【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23UT1058
利用課題名 / Title
周期微細パターンの光応用に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
シリコン基材料・デバイス/ Silicon-based materials and devices, 光学材料・素子/ Optical materials, フォトニクス・プラズモニクス/ Photonics and Plasmonics, 半導体微細構造/ Semiconductor microstructure,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,光デバイス/ Optical Device,スパッタリング/ Sputtering,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
肥後 昭男
所属名 / Affiliation
東京大学大学院工学系研究科システムデザイン研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-503：超高速大面積電子線描画装置
UT-703：8インチ汎用スパッタ装置
UT-600：汎用ICPエッチング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
近年様々な異種材料をシリコン基板上に成長させるヘテロデバイスの研究が盛んにおこなわれている。特に、シリコン基板上にナノパターンを形成し、それをプラットフォームとして様々な材料を選択的に成長させる異種材料の選択成長は今後のシリコン系光デバイス等で極めて重要な研究である。本研究では、III-V族発光素子をシリコン基板上に選択成長させるためのナノパターンプラットフォームについて報告する。100nm から500 nmまでのシリコン酸化膜の四角ホールパターンを電子線描画装置で形成し、穴あけをおこなう。さらに、分子線エピタキシャル成長によるIII-V族ナノワイヤの形成をおこなうためのプラットフォームの形成をおこなう。
実験 / Experimental
（111）シリコン基板を有機洗浄、硫酸過水洗浄後、ULVAC社製スパッタ装置SIH-450にてシリコン酸化膜を30 nmスパッタした。厚さ測定にはTohoSpecを用いた。その後、ZEP-520A7を3000 rpmでスピンコートし、アドバンテスト社製電子線描画装置F7000S-VD02を用いて100 nmから500 nmまでの四角孔パターンを描画した。最後に、ULVAC社製CE-300IにてSiO2をエッチングした。プラズマが照射されるとレジストが変性し剥離できなくなる。そのため、80度に温めたハクリ溶液に10分浸漬した後、アンモニア過水洗浄をおこなった。
結果と考察 / Results and Discussion
ハクリ溶液に浸漬後のナノパターンアレイのSEM写真を図１に示す。パターンの縁にはがれたレジスト風なものがあり、きれいに剥離できていない。アンモニア過水洗浄後のSEM写真を図２に示す。この洗浄により表面のレジストはほぼ除去できることが分かる。その後、0.5%フッ化水素酸で表面に形成された自然酸化膜を除去し、真空パックしたのち、分子線エピタキシャル成長を行う。開口率によって成長速度等が変わるため、最適な条件はそれぞれにより変わるが、500 nmの開口パターンを持つナノパターンプラットフォームでGaAs系ナノワイヤが成長できていることを確認できている。このプラットフォームを用いて様々な異種材料の大面積成長ができる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１、ハクリ溶液による洗浄後のナノパターンのSEM写真
図２、アンモニア過水による洗浄後のナノパターンのSEM写真
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Mattias Jansson, High-Performance Multiwavelength GaNAs Single Nanowire Lasers, ACS Nano, 18, 1477-1484(2024).
DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07980
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Kaito Nakama, GaAs/GaInNAs core-multishell nanowires with a triple quantum-well structure emitting in the telecommunication range, Applied Physics Letters, 123, (2023).
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0160080
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件