(57)【要約】【課題】より効率的にコストを抑制した状態で、所望とする箇所にナノワイヤが形成できるようにする。【解決手段】第１工程Ｓ１０１で、フォトグラフィー技術により所望とする間隔で配置された複数の開口部を備える選択成長マスクを、結晶基板の表面上に形成する。次に、第２工程Ｓ１０２で、作製した選択成長マスクの開口部の内部に露出する結晶基板の表面のみに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成するＩＩＩ族元素からなる種微粒子を成長させる。有機金属気相成長法により、基板加熱温度などの成長条件、および隣り合う開口部の間隔などの条件を適宜に設定した状態で、ＩＩＩ族元素の原料ガスを加熱された結晶基板の上に供給することで、開口部内のみに、種微粒子を成長させることができる。次に、第３工程Ｓ１０３で、開口部内のみに成長させた各種微粒子より、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノワイヤを成長させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトグラフィー技術により所望とする間隔で配置された複数の開口部を備える選択成長マスクを、結晶基板の表面上に形成する第１工程と、
各々の前記開口部の内部に露出する前記結晶基板の表面のみに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成するＩＩＩ族元素からなる種微粒子を成長させる第２工程と、
前記種微粒子よりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノワイヤを成長させる第３工程と
を備えることを特徴とするナノワイヤの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のナノワイヤの製造方法において、
主表面が＜１１１＞方位に微傾斜した前記結晶基板を用い、
前記第２工程の前に前記結晶基板を加熱することで、前記開口部の内部の前記結晶基板の表面にステップバンチを発生させる
ことを特徴とするナノワイヤの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のナノワイヤの製造方法において、
前記結晶基板は、ＩｎＰから構成し、
前記種微粒子は、Ｉｎから構成する
ことを特徴とするナノワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなるナノワイヤの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体から構成されて径がｎｍサイズのナノワイヤは、発光素子やトランジスタなどへの応用が検討されている（非特許文献１，２参照）。このナノワイヤは、触媒金属の微粒子を用いた有機金属気相成長法による結晶成長によって作製されているが、成長のために用いる半導体基板上にランダムに形成されることが知られている（非特許文献３参照）。
【０００３】
このため、形成するナノワイヤの位置制御技術は、ナノワイヤのデバイス集積に対して非常に重要となる。従来の代表的な半導体ナノワイヤの位置制御技術は、図１０の（ａ）に示すように、半導体などの基板１００１上のマスク層１００２に、電子ビームリソグラフィー法でｎｍサイズの開口部１００３を形成し、選択成長法により、図１０の（ｂ）に示すように、開口部のみにナノワイヤ１００４を形成する。また、図１０の（ｂ）に示すように、基板１００１上のマスク層１００２に電子ビームリソグラフィー法で形成したｎｍサイズの開口部に金属微粒子１００５を形成し、ＶＬＳ（Vapor-Liquid-Solid）法により、金属微粒子形成箇所のみにナノワイヤ１００６を形成している（非特許文献４参照）。また、これらを基本技術として、更に高度なナノ構造（コアシェルナノワイヤ）およびデバイスが作製されている（非特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】R. S. Wagner and W. C. Ellis , "VAPOR-LIQUID-SOLID MECHANISM OF SINGLE CRYSTAL GROWTH", Applied Physics Letters, vol.4, no.5, pp.89-90, 1964.
【非特許文献２】M. Yazawa et al. , "Heteroepitaxial ultrafine wire-like growth of InAs on GaAs substrates", Applied Physics Letters, vol.58, no.10, pp.1080-1082, 1991.
【非特許文献３】J. HU et al. , "Chemistry and Physics in One Dimension: Synthesis and Properties of Nanowires and Nanotubes", ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH, vol.32, no.5, pp.435-445, 1999.
【非特許文献４】C. Thelander et al. , "Nanowire-based onedimensional electronics", Materials Today, vol.9, no.10, pp.28-35, 2006.
【非特許文献５】F. QIAN et al. , "Multi-quantum-well nanowire heterostructures for wavelength-controlled lasers", Nature materials, vol.7, pp.701-706, 2008.
【非特許文献６】C. Thelander et al. , "Electron transport in InAs nanowires and heterostructure nanowire devices", Solid State Communications, vol.131, pp.573-579, 2004.
【非特許文献７】G. Zhang et al. , "Vertically Aligned InP Nanowires Grown via the Self-Assisted Vapor-Liquid-Solid Mode", Applied Physics Express, vol.5, 055201, 2012.
【非特許文献８】G. Zhang et al. , "Au-free InAs nanowires grown in In-particle-assisted vapor-liquid-solid mode: growth, structure, and electrical property", AIP Advances, vol.3, 052107, 2013.
【非特許文献９】Udo W. Pohl, "Epitaxy of Semiconductors Introduction to Physical Principles", Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp.275-313, 2012.
【非特許文献１０】M. D. Birowosuto et al. , "Movable high-Q nanoresonators realized by semiconductor nanowires on a Si photonic crystal platform", NATURE MATERIALS, vol.13, pp.279-285, 2014.
【非特許文献１１】A.A. Chernov et al. , "Steps in solution growth: dynamics of kinks, bunching and turbulence", Journal of Crystal Growth, vol.275, pp.1-18, 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した技術では、リソグラフィー技術で形成される開口部の径によりナノワイヤの径が決定される。ここで、紫外線レーザなどを光源としたフォトリソグラフィーでは、光源の波長で形成可能な開口径が決定され、径がμｍサイズの開口部しか形成できない。更に微小なｎｍサイズの開口部を形成するためには、電子ビーム（ＥＢ）などのリソグラフィー技術が必要になる。ナノワイヤの直径は数１０−１００ｎｍオーダであるため、電子線を光源としたリソグラフィー技術が必要になっている。
【０００６】
ナノワイヤの形成でよく用いられているＶＬＳ法では、Ａｕなどの微粒子（金属微粒子）が触媒として用いられている。このような金属微粒子を用いると、一次元状で、細線状のナノワイヤの成長が可能である。このようなＶＬＳ法では、金属微粒子の径がナノワイヤの径を決定し、金属微粒子の位置が、ナノワイヤの形成位置を決定する。ＥＢリソグラフィーによるＶＬＳ法によるナノワイヤの作製では、所定のｎｍサイズの複数の金属微粒子を基板の上の所定箇所に作製することで、ナノワイヤの位置と直径を制御することがこれまでの手法である（非特許文献４，非特許文献６参照）。
【０００７】
しかしながら、ＥＢリソグラフィー技術は、一般的な、フォトリソグラフィー技術と比較し、効率が低く、プロセスに必要な時間が長く、また、大がかりな装置を用いるために費用もかかるため、立体トランジスタ、太陽電池、発光デバイスなどのナノワイヤを用いた大面積な集積装置製造の産業の応用に対して望ましくない。
【０００８】
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、より効率的にコストを抑制した状態で、所望とする箇所にナノワイヤが形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るナノワイヤの製造方法は、フォトグラフィー技術により所望とする間隔で配置された複数の開口部を備える選択成長マスクを、結晶基板の表面上に形成する第１工程と、各々の開口部の内部に露出する結晶基板の表面のみに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成するＩＩＩ族元素からなる種微粒子を成長させる第２工程と、種微粒子よりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノワイヤを成長させる第３工程とを備える。
【００１０】
上記ナノワイヤの製造方法において、主表面が＜１１１＞方位に微傾斜した結晶基板を用い、第２工程の前に結晶基板を加熱することで、開口部の内部の結晶基板の表面にステップバンチを発生させるようにするとよい。なお、結晶基板は、ＩｎＰから構成し、種微粒子は、Ｉｎから構成すればよい。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したことにより、本発明によれば、より効率的にコストを抑制した状態で、所望とする箇所にナノワイヤが形成でき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におけるナノワイヤの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、選択成長マスクが形成されている基板表面を原料ガスが分解して生成された原子が拡散する状態を説明するための説明図である。
【図３】図３は、選択成長マスクに形成した開口部の間隔および成長温度と微粒子の形成状態との関係を説明するための写真である。
【図４】図４は、選択成長マスクに形成した開口部の間隔および成長温度と微粒子の形成状態との関係を説明するための写真である。
【図５】図５は、成長温度とナノワイヤの成長状態との関係を説明するための写真である。
【図６】図６は、選択成長マスクの開口部のみに形成されたナノワイヤの状態を示す写真である。
【図７】図７は、作製したＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤおよびＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤのフォトルミネッセンス測定結果を示す説明図である。
【図８】図８は、微傾斜基板を用いる位置精度向上について説明するための製造過程の状態を示す構成図である。
【図９】図９は、微傾斜基板を用いて開口部内のみに形成したＩｎ微粒子の状態を示す写真である。
【図１０】図１０は、従来の代表的な半導体ナノワイヤの位置制御技術を説明するための斜視図である。
【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。図１は、本発明の実施の形態におけるナノワイヤの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００１４】
まず、第１工程Ｓ１０１で、フォトグラフィー技術により所望とする間隔で配置された複数の開口部を備える選択成長マスクを、結晶基板の表面上に形成する。結晶基板は、例えばＩｎＰ基板であれば良い。また、結晶基板は、Ｓｉ基板であってもよい。また、結晶基板は、サファイア基板であってもよい。また、結晶基板は、窒化物半導体の基板であってもよい。
【００１５】
次に、第２工程Ｓ１０２で、作製した選択成長マスクの開口部の内部に露出する結晶基板の表面のみに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成するＩＩＩ族元素からなる種微粒子を成長させる。例えば、よく知られた有機金属気相成長法により、基板加熱温度などの成長条件、および隣り合う開口部の間隔などの条件を適宜に設定した状態で、ＩＩＩ族元素の原料ガスを加熱された結晶基板の上に供給することで、開口部内のみに、種微粒子を成長させることができる。
【００１６】
次に、第３工程Ｓ１０３で、開口部内のみに成長させた各種微粒子より、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノワイヤを成長させる。例えば、所望とするＩＩＩ族元素の原料ガスおよびＶ族元素の原料ガスを、加熱された結晶基板の上に供給することで、種微粒子よりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のナノワイヤを成長させればよい（自己触媒法）。
【００１７】
上述した実施の形態によれば、電子線露光などのコストがかかり手間がかかる技術を用いる必要が無いので、より効率的にコストを抑制した状態で、所望とする箇所にナノワイヤが形成できるようになる。
【００１８】
以下、本発明についてより詳細に説明する。自己触媒法（self-assisted VLS）の技術は、Ａｕなどの異種材料を用いず、Ｉｎ,Ｇａなどの半導体を構成する微粒子を用いて、ＧａＡｓ,ＩｎＰなどの化合物半導体ナノワイヤの成長を可能にする。発明者らは、自己触媒法を用いて、ＩｎＰとＩｎＡｓナノワイヤを作製している（非特許文献７，８参照）。しかしながら、上述した技術では、微粒子の形成位置を制御するためには、電子線を用いたリソグラフィーが必要となっていた。
【００１９】
上述した問題に対し、発明者らは、自己拡散の原理を利用し、フォトリソグラフィー技術で形成したパターンを用いてＩｎ微粒子の位置を制御し、ＩｎＰ／ＩｎＡｓのナノワイヤの位置制御に成功した。以下、作製したナノワイヤについて説明する。
【００２０】
まず、種微粒子およびナノワイヤ形成に用いた原料について説明する。ＩＩＩ族元素であるＩｎの原料としては、トリメチルインジウム（trimethylindium；Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＴＭＩｎ）を用いた。また、Ｖ族元素であるＡｓの原料は、ターシャリーブチルヒ素（tertiarybutylarsenic；ＴＢＡ）を用いた。また、Ｖ族元素であるＰの原料は、ターシャリーブチル燐（tertiarybutylphosphine、ＴＢＰ）を用いた。なお、Ｉｎ原料としては、ジエチルアミノプロピルジメチルＩｎ（Dimethylaminopropyl-dimethyl-indium、ＤＡＤＩ）を用いることができる。また、Ａｓ原料はアルシン（ＡｓＨ3）であってもよい。また、Ｐ原料は、ホスフィン（ＰＨ3）であっても良い。
【００２１】
次に、製造方法について説明する。以下に示す製造方法は、「seed and grow」と呼ばれる２ステップの成長法である。まず、ＩｎＰ（２１１）Ｂ方位のＩｎＰからなる結晶基板を用意し、結晶基板の上に複数の開口部（直径２μｍ）を備える選択成長マスクをフォトリソグラフィー技術により形成する。選択成長マスクは、例えばＳｉＯ2から構成すれば良い。「seed」ステップは、上述した結晶基板を、有機金属気相成長装置の成膜室内に搬入し、成膜室内である程度の温度まで加熱する。
【００２２】
この状態で、加熱した結晶基板の上にＴＭＩｎ（原料ガス）を供給する。供給された原料ガスは、加熱されている結晶基板の表面で分解し、図２の（ａ）分解により生成したＩｎＰ原子（Indium atom）が、基板（InP substrate）表面を拡散し、最終的に微粒子（Indium nanoparticle）になる。なお、図２の（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は、選択成長マスクに形成した開口部の状態を示す平面図である。（ｂ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が３μｍ、（ｃ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が４μｍ、（ｄ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が５μｍ、（ｅ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が６μｍである。なお、いずれも開口径は、２μｍである。
【００２３】
微粒子が選択成長マスク（SiO2 film）の開口部のみに形成されるようにするためには、Ｉｎ原子の拡散長が重要になる。ここで、拡散長が長いほど、Ｉｎ原子が結晶基板の開口部のところまで拡散できる。この拡散長は、基板温度（成長温度）が高いほど、長くなるという依存性がある（非特許文献９参照）。これらを鋭意に検討した結果、発明者らは、基板の温度および隣り合う開口部間の距離により、種微粒子の位置制御が可能であるという知見を得た。
【００２４】
次に、基板温度と開口部間の距離を変え、ＴＭＩｎ原料を１０分間、結晶基板の上に供給してＩｎ微粒子を成長させた状態を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果を図３に示す。図３において、Ｌが、隣り合う開口部の中心間の距離を示している。また、Ｔは、基板温度を示している。図３において、より白く見える領域が、選択成長マスクの膜が存在する領域である。図３に示されているように、基板温度が低く、開口部間距離が大きい場合、選択成長マスクの膜上にＩｎ微粒子が見られる。これに対し、基板温度が高くなると膜上のＩｎ微粒子が少なくなる。更に、開口部距離が３μｍのとき選択成長マスクの膜上にはＩｎ微粒子がなく、開口部内のみで微粒子が形成されていることが見られる。
【００２５】
上述した基板温度および開口部間の距離に対するＩｎ微粒子の形成状態の依存性は、ＳＥＭ観察状態を拡大して示す図４に明瞭に見られる。図４の（ａ）は基板温度が４００℃、（ｂ）は基板温度が４４０℃、（ｃ）は基板温度が４８０℃、（ｄ）は基板温度が５００℃である。また、いずれも開口部の中心間の距離が３μｍである。なお、図４において、より白く見える領域が、選択成長マスクの膜が存在する領域である。図４の（ｃ）および（ｄ）の条件で、選択成長マスクの膜上にはＩｎ微粒子がなく、１つの開口部に１つの微粒子のみが存在することが分かった。
【００２６】
以上のように、自己拡散の原理を利用し、フォトリソグラフィー技術により選択成長マスクの開口部を決定することで、種微粒子の位置制御ができることが確認された。
【００２７】
円形の開口部の中に形成した種微粒子は、位置が制御されており、この種微粒子をもとにＩｎＰなどのナノワイヤを成長させれば、自己触媒法により成長したナノワイヤは位置制御されたものとなる。これが、「grow」ステップである。前述した「Seed」ステップの後、有機金属気相成長装置の成膜室において、引き続き、ナノワイヤを成長させる。まず、成長温度を３２０−３３０℃に変更し、この状態で、ＩＩＩ族（ＴＭＩｎ）、およびＶ族原料（ＴＢＡ），（ＴＢＰ）を同時に結晶基板の上に供給し、自己触媒法でナノワイヤを成長させる。
【００２８】
以下、実際にナノワイヤを形成した結果について説明する。以下では、比較のために、Ｉｎ微粒子の位置制御できていない比較試料基板も用い、同様の条件でナノワイヤを成長させた。図５に示すように、両者の間に非常に明瞭な違いが見られた。
【００２９】
図５は、全て、基板温度を５００℃としてＩｎＰ微粒子を形成させた結晶基板を用いている。また、図５の（ａ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が３μｍ、（ｂ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が４μｍ、（ｃ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が５μｍ、（ｅ）は、隣り合う開口部の中心間の距離が６μｍである。図３に示したように、５００℃の条件では、中心間距離３μｍでは、開口部内のみにＩｎ微粒子が形成され、中心間距離４μｍでは、選択成長マスクの膜上にも若干数のＩｎ微粒子が形成され、中心間距離５μｍでは、選択成長マスクの膜上にもある程度の数のＩｎ微粒子が形成され、中心間距離６μｍでは、選択成長マスクの膜上に多数のＩｎ微粒子が形成されている。
【００３０】
上述したＩｎ微粒子の形成状態が反映され、図５の（ａ）だけが、選択成長マスクの開口部内のみにナノワイヤが成長している。このように、微粒子が開口部内に位置制御されて形成された条件のみにおいて、ナノワイヤが開口部だけに成長し、配列されたナノワイヤが観測できた。なお、図５の（ａ）に示す状態を、他の拡大倍率で撮影したＳＥＭ写真を図６に示す。図６に示すように、すべてのナノワイヤが開口部にのみ形成されていることが分かる。結晶基板はＩｎＰ（２１１）Ｂ方位であるため、＜１１１＞方位を持つナノワイヤは、基板平面の法線方向に対して傾いている。
【００３１】
ところで、ナノワイヤを光学デバイスに応用するためには、例えば発光波長などの特性を調整することが重要となる。このような調整を実現するためには、ヘテロ接合構造を持つナノワイヤの作製が非常に重要である。本発明におけるナノワイヤの製造方法によれば、以下に示すように、ＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロ構造を持つナノワイヤの位置制御成長も可能である。
【００３２】
以下、ＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロ構造を持つナノワイヤの作製について説明する。まず、前述同様に、ＩｎＰからなる結晶基板の上に、複数の開口部（直径２μｍ）を備える選択成長マスクをフォトリソグラフィー技術により形成する。次いで、形成した選択成長マスクの各々の開口部内のみに、Ｉｎ微粒子を成長させる。この後、各々のＩｎ微粒子より、自己触媒法により、ＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤを成長した。また、１つのナノワイヤにおいて、厚さが異なる２つのＩｎＰ層を形成した。
【００３３】
形成したＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤのＳＥＭ写真を、図７の（ａ）に示す。図７の（ａ）に示すように、位置が制御された状態で、各々のＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤが形成されている。なお、図７の（ａ）において、写真の下のＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤの構成を模式的に示し、この下に、バンド図を示している。ＩｎＡｓ層は、ＩｎＰ層よりバンドギャップが小さく、量子ドット構造となっており、量子効果が発現される。厚さが異なる２つのＩｎＡｓ層は、電子と正孔の基底準位との間のエネルギーが異なる（Ｅ1、Ｅ2）。
【００３４】
次に、上述したＩｎＰ／ＩｎＡｓヘテロナノワイヤの光学特性を確認した。この確認では、図７の（ｂ）に示すマイクロフォトルミネッセンス測定システムを用い、マクロフォトルミネッセンス（ＰＬ）法によりＩｎＡｓ層からの発光を分析した（非特許文献１０参照）。光源（Laser）からの波長６４０ｎｍの連続光を、ダイクロイックビームスプリッタ（DBS）で反射させ、変更ビームスプリッタ（PBS）を透過させて集光レンス（Objective）で集光し、クライオスタットにより４Ｋ程度に冷却した試料（Sample）に照射する。この励起光の照射による試料からの発光を、変更ビームスプリッタ（PBS），ダイクロイックビームスプリッタ（DBS）を透過させ、８００ｎｍの光学ローパスフィルタ（LPF）を通過させ、検出部（InGaAs photodiode array）により分光測定する。
【００３５】
また、システムにおいて、赤外線カメラ（Camera）により、観察対象の発光状態を確認した。励起光の照射による試料からの発光を、変更ビームスプリッタ（PBS）で分岐し、１１００ｎｍの光学ローパスフィルタ（LPF）を通過させて赤外線カメラ（Camera）で撮像する。発光の観察では、図７の（ｃ）に示すように、六角形の発光パターンが見られた。このパターンは、形成した選択成長マスクの開口部の配置と一致している。なお、図７の（ｃ）において、左から３つは、×５０の対物レンズを用いた撮像であり、右端は、×２０の対物レンズを用いた撮像である。
【００３６】
また、撮像により確認された中より任意の４本のナノワイヤを選択し、フォトルミネッセンスを測定した。この結果（ＰＬスペクトル）を図７の（ｄ）に示す。作製したナノワイヤにおいて、各々のＩｎＡｓ層から発光が確認されるが、量子閉じ込め効果のため、異なる厚さによるＥ1（薄い方）とＥ2（厚い方）に対応して発光波長が異なる。また、４本のナノワイヤのスペクトルにおいて、２つの発光ピークエネルギーは、各々がおおよそ一致している。これは、位置を制御することによって、ナノワイヤのサイズ（径）もほぼ一様になっているためと考えられる。
【００３７】
ところで、μｍスケールの開口部にｎｍオーダの種微粒子を配置しているので、開口部内においては、種微粒子の位置の揺らぎがある。このため、開口部にあるナノワイヤの位置も、開口部内の同じ場所には形成されていない。これに対し、発明者らは、鋭意の検討の結果、微傾斜基板を用いることで、各々の開口部内の共通の位置に、種微粒子を配置（形成）することを見出した。
【００３８】
以下、微傾斜基板を用いる位置精度向上について説明する。まず、図８の（ａ）に断面を模式的に示すように、＜１１１＞方位の微傾斜基板８０１の表面は、（１１１）Ｂ面が安定なため、小さい原子ステップがある。なお、図８では、微傾斜基板８０１の上に、開口部８０１ａを有する選択成長マスク８０２が形成されている状態を示している。このように原子ステップがある微傾斜基板８０１をある程度の温度で加熱すると、ステップバンチが発生し、図８の（ｂ）に示すように、大きなステップ８０３が形成されるようになる（非特許文献１１参照）。
【００３９】
このような状態において、供給されたＩｎ原料が加熱することで分解して生成したＩｎ原子は、開口部８０１ａ内の基板表面上で拡散し、表面エネルギーが低いところで微粒子が形成されやすくなる。大きなステップ８０３のキンクと呼ばれる部分は、表面エネルギーが極小であるため、一番安定な場所であり、図８の（ｃ）に示すように、微粒子８０４は、開口部８０１ａの片側に揃うようになる。
【００４０】
次に、実際に行った実験の結果について説明する。ＩｎＰからなる＜１１１＞方位の微傾斜基板を用い、まず、この上に、配列された複数の開口部を備える選択成長マスクを形成した。次に、この基板を、有機金属気相成長装置の成膜室内に搬入し、原料ガスを供給しない状態で、４８０℃・１５分の条件で加熱処理をし、この後、Ｉｎ原料を１０分、基板表面に供給し、開口部内のみに、Ｉｎ微粒子を成長させた。この状態を撮影したＳＥＭ写真を図９に示す。最も拡大している図９の（ｄ）に示すように、全ての微粒子が、開口部の片側（図面の紙面上側）に配置されていることが分かる。このように、Ｉｎ微粒子のおき鎖よりも広い開口部の領域内で、全てのＩｎ微粒子を、各開口部の同じ蚊症に揃って成長させることができた。
【００４１】
以上に説明したように、本発明では、成長条件および選択成長マスクの開口部の形成間隔を適宜に設定することで、選択成長マスクの開口部の内部に露出する結晶基板の表面のみに、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成するＩＩＩ族元素からなる種微粒子を成長させるようにした。
【００４２】
この結果、本発明によれば、フォトリソグラフィーにより形成した開口部を備える選択成長マスクを用いればよく、従来では必須となっていたＥＢナノリソグラフィーを用いる必要が無く、高効率および低コストでＩｎＰ／ＩｎＡｓなどのナノワイヤの位置制御が可能となる。更に、微傾斜基板を用いれば、微粒子をより正確な位置に配置することが可能となる。
【００４３】
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、ＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を例に説明したが、これに限るものではなく、窒化物半導体のナノワイヤ形成にも適用可能である。
【図１】
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【図８】
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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９】
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【図１０】
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