあるようになる。このように、ナノ粒子６は個々の原子の担体として用いられる。このタイプの層構造１を含む電子部品は、特にマイクロエレクトロニクスで用いることができる。
【００５７】
ナノ粒子６が第２のエピタキシャル層８と化学組成は同じであるが、結晶構造が異なる場合、結晶構造が異なるため、化学的に均質ではあるが異なる領域では電子的特性が異なっている層８を得ることができる。ナノ粒子６が第２のエピタキシャル層８と化学組成は異なるが、結晶構造が同じである場合も、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
技術的に興味深い用途は、特に、ナノ粒子６が第２のエピタキシャル層８とは類似しているが異なる材料から成る場合に実現することができる。これは、この場合、屈折率に関して所定の差異がそれぞれの場合にあるからである。これは、第２のエピタキシャル層８のナノ粒子６の材料がいずれの場合も、元素が同じ主族または遷移族（main or transition groups）の合金であることが好ましい。
【００５９】
ナノ粒子６が金属から成り、第２のエピタキシャル層８が誘電体から成る場合、さらなる技術的用途が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】コロイド状に製造されたナノ粒子をエピタキシャル層に集積する本発明による方法の第１のステップを示す図である。
【図２】図１による方法の第２のステップを示す図である。
【図３】図１による方法の第２のステップの他の形態を示す図である。
【図４】本発明による方法の第１のステップの他の形態を示す図である。
【図５】本発明による方法の第１のステップのさらなる他の形態を示す図である。
【図６】本発明による方法のさらなる実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    層構造
２    基板
３    第１のエピタキシャル層
４    表面
５    キャリア溶液
６    ナノ粒子
７    容器
８    第２のエピタキシャル層
９    段
１０    凹状部
１１    凸状部
１２    第３のエピタキシャル層
１３    第４のエピタキシャル層
【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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