JP4041887B2

JP4041887B2 - Method for forming antimony quantum dots

Info

Publication number: JP4041887B2
Application number: JP2003273429A
Authority: JP
Inventors: 直克山本; 浩一赤羽; 直毅大谷
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: JP2005033129A

Description

本発明は、量子ドットを化合物半導体表面上に高面密度に形成する方法に関するものである。特に、アンチモン系量子ドットに関するものである。 The present invention relates to a method of forming quantum dots on a compound semiconductor surface with a high areal density. In particular, it relates to antimony quantum dots.

量子ドット、とくにアンチモン系量子ドットは、その狭バンドギャップ特性から、長波長系の光電子装置の創出・応用が期待される。即ち、化合物半導体上にアンチモン系量子ドットを形成することで、例えば量子ドットレーザ、量子コンピュータ、単電子トランジスタなどの創出・応用が可能となる。また、発光装置として利用することで光通信の分野などにも広汎に応用可能と期待される。 Quantum dots, especially antimony quantum dots, are expected to create and apply long-wavelength optoelectronic devices due to their narrow band gap characteristics. That is, by forming antimony quantum dots on a compound semiconductor, it becomes possible to create and apply, for example, quantum dot lasers, quantum computers, single electron transistors, and the like. In addition, it is expected to be widely applicable in the field of optical communications by using it as a light emitting device.

このような、実用性を有する光電子装置の創出・応用を可能とするためには、化合物半導体上に、アンチモン系量子ドットを高い面密度で形成する必要がある。さらには、形成されるアンチモン系量子ドットの大きさが、適度なものでなくてはならない。つまり、量子ドットは、電子の波長程度の大きさであることが好ましく、例えば電子の大きさのレベルからみて、バルク、量子井戸、量子細線のような１次元以上の大きさではなく、０次元の大きさであることが好適である。このような０次元の大きさ、即ち量子ドットとすることで、量子サイズ効果や、量子ドットに「閉じ込められる」複数の電子による多電子効果が大きく期待できるのである。 In order to enable creation and application of such a practical optoelectronic device, it is necessary to form antimony quantum dots on a compound semiconductor with a high surface density. Furthermore, the size of the antimony quantum dots to be formed must be moderate. In other words, the quantum dots are preferably about the size of the wavelength of the electrons. For example, in terms of the level of the size of the electrons, the quantum dots are not a one-dimensional or larger size such as a bulk, a quantum well, or a quantum wire, but are zero-dimensional. It is suitable that it is the magnitude | size. By using such a zero-dimensional size, that is, a quantum dot, a quantum size effect and a multi-electron effect due to a plurality of electrons “confined” in the quantum dot can be greatly expected.

ところで、（化合物）半導体上に量子ドットを形成する従来技術には、大きく分けて２つの方法がある。一つには、リソグラフィーやエッチングなどの方法で、薄膜が多層化された半導体素子から量子ドットを削り出す方法であり、もう一つには、ＳＫ成長モードなどの自己形成現象（自己組織化）を利用する方法である。 By the way, the prior art for forming quantum dots on (compound) semiconductors can be broadly divided into two methods. One is a method of scraping quantum dots from a semiconductor device with thin films formed by lithography or etching, and the other is self-forming phenomenon (self-organization) such as SK growth mode. It is a method of using.

一般的には、前者の方法では、例えば、光学リソグラフィーでは加工寸法が光の波長に依存してしまうため、より微細なナノ寸法の加工に不向きである、電子ビームリソグラフィーでは加工時間がかかり必ずしも実用的ではない、エッチング方法では高度な技術・精密な装置が必要になるなど、総じて多くの困難を伴うものである。特許文献としては、
特開２００３−１０１０６９号特許３３０４９０３号特開２０００−１８８４４３号特開平５−５５５４５号などが挙げられる。 In general, in the former method, for example, the processing dimension depends on the wavelength of light in optical lithography, which is unsuitable for processing of finer nano dimensions. In electron beam lithography, processing time is required and not necessarily practical. In general, the etching method involves a lot of difficulties, such as requiring advanced technology and precision equipment. As patent literature,
JP 2003-101069 A Japanese Patent No. 3340903 JP 2000-188443 A JP-A-5-55545 and the like can be mentioned.

一方、後者の方法は、（化合物）半導体の格子定数と量子ドットの格子定数の相違から、３次元的な島状（ピラミッド形状やドーム形状など）の量子ドットを結晶成長させるものであるが、温度条件、（化合物）半導体と量子ドットのそれぞれの格子定数の相違、（化合物）半導体の表面エネルギーと量子ドットの表面エネルギーの相違、（化合物）半導体の結晶面ミラー指数などの諸条件によって、量子ドットではなく量子細線などが形成される、あるいは、量子ドットが形成される場所や位置の制御が難しいなどの困難がある。特許文献としては、
特開２０００−５８９７８号特開平１１−８７６８９号特開平１１−３５４８４０号が挙げられる。 On the other hand, the latter method is a method of growing a three-dimensional island-like (pyramid shape, dome shape, etc.) quantum dot crystal from the difference between the lattice constant of the (compound) semiconductor and the quantum dot. Depending on various conditions such as temperature conditions, difference in lattice constants between (compound) semiconductor and quantum dot, difference between (compound) semiconductor surface energy and surface energy of quantum dot, (compound) crystal plane mirror index of semiconductor, etc. There are difficulties such as formation of quantum wires instead of dots, or difficulty in controlling the location and position of quantum dots. As patent literature,
JP 2000-58978 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-8789 JP-A-11-354840 can be mentioned.

ところで、化合物半導体上にアンチモン系量子ドットをＭＢＥ（分子線エピタキシー）法で形成した場合、例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）半導体（結晶面のミラー指数は、００１）上に、ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）量子ドットをＭＢＥ法で形成した場合、このＧａＳｂ量子ドットの面密度は約２×１０⁹個／平方センチメートル程度であり、インジウムガリウムアンチモン（ＩｎＧａＳｂ）量子ドットの場合には、面密度は、８×１０⁷個／平方センチメートル程度であり、従来技術で形成されるアンチモン系量子ドットの個数は相当少ないものであった。また、従来技術で形成されるアンチモン系量子ドットの大きさも、図３、図４の各図中（ａ）に示すように量子ドットとしては比較的大きいものとなっていた。 When an antimony quantum dot is formed on a compound semiconductor by MBE (molecular beam epitaxy) method, for example, a gallium antimony (GaSb) quantum is formed on a gallium arsenide (GaAs) semiconductor (the Miller index of the crystal plane is 001). When dots are formed by the MBE method, the surface density of the GaSb quantum dots is about 2 × 10 ⁹ pieces / square centimeter, and in the case of indium gallium antimony (InGaSb) quantum dots, the surface density is 8 × 10 ^7. The number of antimony quantum dots formed by the prior art was considerably small. Further, the size of the antimony quantum dots formed by the prior art is relatively large as a quantum dot as shown in FIG. 3 and FIG.

そこで本発明は、アンチモン系量子ドットを化合物半導体の表面上に高面密度に形成する方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method of forming antimony quantum dots with a high surface density on the surface of a compound semiconductor.

本発明は上記課題の解決を図るため、次の手段を用いる。
即ち、化合物半導体表面上に、アンチサーファクタントを付着させ、次いで、アンチサーファクタントが付着した上記化合物半導体表面上に、アンチモン系量子ドットを成長させて形成することを特徴とするアンチモン系量子ドットの形成方法とする。 The present invention uses the following means in order to solve the above problems.
That is, an antimony quantum dot is formed by depositing an antisurfactant on a compound semiconductor surface, and then growing and forming an antimony quantum dot on the compound semiconductor surface to which the antisurfactant is adhered. And

とくに、真空状態において、化合物半導体を所定温度に加温し、アンチモン分子線およびアンチサーファクタント分子線を照射して、化合物半導体表面上にアンチサーファクタントを付着させ、次いで、アンチサーファクタントが付着した化合物半導体表面上に、アンチモン分子線およびアンチモン系量子ドットを構成するアンチモン以外の元素の分子線を照射してアンチモン系量子ドットを成長させて形成するものでもよい。 In particular, in a vacuum state, the compound semiconductor is heated to a predetermined temperature, irradiated with an antimony molecular beam and an anti-surfactant molecular beam to attach the anti-surfactant on the surface of the compound semiconductor, and then the compound semiconductor surface to which the anti-surfactant is attached. Further, the antimony quantum dots may be formed by irradiating the antimony molecular beams and the molecular beams of elements other than antimony constituting the antimony quantum dots.

また、化合物半導体表面上に、該化合物をバッファ層としてエピタキシャル成長させて形成し、該バッファ層上にアンチモン系量子ドットを成長させて形成するものでもよい。 Further, it may be formed by epitaxially growing the compound as a buffer layer on the surface of the compound semiconductor and growing antimony quantum dots on the buffer layer.

化合物半導体が、アンチモン系量子ドットの格子定数と１％以上異なる格子定数を有する化合物であることが好ましい。 The compound semiconductor is preferably a compound having a lattice constant different from the lattice constant of the antimony quantum dots by 1% or more.

とくに、アンチモン系量子ドットが、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＩｎＡｌＳｂから選択され、また、アンチサーファクタントが、シリコン（Ｓｉ）、ベリリウム（Ｂｅ）、テルル（Ｔｅ）の元素から選択される少なくとも１つの元素であるとするものでもよい。 In particular, the antimony quantum dots are selected from GaSb, InGaSb, AlGaSb, InAlSb, and the antisurfactant is at least one element selected from silicon (Si), beryllium (Be), and tellurium (Te). It may be assumed to be.

アンチサーファクタントは、面密度が桁数にして１０¹¹個／平方センチメートル程度付着せしめることが好ましい。このようにすることによって良好にアンチモン系量子ドットを高面密度に形成可能である。 The anti-surfactant is preferably attached with an area density of about 10 ¹¹ pieces / square centimeter. By doing so, it is possible to satisfactorily form antimony quantum dots with a high surface density.

さらに、アンチモン系量子ドットが形成された化合物半導体表面を、この化合物半導体とおよそ同じ格子定数を有する化合物で被覆するものでもよい。 Furthermore, the compound semiconductor surface on which the antimony quantum dots are formed may be coated with a compound having approximately the same lattice constant as that of the compound semiconductor.

そして、被覆した化合物の表面に、アンチモン分子線およびアンチサーファクタント分子線を照射してアンチサーファクタントを付着させ、さらに、アンチサーファクタントが付着した被覆化合物表面上に、アンチモン分子線およびアンチモン系量子ドットを構成するアンチモン以外の元素の分子線を照射してアンチモン系量子ドットを成長させて形成することを繰り返すことによって、アンチモン系量子ドットを多層化して形成するものとしてもよい。 Then, the surface of the coated compound is irradiated with an antimony molecular beam and an antisurfactant molecular beam to attach the antisurfactant, and further, an antimony molecular beam and an antimony quantum dot are formed on the surface of the coated compound to which the antisurfactant is adhered. The antimony quantum dots may be formed in multiple layers by repeating the process of growing and forming the antimony quantum dots by irradiating a molecular beam of an element other than antimony.

本発明の方法によれば、化合物半導体上に、アンチモン系量子ドットを高面密度に形成することが可能になり、また、形成されるアンチモン系量子ドットの大きさも、従来技術で形成されるアンチモン系量子ドットの大きさに比して十分に小さく形成できる。さらには、量子ドットレーザ、量子コンピュータ、単電子トランジスタなどの長波長系の光電子装置の創出・応用が可能となる。また、発光装置として利用することで光通信の分野などにも広汎に応用可能となる。 According to the method of the present invention, it becomes possible to form antimony quantum dots on a compound semiconductor with a high areal density, and the size of the antimony quantum dots to be formed is the same as that of the antimony formed by the prior art. It can be formed sufficiently smaller than the size of the system quantum dot. Furthermore, creation and application of long-wavelength optoelectronic devices such as quantum dot lasers, quantum computers, and single electron transistors are possible. Moreover, it can be widely applied to the field of optical communication by using it as a light emitting device.

第１図ないし第１０図を基に、本発明の実施形態を詳述する。なお、本発明は、以下の説明に限定されるものではなく適宜設計変更可能である。また、下記に記載する実施形態が必ず最良であるとは限らない。なぜなら、化合物半導体の種類やその結晶面のミラー指数、アンチモン系量子ドットとなる化合物を構成する（アンチモン以外の）元素の種類、化合物半導体と量子ドットのそれぞれの格子定数の相違の程度などによって、温度条件や元素の照射時間等を適宜変更するのが好ましいからである。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In addition, this invention is not limited to the following description, A design change is possible suitably. Also, the embodiments described below are not necessarily the best. Because, depending on the type of compound semiconductor, the Miller index of the crystal surface, the type of elements (other than antimony) constituting the antimony quantum dot, the degree of difference in the lattice constants of the compound semiconductor and the quantum dot, etc. This is because it is preferable to appropriately change the temperature condition, the irradiation time of the element, and the like.

まず、本発明のアンチモン系量子ドットの形成方法は、必ずしもＭＢＥ法のみによってしかなしえないものではなく、各種の化学気相成長法（例えばＭＯＣＶＤ法）によってもなしうるものである。しかしながら、化合物半導体上でアンチモン系量子ドットを結晶成長させるには、薄膜の１分子層レベルの成長が精密に制御可能なＭＢＥ法によることが好ましい。ＭＢＥ法によることで、後述のアンチサーファクタントのＧａＡｓバッファ層への付着量を適切に制御可能になる（上記ＭＯＣＶＤ法では、アンチサーファクタントのＧａＡｓバッファ層への付着量を制御するのが困難である。）。 First, the antimony quantum dot formation method of the present invention is not necessarily achieved only by the MBE method, but can also be achieved by various chemical vapor deposition methods (for example, MOCVD method). However, in order to grow an antimony quantum dot crystal on a compound semiconductor, it is preferable to use an MBE method in which the growth of a single molecular layer of a thin film can be precisely controlled. By using the MBE method, it becomes possible to appropriately control the amount of antisurfactant deposited on the GaAs buffer layer, which will be described later (in the MOCVD method, it is difficult to control the amount of antisurfactant deposited on the GaAs buffer layer. ).

チャンバー（１）内に化合物半導体である基板（２）を設置する（図１参照）。基板（２）の形状に特別の限定はないが、アンチモン系量子ドットを安定して形成するためには、少なくともアンチモン系量子ドットを形成させる面は、平坦なおよそ平面状であることが好適である。 A substrate (2), which is a compound semiconductor, is placed in the chamber (1) (see FIG. 1). There is no particular limitation on the shape of the substrate (2), but in order to stably form the antimony quantum dots, it is preferable that at least the surface on which the antimony quantum dots are formed is flat and approximately flat. is there.

基板（２）の化合物半導体を構成する構成元素にも格別の限定はないが、アンチモン系量子ドットの構成元素の格子定数と１％以上の差異がある格子定数を有するものであることが好ましい。およそアンチモン系量子ドットの構成元素の格子定数と基板の格子定数とが同じでは、ＳＫ成長モードによるアンチモン系量子ドットの形成が良好になしえない場合があるからである。例えば、III−Ｖ族化合物半導体であることが好ましい。より具体的には、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などが挙げられる。本実施形態例では、基板を、ＧａＡｓ半導体とする。 The constituent elements constituting the compound semiconductor of the substrate (2) are not particularly limited, but preferably have a lattice constant that is at least 1% different from the lattice constant of the constituent elements of the antimony quantum dots. This is because if the lattice constant of the constituent element of the antimony quantum dot is approximately the same as the lattice constant of the substrate, the formation of the antimony quantum dot in the SK growth mode may not be achieved satisfactorily. For example, a III-V group compound semiconductor is preferable. More specifically, gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), gallium nitride (GaN), and the like can be given. In this embodiment, the substrate is a GaAs semiconductor.

また、基板上に形成するアンチモン系量子ドットを構成する構成元素は、アンチモン（Ｓｂ）を含むことは当然、その他の構成元素に格別の限定があるものではないが、好ましくは、例えばIII族元素であるガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などから選ばれる１つ以上の元素である。つまり、アンチモン系量子ドットとしては、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＳｂ、ＡｌＧａＳｂ、ＩｎＡｌＳｂなどである。本実施形態例では、アンチモン系量子ドットは、ＧａＳｂまたはＩｎＧａＳｂとする。 The constituent elements constituting the antimony quantum dots formed on the substrate naturally include antimony (Sb), but other constituent elements are not particularly limited, but preferably, for example, a group III element And one or more elements selected from gallium (Ga), indium (In), aluminum (Al), and the like. In other words, the antimony quantum dots include GaSb, InGaSb, AlGaSb, InAlSb, and the like. In the present embodiment example, the antimony quantum dots are GaSb or InGaSb.

ＧａＡｓ半導体は、閃亜鉛鉱型結晶構造であり、アンチモン系量子ドットを形成させる結晶面はミラー指数｛１００｝とする。その他の結晶面では、量子ドットが全く形成できないというものではないが、量子細線などになり易いので、上記ミラー指数の結晶面が好適である。なお、その他の化合物半導体の基板でも、同様のミラー指数の結晶面でなければならないことはなく、適宜アンチモン系量子ドットの形成が行い易い結晶面を選択すればよい。 The GaAs semiconductor has a zinc blende crystal structure, and the crystal plane on which the antimony quantum dots are formed has a Miller index {100}. Other crystal planes do not mean that quantum dots cannot be formed at all, but the crystal planes with the Miller index are preferred because they tend to be quantum wires. It should be noted that other compound semiconductor substrates do not have to have the same Miller index crystal plane, and a crystal plane that facilitates the formation of antimony quantum dots may be selected as appropriate.

チャンバー（１）内は、高真空状態を保つようにする。このことによって、余計な不純物が基板上に混入する可能性が少なくなる。 The chamber (1) is kept in a high vacuum state. This reduces the possibility of extra impurities entering the substrate.

そして、基板（２）を、所定温度にまで加温する。本実施形態例では、ＧａＡｓ半導体である基板（２）をおよそ５８０℃まで加温する。 Then, the substrate (2) is heated to a predetermined temperature. In this embodiment, the substrate (2), which is a GaAs semiconductor, is heated to approximately 580 ° C.

チャンバー（１）には、複数の元素を加熱蒸発な坩堝（図示しない）と、蒸発した元素を分子線として射出可能な分子線照射装置が備えられている。本実施形態例では、分子線照射装置は、Ｇａ分子線照射装置（１０）、Ａｓ分子線照射装置（１１）、Ｓｉ分子線照射装置（１２）、Ｓｂ分子線照射装置（１３）、Ｉｎ分子線照射装置（１４）を備える。 The chamber (1) is provided with a crucible (not shown) capable of heating and evaporating a plurality of elements and a molecular beam irradiation apparatus capable of injecting the evaporated elements as molecular beams. In the present embodiment example, the molecular beam irradiation apparatus includes a Ga molecular beam irradiation apparatus (10), an As molecular beam irradiation apparatus (11), an Si molecular beam irradiation apparatus (12), an Sb molecular beam irradiation apparatus (13), and an In molecule. A line irradiation apparatus (14) is provided.

基板（２）が所定温度にまで加温され安定した温度状態になったところで、この基板（２）に対して、Ｇａ分子線照射装置（１０）とＡｓ分子線照射装置（１１）によってＧａ分子線とＡｓ分子線を照射する。このことによって、基板（２）上に、ＧａＡｓバッファ層（３）をエピタキシャル成長させて形成する。Ｇａ分子線とＡｓ分子線の照射量は、１秒間あたりＧａＡｓの１分子層をエピタキシャル成長させることが可能な程度とする。そして、ＧａＡｓバッファ層（３）を厚さがおよそ２００ｎｍ（ナノメートル）になるまでエピタキシャル成長させて形成する。 When the substrate (2) is heated to a predetermined temperature and is in a stable temperature state, the Ga molecule beam irradiation device (10) and the As molecular beam irradiation device (11) are applied to the substrate (2) with Ga molecules. Irradiation with a beam and an As molecular beam. Thus, the GaAs buffer layer (3) is formed by epitaxial growth on the substrate (2). The irradiation amounts of the Ga molecular beam and the As molecular beam are set such that one molecular layer of GaAs can be epitaxially grown per second. Then, the GaAs buffer layer (3) is formed by epitaxial growth until the thickness becomes approximately 200 nm (nanometer).

ＧａＡｓバッファ層（３）は、基板（２）表面を平坦化する目的で行うものである。基板（２）の表面が平坦でないと、良好にアンチモン系量子ドットを形成させることができないからである。従って、基板（２）の表面が、アンチモン系量子ドットを形成するのに良好な程度に平坦であれば、Ｇａ分子線とＡｓ分子線を照射する工程は必要ではない。なお、平坦とはいっても、通常化合物半導体には格子欠陥が生成するので、原子の大きさ単位での完全な平坦を意味するものではなく、アンチモン系量子ドットを形成するに適した程度の平坦を意味するにとどまる。また、Ｇａ分子線とＡｓ分子線の照射量や、エピタキシャル成長させて形成するＧａＡｓバッファ層（３）の厚さは適宜変更可能である。 The GaAs buffer layer (3) is formed for the purpose of planarizing the surface of the substrate (2). This is because if the surface of the substrate (2) is not flat, antimony quantum dots cannot be formed satisfactorily. Therefore, if the surface of the substrate (2) is flat enough to form antimony quantum dots, the step of irradiating Ga molecular beam and As molecular beam is not necessary. Note that even though it is flat, lattice defects are usually generated in compound semiconductors, so it does not mean perfect flatness in units of atomic size, but flat enough to form antimony quantum dots. Means to stay. Moreover, the irradiation amount of Ga molecular beam and As molecular beam, and the thickness of the GaAs buffer layer (3) formed by epitaxial growth can be appropriately changed.

ＧａＡｓバッファ層（３）をエピタキシャル成長して形成した後、このＧａＡｓバッファ層（３）が形成された基板（２）の温度を所定温度まで低下させる。この所定温度は、アンチモン系量子ドットを形成するに適した温度にするのが良い。本実施形態例で形成するアンチモン系量子ドットは、ＧａＳｂまたはＩｎＧａＳｂなので、ＧａＳｂ量子ドットの場合にはおよそ４６０℃まで、ＩｎＧａＳｂ量子ドットの場合にはおよそ４００℃まで低下させる。無論、形成するアンチモン系量子ドットの種類によって、この温度は適宜変更可能である。 After the GaAs buffer layer (3) is formed by epitaxial growth, the temperature of the substrate (2) on which the GaAs buffer layer (3) is formed is lowered to a predetermined temperature. The predetermined temperature is preferably set to a temperature suitable for forming antimony quantum dots. Since the antimony quantum dots formed in this embodiment are GaSb or InGaSb, the temperature is lowered to about 460 ° C. in the case of GaSb quantum dots and to about 400 ° C. in the case of InGaSb quantum dots. Of course, this temperature can be appropriately changed depending on the type of antimony quantum dots to be formed.

このように基板（２）の温度を低下させている過程においては、Ａｓ分子線を基板（２）に、とくにＧａＡｓバッファ層（３）に照射し続けるのが良い。ＧａＡｓ化合物はおよそ４５０℃以上で結晶の分解が始まるため、基板（２）、とくにＧａＡｓバッファ層（３）の表面から、分解したＡｓが抜けてしまうことを防止するのである。無論、例えば基板がＧａＮの場合には、Ｎ分子線を照射するようにすれば良い。 In this process of lowering the temperature of the substrate (2), it is preferable to continue irradiating the substrate (2) with the As molecular beam, particularly the GaAs buffer layer (3). Since the GaAs compound begins to decompose at about 450 ° C. or higher, it prevents the decomposed As from escaping from the surface of the substrate (2), particularly the GaAs buffer layer (3). Of course, for example, when the substrate is GaN, the N molecular beam may be irradiated.

続いて、基板（２）の温度が安定したら、Ａｓ抜け防止のためのＡｓ分子線の照射を停止して、Ｓｂ分子線照射装置（１３）によってＳｂ分子線を照射する。 Subsequently, when the temperature of the substrate (2) is stabilized, the irradiation of the As molecular beam for preventing the loss of As is stopped, and the Sb molecular beam is irradiated by the Sb molecular beam irradiation apparatus (13).

そして、Ｓｂ分子線の照射が安定した状態において、基板（２）に対してＳｉ分子線照射装置（１２）によってＳｉ分子線を照射する。このことによって、ＧａＡｓバッファ層（３）上にアンチサーファクタントであるＳｉ原子（４）を付着せしめるのである。アンチサーファクタント（基板である化合物半導体の表面エネルギーの状態を変化させる物質）としては、Ｓｉ以外にも好適なものとして、例えばＢｅやＴｅが挙げられるが、これらに必ずしも限定されるものではなく、基板を構成する元素の種類や、アンチモン系量子ドットを構成する元素の種類などによって適宜変更可能である。また、単一種類のアンチサーファクタントを用いるものでなくてもよいが、通常は、単一の種類とする。 And in the state which irradiation of Sb molecular beam was stabilized, Si molecular beam is irradiated with respect to a board | substrate (2) by Si molecular beam irradiation apparatus (12). As a result, Si atoms (4), which are antisurfactants, are deposited on the GaAs buffer layer (3). Anti-surfactants (substances that change the state of the surface energy of the compound semiconductor that is the substrate) include, for example, Be and Te other than Si, but are not necessarily limited thereto. Can be appropriately changed depending on the type of element constituting the element, the type of element constituting the antimony quantum dot, and the like. In addition, a single type of anti-surfactant may not be used, but usually a single type.

本実施形態例においては、Ｓｉ原子（４）をＧａＡｓバッファ層（３）上に付着させる程度は、１秒間あたりおよそ１．４×１０¹⁰個／平方センチメートルとした。また照射時間は、発明者らの実験によって得られた知見では、照射時間を徒に長くしても、形成されるアンチモン系量子ドットの面密度がそれに比例して増加することはないことが判っており、本実勢形態例における好ましい照射時間は、およそ１５秒以上９０秒以内、即ち付着するＳｉ原子（４）の面密度が、桁数にして１０¹⁰個／平方センチメートルから１０¹¹個／平方センチメートルになる程度であり、より好ましくは、１０¹¹個／平方センチメートルになる程度である。そしてこの過程の温度状態は、上記のとおりＧａＳｂ量子ドットの場合には４６０℃程度とし、ＩｎＧａＳｂ量子ドットの場合には４００℃程度とし、Ｓｉ分子線を照射している間のＳｂ雰囲気は、その真空度がおよそ３．８×１０^-7Ｔｏｒｒになるようにした。 In this embodiment, the degree of deposition of Si atoms (4) on the GaAs buffer layer (3) was about 1.4 × 10 ¹⁰ atoms / square centimeter per second. Further, according to the knowledge obtained by the inventors' experiment, it was found that the surface density of the formed antimony quantum dots does not increase in proportion to the irradiation time. The preferable irradiation time in the present embodiment is about 15 seconds or more and 90 seconds or less, that is, the surface density of the attached Si atoms (4) is 10 ¹⁰ pieces / square centimeter to 10 ¹¹ pieces / square centimeter. More preferably, it is about 10 ¹¹ pieces / square centimeter. The temperature state in this process is about 460 ° C. in the case of GaSb quantum dots as described above, and about 400 ° C. in the case of InGaSb quantum dots. The Sb atmosphere during irradiation with the Si molecular beam is The degree of vacuum was about 3.8 × 10 ⁻⁷ Torr.

続いて、アンチモン系量子ドット（５）を成長させて形成する。アンチモン系量子ドット（５）の成長は、主として、基板（２）の格子定数とアンチモン系量子ドット（５）の格子定数の相違から生じる３次元的な島状（ピラミッド形状やドーム形状など）量子ドットの結晶成長（ＳＫ成長モード）によっている。そして、このアンチモン系量子ドットの成長は、アンチモン系量子ドットを構成する元素の分子線を同時照射することによる。本実施形態例では、形成するアンチモン系量子ドットは、ＧａＳｂまたはＩｎＧａＳｂであるので、ＧａＳｂ量子ドットの場合はＧａ分子線、Ｓｂ分子線を、ＩｎＧａＳｂ量子ドットの場合はＧａ分子線、Ｓｂ分子線、Ｉｎ分子線を、Ｇａ分子線照射装置（１０）、Ａｓ分子線照射装置（１１）、Ｓｉ分子線照射装置（１２）、Ｓｂ分子線照射装置（１３）、Ｉｎ分子線照射装置（１４）から適宜同時照射する。本実施形態例においては、この過程おける温度状態は、上記のとおりＧａＳｂ量子ドットの場合には４６０℃程度とし、ＩｎＧａＳｂ量子ドットの場合には４００℃程度とし、Ｓｂ雰囲気は、その真空度がおよそ３．８×１０^-7Ｔｏｒｒになるようにした。そして、各分子線の照射量は、１秒間あたり０．１分子層が成長する程度とし、およそ２分子層が成長するまで照射した。 Subsequently, an antimony quantum dot (5) is grown and formed. The growth of the antimony quantum dots (5) is mainly due to the three-dimensional island-like (pyramid shape, dome shape, etc.) quantum resulting from the difference between the lattice constant of the substrate (2) and the lattice constant of the antimony quantum dots (5). This is based on dot crystal growth (SK growth mode). The growth of the antimony quantum dots is due to simultaneous irradiation with molecular beams of elements constituting the antimony quantum dots. In the present embodiment, the antimony quantum dots to be formed are GaSb or InGaSb. Therefore, in the case of GaSb quantum dots, Ga molecular beam, Sb molecular beam, in the case of InGaSb quantum dots, Ga molecular beam, Sb molecular beam, In molecular beam from Ga molecular beam irradiation apparatus (10), As molecular beam irradiation apparatus (11), Si molecular beam irradiation apparatus (12), Sb molecular beam irradiation apparatus (13), In molecular beam irradiation apparatus (14) Simultaneously irradiate as appropriate. In the present embodiment, the temperature state in this process is about 460 ° C. in the case of GaSb quantum dots and about 400 ° C. in the case of InGaSb quantum dots as described above, and the Sb atmosphere has a degree of vacuum of about 3.8 × 10 ⁻⁷ Torr. The irradiation amount of each molecular beam was such that a 0.1 molecular layer grew per second, and irradiation was performed until approximately two molecular layers grew.

このようにして、ＧａＡｓバッファ層（３）上に（ＧａＡｓバッファ層を形成しない場合にはＧａＡｓ基板上に）、高い面密度でアンチモン系量子ドットが形成される。 In this way, antimony quantum dots are formed with a high surface density on the GaAs buffer layer (3) (on the GaAs substrate when the GaAs buffer layer is not formed).

さらに、このようにしてアンチモン系量子ドットが形成された基板表面を被覆するようにしてもよい（図２参照）。被覆する物質は、基板の化合物半導体とおよそ同じ格子定数を有するものがよい。通常は、基板と同じ化合物で被覆する。即ち本実施形態例においては、ＧａＡｓ（６）で被覆するのである。ここで、同じ化合物とは、その構成元素の組成比まで完全に同一にするものではなく、例えば、基板（２）をｎ−ＧａＡｓ半導体とし、被覆化合物をｐ−ＧａＡｓ半導体とするようにしてもよい。
被覆する方法は、上記ＧａＡｓバッファ層（３）をエピタキシャル成長させて形成するのと同様の方法に依ればよい。 Further, the substrate surface on which the antimony quantum dots are formed in this way may be covered (see FIG. 2). The material to be coated preferably has approximately the same lattice constant as the compound semiconductor of the substrate. Usually, it is coated with the same compound as the substrate. In other words, in the present embodiment example, it is covered with GaAs (6). Here, the same compound does not mean that the composition ratio of the constituent elements is completely the same. For example, the substrate (2) may be an n-GaAs semiconductor and the coating compound may be a p-GaAs semiconductor. Good.
The coating method may be the same method as that for forming the GaAs buffer layer (3) by epitaxial growth.

また、アンチモン系量子ドット（５）を形成し、次いで上記の如く化合物で被覆し、この被覆化合物上にさらにアンチモン系量子ドット（５）を上記の方法で形成し、さらにこれを上記の如く被覆し、またさらにこの被覆化合物上にアンチモン系量子ドットを形成することを繰り返すことによって、アンチモン系量子ドットの形成を多層化するものでもよい（図１０参照。図１０では２層の場合を示す。）。 Further, an antimony quantum dot (5) is formed and then coated with the compound as described above, and an antimony quantum dot (5) is further formed on the coating compound by the above method, and further coated as described above. Furthermore, the formation of antimony quantum dots may be multilayered by repeating the formation of antimony quantum dots on the coating compound (see FIG. 10; FIG. 10 shows the case of two layers). ).

上記のように被覆されることによって作成された半導体素子は、発光装置や光通信デバイス用の半導体材料として用いることが可能になる。より具体的な例としては、図１０に示すように、基板（２）をｎ−ＧａＡｓ半導体とし、アンチモン系量子ドットを多層化して形成し（勿論、単層でもよい。）、その上をｐ−ＧａＡｓ半導体（７）で被覆して、さらに、基板（２）の底部とｐ−ＧａＡｓ半導体上に電極（８）を取り付けて電圧を加えることを可能にするのである。このようにすることによって、アンチモン系量子ドットが形成された部位を活性層とした、レーザーダイオードや面発光レーザー装置などとして利用可能になる。 The semiconductor element formed by being coated as described above can be used as a semiconductor material for a light emitting device or an optical communication device. As a more specific example, as shown in FIG. 10, the substrate (2) is made of an n-GaAs semiconductor, and antimony quantum dots are formed in multiple layers (of course, a single layer may be used), and p is formed thereon. It is coated with a GaAs semiconductor (7), and an electrode (8) is attached on the bottom of the substrate (2) and on the p-GaAs semiconductor to allow voltage application. By doing in this way, it becomes possible to use as a laser diode, a surface emitting laser device, or the like using an active layer as a part where antimony quantum dots are formed.

アンチモン系量子ドットの形成後は、適宜各種分子線を照射しながら、基板（２）［より正確には、例えば、「アンチモン系量子ドットが形成された基板」や「多層化して作成された半導体素子」というべきものである。］の温度を室温まで低下させ、チャンバー（１）内の気圧を大気圧に戻してチャンバー外へ取り出せばよい。
具体的には、基板（２）［あるいは、バッファ層］上にアンチモン系量子ドットを形成しただけで取り出す場合には、Ｓｂ分子線を照射してＳｂ雰囲気を保った状態で、基板（２）の温度を室温まで低下させ、チャンバー（１）内の気圧を大気圧に戻してチャンバー外へ取り出せばよい。また、アンチモン系量子ドットを化合物で被覆して作成した半導体素子を取り出す場合には、被覆した化合物が例えばＧａＡｓであればＡｓ分子線を照射しながら、あるいはＧａＮであればＮ分子線を照射しながら、基板（２）の温度を室温まで低下させ、チャンバー（１）内の気圧を大気圧に戻してチャンバー外へ取り出せばよい。要は、高温状態において化合物の分解が進行することを防止するために、適宜各種の分子線を照射すればよいのである。 After the formation of the antimony quantum dots, the substrate (2) [more precisely, for example, “substrate on which the antimony quantum dots are formed” or “multilayered semiconductors” is irradiated while appropriately irradiating various molecular beams. “Element”. ] To the room temperature, the atmospheric pressure in the chamber (1) is returned to the atmospheric pressure and taken out of the chamber.
Specifically, when the antimony quantum dots are simply formed on the substrate (2) [or the buffer layer], the substrate (2) is irradiated with the Sb molecular beam and the Sb atmosphere is maintained. Is reduced to room temperature, the atmospheric pressure in the chamber (1) is returned to atmospheric pressure, and the air is taken out of the chamber. In addition, when taking out a semiconductor element formed by coating an antimony quantum dot with a compound, for example, if the coated compound is GaAs, it is irradiated with an As molecular beam, or if it is GaN, an N molecular beam is irradiated. However, the temperature of the substrate (2) is lowered to room temperature, and the atmospheric pressure in the chamber (1) is returned to atmospheric pressure and taken out of the chamber. In short, various molecular beams may be appropriately irradiated in order to prevent the decomposition of the compound from proceeding in a high temperature state.

上記諸条件においてアンチモン系量子ドットを形成した実験結果を図３から図９に示す。図３は、Ｓｉ原子を付着させなかった場合（図中（ａ））と、Ｓｉ原子をＧａＡｓバッファ層上に１平方センチメートルあたりおよそ４．２×１０¹¹個付着させた場合（図中（ｂ））の、ＧａＳｂ量子ドットの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。この像における基板の大きさは１μｍ×１μｍで、ＧａＳｂ量子ドットの高さの単位は、ナノメートルである。なお、表中の括弧に示される３桁の数字は結晶格子のミラー指数である。 Experimental results of forming antimony quantum dots under the above conditions are shown in FIGS. FIG. 3 shows a case where Si atoms are not deposited ((a) in the figure) and a case where about 4.2 × 10 ¹¹ Si atoms are deposited on a GaAs buffer layer per square centimeter ((b) in the figure). Is an atomic force microscope (AFM) image of GaSb quantum dots. The size of the substrate in this image is 1 μm × 1 μm, and the unit of height of GaSb quantum dots is nanometers. The three-digit number shown in parentheses in the table is the Miller index of the crystal lattice.

また、図４は、Ｓｉ原子を付着させなかった場合（図中（ａ））と、Ｓｉ原子をＧａＡｓバッファ層上に１平方センチメートルあたりおよそ４．２×１０¹¹個付着させた場合（図中（ｂ））の、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。この像における基板の大きさは５μｍ×５μｍで、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの高さの単位は、ナノメートルである。なお、表中の括弧に示される３桁の数字は結晶格子のミラー指数である。 FIG. 4 shows the case where Si atoms are not attached ((a) in the figure) and the case where approximately 4.2 × 10 ¹¹ Si atoms are attached on the GaAs buffer layer per square centimeter (in the figure ( b)) of a in _{_0.5} Ga _0.5 Sb quantum dots atomic force microscope (AFM) images. The size of the substrate in this image is 5 μm × 5 μm, and the unit of height of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots is nanometers. The three-digit number shown in parentheses in the table is the Miller index of the crystal lattice.

また、図５は、Ｓｉ分子線の照射時間、即ち付着させるＳｉ原子の面密度によって形成されるＧａＳｂ量子ドットとＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの面密度の変化を示す表である。横軸はＳｉ分子線の照射時間（付着させるＳｉ原子は１秒間あたりおよそ１．４×１０¹⁰個／平方センチメートルである。）、縦軸は各量子ドットの面密度（個／平方センチメートル）である。これらから、ＧａＳｂ量子ドットの場合では、Ｓｉ分子線の照射の無い場合に比して、Ｓｉ分子線を照射した場合はおよそ１０倍多くなり、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの場合では、Ｓｉ分子線の照射の無い場合に比して、Ｓｉ分子線を照射した場合はおよそ１００倍多くなることが確認された。 FIG. 5 is a table showing changes in the surface density of GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots formed by the irradiation time of the Si molecular beam, that is, the surface density of Si atoms to be attached. The horizontal axis represents the irradiation time of the Si molecular beam (the number of Si atoms to be attached is approximately 1.4 × 10 ¹⁰ per square centimeter per second), and the vertical axis represents the surface density (number / square centimeter) of each quantum dot. From these, in the case of GaSb quantum dots, it is about 10 times more when irradiated with Si molecular beams than in the case without irradiation of Si molecular beams, and in the case of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots, Si molecules It was confirmed that when the Si molecular beam was irradiated, the number was increased about 100 times as compared with the case without irradiation.

さらに、図６と図７は、Ｓｉ分子線の照射時間、即ち付着させるＳｉ原子の面密度によって形成されるＧａＳｂ量子ドット（各図の（ａ）に示す。）とＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドット（各図の（ｂ）に示す。）の底部の大きさ（図６）と高さ（図７）の変化を示す表である（各図中のプロットは測定値の平均値を、各プロットのＩ線は標準偏差を示す。）。横軸はＳｉ分子線の照射時間（付着させるＳｉ原子は１秒間あたりおよそ１．４×１０¹⁰個／平方センチメートルである。）、縦軸は各量子ドットの底部の大きさまたは高さ（ナノメートル単位）である。これらから、ＧａＳｂ量子ドットの場合では、Ｓｉ分子線の照射の無い場合に比して、Ｓｉ分子線を照射した場合は、底部の大きさおよび高さはおよそ半分ほどになり、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの場合では、Ｓｉ分子線の照射の無い場合に比して、Ｓｉ分子線を照射した場合は、底部の大きさおよび高さはおよそ半分ほどになり、さらに、およそ底部が楕円型になることが確認された。つまり、本発明の方法によって形成されたＧａＳｂ量子ドットおよびＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットは、従来技術によって形成されたＧａＳｂ量子ドットおよびＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットに比して、量子ドットのサイズが十分に小さくなっており、上記のとおり量子サイズ効果や多電子効果が大きく期待できるものである。なお、表中の括弧に示される３桁の数字は結晶格子のミラー指数である。 Further, FIG. 6 and FIG. 7 show a GaSb quantum dot (shown in (a) of each figure) and an In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dot formed by the irradiation time of the Si molecular beam, that is, the surface density of the Si atoms to be attached. It is a table | surface which shows the change of the magnitude | size (FIG. 6) and height (FIG. 7) of the bottom part (it shows to (b) of each figure.) (The plot in each figure shows the average value of a measured value, each plot. The I line indicates the standard deviation.) The horizontal axis represents the irradiation time of the Si molecular beam (the number of Si atoms to be attached is approximately 1.4 × 10 ¹⁰ per square centimeter per second), and the vertical axis represents the size or height of each quantum dot (nanometer) Unit). From these, in the case of GaSb quantum dots, the size and height of the bottom are about half when irradiated with the Si molecular beam as compared with the case without irradiation with the Si molecular beam. In _0.5 Ga _0.5 In the case of Sb quantum dots, the size and height of the bottom are about half when irradiated with Si molecular beams, compared to the case without irradiation with Si molecular beams, and the bottom is elliptical. It was confirmed that That is, the GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots formed by the method of the present invention have a quantum dot size larger than that of the GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots formed by the prior art. The quantum size effect and the multi-electron effect can be greatly expected as described above. The three-digit number shown in parentheses in the table is the Miller index of the crystal lattice.

また、図８と図９は、ＧａＳｂ量子ドット、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットが形成されたそれぞれの基板表面をＧａＡｓで被覆した半導体素子のフォトルミネッセンス（ＰＬ）発光の強度を示す表である。図８は、ＧａＳｂ量子ドットの場合の４．７ＫにおけるＰＬ発光強度を、図９は、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの場合の室温におけるＰＬ発光強度を示す。各表とも横軸は光電子エネルギー（単位は、ｅＶ：電子ボルト）、縦軸はＰＬ発光強度である。これらの表から、いずれにおいても、Ｓｉ分子線の照射が無い場合に比して、Ｓｉ分子線の照射がある場合には、ＰＬ発光強度が大幅に向上されることが確認された。とくに、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの場合には、室温において、光電子エネルギーが０．９５ｅＶ付近、即ちおよそ１３００ｎｍ領域で強いＰＬ発光が確認されたので、シングルモード光ファイバ（１３００ｎｍ帯域において波長分散が零になるように設計されている。）における高速度光通信に利用が可能である。 FIGS. 8 and 9 are tables showing the intensity of photoluminescence (PL) emission of a semiconductor element in which the surface of each substrate on which GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots are formed is coated with GaAs. FIG. 8 shows the PL emission intensity at 4.7 K in the case of GaSb quantum dots, and FIG. 9 shows the PL emission intensity at room temperature in the case of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots. In each table, the horizontal axis represents photoelectron energy (unit: eV: electron volt), and the vertical axis represents PL emission intensity. From these tables, it was confirmed that in any case, the PL emission intensity was significantly improved when the Si molecular beam was irradiated, compared to the case where the Si molecular beam was not irradiated. In particular, in the case of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots, strong PL emission was confirmed at room temperature at a photoelectron energy of about 0.95 eV, that is, in the region of about 1300 nm. It can be used for high-speed optical communication.

本発明のアンチモン系量子ドットの形成方法によることで作成される半導体素子は、例えば量子ドットレーザ、量子コンピュータ、単電子トランジスタなどに利用可能となる。とくに、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの場合には、シングルモード光ファイバ（１３００ｎｍ帯域において波長分散が零になるように設計されている。）における高速度光通信などの光通信分野に利用が可能である。 The semiconductor element produced by the antimony quantum dot formation method of the present invention can be used for, for example, a quantum dot laser, a quantum computer, a single electron transistor, and the like. In particular, in the case of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots, it can be used in the optical communication field such as high-speed optical communication in a single mode optical fiber (designed so that chromatic dispersion is zero in the 1300 nm band). It is.

本発明の方法を実施するＭＢＥ装置の概略図Schematic diagram of an MBE apparatus implementing the method of the present invention 基板上にＳｉ原子を付着させることによってＧａＳｂまたはＩｎＧａＳｂ量子ドットが形成された半導体素子の断面図（ＧａＡｓによって被覆されている）Sectional view of a semiconductor device in which GaSb or InGaSb quantum dots are formed by attaching Si atoms on a substrate (covered with GaAs) 基板上に形成されたＧａＳｂ量子ドットのＡＦＭ像AFM image of GaSb quantum dots formed on a substrate 基板上に形成されＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットのＡＦＭ像AFM image of In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots formed on a substrate Ｓｉ分子線照射時間に対する、形成されたＧａＳｂ量子ドットとＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの面密度を示す表Table showing surface density of formed GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots with respect to Si molecular beam irradiation time Ｓｉ分子線照射時間に対する、形成されたＧａＳｂ量子ドットとＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの底部の大きさを示す表Table showing the size of the bottom of the formed GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots with respect to the Si molecular beam irradiation time Ｓｉ分子線照射時間に対する、形成されたＧａＳｂ量子ドットとＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットの高さを示す表Table showing height of formed GaSb quantum dots and In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots with respect to irradiation time of Si molecular beam 形成されたＧａＳｂ量子ドットのＰＬ発光強度を示す表Table showing PL emission intensity of formed GaSb quantum dots 形成されたＩｎ_0.5Ｇａ_0.5Ｓｂ量子ドットのＰＬ発光強度を示す表Table showing the PL emission intensity of the formed In _0.5 Ga _0.5 Sb quantum dots アンチモン系量子ドットの形成が多層化された半導体素子の断面図Cross-sectional view of semiconductor device with multilayered formation of antimony quantum dots

Explanation of symbols

１チャンバー
２基板
３ＧａＡｓバッファ層
４Ｓｉ原子
５ＧａＳｂまたはＩｎＧａＳｂ 1 chamber 2 substrate 3 GaAs buffer layer 4 Si atom 5 GaSb or InGaSb

Claims

In a vacuum state, the III-V compound semiconductor is heated to a predetermined temperature and irradiated with an antimony molecular beam and an anti-surfactant molecular beam to attach the anti-surfactant on the III-V compound semiconductor surface.
Next, an antimony molecular beam and a gallium molecular beam are irradiated on the surface of the III-V group compound semiconductor to which the antisurfactant is adhered , and GaSb quantum dots are grown and formed.
A method for forming an antimony quantum dot, comprising:

In a vacuum state, the III-V compound semiconductor is heated to a predetermined temperature and irradiated with an antimony molecular beam and an anti-surfactant molecular beam to attach the anti-surfactant on the III-V compound semiconductor surface.
Next, an InGaSb quantum dot is formed by irradiating an antimony molecular beam, a gallium molecular beam , and an indium molecular beam on the surface of the III-V compound semiconductor to which the antisurfactant is attached.
A method for forming an antimony quantum dot, comprising:

In a vacuum state, the III-V compound semiconductor is heated to a predetermined temperature and irradiated with an antimony molecular beam and an anti-surfactant molecular beam to attach the anti-surfactant on the III-V compound semiconductor surface.
Next, an antimony molecular beam, a gallium molecular beam , and an aluminum molecular beam are irradiated on the surface of the III-V compound semiconductor surface to which the antisurfactant is adhered, and an AlGaSb quantum dot is grown and formed.
A method for forming an antimony quantum dot, comprising:

In a vacuum state, the III-V compound semiconductor is heated to a predetermined temperature and irradiated with an antimony molecular beam and an anti-surfactant molecular beam to attach the anti-surfactant on the III-V compound semiconductor surface.
Next, an InAlSb quantum dot is formed by irradiating an antimony molecular beam, an indium molecular beam , and an aluminum molecular beam on the surface of the III-V compound semiconductor to which the antisurfactant is attached.
A method for forming an antimony quantum dot, comprising:

Anti-surfactant is silicon (Si), beryllium (Be), at least one of antimony-based method for forming a quantum dot of claim 1 to 4 is an element selected from the elements of tellurium (Te).

On the III-V compound semiconductor surface, the III-V compound is formed by epitaxial growth as a buffer layer,
The method for forming an antimony quantum dot according to any one of claims 1 to 5 , wherein an antimony quantum dot is grown on the buffer layer.

The method for forming an antimony quantum dot according to any one of claims 1 to 6 , wherein the III-V compound semiconductor is a compound having a lattice constant different from that of the antimony quantum dot by 1% or more.

The anti-surfactant, antimony-based method of forming a quantum dot of claim 1 to 7 areal density allowed to to 10 attached ¹¹ / square centimeter to the number of digits.

The group III-V compound semiconductor surface antimony quantum dots are formed, antimony-based quantum according to claims 1 to 8 for coating of a group III-V compound having approximately the same lattice constant as the III-V compound semiconductor Dot formation method.

On the surface of the coated group III-V compound, by irradiating the antimony molecular beam and the anti-surfactant molecular beam by attaching an anti-surfactant, further to an anti-surfactant is adhered coating group III-V compound on the surface, antimony molecular beam and By repeating the formation and growth of antimony quantum dots by irradiating molecular beams of elements other than antimony constituting the antimony quantum dots,
The method for forming an antimony quantum dot according to claim 9 , wherein the antimony quantum dot is formed by multilayering.