JP2000100796A - 微細構造の形成方法 - Google Patents
微細構造の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 量子細線や量子ドットなどの微細構造を、損
傷なしに、均一にかつ高密度にしかも任意の位置に形成
することができる微細構造の形成方法を提供する。 【解決手段】 ＩｎＧａＡｓ層３上にＧａＡｓ層４を成
長させて歪系半導体層を形成する。走査型プローブ顕微
鏡、例えば走査型トンネル顕微鏡において、プローブ５
でＧａＡｓ層４の表面を走査することによりＧａＡｓ層
４を選択的にエッチング除去してＩｎＧａＡｓ層３を部
分的に露出させ、試料表面にＧａＡｓ層４のパターン形
状に応じた歪分布を形成する。この歪分布が存在する試
料表面にＩｎＡｓを成長させ、露出したＩｎＧａＡｓ層
３上にＩｎＡｓを選択的に成長させ、ＩｎＡｓ量子細線
やＩｎＡｓ量子ドットなどの微細構造を形成する。
傷なしに、均一にかつ高密度にしかも任意の位置に形成
することができる微細構造の形成方法を提供する。 【解決手段】 ＩｎＧａＡｓ層３上にＧａＡｓ層４を成
長させて歪系半導体層を形成する。走査型プローブ顕微
鏡、例えば走査型トンネル顕微鏡において、プローブ５
でＧａＡｓ層４の表面を走査することによりＧａＡｓ層
４を選択的にエッチング除去してＩｎＧａＡｓ層３を部
分的に露出させ、試料表面にＧａＡｓ層４のパターン形
状に応じた歪分布を形成する。この歪分布が存在する試
料表面にＩｎＡｓを成長させ、露出したＩｎＧａＡｓ層
３上にＩｎＡｓを選択的に成長させ、ＩｎＡｓ量子細線
やＩｎＡｓ量子ドットなどの微細構造を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、微細構造の形成
方法に関し、例えば、半導体微細構造の形成に適用して
好適なものである。
方法に関し、例えば、半導体微細構造の形成に適用して
好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体微細構造の寸法をおよそ２０ｎｍ
以下にすると、その構造内の電子や正孔のエネルギー分
布幅を非常に狭くすることができる。量子細線や量子ド
ットと呼ばれるこの微細構造を半導体レーザに応用すれ
ば、閾値電流の極めて低い半導体レーザを実現すること
ができる。しかしながら、このような半導体レーザを実
現するには、微細構造を均一にかつ高密度に、しかも任
意の位置に形成する技術が必要となる。
以下にすると、その構造内の電子や正孔のエネルギー分
布幅を非常に狭くすることができる。量子細線や量子ド
ットと呼ばれるこの微細構造を半導体レーザに応用すれ
ば、閾値電流の極めて低い半導体レーザを実現すること
ができる。しかしながら、このような半導体レーザを実
現するには、微細構造を均一にかつ高密度に、しかも任
意の位置に形成する技術が必要となる。
【０００３】従来、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系半導体やＧｅ
／Ｓｉ系半導体などの材料で量子細線や量子ドットのよ
うな微細構造を形成する場合には、次のような方法が用
いられていた。第１の方法では、これらの半導体を電子
ビームリソグラフィーなどで加工することにより微細構
造を形成する。第２の方法では、微傾斜半導体基板の表
面に存在するステップの周期構造を利用して、ステップ
の段差近傍に選択的な結晶成長を行うことによって微細
構造を形成する。第３の方法では、電子ビームリソグラ
フィーなどによるレジストパターンの形成とその後のエ
ッチングとにより異なる結晶面を表面に出し、その後結
晶成長を行うことにより微細構造を形成する。このと
き、結晶成長時の面方位による成長速度の違いにより、
最も成長速度が速い領域に選択的に成長が起き、微細構
造が形成される。
／Ｓｉ系半導体などの材料で量子細線や量子ドットのよ
うな微細構造を形成する場合には、次のような方法が用
いられていた。第１の方法では、これらの半導体を電子
ビームリソグラフィーなどで加工することにより微細構
造を形成する。第２の方法では、微傾斜半導体基板の表
面に存在するステップの周期構造を利用して、ステップ
の段差近傍に選択的な結晶成長を行うことによって微細
構造を形成する。第３の方法では、電子ビームリソグラ
フィーなどによるレジストパターンの形成とその後のエ
ッチングとにより異なる結晶面を表面に出し、その後結
晶成長を行うことにより微細構造を形成する。このと
き、結晶成長時の面方位による成長速度の違いにより、
最も成長速度が速い領域に選択的に成長が起き、微細構
造が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の方法では、電子ビームリソグラフィーなどで加工す
る際に結晶に与える損傷が問題となる。上記第２の方法
では、微傾斜半導体基板の表面の段差の高さだけでな
く、位置の制御が難しいため、微細構造の位置を厳密に
制御することが困難である。上記第３の方法では、パタ
ーニングサイズを制御することが困難であるので、パタ
ーニングの精度に依存する微細構造のサイズもばらつき
やすい。また、高密度で微細構造を形成することが困難
であるため、デバイス応用を考えた場合、問題がある。
１の方法では、電子ビームリソグラフィーなどで加工す
る際に結晶に与える損傷が問題となる。上記第２の方法
では、微傾斜半導体基板の表面の段差の高さだけでな
く、位置の制御が難しいため、微細構造の位置を厳密に
制御することが困難である。上記第３の方法では、パタ
ーニングサイズを制御することが困難であるので、パタ
ーニングの精度に依存する微細構造のサイズもばらつき
やすい。また、高密度で微細構造を形成することが困難
であるため、デバイス応用を考えた場合、問題がある。
【０００５】一方、歪系半導体において歪エネルギーを
利用して量子ドット構造を形成する試みが報告されてい
る（例えば、Appl.Phys.Lett.63,pp.3203-3205,1993 あ
るいは特開平９−３２６５０６号公報）。これはヘテロ
エピタキシャル成長の初期に出現するStranski-Krastan
ow（Ｓ−Ｋ）成長モードを利用している。この方法によ
れば、損傷なしに量子ドットを形成することができる。
しかしながら、この方法では、基板面内で歪分布を制御
することができないため、量子ドット構造を任意に配列
させることが困難である。
利用して量子ドット構造を形成する試みが報告されてい
る（例えば、Appl.Phys.Lett.63,pp.3203-3205,1993 あ
るいは特開平９−３２６５０６号公報）。これはヘテロ
エピタキシャル成長の初期に出現するStranski-Krastan
ow（Ｓ−Ｋ）成長モードを利用している。この方法によ
れば、損傷なしに量子ドットを形成することができる。
しかしながら、この方法では、基板面内で歪分布を制御
することができないため、量子ドット構造を任意に配列
させることが困難である。
【０００６】そこで、基板面内で歪分布を得る方法が提
案されている。例えば、特開平８−２３６５００号公報
によると、基板表面に歪分布を形成するために裏面にエ
ッチングによりパターンを形成する。しかしながら、裏
面エッチングをすると、さらに加工を進める際に、裏面
に形成されたパターンを壊さないようにしなければなら
ないため、加工が制限される。
案されている。例えば、特開平８−２３６５００号公報
によると、基板表面に歪分布を形成するために裏面にエ
ッチングによりパターンを形成する。しかしながら、裏
面エッチングをすると、さらに加工を進める際に、裏面
に形成されたパターンを壊さないようにしなければなら
ないため、加工が制限される。
【０００７】したがって、この発明の目的は、量子細線
や量子ドットなどの微細構造を、損傷なしに、均一にか
つ高密度にしかも任意の位置に形成することができる微
細構造の形成方法を提供することにある。
や量子ドットなどの微細構造を、損傷なしに、均一にか
つ高密度にしかも任意の位置に形成することができる微
細構造の形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明による微細構造の形成方法は、互いに格子
定数が異なる少なくとも２層の物質層からなる歪系物質
層の表面を微小なプローブを用いて選択的に加工するこ
とにより歪系物質層の表面に歪分布を形成し、この歪分
布を利用して歪系物質層の表面に所望の物質を選択的に
成長させることにより微細構造を形成するようにしたこ
とを特徴とするものである。
に、この発明による微細構造の形成方法は、互いに格子
定数が異なる少なくとも２層の物質層からなる歪系物質
層の表面を微小なプローブを用いて選択的に加工するこ
とにより歪系物質層の表面に歪分布を形成し、この歪分
布を利用して歪系物質層の表面に所望の物質を選択的に
成長させることにより微細構造を形成するようにしたこ
とを特徴とするものである。
【０００９】この発明において、微小なプローブを有す
る装置としては、典型的には、走査型プローブ顕微鏡が
用いられる。この走査型プローブ顕微鏡としては、具体
的には、例えば、プローブと試料との間に流れるトンネ
ル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、
プローブと試料との間の原子間力を利用する原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ）などを用いることができる。さらに、微
小なプローブを有する装置としては、光、原子、分子な
どを放出するプローブを有するものを用いることもでき
る。具体的には、光を放出するプローブとしては、例え
ば光ファイバーを用いることができ、この光ファイバー
にその一端面から例えばレーザ光を導入し、他端面から
出射されるレーザ光を試料に照射する。原子、分子など
を放出するプローブとしては、電界蒸発などによりプロ
ーブの先端から原子、分子などを放出するものを用いる
ことができる。この原子、分子などを放出するプローブ
は、歪系物質層の表面を加工する場合のほか、加工面上
に物質を選択的に成長させる場合にも用いることができ
る。
る装置としては、典型的には、走査型プローブ顕微鏡が
用いられる。この走査型プローブ顕微鏡としては、具体
的には、例えば、プローブと試料との間に流れるトンネ
ル電流を利用する走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、
プローブと試料との間の原子間力を利用する原子間力顕
微鏡（ＡＦＭ）などを用いることができる。さらに、微
小なプローブを有する装置としては、光、原子、分子な
どを放出するプローブを有するものを用いることもでき
る。具体的には、光を放出するプローブとしては、例え
ば光ファイバーを用いることができ、この光ファイバー
にその一端面から例えばレーザ光を導入し、他端面から
出射されるレーザ光を試料に照射する。原子、分子など
を放出するプローブとしては、電界蒸発などによりプロ
ーブの先端から原子、分子などを放出するものを用いる
ことができる。この原子、分子などを放出するプローブ
は、歪系物質層の表面を加工する場合のほか、加工面上
に物質を選択的に成長させる場合にも用いることができ
る。
【００１０】この発明において、歪系物質層としては、
基本的にはどのような物質からなるものであってもよい
が、具体的には、歪系半導体層、歪系金属層、歪系酸化
物層などである。また、微細構造は、基本的にはどのよ
うなものであってもよいが、典型的には、少なくとも一
方向の寸法が量子効果を生じるサイズ（ド・ブロイ波長
程度以下）である量子細線や量子ドットなどである。
基本的にはどのような物質からなるものであってもよい
が、具体的には、歪系半導体層、歪系金属層、歪系酸化
物層などである。また、微細構造は、基本的にはどのよ
うなものであってもよいが、典型的には、少なくとも一
方向の寸法が量子効果を生じるサイズ（ド・ブロイ波長
程度以下）である量子細線や量子ドットなどである。
【００１１】この発明において、歪系半導体層として
は、例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体、ＩＶ族半導体などからなるものを用いる
ことができ、具体的には、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、
Ｇｅ／Ｓｉ系などを用いることができる。特に、歪系半
導体層がＩｎＧａＡｓ層とその上のＧａＡｓ層とからな
る場合、ＧａＡｓ層の加工により露出したＩｎＧａＡｓ
層上にＩｎＡｓを線状またはドット状に成長させること
により、量子細線または量子ドットからなる微細構造を
形成することができる。
は、例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体、ＩＶ族半導体などからなるものを用いる
ことができ、具体的には、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、
Ｇｅ／Ｓｉ系などを用いることができる。特に、歪系半
導体層がＩｎＧａＡｓ層とその上のＧａＡｓ層とからな
る場合、ＧａＡｓ層の加工により露出したＩｎＧａＡｓ
層上にＩｎＡｓを線状またはドット状に成長させること
により、量子細線または量子ドットからなる微細構造を
形成することができる。
【００１２】上述のように構成されたこの発明において
は、微小なプローブを用いて歪系物質層の表面に歪分布
を形成することにより、歪系物質層の表面に任意の分布
形状で歪分布を制御性良く形成することができ、しかも
歪系物質層の表面に損傷が生じることもない。そして、
この歪分布を利用して歪系物質層の表面に所望の物質を
選択的に成長させることにより、例えば量子効果が現れ
る程度の微細構造を基板面内の任意の位置に均一にかつ
高密度にしかも損傷なしに形成することができる。
は、微小なプローブを用いて歪系物質層の表面に歪分布
を形成することにより、歪系物質層の表面に任意の分布
形状で歪分布を制御性良く形成することができ、しかも
歪系物質層の表面に損傷が生じることもない。そして、
この歪分布を利用して歪系物質層の表面に所望の物質を
選択的に成長させることにより、例えば量子効果が現れ
る程度の微細構造を基板面内の任意の位置に均一にかつ
高密度にしかも損傷なしに形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
いて図面を参照しながら説明する。
【００１４】図１〜図７はこの発明の一実施形態による
微細構造の形成方法を示す。この一実施形態において
は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いてＩｎＡｓ
／ＧａＡｓ系微細構造を形成する場合について説明す
る。
微細構造の形成方法を示す。この一実施形態において
は、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を用いてＩｎＡｓ
／ＧａＡｓ系微細構造を形成する場合について説明す
る。
【００１５】この一実施形態においては、図１に示すよ
うに、まず、例えば（１００）面方位のＧａＡｓ基板１
上にＧａＡｓバッファ層２をエピタキシャル成長させた
後、このＧａＡｓバッファ層２上にＩｎＧａＡｓ層３お
よびＧａＡｓ層４を順次エピタキシャル成長させる。こ
の場合、ＩｎＧａＡｓ層３およびＧａＡｓ層４が歪系半
導体層を構成する。ここで、ＩｎＧａＡｓ層３の厚さ
は、そのＩｎ組成などに応じて決定し、必要に応じて、
その臨界膜厚以下で格子緩和が生じない厚さ、または、
その臨界膜厚以上で格子緩和が生じる厚さとする。ま
た、ＧａＡｓ層４の厚さは、その臨界膜厚（例えば、Ｉ
ｎＧａＡｓ層３のＩｎ組成が０．２の場合、０．６ｎ
ｍ）以下の厚さとする。これらの層のエピタキシャル成
長には、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いる。
うに、まず、例えば（１００）面方位のＧａＡｓ基板１
上にＧａＡｓバッファ層２をエピタキシャル成長させた
後、このＧａＡｓバッファ層２上にＩｎＧａＡｓ層３お
よびＧａＡｓ層４を順次エピタキシャル成長させる。こ
の場合、ＩｎＧａＡｓ層３およびＧａＡｓ層４が歪系半
導体層を構成する。ここで、ＩｎＧａＡｓ層３の厚さ
は、そのＩｎ組成などに応じて決定し、必要に応じて、
その臨界膜厚以下で格子緩和が生じない厚さ、または、
その臨界膜厚以上で格子緩和が生じる厚さとする。ま
た、ＧａＡｓ層４の厚さは、その臨界膜厚（例えば、Ｉ
ｎＧａＡｓ層３のＩｎ組成が０．２の場合、０．６ｎ
ｍ）以下の厚さとする。これらの層のエピタキシャル成
長には、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いる。
【００１６】次に、図２に示すように、この試料を走査
型トンネル顕微鏡に移し、この走査型トンネル顕微鏡の
プローブ５を用いて以下の方法で試料の最表面のＧａＡ
ｓ層４を選択的に除去する。このプローブ５は、ｘｙ方
向走査用の圧電素子（ピエゾ素子）６およびｚ方向移動
用の圧電素子７によりｘｙ方向およびｚ方向の位置が制
御される。これらの圧電素子６、７は、それぞれ電源
８、９によりそれらに印加される電圧ＶxyおよびＶz の
値に比例して変位する。ｘｙ方向走査用の圧電素子６は
プローブ５をｘｙ方向に走査するために用いられる。以
上の構成により、プローブ５とＧａＡｓ層４との間に、
電源１０によりある一定の電圧Ｖt を印加した状態で、
回路を流れる電流値（トンネル電流）が一定になるよう
に、ｚ方向移動用の圧電素子７に印加する電圧Ｖz をフ
ィードバック制御する。
型トンネル顕微鏡に移し、この走査型トンネル顕微鏡の
プローブ５を用いて以下の方法で試料の最表面のＧａＡ
ｓ層４を選択的に除去する。このプローブ５は、ｘｙ方
向走査用の圧電素子（ピエゾ素子）６およびｚ方向移動
用の圧電素子７によりｘｙ方向およびｚ方向の位置が制
御される。これらの圧電素子６、７は、それぞれ電源
８、９によりそれらに印加される電圧ＶxyおよびＶz の
値に比例して変位する。ｘｙ方向走査用の圧電素子６は
プローブ５をｘｙ方向に走査するために用いられる。以
上の構成により、プローブ５とＧａＡｓ層４との間に、
電源１０によりある一定の電圧Ｖt を印加した状態で、
回路を流れる電流値（トンネル電流）が一定になるよう
に、ｚ方向移動用の圧電素子７に印加する電圧Ｖz をフ
ィードバック制御する。
【００１７】次に、図３に示すように、この状態でプロ
ーブ５の先端とＧａＡｓ層４との距離（典型的には２〜
３ｎｍ）を一定に保つようにｚ方向移動用の圧電素子７
を変位させながら、プローブ５をｘｙ方向に走査する。
このとき、この圧電素子７に印加する電圧Ｖz の変化量
を計測することにより、走査しているＧａＡｓ層４の表
面を間接的に観察することができる。図３において、プ
ローブ５の先端の軌跡を点線で示す。以上が走査型トン
ネル顕微鏡の原理である。
ーブ５の先端とＧａＡｓ層４との距離（典型的には２〜
３ｎｍ）を一定に保つようにｚ方向移動用の圧電素子７
を変位させながら、プローブ５をｘｙ方向に走査する。
このとき、この圧電素子７に印加する電圧Ｖz の変化量
を計測することにより、走査しているＧａＡｓ層４の表
面を間接的に観察することができる。図３において、プ
ローブ５の先端の軌跡を点線で示す。以上が走査型トン
ネル顕微鏡の原理である。
【００１８】このような走査型トンネル顕微鏡におい
て、図４に示すように、プローブ５と試料との間にさら
に電源１１により電圧Ｖi を印加し、トンネル電流を増
加させることによって、ＧａＡｓ層４の部分的なエッチ
ングを分子単位で行うことが可能である。このエッチン
グの際には、プローブ５の損傷を避けるために、Ｖz の
フィードバック制御を解除してもよい。以上の結果、図
４に示すように、ＧａＡｓ層４のみを選択的にパターン
加工することができる。このパターン加工によりＧａＡ
ｓ層４がエッチングされた部分には、その下の層である
ＩｎＧａＡｓ層３が露出する。そして、このパターン加
工の結果、ＧａＡｓ層４のパターン形状に対応した分布
形状で試料表面に歪分布が形成される。この歪の大きさ
は、ＧａＡｓ層４の厚さのほか、ＩｎＧａＡｓ層３の組
成や厚さなどによって制御することができる。また、Ｇ
ａＡｓ層４のエッチング端面４ａには、エッチングされ
にくい結晶面、例えば（１１１）面が出る。
て、図４に示すように、プローブ５と試料との間にさら
に電源１１により電圧Ｖi を印加し、トンネル電流を増
加させることによって、ＧａＡｓ層４の部分的なエッチ
ングを分子単位で行うことが可能である。このエッチン
グの際には、プローブ５の損傷を避けるために、Ｖz の
フィードバック制御を解除してもよい。以上の結果、図
４に示すように、ＧａＡｓ層４のみを選択的にパターン
加工することができる。このパターン加工によりＧａＡ
ｓ層４がエッチングされた部分には、その下の層である
ＩｎＧａＡｓ層３が露出する。そして、このパターン加
工の結果、ＧａＡｓ層４のパターン形状に対応した分布
形状で試料表面に歪分布が形成される。この歪の大きさ
は、ＧａＡｓ層４の厚さのほか、ＩｎＧａＡｓ層３の組
成や厚さなどによって制御することができる。また、Ｇ
ａＡｓ層４のエッチング端面４ａには、エッチングされ
にくい結晶面、例えば（１１１）面が出る。
【００１９】このようなプローブ５の走査によるパター
ン加工を一方向に所定のピッチで繰り返し行うことによ
り、図５に示すように、ＧａＡｓ層４を線状のパターン
に加工することができる。このＧａＡｓ層４が選択的に
除去された部分にはＩｎＧａＡｓ層３が線状に露出す
る。
ン加工を一方向に所定のピッチで繰り返し行うことによ
り、図５に示すように、ＧａＡｓ層４を線状のパターン
に加工することができる。このＧａＡｓ層４が選択的に
除去された部分にはＩｎＧａＡｓ層３が線状に露出す
る。
【００２０】そこで、次に、ＧａＡｓ層４が選択的に除
去されてＩｎＧａＡｓ層３が部分的に露出した試料表面
にＩｎＡｓをエピタキシャル成長させる。すると、図６
に示すように、露出したＩｎＧａＡｓ層３の表面にＩｎ
Ａｓが優先的に成長し、ＩｎＡｓ量子細線１２が形成さ
れる。これは次の二つの効果による。一つは、ＩｎＧａ
ＡｓとＧａＡｓとの格子定数の差によるものである。す
なわち、ＧａＡｓ層４とＩｎＧａＡｓ層３との間には最
大約７％の格子定数差があるため、その上にＩｎＡｓを
成長させようとすると系の歪エネルギーが小さくなるよ
うに、つまり格子定数がより近いＩｎＧａＡｓ層３の上
に選択的にＩｎＡｓが成長する。もう一つは、ＧａＡｓ
層４のエッチング端面４ａの（１１１）面は底面の（１
００）面に比べて結晶成長が起きにくい面であるので、
ＩｎＡｓは優先的に（１００）面つまりＩｎＧａＡｓ層
３上に成長する。これらの二つの効果によって、露出し
た部分のＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＡｓ量子細線１２を
精度良く形成することができる。
去されてＩｎＧａＡｓ層３が部分的に露出した試料表面
にＩｎＡｓをエピタキシャル成長させる。すると、図６
に示すように、露出したＩｎＧａＡｓ層３の表面にＩｎ
Ａｓが優先的に成長し、ＩｎＡｓ量子細線１２が形成さ
れる。これは次の二つの効果による。一つは、ＩｎＧａ
ＡｓとＧａＡｓとの格子定数の差によるものである。す
なわち、ＧａＡｓ層４とＩｎＧａＡｓ層３との間には最
大約７％の格子定数差があるため、その上にＩｎＡｓを
成長させようとすると系の歪エネルギーが小さくなるよ
うに、つまり格子定数がより近いＩｎＧａＡｓ層３の上
に選択的にＩｎＡｓが成長する。もう一つは、ＧａＡｓ
層４のエッチング端面４ａの（１１１）面は底面の（１
００）面に比べて結晶成長が起きにくい面であるので、
ＩｎＡｓは優先的に（１００）面つまりＩｎＧａＡｓ層
３上に成長する。これらの二つの効果によって、露出し
た部分のＩｎＧａＡｓ層３上にＩｎＡｓ量子細線１２を
精度良く形成することができる。
【００２１】このＩｎＡｓ量子細線１２の形成時よりも
さらに厚くＩｎＡｓをエピタキシャル成長させると、図
７に示すように、露出した部分のＩｎＧａＡｓ層３上に
ＩｎＡｓがドット状に成長し、ＩｎＡｓ量子ドット１３
が一列に並んで形成される。ここで、ＩｎＡｓがドット
状に成長するのは、ヘテロエピタキシャル成長の初期に
見られるStranski-Krastanow成長モードを利用したもの
である。
さらに厚くＩｎＡｓをエピタキシャル成長させると、図
７に示すように、露出した部分のＩｎＧａＡｓ層３上に
ＩｎＡｓがドット状に成長し、ＩｎＡｓ量子ドット１３
が一列に並んで形成される。ここで、ＩｎＡｓがドット
状に成長するのは、ヘテロエピタキシャル成長の初期に
見られるStranski-Krastanow成長モードを利用したもの
である。
【００２２】以上のように、この一実施形態によれば、
歪系半導体層であるＩｎＧａＡｓ層３およびＧａＡｓ層
４を成長させ、走査型トンネル顕微鏡においてプローブ
５でＧａＡｓ層４の表面を走査して選択的にエッチング
を行うことにより、試料表面に微細な歪分布を所望の分
布形状で制御性良く形成することができる。そして、こ
の制御された歪分布が存在する試料表面にＩｎＡｓを成
長させることにより、試料表面の所望の位置に、均一に
かつ高密度にしかも損傷なしに、ＩｎＡｓ量子細線１２
やＩｎＡｓ量子ドット１３などの微細構造を形成するこ
とができる。
歪系半導体層であるＩｎＧａＡｓ層３およびＧａＡｓ層
４を成長させ、走査型トンネル顕微鏡においてプローブ
５でＧａＡｓ層４の表面を走査して選択的にエッチング
を行うことにより、試料表面に微細な歪分布を所望の分
布形状で制御性良く形成することができる。そして、こ
の制御された歪分布が存在する試料表面にＩｎＡｓを成
長させることにより、試料表面の所望の位置に、均一に
かつ高密度にしかも損傷なしに、ＩｎＡｓ量子細線１２
やＩｎＡｓ量子ドット１３などの微細構造を形成するこ
とができる。
【００２３】この一実施形態による方法は、例えば、量
子ドットを用いた半導体レーザの製造に好適に適用する
ことができる。具体的には、半導体レーザの活性層にこ
の一実施形態による方法により量子ドット構造を形成す
ることにより、閾値電流の低減が可能になる。また、異
なる材料からなる量子ドット構造を用いることにより、
二つ以上の発光波長のレーザ発振が可能になる。
子ドットを用いた半導体レーザの製造に好適に適用する
ことができる。具体的には、半導体レーザの活性層にこ
の一実施形態による方法により量子ドット構造を形成す
ることにより、閾値電流の低減が可能になる。また、異
なる材料からなる量子ドット構造を用いることにより、
二つ以上の発光波長のレーザ発振が可能になる。
【００２４】以上、この発明の一実施形態について具体
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定さ
れるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種
の変形が可能である。
【００２５】例えば、上述の一実施形態において挙げた
数値、プロセス、材料、構造などはあくまでも例にすぎ
ず、必要に応じて、これらと異なる数値、プロセス、材
料、構造などを用いてもよい。
数値、プロセス、材料、構造などはあくまでも例にすぎ
ず、必要に応じて、これらと異なる数値、プロセス、材
料、構造などを用いてもよい。
【００２６】
【発明の効果】以上述べたように、この発明による微細
構造の形成方法によれば、歪系物質層の表面を微小なプ
ローブを用いて選択的に加工することにより歪系物質層
の表面に歪分布を形成し、この歪分布を利用して歪系物
質層の表面に所望の物質を選択的に成長させることによ
り微細構造を形成するようにしているので、量子細線や
量子ドットなどの微細構造を、損傷なしに、均一にかつ
高密度にしかも任意の位置に形成することができる。
構造の形成方法によれば、歪系物質層の表面を微小なプ
ローブを用いて選択的に加工することにより歪系物質層
の表面に歪分布を形成し、この歪分布を利用して歪系物
質層の表面に所望の物質を選択的に成長させることによ
り微細構造を形成するようにしているので、量子細線や
量子ドットなどの微細構造を、損傷なしに、均一にかつ
高密度にしかも任意の位置に形成することができる。
【図１】この発明の一実施形態において用いられる試料
の断面図である。
の断面図である。
【図２】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための略線図である。
法を説明するための略線図である。
【図３】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための略線図である。
法を説明するための略線図である。
【図４】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための略線図である。
法を説明するための略線図である。
【図５】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための平面図および断面図である。
法を説明するための平面図および断面図である。
【図６】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための平面図および断面図である。
法を説明するための平面図および断面図である。
【図７】この発明の一実施形態による微細構造の形成方
法を説明するための平面図および断面図である。
法を説明するための平面図および断面図である。
１・・・ＧａＡｓ基板、３・・・ＩｎＧａＡｓ層、４・
・・ＧａＡｓ層、５・・・プローブ、６・・・ｘｙ方向
走査用圧電素子、７・・・ｚ方向移動用圧電素子、１２
・・・ＩｎＡｓ量子細線、１３・・・ＩｎＡｓ量子ドッ
ト
・・ＧａＡｓ層、５・・・プローブ、６・・・ｘｙ方向
走査用圧電素子、７・・・ｚ方向移動用圧電素子、１２
・・・ＩｎＡｓ量子細線、１３・・・ＩｎＡｓ量子ドッ
ト
Claims (5)
- 【請求項１】 互いに格子定数が異なる少なくとも２層
の物質層からなる歪系物質層の表面を微小なプローブを
用いて選択的に加工することにより上記歪系物質層の表
面に歪分布を形成し、この歪分布を利用して上記歪系物
質層の表面に所望の物質を選択的に成長させることによ
り微細構造を形成するようにしたことを特徴とする微細
構造の形成方法。 - 【請求項２】 上記加工に走査型プローブ顕微鏡を用い
ることを特徴とする請求項１記載の微細構造の形成方
法。 - 【請求項３】 上記歪系物質層は歪系半導体層であるこ
とを特徴とする請求項１記載の微細構造の形成方法。 - 【請求項４】 上記微細構造は量子細線または量子ドッ
トであることを特徴とする請求項１記載の微細構造の形
成方法。 - 【請求項５】 上記歪系半導体層はＩｎＧａＡｓ層とそ
の上のＧａＡｓ層とからなり、上記微細構造は上記プロ
ーブを用いて上記ＧａＡｓ層を選択的に加工することに
より露出した上記ＩｎＧａＡｓ層上に選択的に成長した
ＩｎＡｓからなる量子細線または量子ドットであること
を特徴とする請求項３記載の微細構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27224098A JP2000100796A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 微細構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27224098A JP2000100796A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 微細構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000100796A true JP2000100796A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17511090
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27224098A Pending JP2000100796A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | 微細構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000100796A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100399055B1 (ko) * | 2001-08-07 | 2003-09-26 | 한국전자통신연구원 | 변형에 기인한 자기양자점을 이용한 단전자 트랜지스터 |
| CN100370579C (zh) * | 2004-12-23 | 2008-02-20 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 量子点形成方法 |
| CN106356280A (zh) * | 2015-07-13 | 2017-01-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种利用模板定位生长有序量子点阵列的方法 |
-
1998
- 1998-09-25 JP JP27224098A patent/JP2000100796A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100399055B1 (ko) * | 2001-08-07 | 2003-09-26 | 한국전자통신연구원 | 변형에 기인한 자기양자점을 이용한 단전자 트랜지스터 |
| CN100370579C (zh) * | 2004-12-23 | 2008-02-20 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 量子点形成方法 |
| CN106356280A (zh) * | 2015-07-13 | 2017-01-25 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种利用模板定位生长有序量子点阵列的方法 |
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