Guoqiang Zhang 舘野功太 後藤秀樹 寒川哲臣
量子光物性研究部
半導体ナノワイヤは電子デバイスやフォトニックデバイスからバイオ、医療まで様々な応用が期待されている[1]。従来のナノワイヤの集積化の方法は主に2つの方法が挙げられ、1つはパターン基板上に選択的に自立して成長したナノワイヤをそのまま用いる方法と、もう1つは基板に成長したナノワイヤを別の基板に分散させて配列させる方法である。後者はプロセス工程でナノワイヤに汚染物が付着しやすい欠点があるため、前者の方法が望ましい。しかし、自立したナノワイヤにデバイス動作させるための電極等を形成することは技術的に非常に困難である。一方、あらかじめ基板上に横に成長されているナノワイヤならば、ナノワイヤを大気にさらすことなく、比較的容易に電極形成までの一貫したプロセスを行える可能性がある。私たちは気相エピタキシー(VPE)を用いたVapor-Liquid-Solid (VLS)法でGaAs基板上に横方向にナノワイヤ成長する方法を開発し、サイズや位置、組成に関して制御可能であることを示してきた[2、3]。
はじめにVLS法成長の触媒として金微粒子を用い、(311)B基板上の<110>方向成長GaAsナノワイヤについて調べた。図1はその断面透過電子顕微鏡(TEM)写真である。ナノワイヤ先端に金微粒子があり、これを触媒に成長が進んでいる様子が見られた。このことから金微粒子サイズと密度によってナノワイヤのサイズと密度とを制御できることが分かる。また、電子ビーム(EB)リソグラフィにより金微粒子を配置することにより、ナノワイヤを位置制御することができる。図2はその原子間力顕微鏡(AFM)像である。ナノワイヤは図の矢印で示されたはじめの金微粒子の位置から成長が始まっていることが分かる。バンドギャップ制御およびデバイス実現のためにはヘテロ構造が不可欠である。成長中にInを導入することでInGaAsナノワイヤも横方向成長が可能なことを確認した[3]。このような平面上に形成されるナノワイヤは、将来的に電子、光デバイスへの新たな発展をもたらすことが期待できる。
[1] L. Samuelson, Mater. Today 6 (2003) 22.
[2] G. Zhang, K. Tateno, H. Gotoh, and H. Nakano, Nanotechnology 21 (2010) 095607.
[3] G. Zhang, K. Tateno, H. Gotoh, and T. Sogawa, Appl. Phys. Express 3 (2010) 105002.
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