先端デバイス研究部
次世代のナノデバイスの開発に向けて、国内外を問わず研究開発が活発に行われている。ナノデバイス作製には、半導体材料を微細化する所謂トップダウン技術と原子や分子から組み上げていくボトムアップ技術に大別され、これまで量子井戸構造、量子ワイヤ構造、量子ドット構造が両技術を上手に使い分けることで作製されている。このうち量子ワイヤ構造については一次元的な形状であることからワイヤ軸が基板に垂直な構造と基板に平行な構造があり、ワイヤ軸が基板に垂直な構造の作製には微細加工技術であるエッチングでワイヤが作製されていた。そのため微細加工技術の性能で決まる加工寸法がワイヤ径のサイズを決めていた。今回我々は、金の超微粒子から成るナノ触媒を用いることで有機金属気相成長法により、基板表面に対して正確に垂直配向したInPナノワイヤ結晶を高密度に成長させることに成功した。ワイヤ径の寸法バラツキは極めて少なく、その平均直径は約20 nmであり、また、ワイヤ軸の方向に対して直径の変化はほとんどなく、均一な径をもつナノワイヤ結晶が再現性よく形成される(図１)。ナノワイヤ結晶の光学特性も良好で室温での発光特性がバルク結晶の発光波長に比べて短波長化しており、ワイヤ径の方向にキャリアが束縛される量子閉じ込め効果の計算結果とよく一致することから、一次元性のワイヤ結晶であることを実証している[1]。また、ナノ触媒のサイズに対応して制御性よくナノワイヤ結晶の径が決まることから、所望のワイヤ径をもつ結晶を容易に作製することができる。既に異なる基板材料の表面に対してもナノワイヤ結晶が正確に垂直に配向して成長すること（図２）、ナノ触媒の配列制御により位置制御されたナノワイヤ結晶が成長することを確認している[2, 3]。
[1] S. Bhunia, et al., Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 3371.
[2] Y. Watanabe, et al., Proceedings of the Twelfth International Workshop
on the Physics of Semiconductor Devices (IWPSD-2003), Chennai India, December
2003.
[3] Y. Watanabe, et al., Proceedings of Fifth International Workshop on Epitaxial
Semiconductors on Patterned Substrates and Novel Index Surfaces (ESPS-NIS),
Stuttgart Germany, October 2003.
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