エピタキシャル弗化物による超微細加工技術の研究

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本研究は、電子線照射に敏感なエピタキシャル弗化物を利用し、量子ナノ構造形成のための新しい微細加工技術の提案とその実証を目的として行った。具体的には、弗化物表面の局部的改質による自然形成ナノ構造の形成、および無機レジストプロセスの検討の2つのテーマで進めてた。まず、第1のテーマでは、エピタキシャルCaF_2薄膜の表面を集束電子ビームでパターン描画し、局部的に表面状態を改質し、これによって自然形成的に作られる金属ガリウムの微小ドロップレットをビーム照射中心に誘導して形成位置を制御する技術を原理的に完全実証した。直線上に露光して領域では、露光の中心線に沿って直径15nm程度のドロップレットを中心線からの距離のゆらぎが使用したビーム径(約100nm)より明らかに小さい±10nm程度で配列できた。その機構として、露光部のガリウム吸着に対する表面ポテンシャルが下がりその極小位置にガリウムが凝集するモデルを提案した。さらに、スポット状の露光パターンの周期的露光によって、露光中心に一つづつ直径約25nmのドロップレットを形成することに成功し、この方法で自然形成のガリウムドロップレットの位置を2次元的に制御できることを実証した。第2の無機レジストプロセスでは、まず、10nm以下のエピタキシャルCaF_2の極薄層に対する露光-現象特性を把握し、現像後のレジストパターンを用いてGaAs基板をCH_4/H_2系反応性イオンエッチング法でエッチング加工するプロセスと連結して、その特性を検討した。その結果、CaF_2層のエッチング量に合わせて初期の厚さを制御し、適当な露光量を組み合わせることにより、ネガ・ポジ両特性を使い分けられることを実験的に明らかにした。