JP2624450B2 - Manufacturing method of quantum wire structure - Google Patents

Manufacturing method of quantum wire structure

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光通信、光情報処理、光
計測の分野で用いられる半導体レーザをはじめとする化
合物半導体デバイス構造における量子細線等の製造方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing quantum wires in a compound semiconductor device structure such as a semiconductor laser used in the fields of optical communication, optical information processing and optical measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】光情報処理や光通信、光計測等で用いら
れる光デバイス、電子デバイスや光電子集積回路におい
ては、素子の微細化、高機能化のために、発光素子であ
る半導体レーザの活性層へ量子細線や量子箱構造といっ
た超微細加工を施した構造を導入することにより素子特
性の向上を図ることができる。超微細パターンマスクを
用いて量子井戸構造をウェットエッチングを用いること
で量子細線を形成する方法では、エッチング時のマスク
としてレジストや酸化膜、窒化膜等の絶縁膜を用いてい
る方法が一般的で、横方向の量子閉じ込め効果が発現さ
れる程度まで細線化を行う。いっほう、ドライエッチン
グを用いる方法では、同様にマスクとしてレジストや酸
化膜、窒化膜等の絶縁膜を用い、超微細パターンマスク
を用いて量子井戸構造をエッチングして量子細線を形成
する。
2. Description of the Related Art In optical devices, electronic devices, and optoelectronic integrated circuits used in optical information processing, optical communication, optical measurement, and the like, the activity of a semiconductor laser, which is a light emitting element, is required for miniaturization and high functionality of the element. The element characteristics can be improved by introducing a structure in which ultrafine processing such as a quantum wire structure or a quantum box structure is applied to the layer. In a method of forming a quantum wire by wet etching a quantum well structure using an ultrafine pattern mask, a method using an insulating film such as a resist, an oxide film, or a nitride film as a mask at the time of etching is generally used. The thinning is performed to such an extent that the quantum confinement effect in the horizontal direction is exhibited. On the other hand, in the method using dry etching, similarly, a quantum well structure is etched by using an insulating film such as a resist, an oxide film, and a nitride film as a mask, and using an ultrafine pattern mask to form a quantum wire.

【0003】図6は従来のGaAs系量子細線のウェッ
トエッチングを用いた形成方法のプロセスの概略図を示
すものであり、以下(a)から(d)の工程で量子細線
は形成される。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a process of a conventional method of forming a GaAs quantum wire by wet etching, and a quantum wire is formed in the following steps (a) to (d).

【0004】GaAs基板601にGaAsバッファ層
602、Al0.3Ga0.7As障壁層603、GaAs量
子井戸層604、Al0.3Ga0.7As障壁層605を順
次結晶成長させた量子井戸構造をもつにウェハーにマス
ク層となるシリコン酸化膜606堆積させ、電子ビーム
リソグラフィー等によるレジストパターン607をスト
ライプパターンを形成する(a)。
A GaAs buffer layer 602, an Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 603, a GaAs quantum well layer 604, and an Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 605 are sequentially crystal-grown on a GaAs substrate 601 to form a mask on a wafer. A silicon oxide film 606 serving as a layer is deposited, and a resist pattern 607 is formed into a stripe pattern by electron beam lithography or the like (a).

【0005】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜6
06をエッチングし、レジストパターン607を転写す
る(b)。
A silicon oxide film 6 is formed by using a hydrofluoric acid-based etchant.
06 is etched to transfer a resist pattern 607 (b).

【0006】硫酸系のエッチャント(H2SO4:H2O
2:H2O=1:1:20)をAl0.3Ga0.7As障壁
層、GaAs量子井戸層を順次エッチングしていく。そ
の時、縦方向のエッチングと同時に横方向のエッチング
(オーバーエッチング)が進行し、GaAsの細線が形
成される(c)。
A sulfuric acid-based etchant (H 2 SO 4: H 2 O)
(2: H2O = 1: 1: 20) is sequentially etched on the Al0.3Ga0.7As barrier layer and the GaAs quantum well layer. At this time, the etching in the horizontal direction (over-etching) proceeds simultaneously with the etching in the vertical direction to form a GaAs thin line (c).

【0007】さらにエッチングを進め、GaAs量子細
線608が形成される。最後に弗酸系のエッチャントで
エッチングマスクであるシリコン酸化膜を除去する
(d)。
Further etching is performed, and GaAs quantum wires 608 are formed. Finally, the silicon oxide film serving as an etching mask is removed with a hydrofluoric acid based etchant (d).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなGaAs系量子細線のウェットエッチングを用い
た形成方法におけるプロセス構成では、始めのマスクパ
ターンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニン
グのピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ない
という問題を有していた。
However, in the process configuration in the above-described method of forming a GaAs quantum wire by wet etching, the fine line density is determined by the pitch of the first mask pattern, and the pitch of the fine pattern is not less than the pitch of the patterning. However, there is a problem that it is impossible to increase the density of the fine wire.

【0009】また、縦方向と横方向のエッチング速度で
決定されるある決まったアスペクト比を持った断面形状
しか形成出来ずに縦方向のエッチング深さを十分に稼ぐ
ことが困難であるという問題を有していた。
Another problem is that only a cross-sectional shape having a certain aspect ratio determined by the vertical and horizontal etching rates can be formed, and it is difficult to obtain a sufficient vertical etching depth. Had.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の量子細線構造の製造方法は、以下の手段と
する。 (1)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、前記化合物半導体構造が、基板側から第1
の障壁層、単一もしくは多重量子井戸層、第2の障壁層
を有しており、第1のエッチング工程で、前記単一もし
くは多重量子井戸層までをエッチング除去する量子細線
構造の製造方法。 (2)前記(1)において、第2のエッチング工程によ
り、第1の障壁層を除去しつつ、単一もしくは多重量子
井戸層の線幅を細くする記載の量子細線構造の製造方
法。 (3)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、前記化合物半導体構造上に、連続的に結晶
成長させた化合物半導体層を第1のエッチングマスクと
した量子細線構造の製造方法。 (4)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層を選択
的にエッチングして第1のマスクを形成する工程と、前
記第1のマスクの側壁に第2のマスクを形成する工程
と、前記第1のマスクを除去し、前記第2のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体構造をエッチングする工
程と、を備えた量子細線構造の製造方法。 (5)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体層の幅を小さくする工程と、前記化合物半導体層を所
定の材料で埋め込む工程と、前記第1のマスクをマスク
として前記所定の材料をエッチング除去する工程と、前
記第1のマスクおよび前記化合物半導体層とを除去する
工程と、前記所定の材料をマスクとして、前記化合物半
導体構造をエッチングして量子細線を形成する工程と、
を備えた量子細線構造の製造方法。 (6)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体の幅を小さくする工程と、前記第1のマスクをマスク
として、前記化合物半導体構造上に第2のマスクを形成
する工程と、前記化合物半導体層と前記第2のマスクと
をマスクとして、前記化合物半導体構造をエッチングし
て量子細線を形成する工程と、を備えた量子細線構造の
製造方法。 (7)前記(6)において、第1のマスクの間隔をほぼ
同じにして、異なる幅の量子細線を形成する量子細線構
造の製造方法。 (8)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、前記化合物半導体構造の上に形成する結晶
層の材料組成と厚さを変化させることにより、第1のエ
ッチング工程後の前記化合物半導体構造の単一もしくは
多重量子井戸層のエッチング側壁の角度を任意に変化さ
せる量子細線構造の製造方法。 (9)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、第1のエッチング工程で形成される化合物
半導体構造の断面の角度が順メサ方向であり、逆メサ方
向の断面が形成できる第2のエッチング工程で前記順メ
サの化合物半導体構造をエッチングする量子細線構造の
製造方法。 (10)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半
導体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成
する工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、前記第1のエッチング工程で形成される化
合物半導体構造の断面の角度が逆メサ方向であり、順メ
サ方向の断面が形成できる前記第2のエッチング工程で
前記逆メサの化合物半導体構造をエッチングする量子細
線構造の製造方法。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a quantum wire structure according to the present invention comprises the following means. (1) A step of forming a fine line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask, the compound semiconductor structure has directionality. A first etching step of etching in a fine line shape with the particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of narrowing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching.
A method of manufacturing a quantum wire structure, comprising: a barrier layer, a single or multiple quantum well layer, and a second barrier layer, and removing the single or multiple quantum well layer by etching in a first etching step. (2) The method for manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein the line width of the single or multiple quantum well layer is reduced while removing the first barrier layer by the second etching step. (3) forming a thin line-shaped first etching mask on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer; and using the first etching mask as a mask, the compound semiconductor structure has directionality. A first etching step of etching in a fine line shape with the particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of narrowing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein a compound semiconductor layer continuously grown on the compound semiconductor structure is formed on the compound semiconductor structure. 1. A method for manufacturing a quantum wire structure using an etching mask. (4) a step of growing a compound semiconductor layer on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer continuously with the compound semiconductor structure; and selectively etching the compound semiconductor layer to form a first mask. Forming a second mask on a side wall of the first mask; removing the first mask; and etching the compound semiconductor structure using the second mask as a mask. And a method for manufacturing a quantum wire structure comprising: (5) A step of growing a compound semiconductor layer continuously on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer and a step of forming a first mask on the compound semiconductor layer Etching a part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask, reducing the width of the compound semiconductor layer by wet etching, and embedding the compound semiconductor layer with a predetermined material A step of etching and removing the predetermined material using the first mask as a mask; a step of removing the first mask and the compound semiconductor layer; and a step of removing the compound semiconductor using the predetermined material as a mask Forming a quantum wire by etching the structure;
The manufacturing method of the quantum wire structure provided with. (6) a step of growing a compound semiconductor layer continuously on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer and a step of forming a first mask on the compound semiconductor layer A step of etching part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask, a step of reducing the width of the compound semiconductor by wet etching, and a step of etching the compound using the first mask as a mask. Forming a second mask on the semiconductor structure; and etching the compound semiconductor structure to form a quantum wire using the compound semiconductor layer and the second mask as a mask. The method of manufacturing the structure. (7) In the above (6), a method for manufacturing a quantum wire structure in which quantum wires having different widths are formed by making the intervals of the first masks substantially the same. (8) A step of forming a thin-line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask, the compound semiconductor structure has directionality. A first etching step of etching in a fine line shape with the particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of reducing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein a material composition and a thickness of a crystal layer formed on the compound semiconductor structure are changed. A method of manufacturing a quantum wire structure in which the angle of the etching side wall of the single or multiple quantum well layer of the compound semiconductor structure after the first etching step is arbitrarily changed. (9) A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask, the compound semiconductor structure has directionality. A first etching step of etching in a fine line shape with the particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of narrowing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein the angle of the cross section of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is a normal mesa. A method of manufacturing a quantum wire structure in which a compound semiconductor structure of a forward mesa is etched in a second etching step capable of forming a cross section in a reverse mesa direction. (10) A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask, the compound semiconductor structure has directionality. A first etching step of etching in a fine line shape with the particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of narrowing the line width of the thin line-shaped compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein the angle of the cross section of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is reversed. A method of manufacturing a quantum wire structure in which a compound semiconductor structure having an inverted mesa is etched in the second etching step in which a cross section in a mesa direction and a forward mesa direction can be formed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の量子細線構造の製造方法は、 (1)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第1のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第1のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第1のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備えたことを特徴とする。 (2)第1のエッチング工程に、反応性イオンビームエ
ッチングを用いたことを特徴とする(1)に記載の量子
細線構造の製造方法とする。 (3)化合物半導体構造が、基板側から第1の障壁層、
単一もしくは多重量子井戸層、第2の障壁層を有してお
り、第1のエッチング工程で、前記単一もしくは多重量
子井戸層までをエッチング除去することを特徴とする
(1)に記載の量子細線構造の製造方法とする。 (4)第2のエッチング工程により、第1の障壁層を除
去しつつ、単一もしくは多重量子井戸層の線幅を細くす
ることを特徴とする請求項3に記載の量子細線構造の製
造方法とする。 (5)化合物半導体構造上に、連続的に結晶成長させた
化合物半導体層を第1のエッチングマスクとしたことを
特徴とする(1)に記載の量子細線構造の製造方法とす
る。 (6)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層を選択
的にエッチングして第1のマスクを形成する工程と、前
記第1のマスクの側壁に第2のマスクを形成する工程
と、前記第1のマスクを除去し、前記第2のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体構造をエッチングする工
程と、を備えたことを特徴とする。 (7)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体層の幅を小さくする工程と、前記化合物半導体層を所
定の材料で埋め込む工程と、前記第1のマスクをマスク
として前記所定の材料をエッチング除去する工程と、前
記第1のマスクおよび前記化合物半導体層とを除去する
工程と、前記所定の材料をマスクとして、前記化合物半
導体構造をエッチングして量子細線を形成する工程とを
備えたことを特徴とする。 (8)単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体の幅を小さくする工程と、前記第1のマスクをマスク
として、前記化合物半導体構造上に第2のマスクを形成
する工程と、前記化合物半導体層と前記第2のマスクと
をマスクとして、前記化合物半導体構造をエッチングし
て量子細線を形成する工程とを備えたことを特徴とす
る。 (9)第1のマスクの間隔をほぼ同じにして、異なる幅
の量子細線を形成することを特徴とする(8)に記載の
量子細線構造の製造方法とする。 (10)第1のエッチング工程により、化合物半導体構
造の最下端までをエッチング除去することを特徴とする
(1)に記載の量子細線構造の製造方法とする。 (11)第1のエッチング工程により、化合物半導体構
造の側壁がほぼ垂直になっていることを特徴とする
(1)に記載の量子細線構造の製造方法とする。 (12)多重量子井戸層を有する化合物半導体構造の第
1のエッチング工程において、前記多重量子井戸層の最
上層と最下層の線幅をほぼ等しくすることを特徴とする
(1)に記載の量子細線構造の製造方法とする。 (13)化合物半導体構造の上に形成する結晶層の材料
組成と厚さを変化させることにより、第1のエッチング
工程後の前記化合物半導体構造の単一もしくは多重量子
井戸層のエッチング側壁の角度を任意に変化させること
を特徴とする(1)に記載の量子細線構造の製造方法と
する。 (14)第1のエッチング工程で形成される化合物半導
体構造の断面の角度が順メサ方向であり、逆メサ方向の
断面が形成できる第2のエッチング工程で前記順メサの
化合物半導体構造をエッチングすることを特徴とする
(1)に記載の量子細線構造の製造方法とする。 (15)第1のエッチング工程で形成される化合物半導
体構造の断面の角度が逆メサ方向であり、順メサ方向の
断面が形成できる第2のエッチング工程で前記逆メサの
化合物半導体構造をエッチングすることを特徴とする請
求項1に記載の量子細線構造の製造方法とする。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a quantum wire structure according to the present invention comprises the following steps: (1) forming a first thin wire on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer; Forming an etching mask, and using the first etching mask as a mask, a first etching step of etching the compound semiconductor structure in a fine line shape with a directional particle beam;
By over etching by wet etching,
A second etching step of reducing a line width of the compound semiconductor structure having a thin line shape formed by the first etching. (2) The method according to (1), wherein reactive ion beam etching is used in the first etching step. (3) a compound semiconductor structure comprising a first barrier layer from the substrate side;
The method according to (1), further comprising a single or multiple quantum well layer and a second barrier layer, wherein the single or multiple quantum well layer is etched away in the first etching step. This is a method for manufacturing a quantum wire structure. (4) The method for manufacturing a quantum wire structure according to claim 3, wherein the line width of the single or multiple quantum well layer is reduced while removing the first barrier layer by the second etching step. And (5) The method for manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein a compound semiconductor layer formed by continuously growing crystals on the compound semiconductor structure is used as a first etching mask. (6) a step of growing a compound semiconductor layer continuously on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and selectively etching the compound semiconductor layer to form a first mask Forming a second mask on a side wall of the first mask; removing the first mask; and etching the compound semiconductor structure using the second mask as a mask. And characterized in that: (7) a step of growing a compound semiconductor layer continuously on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer and a step of forming a first mask on the compound semiconductor layer Etching a part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask, reducing the width of the compound semiconductor layer by wet etching, and embedding the compound semiconductor layer with a predetermined material A step of etching and removing the predetermined material using the first mask as a mask; a step of removing the first mask and the compound semiconductor layer; and a step of removing the compound semiconductor using the predetermined material as a mask Forming a quantum wire by etching the structure. (8) A step of growing a compound semiconductor layer continuously on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer and a step of forming a first mask on the compound semiconductor layer A step of etching part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask, a step of reducing the width of the compound semiconductor by wet etching, and a step of etching the compound using the first mask as a mask. Forming a second mask on the semiconductor structure; and forming a quantum wire by etching the compound semiconductor structure using the compound semiconductor layer and the second mask as masks. And (9) The method of manufacturing a quantum wire structure according to (8), wherein the intervals between the first masks are made substantially the same to form quantum wires having different widths. (10) The method of manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein the first etching step removes up to the lowermost end of the compound semiconductor structure by etching. (11) The method for manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein the side wall of the compound semiconductor structure is made substantially vertical by the first etching step. (12) In the first etching step of the compound semiconductor structure having the multiple quantum well layer, the line width of the uppermost layer and the lowermost layer of the multiple quantum well layer is made substantially equal. This is a method for manufacturing a fine wire structure. (13) By changing the material composition and thickness of the crystal layer formed on the compound semiconductor structure, the angle of the etching side wall of the single or multiple quantum well layer of the compound semiconductor structure after the first etching step is changed. The method of manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein the method is arbitrarily changed. (14) The cross-sectional angle of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is in the forward mesa direction, and the compound semiconductor structure in the forward mesa is etched in the second etching step in which a cross section in the reverse mesa direction can be formed. A method for manufacturing a quantum wire structure according to (1), wherein (15) The angle of the cross section of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is the reverse mesa direction, and the compound semiconductor structure of the reverse mesa is etched in the second etching step in which a cross section in the forward mesa direction can be formed. A method of manufacturing a quantum wire structure according to claim 1.

【0012】[0012]

【作用】本発明は前記した構成により、量子細線等の超
微細構造をエッチングを用いて形成する手段として、特
定の入射角度を有する方向性をもつ粒子線によりエッチ
ングする第一のエッチング工程と、ウェットエッチング
を用いたサイドエッチングにより線幅を細くする第二の
エッチング工程との2段階のエッチング工程により、量
子細線を形成する化合物半導体量子細線構造の製造方法
である。この方法では低損傷でかつ制御性よく、量子細
線を形成することができる。また所望の深さのエッチン
グが可能となり、量子細線の形成時作製自由度が大きく
なる。さらに、あらかじめパターンを格子状に形成する
ことにより、量子細線だけでなく、量子箱のような微細
パターンの形成も可能となる。
According to the present invention, as a means for forming an ultrafine structure such as a quantum wire by etching using the above-described structure, a first etching step of etching with a directional particle beam having a specific incident angle, This is a method for manufacturing a compound semiconductor quantum wire structure in which a quantum wire is formed by a two-stage etching process including a second etching process for reducing the line width by side etching using wet etching. According to this method, a quantum wire can be formed with low damage and good controllability. In addition, etching at a desired depth becomes possible, and the degree of freedom in manufacturing a quantum wire is increased. Further, by forming the pattern in a lattice shape in advance, it is possible to form not only quantum wires but also a fine pattern such as a quantum box.

【0013】また、もう一つの発明は、第一のエッチン
グ工程である方向性をもつ粒子線によるエッチングに引
き続き、エッチング溝側壁を少なくとも含む表面に薄膜
層を形成する工程と、溝側壁部以外の前記薄膜層を異方
性エッチングを用いて除去する工程とで、始めのパター
ン周期の2倍の密度をもつエッチングマスクパターンを
形成できる。この方法では制御性よく、かつ高密度に量
子細線を形成することができる。
Another aspect of the present invention is a method of forming a thin film layer on a surface including at least an etching groove side wall, following a first etching step, ie, etching with a directional particle beam, The step of removing the thin film layer using anisotropic etching can form an etching mask pattern having a density twice as long as the initial pattern period. With this method, quantum wires can be formed with good controllability and high density.

【0014】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程であるウェットエッチングに引き続き、エッチン
グ溝側壁を少なくとも含む表面をエッチングマスクとな
る物質で覆う工程と、第一のエッチングマスク下部以外
の前記物質を異方性エッチングを用いて除去する工程に
よる量子細線構造の製造方法である。始めのパターン周
期の2倍の密度をもつエッチングマスクパターンを形成
できる。この方法では制御性よく、かつ高密度に量子細
線を形成することができる。
Further, another invention is a step of covering at least a surface including an etching groove side wall with a substance serving as an etching mask, following the wet etching which is a second etching step, and the step of covering the surface other than the lower part of the first etching mask. This is a method for manufacturing a quantum wire structure by a process of removing a substance using anisotropic etching. An etching mask pattern having a density twice the initial pattern period can be formed. With this method, quantum wires can be formed with good controllability and high density.

【0015】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程であるウェットエッチングにに引き続き、方向性
をもつ粒子線による蒸着方法で第二のエッチングマスク
を形成する工程と、細線上端部にある第一のエッチング
マスク上を第二のエッチングマスクとともに除去する工
程と、方向性をもつ粒子線によりエッチングする第三の
エッチング工程による量子細線構造の製造方法である。
始めのパターン周期の2倍の密度をもつエッチングマス
クパターンを形成できる。この方法では制御性よく、か
つ高密度に量子細線を形成することができる。
Another aspect of the present invention resides in a step of forming a second etching mask by a vapor deposition method using a directional particle beam subsequent to wet etching as a second etching step, and a step of forming a second etching mask at an upper end portion of the fine wire. A method for manufacturing a quantum wire structure includes a step of removing the first etching mask together with the second etching mask and a third etching step of etching with a directional particle beam.
An etching mask pattern having a density twice the initial pattern period can be formed. With this method, quantum wires can be formed with good controllability and high density.

【0016】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程後に形成された細線幅と第二のエッチングマスク
幅とが異なる工程において作製された量子細線構造を活
性層に持つ半導体レーザである。この構造においては、
2種類の線幅の異なる量子細線が形成されており、その
細線幅で決定される発振波長をもつ半導体レーザが形成
できる。異なる2つの細線幅からなる量子細線構造の活
性層を制御性よく、かつ高密度に形成できる。
Another aspect of the present invention is a semiconductor laser having an active layer having a quantum wire structure manufactured in a step in which a thin line width formed after the second etching step and a second etching mask width are different. In this structure,
Two types of quantum wires having different line widths are formed, and a semiconductor laser having an oscillation wavelength determined by the line widths can be formed. An active layer having a quantum wire structure having two different wire widths can be formed with high controllability and high density.

【0017】[0017]

【実施例】 (実施例1)図1は本発明の第1の実施例における化合
物半導体の量子細線構造の製造方法の工程図を示すもの
である。ここでは単一量子井戸構造へ量子細線を作製す
る工程を示す。
(Embodiment 1) FIG. 1 shows a process chart of a method of manufacturing a quantum wire structure of a compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a quantum wire in a single quantum well structure will be described.

【0018】図1において、101はGaAs基板、1
02はGaAsバッファ層、103はAl0.3Ga0.7A
s障壁層、104はGaAs量子井戸層、105はAl
0.3Ga0.7As障壁層、106はエッチングマスクとな
るシリコン酸化膜、107はシリコン酸化膜へパターン
を転写するため電子ビームリソグラフィーで形成したレ
ジストパターンである。
In FIG. 1, 101 is a GaAs substrate, 1
02 is a GaAs buffer layer, 103 is Al0.3Ga0.7A
s barrier layer, 104 is a GaAs quantum well layer, 105 is Al
A 0.3Ga0.7As barrier layer, 106 is a silicon oxide film serving as an etching mask, and 107 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon oxide film.

【0019】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図(a)から(e)に従って説明する。
In the steps of the method for forming a fine structure according to this embodiment configured as described above, the forming method will be described below with reference to process diagrams (a) to (e).

【0020】(a):GaAs基板101上にGaAs
バッファ層102、Al0.3Ga0.7As障壁層103、
GaAs量子井戸層104、Al0.3Ga0.7As障壁層
105を連続的に結晶成長させる。GaAsバッファ層
102の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7As障壁層10
3の厚さは100nm、GaAs量子井戸層104の厚
さは10nm、Al0.3Ga0.7As障壁層105の厚さ
は30nm程度である。次にシリコン酸化膜106を厚
さ10nm程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレ
ジストパターン107を形成する。ストライプパターン
の方向は結晶方位に対しては任意の方向でよい。パター
ンのラインアンドスペースはそれぞれ100nmとして
いる。
(A): GaAs on GaAs substrate 101
Buffer layer 102, Al0.3Ga0.7As barrier layer 103,
The GaAs quantum well layer 104 and the Al0.3Ga0.7As barrier layer 105 are continuously crystal-grown. The thickness of the GaAs buffer layer 102 is 1 μm, and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 10
3 has a thickness of 100 nm, the GaAs quantum well layer 104 has a thickness of 10 nm, and the Al0.3Ga0.7As barrier layer 105 has a thickness of about 30 nm. Next, a silicon oxide film 106 is deposited to a thickness of about 10 nm, and a resist pattern 107 is formed by electron beam lithography. The direction of the stripe pattern may be any direction with respect to the crystal orientation. Each line and space of the pattern is 100 nm.

【0021】(b):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜106をエッチングし、レジストパターン107
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(B): etching the silicon oxide film 106 with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 107
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0022】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてA
l0.3Ga0.7As障壁層105、GaAs量子井戸層1
04をエッチングする。およそ150nmのエッチング
深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方向に進行
し、横方向へのエッチングはほとんど進行しない。
(C): A reactive ion beam etching is used for etching with a directional particle beam.
10.3 Ga0.7 As barrier layer 105, GaAs quantum well layer 1
04 is etched. An etching depth of about 150 nm is obtained, but the etching proceeds almost vertically, and the etching in the lateral direction hardly progresses.

【0023】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にAl0.3Ga0.7As障壁層103
をエッチングするとともに、横方向にもエッチングは進
行し(アンダーカット)、第一のエッチング工程で細線
化されたAl0.3Ga0.7As障壁層105、GaAs量
子井戸層104の線幅をより狭くする。エッチングマス
クであるシリコン酸化膜106とAl0.3Ga0.7As障
壁層105との密着性により横方向のエッチング速度は
変化するが、縦方向と横方向のエッチング速度はおよそ
2:1となる。GaAs量子細線108が形成される。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. Al0.3Ga0.7As barrier layer 103 in the depth direction
And the etching proceeds in the lateral direction (undercut), and the line width of the Al0.3Ga0.7As barrier layer 105 and the GaAs quantum well layer 104 thinned in the first etching step is further reduced. The etching rate in the horizontal direction changes depending on the adhesion between the silicon oxide film 106 serving as an etching mask and the Al0.3Ga0.7As barrier layer 105, but the etching rate in the vertical direction and the horizontal direction is about 2: 1. A GaAs quantum wire 108 is formed.

【0024】(e):シリコン酸化膜を弗酸系エッチャ
ントでエッチングし、全体を分子ビームエピタクシー法
を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層109で結晶
成長する。このとき成長させる厚さは200nmであ
る。埋め込まれた構造のGaAs量子細線108が形成
される。
(E): The silicon oxide film is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is crystal-grown in the Al0.3Ga0.7As buried layer 109 by using a molecular beam epitaxy method. At this time, the thickness to be grown is 200 nm. A GaAs quantum wire 108 having an embedded structure is formed.

【0025】このプロセスのように、ほぼ垂直方向のエ
ッチングで量子井戸層をパターニングしたのち(工程
C)、横方向のエッチングで量子井戸層の幅を小さくし
ているので(工程d)、従来例に示される、「縦方向と
横方向のエッチング速度で決定されるある決まったアス
ペクト比を持った断面形状しか形成出来ず、縦方向のエ
ッチング深さを十分に稼ぐことが困難である」という問
題を克服できる。特に、多重量子井戸のように単一量子
井戸に比べて全体の厚さがあり、エッチング深さを要求
される場合、この2段階のエッチング方法により、断面
形状の制御性に優れた量子細線を形成することができ
る。
As in this process, after the quantum well layer is patterned by substantially vertical etching (step C), the width of the quantum well layer is reduced by lateral etching (step d). Problem that "only a cross-sectional shape with a certain aspect ratio determined by the vertical and horizontal etching rates can be formed, and it is difficult to achieve sufficient vertical etching depth" Can be overcome. In particular, when the overall thickness is greater than that of a single quantum well, such as a multiple quantum well, and an etching depth is required, a quantum wire having excellent controllability of the cross-sectional shape can be formed by this two-stage etching method. Can be formed.

【0026】なお、実施例においては、量子井戸層を1
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the quantum well layer has one
Although a single quantum well structure having only layers is used, a multiple quantum well structure having multiple quantum well layers may be used. In addition, by forming the mask pattern in a lattice shape, it goes without saying that not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0027】(実施例2)図2は本発明の第2の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図2において、201はG
aAs基板、202はGaAsバッファ層、203はA
l0.3Ga0.7As障壁層、204はGaAs量子井戸
層、205はAl0.3Ga0.7As障壁層、206はGa
0.5In0.5Pエッチングストップ層、207はGaAs
スペーサ層、208はエッチングマスクとなるシリコン
酸化膜、209はシリコン酸化膜へパターンを転写する
ため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパタ
ーンである。
(Embodiment 2) FIG. 2 shows a process chart of a method for manufacturing a quantum wire structure of a compound semiconductor according to a second embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a quantum wire in a single quantum well structure will be described. In FIG. 2, 201 is G
aAs substrate, 202 is a GaAs buffer layer, 203 is A
10.3Ga0.7As barrier layer, 204 is a GaAs quantum well layer, 205 is an Al0.3Ga0.7As barrier layer, 206 is Ga
0.5In0.5P etching stop layer, 207 is GaAs
A spacer layer, 208 is a silicon oxide film serving as an etching mask, and 209 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon oxide film.

【0028】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図(a)から(g)に従って説明する。
In the steps of the method for forming a fine structure according to this embodiment configured as described above, the formation method will be described below with reference to process diagrams (a) to (g).

【0029】(a):GaAs基板201上にGaAs
バッファ層202、Al0.3Ga0.7As障壁層203、
GaAs量子井戸層204、Al0.3Ga0.7As障壁層
205、GaInPエッチングストップ層206、Ga
Asスペーサ層207を連続的に結晶成長させる。Ga
Asバッファ層202の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7
As障壁層203の厚さは100nm、GaAs量子井
戸層204の厚さは10nm、Al0.3Ga0.7As障壁
層205の厚さは30nm、Ga0.5In0.5Pエッチン
グストップ層206の厚さは5nm、GaAsスペーサ
層207の厚さは100nm程度である。次にシリコン
酸化膜208を厚さ10nm程度堆積し、電子ビームリ
ソグラフィーでレジストパターン209を形成する。ス
トライプパターンの方向は結晶方位に対しては任意の方
向でよい。パターンのラインアンドスペースはそれぞれ
100nmとしている。
(A): GaAs on GaAs substrate 201
Buffer layer 202, Al0.3Ga0.7As barrier layer 203,
GaAs quantum well layer 204, Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 205, GaInP etching stop layer 206, Ga
The As spacer layer 207 is continuously grown. Ga
The thickness of the As buffer layer 202 is 1 μm, and Al 0.3 Ga 0.7
The thickness of the As barrier layer 203 is 100 nm, the thickness of the GaAs quantum well layer 204 is 10 nm, the thickness of the Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 205 is 30 nm, the thickness of the Ga0.5 In0.5 P etching stop layer 206 is 5 nm, The thickness of the GaAs spacer layer 207 is about 100 nm. Next, a silicon oxide film 208 is deposited to a thickness of about 10 nm, and a resist pattern 209 is formed by electron beam lithography. The direction of the stripe pattern may be any direction with respect to the crystal orientation. Each line and space of the pattern is 100 nm.

【0030】(b):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜208をエッチングし、レジストパターン209
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(B): The silicon oxide film 208 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 209.
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0031】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてG
aAsスペーサ層207をエッチングする。およそ10
0nmのエッチング深さが得られるが、エッチングはほ
ぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど
進行しない。
(C): As the etching by the directional particle beam, reactive ion beam etching is used to obtain G
The aAs spacer layer 207 is etched. About 10
Although an etching depth of 0 nm is obtained, the etching proceeds almost vertically and the etching in the lateral direction hardly progresses.

【0032】(d):シリコン酸化膜208を弗酸系エ
ッチャントで除去する。 (e):エッチング溝側壁も含めた露出している表面全
体に厚さ20nmの窒化シリコン210の薄膜層を形成
しする。
(D): The silicon oxide film 208 is removed with a hydrofluoric acid-based etchant. (E): A thin film layer of silicon nitride 210 having a thickness of 20 nm is formed on the entire exposed surface including the etching groove side wall.

【0033】(f):溝側壁部以外の薄膜層、すなわち
溝底部と上端部を異方性エッチングを用いて除去し、シ
リコン窒化膜マスク211を形成する。
(F): The silicon nitride film mask 211 is formed by removing the thin film layer other than the groove side wall, that is, the bottom and upper ends of the groove by using anisotropic etching.

【0034】(g):GaAsのスペーサ層207を硫
酸系のエッチャントで除去し、始めに形成されたレジス
トパターンの2倍の周期をもつ窒化シリコンからなるエ
ッチングマスクパターン211が形成される。引き続
き、エッチングを行い、下層部にある量子井戸層を加工
し、量子細線を形成する。
(G): The GaAs spacer layer 207 is removed with a sulfuric acid-based etchant to form an etching mask pattern 211 made of silicon nitride having a period twice as long as the initially formed resist pattern. Subsequently, etching is performed to process the lower quantum well layer to form a quantum wire.

【0035】この量子細線の形成方法には、方向性をも
つ粒子線によるエッチングとして、反応性イオンビーム
エッチングを用いる。このエッチングにより、量子井戸
層をエッチングして量子細線とする。このエッチングは
ほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとん
ど進行しないので、ほぼマスク通りの量子細線が形成で
きる。
In this method of forming a quantum wire, reactive ion beam etching is used as etching with a directional particle beam. By this etching, the quantum well layer is etched into quantum wires. This etching proceeds substantially in the vertical direction, and the etching in the horizontal direction hardly progresses, so that a quantum fine wire almost as a mask can be formed.

【0036】このプロセスの構成においては、従来例に
示される、始めのマスクパターンのピッチで細線密度は
決定され、そのパターニングのピッチ以上の細線の高密
度化を図ることが出来ないという課題を克服することが
できる。
In the structure of this process, the fine line density determined by the pitch of the initial mask pattern, which is shown in the conventional example, overcomes the problem that it is impossible to increase the fine line density beyond the patterning pitch. can do.

【0037】なお、実施例においては、量子井戸層を1
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the quantum well layer is formed by
Although a single quantum well structure having only layers is used, a multiple quantum well structure having multiple quantum well layers may be used. In addition, by forming the mask pattern in a lattice shape, it goes without saying that not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0038】(実施例3)図3は本発明の第3の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図3において、301はG
aAs基板、302はGaAsバッファ層、303はA
l0.3Ga0.7As障壁層、304はGaAs量子井戸
層、305はAl0.3Ga0.7As障壁層、306はGa
0.5In0.5Pエッチングストップ層、307はGaAs
スペーサ層、308はエッチングマスクとなるシリコン
酸化膜、309はシリコン酸化膜へパターンを転写する
ため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパタ
ーンである。
(Embodiment 3) FIG. 3 shows a process chart of a method for manufacturing a quantum wire structure of a compound semiconductor according to a third embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a quantum wire in a single quantum well structure will be described. In FIG. 3, 301 is G
aAs substrate, 302 is a GaAs buffer layer, 303 is A
10.3Ga0.7As barrier layer, 304 is a GaAs quantum well layer, 305 is an Al0.3Ga0.7As barrier layer, 306 is Ga
0.5In0.5P etching stop layer, 307 is GaAs
A spacer layer, 308 is a silicon oxide film serving as an etching mask, and 309 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon oxide film.

【0039】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図(a)から(g)に従って説明する。
In the steps of the method for forming a fine structure according to the present embodiment having the above-described structure, the method for forming the fine structure will be described below with reference to process diagrams (a) to (g).

【0040】(a):GaAs基板301上にGaAs
バッファ層302、Al0.3Ga0.7As障壁層303、
GaAs量子井戸層304、Al0.3Ga0.7As障壁層
305、GaInPエッチングストップ層306、Ga
Asスペーサ層307を連続的に結晶成長させる。Ga
Asバッファ層302の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7
As障壁層303の厚さは100nm、GaAs量子井
戸層304の厚さは10nm、Al0.3Ga0.7As障壁
層305の厚さは30nm、Ga0.5In0.5Pエッチン
グストップ層306の厚さは5nm、GaAsスペーサ
層307の厚さは150nm程度である。次にシリコン
酸化膜308を厚さ10nm程度堆積し、電子ビームリ
ソグラフィーでレジストパターン309を形成する。ス
トライプパターンの方向は結晶方位に対しては任意の方
向でよい。パターンのラインアンドスペースはそれぞれ
100nmとしている。
(A): GaAs on GaAs substrate 301
Buffer layer 302, Al0.3Ga0.7As barrier layer 303,
GaAs quantum well layer 304, Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 305, GaInP etching stop layer 306, Ga
The As spacer layer 307 is continuously grown. Ga
The thickness of the As buffer layer 302 is 1 μm, Al 0.3 Ga 0.7
The thickness of the As barrier layer 303 is 100 nm, the thickness of the GaAs quantum well layer 304 is 10 nm, the thickness of the Al0.3Ga0.7As barrier layer 305 is 30 nm, the thickness of the Ga0.5In0.5P etching stop layer 306 is 5 nm, The thickness of the GaAs spacer layer 307 is about 150 nm. Next, a silicon oxide film 308 is deposited to a thickness of about 10 nm, and a resist pattern 309 is formed by electron beam lithography. The direction of the stripe pattern may be any direction with respect to the crystal orientation. Each line and space of the pattern is 100 nm.

【0041】(b):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜308をエッチングし、レジストパターン309
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(B): The silicon oxide film 308 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 309.
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0042】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてG
aAsスペーサ層307を50nm程度エッチングす
る。エッチングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエ
ッチングはほとんど進行しない。
(C): As the etching by the directional particle beam, reactive ion beam etching is used to obtain G
The aAs spacer layer 307 is etched by about 50 nm. The etching proceeds substantially in the vertical direction, and the etching in the horizontal direction hardly proceeds.

【0043】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にGaAsスペーサ層307をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
(アンダーカット)、エッチングマスクであるシリコン
酸化膜308とGaAsスペーサ層307との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ2:1となる。なお、こ
のエッチャントでは深さ方向のエッチングがGa0.5I
n0.5Pエッチングストップ層306で停止する。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. While etching the GaAs spacer layer 307 in the depth direction, the etching also proceeds in the horizontal direction (undercut), and the etching rate in the horizontal direction is reduced by the adhesion between the silicon oxide film 308 serving as an etching mask and the GaAs spacer layer 307. Although varying, the vertical and horizontal etch rates are approximately 2: 1. In this etchant, the etching in the depth direction was Ga0.5I.
Stop at the n0.5P etching stop layer 306.

【0044】(e):エッチング溝側壁も含めた露出し
ている結晶表面全体をポリイミド310で埋め込む。こ
の時厚さははじめのGaAsスペーサ層の厚さ150n
m程度である。
(E): The entire exposed crystal surface including the etching groove side wall is buried with polyimide 310. At this time, the thickness of the first GaAs spacer layer is 150 n.
m.

【0045】(f):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてポ
リイミド310を50nm程度エッチングする。エッチ
ングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングは
ほとんど進行しない。
(F): As the etching with the directional particle beam, the polyimide 310 is etched by about 50 nm using reactive ion beam etching. The etching proceeds substantially in the vertical direction, and the etching in the horizontal direction hardly proceeds.

【0046】(g):シリコン酸化膜308を弗酸系の
エッチャントで除去後、GaAsのスペーサ層を硫酸系
のエッチャントで除去する。ポリイミドからなるエッチ
ングマスクが形成される。このマスクは始めに形成され
たレジストパターンの2倍の周期をもつ。引き続き、エ
ッチングを行い、下層部にある量子井戸層を加工し、量
子細線を形成する。
(G): After removing the silicon oxide film 308 with a hydrofluoric acid-based etchant, the GaAs spacer layer is removed with a sulfuric acid-based etchant. An etching mask made of polyimide is formed. This mask has twice the period of the resist pattern formed first. Subsequently, etching is performed to process the lower quantum well layer to form a quantum wire.

【0047】この量子細線の形成方法には、方向性をも
つ粒子線によるエッチングとして、反応性イオンビーム
エッチングを用いる。このエッチングにより、量子井戸
層をエッチングして量子細線とする。このエッチングは
ほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとん
ど進行しないので、ほぼマスク通りの量子細線が形成で
きる。
In this method of forming a quantum wire, reactive ion beam etching is used as etching with a directional particle beam. By this etching, the quantum well layer is etched into quantum wires. This etching proceeds substantially in the vertical direction, and the etching in the horizontal direction hardly progresses, so that a quantum fine wire almost as a mask can be formed.

【0048】このプロセスの構成においては、始めのマ
スクパターンの2倍の密度のエッチングマスクパターン
が作製できる。従来例に示される、始めのマスクパター
ンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニングの
ピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ないとい
う課題を克服することができる。
In this process configuration, an etching mask pattern having a density twice as high as the initial mask pattern can be produced. The fine line density determined by the pitch of the initial mask pattern, which is shown in the conventional example, can overcome the problem that it is impossible to increase the density of the fine lines beyond the patterning pitch.

【0049】なお、実施例においては、量子井戸層を1
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, the quantum well layer has one
Although a single quantum well structure having only layers is used, a multiple quantum well structure having multiple quantum well layers may be used. In addition, by forming the mask pattern in a lattice shape, it goes without saying that not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0050】(実施例4)図4は本発明の第4の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図4において、401はG
aAs基板、402はGaAsバッファ層、403はA
l0.3Ga0.7As障壁層、404はGaAs量子井戸
層、405はAl0.3Ga0.7As障壁層、406はGa
Asスペーサ層、407はエッチングマスクとなるシリ
コン窒化膜、408はシリコン窒化膜へパターンを転写
するため電子ビームリソグラフィーで形成したレジスト
パターンである。
(Embodiment 4) FIG. 4 shows a process chart of a method for manufacturing a compound semiconductor quantum wire structure according to a fourth embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a quantum wire in a single quantum well structure will be described. In FIG. 4, 401 is G
aAs substrate, 402 is a GaAs buffer layer, 403 is A
10.3Ga0.7As barrier layer, 404 is a GaAs quantum well layer, 405 is an Al0.3Ga0.7As barrier layer, 406 is Ga
An As spacer layer, 407 is a silicon nitride film serving as an etching mask, and 408 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon nitride film.

【0051】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図(a)から(h)に従って説明する。
In the steps of the method for forming a fine structure according to the present embodiment having the above-described structure, the method for forming the fine structure will be described below with reference to process diagrams (a) to (h).

【0052】(a):GaAs基板401上にGaAs
バッファ層402、Al0.3Ga0.7As障壁層403、
GaAs量子井戸層404、Al0.3Ga0.7As障壁層
405、GaAsスペーサ層406を連続的に結晶成長
させる。GaAsバッファ層402の厚さは1μm、A
l0.3Ga0.7As障壁層403の厚さは100nm、G
aAs量子井戸層404の厚さは10nm、Al0.3G
a0.7As障壁層405の厚さは30nm、GaAsス
ペーサ層406の厚さは150nm程度である。次にシ
リコン窒化膜407を厚さ10nm程度堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン408を形成す
る。ストライプパターンの方向は結晶方位に対しては任
意の方向でよい。パターンのライン幅を100nm、ス
ペースを30nmとしている。
(A): GaAs on GaAs substrate 401
Buffer layer 402, Al0.3Ga0.7As barrier layer 403,
The GaAs quantum well layer 404, the Al0.3Ga0.7As barrier layer 405, and the GaAs spacer layer 406 are continuously grown. The thickness of the GaAs buffer layer 402 is 1 μm,
The thickness of the l0.3Ga0.7As barrier layer 403 is 100 nm,
The thickness of the aAs quantum well layer 404 is 10 nm,
The thickness of the a0.7As barrier layer 405 is 30 nm, and the thickness of the GaAs spacer layer 406 is about 150 nm. Next, a silicon nitride film 407 is deposited to a thickness of about 10 nm, and a resist pattern 408 is formed by electron beam lithography. The direction of the stripe pattern may be any direction with respect to the crystal orientation. The line width of the pattern is 100 nm and the space is 30 nm.

【0053】(b):りん酸系のエッチャントでシリコ
ン窒化膜407をエッチングし、レジストパターン40
8を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去
する。
(B): etching the silicon nitride film 407 with a phosphoric acid-based etchant to form a resist pattern 40
8 is transferred and used as an etching mask. The resist is removed.

【0054】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてG
aAsスペーサ層406をエッチングする。50nmの
エッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方
向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進行しな
い。
(C): As the etching by the directional particle beam, reactive ion beam etching is used to obtain G
The aAs spacer layer 406 is etched. Although an etching depth of 50 nm is obtained, the etching proceeds almost vertically and the etching in the lateral direction hardly progresses.

【0055】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にGaAsスペーサ層406をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
(アンダーカット)、エッチングマスクであるシリコン
窒化膜407とGaAsスペーサ層406との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ2:1となる。細線幅が
30nmとなるようにエッチング時間を制御する。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. While etching the GaAs spacer layer 406 in the depth direction, the etching also proceeds in the lateral direction (undercut), and the lateral etching rate is reduced by the adhesion between the silicon nitride film 407 as an etching mask and the GaAs spacer layer 406. Although varying, the vertical and horizontal etch rates are approximately 2: 1. The etching time is controlled so that the fine line width becomes 30 nm.

【0056】(e):電子ビーム蒸着法や、スパッタリ
ング法などの方向性のある方法により、シリコン酸化膜
を堆積する。シリコン酸化膜409はシリコン窒化膜4
07の上部と、シリコン窒化膜407のひさし部分によ
って覆われていないAl0.3Ga0.7As障壁層405の
上部に堆積される。
(E): A silicon oxide film is deposited by a directional method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method. The silicon oxide film 409 is a silicon nitride film 4
07 and an Al0.3Ga0.7As barrier layer 405 which is not covered by the eaves of the silicon nitride film 407.

【0057】(f):シリコン窒化膜407をりん酸系
エッチャントでエッチングすると、シリコン窒化膜40
7の上部のシリコン酸化膜409は除去され、Al0.3
Ga0.7As障壁層405上部のみエッチングマスクと
し残る。このエッチングマスクの幅ははじめに形成した
レジストパターンのスペースである (g):方向性をもつ粒子線によるエッチングとして、
反応性イオンビームエッチングを用いて上部のGaAs
スペーサ層406がすべてエッチングされるまでエッチ
ングを行う。シリコン酸化膜409とGaAsスペーサ
層406に覆われていない部分のAl0.3Ga0.7As障
壁層405、GaAs量子井戸層404、Al0.3Ga
0.7As障壁層403はエッチングされ、およそ150
nmのエッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ
垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進
行しない。GaAs量子細線410が形成される。
(F): When the silicon nitride film 407 is etched with a phosphoric acid-based etchant,
7 is removed, and the silicon oxide film 409 on the
Only the upper part of the Ga0.7As barrier layer 405 remains as an etching mask. The width of this etching mask is the space of the resist pattern formed first. (G): As etching by directional particle beam,
GaAs top using reactive ion beam etching
Etching is performed until all the spacer layers 406 are etched. Al0.3Ga0.7As barrier layer 405, GaAs quantum well layer 404, and Al0.3Ga which are not covered with silicon oxide film 409 and GaAs spacer layer 406.
The 0.7 As barrier layer 403 is etched to approximately 150
Although an etching depth of nm is obtained, the etching proceeds almost vertically, and the etching in the lateral direction hardly progresses. A GaAs quantum wire 410 is formed.

【0058】(h):シリコン酸化膜409を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層411
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは200nm
である。埋め込まれた構造のGaAs量子細線410が
形成される。
(H): The silicon oxide film 409 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is etched using a molecular beam epitaxy method to form an Al0.3Ga0.7As buried layer 411.
The crystal grows. At this time, the thickness to be grown is 200 nm.
It is. A GaAs quantum wire 410 having an embedded structure is formed.

【0059】このプロセスの構成においては、始めのマ
スクパターンの2倍の密度のエッチングマスクパターン
が作製できる。従来例に示される、始めのマスクパター
ンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニングの
ピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ないとい
う課題を克服することができる。
In the structure of this process, an etching mask pattern having a density twice as high as that of the first mask pattern can be produced. The fine line density determined by the pitch of the initial mask pattern, which is shown in the conventional example, can overcome the problem that it is impossible to increase the density of the fine lines beyond the patterning pitch.

【0060】なお、実施例においては、量子井戸層を1
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, one quantum well layer is used.
Although a single quantum well structure having only layers is used, a multiple quantum well structure having multiple quantum well layers may be used. In addition, by forming the mask pattern in a lattice shape, it goes without saying that not only quantum wires but also fine patterns such as quantum boxes can be formed.

【0061】(実施例5)図5は本発明の第5の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。半導体レーザの活性層へ導入する
2種類の線幅をもつ量子細線を作製する工程を示す。図
5において、501はGaAs基板、502はGaAs
バッファ層、503はAl0.3Ga0.7As障壁層、50
4はGaAs量子井戸層、505はAl0.3Ga0.7As
障壁層、506はGaAsスペーサ層、507はエッチ
ングマスクとなるシリコン窒化膜、508はシリコン窒
化膜へパターンを転写するため電子ビームリソグラフィ
ーで形成したレジストパターンである。
(Embodiment 5) FIG. 5 shows a process chart of a method of manufacturing a quantum wire structure of a compound semiconductor according to a fifth embodiment of the present invention. A process for producing a quantum wire having two types of line widths to be introduced into an active layer of a semiconductor laser will be described. In FIG. 5, 501 is a GaAs substrate, 502 is GaAs
A buffer layer 503 is an Al0.3Ga0.7As barrier layer;
4 is a GaAs quantum well layer, 505 is Al0.3Ga0.7As
A barrier layer, 506 is a GaAs spacer layer, 507 is a silicon nitride film serving as an etching mask, and 508 is a resist pattern formed by electron beam lithography to transfer a pattern to the silicon nitride film.

【0062】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図(a)から(h)に従って説明する。
In the steps of the method for forming a fine structure according to this embodiment having the above-described structure, the method for forming the fine structure will be described below with reference to process diagrams (a) to (h).

【0063】(a):GaAs基板501上にGaAs
バッファ層502、Al0.3Ga0.7As障壁層503、
GaAs量子井戸層504、Al0.3Ga0.7As障壁層
505、GaAsスペーサ層506を連続的に結晶成長
させる。GaAsバッファ層502の厚さは1μm、A
l0.3Ga0.7As障壁層503の厚さは100nm、G
aAs量子井戸層504の厚さは10nm、Al0.3G
a0.7As障壁層505の厚さは30nm、GaAsス
ペーサ層506の厚さは150nm程度である。次にシ
リコン窒化膜507を厚さ10nm程度堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン508を形成す
る。ストライプパターンの方向は結晶方位に対しては任
意の方向でよい。パターンのラインアンドスペースはそ
れぞれ100nmとしている。
(A): GaAs on GaAs substrate 501
Buffer layer 502, Al0.3Ga0.7As barrier layer 503,
The GaAs quantum well layer 504, the Al0.3Ga0.7As barrier layer 505, and the GaAs spacer layer 506 are continuously grown. The thickness of the GaAs buffer layer 502 is 1 μm,
The thickness of the l0.3Ga0.7As barrier layer 503 is 100 nm,
The thickness of the aAs quantum well layer 504 is 10 nm,
The thickness of the a0.7As barrier layer 505 is 30 nm, and the thickness of the GaAs spacer layer 506 is about 150 nm. Next, a silicon nitride film 507 is deposited to a thickness of about 10 nm, and a resist pattern 508 is formed by electron beam lithography. The direction of the stripe pattern may be any direction with respect to the crystal orientation. Each line and space of the pattern is 100 nm.

【0064】(b):りん酸系のエッチャントでシリコ
ン窒化膜507をエッチングし、レジストパターン50
8を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去
する。
(B): etching the silicon nitride film 507 with a phosphoric acid-based etchant to form a resist pattern 50
8 is transferred and used as an etching mask. The resist is removed.

【0065】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてG
aAsスペーサ層506をエッチングする。50nmの
エッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方
向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進行しな
い。
(C): As the etching by the directional particle beam, reactive ion beam etching is used to obtain G
The aAs spacer layer 506 is etched. Although an etching depth of 50 nm is obtained, the etching proceeds almost vertically and the etching in the lateral direction hardly progresses.

【0066】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にGaAsスペーサ層506をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
(アンダーカット)、エッチングマスクであるシリコン
窒化膜507とGaAsスペーサ層506との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ2:1となる。細線幅が
10nmとなるようにエッチング時間を制御する。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. While etching the GaAs spacer layer 506 in the depth direction, the etching also proceeds in the horizontal direction (undercut), and the etching rate in the horizontal direction is reduced due to the adhesion between the silicon nitride film 507 as an etching mask and the GaAs spacer layer 506. Although varying, the vertical and horizontal etch rates are approximately 2: 1. The etching time is controlled so that the fine line width becomes 10 nm.

【0067】(e):電子ビーム蒸着法や、スパッタリ
ング法などの方向性のある方法により、シリコン酸化膜
を堆積する。シリコン酸化膜509はシリコン窒化膜5
07の上部と、シリコン窒化膜507のひさし部分によ
って覆われていないAl0.3Ga0.7As障壁層505の
上部に堆積される。
(E): A silicon oxide film is deposited by a directional method such as an electron beam evaporation method or a sputtering method. The silicon oxide film 509 is a silicon nitride film 5
07 and an Al0.3Ga0.7As barrier layer 505 which is not covered by the eaves of the silicon nitride film 507.

【0068】(f):シリコン窒化膜507をりん酸系
エッチャントでエッチングすると、シリコン窒化膜50
7の上部のシリコン酸化膜509は除去され、Al0.3
Ga0.7As障壁層505上部のみエッチングマスクと
し残る。このエッチングマスクの幅ははじめに形成した
レジストパターンのスペースである100nmとなって
いる。
(F): When the silicon nitride film 507 is etched with a phosphoric acid-based etchant,
7 is removed, and the silicon oxide film 509 on the
Only the upper part of the Ga0.7As barrier layer 505 remains as an etching mask. The width of this etching mask is 100 nm, which is the space of the resist pattern formed first.

【0069】(g):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いて上
部のGaAsスペーサ層506がすべてエッチングされ
るまでエッチングを行う。シリコン酸化膜509とGa
Asスペーサ層506に覆われていない部分のAl0.3
Ga0.7As障壁層505、GaAs量子井戸層50
4、Al0.3Ga0.7As障壁層503はエッチングさ
れ、およそ150nmのエッチング深さが得られるが、
エッチングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチ
ングはほとんど進行しない。線幅がそれぞれ30nm、
100nmの異なるGaAs量子細線510、511が
形成される。
(G): As the etching with the directional particle beam, the etching is performed by using the reactive ion beam etching until the upper GaAs spacer layer 506 is entirely etched. Silicon oxide film 509 and Ga
Al0.3 not covered by As spacer layer 506
Ga0.7As barrier layer 505, GaAs quantum well layer 50
4. The Al0.3Ga0.7As barrier layer 503 is etched to obtain an etching depth of about 150 nm,
The etching proceeds substantially in the vertical direction, and the etching in the horizontal direction hardly proceeds. The line width is 30 nm each,
100 nm different GaAs quantum wires 510 and 511 are formed.

【0070】(h):シリコン酸化膜509を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層512
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは200nm
である。埋め込まれた構造のGaAs量子細線510、
511形成される。
(H): The silicon oxide film 509 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is etched using molecular beam epitaxy to form an Al0.3Ga0.7As buried layer 512.
The crystal grows. At this time, the thickness to be grown is 200 nm.
It is. Embedded-structure GaAs quantum wires 510;
511 are formed.

【0071】このプロセスの構成においては、細線幅の
異なる量子細線構造を活性層に持つ半導体レーザが作製
でき、その細線幅で決定される発振波長、すなわち2つ
の異なる発振波長をもつ半導体レーザが形成できる。な
おかつ、それぞれの細線密度は始めのマスクパターン密
度で作製できている。
According to the structure of this process, a semiconductor laser having a quantum wire structure having a different thin line width in the active layer can be manufactured, and an oscillation wavelength determined by the thin line width, that is, a semiconductor laser having two different oscillation wavelengths can be formed. it can. In addition, each fine line density can be manufactured with the initial mask pattern density.

【0072】(実施例6)図7は本発明の第6の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。
(Embodiment 6) FIG. 7 shows a process chart of a method of manufacturing a quantum wire structure of a compound semiconductor according to a sixth embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a multiple quantum wire from a multiple quantum well structure will be described.

【0073】以下、形成方法を工程図(a)から(e)
に従って説明する。 (a):GaAs基板701上にGaAsバッファ層7
02、Al0.3Ga0.7As障壁層703、Al0.3Ga
0.7As/GaAs多重量子井戸層704、Al 0.3Ga
0.7As障壁層705を連続的に結晶成長させる。Ga
Asバッファ層702の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7
As障壁層703の厚さは100nm、Al0.3Ga0.7
As/GaAs多重量子井戸層704の厚さは75n
m、Al0.3Ga0.7As障壁層705の厚さは30nm
程度である。次にシリコン酸化膜706を厚さ10nm
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン707を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ100nmとしている。
Hereinafter, the forming method will be described with reference to process diagrams (a) to (e).
It will be described according to. (A): GaAs buffer layer 7 on GaAs substrate 701
02, Al0.3Ga0.7As barrier layer 703, Al0.3Ga
0.7As / GaAs multiple quantum well layer 704, Al 0.3Ga
0.7The As barrier layer 705 is continuously grown. Ga
The thickness of the As buffer layer 702 is 1 μm,0.3Ga0.7
The thickness of the As barrier layer 703 is 100 nm,0.3Ga0.7
The thickness of the As / GaAs multiple quantum well layer 704 is 75 n.
m, Al0.3Ga0.7The thickness of the As barrier layer 705 is 30 nm.
It is about. Next, a silicon oxide film 706 is formed to a thickness of 10 nm.
Deposited to a degree and resist patterning by electron beam lithography.
707 is formed. The direction of the stripe pattern is
The crystal orientation may be any direction. Pattern lines
And space is 100 nm each.

【0074】(b):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜706をエッチングし、レジストパターン707
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(B): The silicon oxide film 706 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 707.
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0075】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてA
0.3Ga0.7As障壁層705、Al0.3Ga0.7As/
GaAs多重量子井戸層704、Al0.3Ga0.7As障
壁層703を連続的にエッチングする。およそ200n
mのエッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂
直方向に進行しするような条件を使用し、横方向へのエ
ッチングはほとんど進行しない。
(C): A reactive ion beam etching is used for etching with a directional particle beam.
l 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 705, Al 0.3 Ga 0.7 As /
The GaAs multiple quantum well layer 704 and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 703 are continuously etched. About 200n
Although an etching depth of m is obtained, the etching is performed under such a condition that the etching proceeds almost vertically, and the etching in the horizontal direction hardly proceeds.

【0076】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にAl0.3Ga0.7As障壁層70
3、GaAsバッファ層をエッチングするとともに、横
方向にもエッチングは進行し(アンダーカット)、第一
のエッチング工程で細線化されたAl0.3Ga0.7As障
壁層705、Al0.3Ga0.7As/GaAs多重量子井
戸層704の線幅をより狭くする。エッチングマスクで
あるシリコン酸化膜706とAl0.3Ga0.7As障壁層
705との密着性により横方向のエッチング速度は変化
するが、縦方向と横方向のエッチング速度はおよそ2:
1程度となる。GaAs多重量子細線708が形成され
る。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 70 in the depth direction
3. While etching the GaAs buffer layer, the etching also progresses in the lateral direction (undercut), and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 705 and the Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs multiplex thinned in the first etching step. The line width of the quantum well layer 704 is further reduced. Although the etching rate in the horizontal direction changes due to the adhesion between the silicon oxide film 706 serving as an etching mask and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 705, the etching rates in the vertical and horizontal directions are about 2:
It will be about 1. A GaAs multiple quantum wire 708 is formed.

【0077】(e):シリコン酸化膜を弗酸系エッチャ
ントでエッチングし、全体を分子ビームエピタクシー法
を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層709で結晶
成長する。このとき成長させる厚さは300nm程度で
ある。埋め込まれた構造のGaAs多重量子細線708
が形成される。
(E): The silicon oxide film is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is crystal-grown on the Al 0.3 Ga 0.7 As buried layer 709 by molecular beam epitaxy. At this time, the thickness to be grown is about 300 nm. GaAs multiple quantum wire 708 with embedded structure
Is formed.

【0078】このように、ほぼ垂直方向のエッチングに
より多重量子井戸層、障壁層を同時にエッチングして同
じ幅とした後、横方向のエッチングで細線構造としてい
るため、同じにすることができる。
As described above, since the multiple quantum well layer and the barrier layer are simultaneously etched to have the same width by the substantially vertical etching, and the thin line structure is obtained by the horizontal etching, the same can be achieved.

【0079】またここでは、多重量子細線層が基板に対
してほぼ垂直となっているが、この断面が斜めになって
(断面が平行四辺形)いても、最上層と最下層の幅が同
じである多重量子細線構造でもよい。
Although the multiple quantum wire layer is substantially perpendicular to the substrate here, even if the cross section is oblique (the cross section is a parallelogram), the widths of the uppermost layer and the lowermost layer are the same. May be a multiple quantum wire structure.

【0080】これにより、従来例に示される、「縦方向
と横方向のエッチング速度で決定されるある決まったア
スペクト比を持った断面形状しか形成出来ず、縦方向の
エッチング深さを十分に稼ぐことが困難である」という
問題を克服できる。特に、多重量子井戸のように単一量
子井戸に比べて全体の厚さがあり、エッチング深さを要
求される場合、この2段階のエッチング方法により、断
面形状、特に縦方向の線幅の均一性に優れた量子細線を
形成することができる。
As a result, as shown in the conventional example, "only a cross-sectional shape having a certain aspect ratio determined by the etching rate in the vertical direction and the horizontal direction can be formed, and the etching depth in the vertical direction can be sufficiently obtained. Is difficult. " In particular, when the overall thickness is greater than that of a single quantum well, such as a multiple quantum well, and an etching depth is required, the two-step etching method can provide a uniform cross-sectional shape, in particular, a uniform vertical line width. It is possible to form a quantum wire having excellent properties.

【0081】なお、実施例においては、量子細線の作製
としているが、マスクパターンを格子状に形成すること
により、量子細線だけでなく、量子箱のような微細パタ
ーンの形成も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, quantum wires are manufactured. However, by forming a mask pattern in a lattice pattern, it is possible to form not only quantum wires but also a fine pattern such as a quantum box. Needless to say.

【0082】(実施例7)図8は本発明の第7の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。
(Embodiment 7) FIG. 8 is a flow chart showing a method of manufacturing a compound semiconductor quantum wire structure according to a seventh embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a multiple quantum wire from a multiple quantum well structure will be described.

【0083】以下、その形成方法を工程図(a)から
(e)に従って説明する。 (a):GaAs基板801上にGaAsバッファ層8
02、Al0.3Ga0.7As障壁層803、Al0.3Ga
0.7As/GaAs多重量子井戸層804、Al 0.3Ga
0.7As障壁層805を連続的に結晶成長させる。Ga
Asバッファ層802の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7
As障壁層803の厚さは100nm、Al0.3Ga0.7
As/GaAs多重量子井戸層804の厚さは75n
m、Al0.3Ga0.7As障壁層805の厚さは30nm
程度である。次にシリコン酸化膜806を厚さ10nm
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン807を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ100nmとしている。
Hereinafter, the formation method will be described with reference to the process diagram (a).
A description will be given according to (e). (A): GaAs buffer layer 8 on GaAs substrate 801
02, Al0.3Ga0.7As barrier layer 803, Al0.3Ga
0.7As / GaAs multiple quantum well layer 804, Al 0.3Ga
0.7The As barrier layer 805 is continuously grown. Ga
The thickness of the As buffer layer 802 is 1 μm,0.3Ga0.7
The thickness of the As barrier layer 803 is 100 nm,0.3Ga0.7
The thickness of the As / GaAs multiple quantum well layer 804 is 75 n
m, Al0.3Ga0.7The thickness of the As barrier layer 805 is 30 nm.
It is about. Next, a silicon oxide film 806 is formed to a thickness of 10 nm.
Deposited to a degree and resist patterning by electron beam lithography.
807 is formed. The direction of the stripe pattern is
The crystal orientation may be any direction. Pattern lines
And space is 100 nm each.

【0084】(b):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜806をエッチングし、レジストパターン807
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(B): The silicon oxide film 806 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 807
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0085】(c):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてA
0.3Ga0.7As障壁層805、Al0.3Ga0.7As/
GaAs多重量子井戸層804を連続的にエッチングす
る。ここでは、Al0.3Ga0 .7As/GaAs多重量子
井戸層804まででエッチングを停止させる。エッチン
グ時間の制御によってエッチング深さは制御でき、10
5nmのエッチング深さが得られるが、エッチングはほ
ぼ垂直方向に進行しするような条件を使用し、横方向へ
のエッチングはほとんど進行しない。ここで、Al0.3
Ga0.7As/GaAs多重量子井戸層804まででエ
ッチングを停止させるのは、まず、エッチング後の線幅
を均一化するとともに、下層のAl0.3Ga0.7As障壁
層803へのダメージを極力低減するためである。
(C): A reactive ion beam etching is used as the etching with the directional particle beam.
l 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 805, Al 0.3 Ga 0.7 As /
The GaAs multiple quantum well layer 804 is continuously etched. Here, the etching is stopped until Al 0.3 Ga 0 .7 As / GaAs multiple quantum well layer 804. The etching depth can be controlled by controlling the etching time.
Although an etching depth of 5 nm is obtained, the etching is performed under such a condition that the etching proceeds almost vertically, and the etching in the horizontal direction hardly proceeds. Where Al 0.3
The etching is stopped up to the Ga 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 804 in order to make the line width after the etching uniform and to minimize the damage to the underlying Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 803. It is.

【0086】(d):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=1:1:20を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にAl0.3Ga0.7As障壁層803
をエッチングするとともに、横方向にもエッチングは進
行し(アンダーカット)、第一のエッチング工程で細線
化されたAl0.3Ga0.7As障壁層805、Al0.3
0.7As/GaAs多重量子井戸層804の線幅をよ
り狭くする。エッチングマスクであるシリコン酸化膜8
06とAl0.3Ga0.7As障壁層805との密着性によ
り横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横方
向のエッチング速度はおよそ2:1程度となる。GaA
s多重量子細線808が形成される。
(D): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 1: 1: 20 as an etchant. Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 803 in the depth direction
And the etching progresses in the lateral direction (undercut), and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 805 and the Al 0.3 G thinned in the first etching step.
The line width of the a 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 804 is further reduced. Silicon oxide film 8 serving as an etching mask
The etching rate in the lateral direction by 06 and adhesion between the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 805 changes, the etch rate in the longitudinal direction and the lateral direction is about 2: is about 1. GaAs
An s multiple quantum wire 808 is formed.

【0087】(e):シリコン酸化膜806を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層809
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは300nm
程度である。埋め込まれた構造のGaAs多重量子細線
808が形成される。
(E): The silicon oxide film 806 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is etched by molecular beam epitaxy to form an Al 0.3 Ga 0.7 As buried layer 809.
The crystal grows. The thickness grown at this time is 300 nm
It is about. A GaAs multiple quantum wire 808 having an embedded structure is formed.

【0088】なお、実施例においては、量子細線の作製
としているが、マスクパターンを格子状に形成すること
により、量子細線だけでなく、量子箱のような微細パタ
ーンの形成も可能となることは言うまでもない。
In the embodiment, quantum wires are manufactured. However, by forming a mask pattern in a lattice pattern, it is possible to form not only quantum wires but also a fine pattern such as a quantum box. Needless to say.

【0089】(実施例8)図9は本発明の第8の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。
(Embodiment 8) FIG. 9 shows a process chart of a method for manufacturing a compound semiconductor quantum wire structure according to an eighth embodiment of the present invention. Here, a process of manufacturing a multiple quantum wire from a multiple quantum well structure will be described.

【0090】以下、その形成方法を工程図(a)から
(f)に従って説明する。 (a):GaAs基板901上にGaAsバッファ層9
02、Al0.3Ga0.7As障壁層903、Al0.3Ga
0.7As/GaAs多重量子井戸層904、Al 0.3Ga
0.7As障壁層905を連続的に結晶成長させる。Ga
Asバッファ層902の厚さは1μm、Al0.3Ga0.7
As障壁層903の厚さは100nm、Al0.3Ga0.7
As/GaAs多重量子井戸層904の厚さは75n
m、Al0.3Ga0.7As障壁層905の厚さは30nm
程度である。次にシリコン酸化膜906を厚さ10nm
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン907を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ100nmとしている。
Hereinafter, the formation method will be described with reference to the process diagram (a).
A description will be given according to (f). (A): GaAs buffer layer 9 on GaAs substrate 901
02, Al0.3Ga0.7As barrier layer 903, Al0.3Ga
0.7As / GaAs multiple quantum well layer 904, Al 0.3Ga
0.7The As barrier layer 905 is continuously grown. Ga
The thickness of the As buffer layer 902 is 1 μm,0.3Ga0.7
The thickness of the As barrier layer 903 is 100 nm,0.3Ga0.7
The thickness of the As / GaAs multiple quantum well layer 904 is 75 n.
m, Al0.3Ga0.7The thickness of the As barrier layer 905 is 30 nm.
It is about. Next, a silicon oxide film 906 is formed to a thickness of 10 nm.
Deposited to a degree and resist patterning by electron beam lithography.
907 is formed. The direction of the stripe pattern is
The crystal orientation may be any direction. Pattern lines
And space is 100 nm each.

【0091】(b):パターンの形成は、図に示す結晶
方位を満たすような方向に行う。すなわち、ウェットエ
ッチング時に逆メサ断面が形成される条件を満たす方向
にマスクパターンを作製する。つまり、基板は(10
0)面、側面は(0 -11)面、断面(レジストパター
ンと垂直な断面)は(0 -1 -1)面である。
(B): The pattern is formed in a direction satisfying the crystal orientation shown in the figure. That is, a mask pattern is formed in a direction that satisfies the condition for forming an inverted mesa cross section during wet etching. That is, the substrate is (10
The (0) plane and the side surface are the (0-11) plane, and the cross section (the cross section perpendicular to the resist pattern) is the (0-1-1-1) plane.

【0092】(c):弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜906をエッチングし、レジストパターン907
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。
(C): The silicon oxide film 906 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant to form a resist pattern 907.
Is transferred to form an etching mask. The resist is removed.

【0093】(d):方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてA
0.3Ga0.7As障壁層905、Al0.3Ga0.7As/
GaAs多重量子井戸層904を連続的にエッチングす
る。ここでは、Al0.3Ga0 .7As/GaAs多重量子
井戸層804まででエッチングを停止させる。エッチン
グ時間の制御によってエッチング深さは制御でき、10
5nmのエッチング深さが得られるが、エッチングは順
メサ方位が出るような条件を使用する。
(D): Reactive ion beam etching is used for etching with directional particle beams.
l 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 905, Al 0.3 Ga 0.7 As /
The GaAs multiple quantum well layer 904 is continuously etched. Here, the etching is stopped until Al 0.3 Ga 0 .7 As / GaAs multiple quantum well layer 804. The etching depth can be controlled by controlling the etching time.
Although an etching depth of 5 nm can be obtained, the etching is performed under such conditions that a forward mesa orientation is obtained.

【0094】(e):エッチャントとして、硫酸:過酸
化水素:水=3:1:1を用いて、ウェットエッチング
を行う。深さ方向にAl0.3Ga0.7As障壁層903を
エッチングするとともに、横方向にもエッチングは進行
し(アンダーカット)、第一のエッチング工程で細線化
されたAl0.3Ga0.7As障壁層905、Al0.3Ga
0.7As/GaAs多重量子井戸層904の線幅をより
狭くする。このとき、逆メサ方位が形成される方向にパ
ターンを形成しているため、第一段階のエッチングで形
成された順メサ形状が逆メサ形状へエッチングの進行と
ともに変化していく。ちょうど断面角度が垂直となった
ところでウェットエッチングを停止させる。ウェットエ
ッチングではエッチングマスクであるシリコン酸化膜9
06とAl0.3Ga0.7As障壁層905との密着性によ
り横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横方
向のエッチング速度はおよそ2:1程度となる。垂直断
面をもつ、すなわち多重量子細線部分で上部と下部の線
幅のそろったGaAs多重量子細線908が形成され
る。
(E): Wet etching is performed using sulfuric acid: hydrogen peroxide: water = 3: 1: 1 as an etchant. In addition to etching the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 903 in the depth direction, the etching also proceeds in the lateral direction (undercut), and the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 905, which has been thinned in the first etching step, 0.3 Ga
The line width of the 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 904 is further reduced. At this time, since the pattern is formed in the direction in which the reverse mesa orientation is formed, the normal mesa shape formed by the first stage etching changes to the reverse mesa shape as the etching progresses. The wet etching is stopped when the sectional angle becomes vertical. In wet etching, a silicon oxide film 9 serving as an etching mask
The etching rate in the lateral direction by 06 and adhesion between the Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 905 changes, the etch rate in the longitudinal direction and the lateral direction is about 2: is about 1. A GaAs multiple quantum wire 908 having a vertical cross section, that is, the upper and lower line widths of the multiple quantum wire portion are formed.

【0095】(f):シリコン酸化膜906を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Al0.3Ga0.7As埋め込み層909
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは300nm
程度である。埋め込まれた構造のGaAs多重量子細線
908が形成される。
(F): The silicon oxide film 906 is etched with a hydrofluoric acid-based etchant, and the whole is etched using an Al 0.3 Ga 0.7 As buried layer 909 by molecular beam epitaxy.
The crystal grows. The thickness grown at this time is 300 nm
It is about. A GaAs multiple quantum wire 908 having an embedded structure is formed.

【0096】なお、実施例においては、第一のエッチン
グ工程で形成される断面の角度が順メサ方向で、逆メサ
方向の断面が形成されるような第二のエッチング工程で
エッチングしているが、もちろん、第一のエッチング工
程で形成される断面の角度が逆メサ方向で、順メサ方向
の断面が形成されるような第二のエッチング工程でエッ
チングすることでも可能なことは言うまでもない。
In the embodiment, the etching is performed in the second etching step in which the cross section formed in the first etching step has a forward mesa direction and a cross section in the reverse mesa direction is formed. Of course, it is needless to say that the etching can be performed in the second etching step in which the cross section formed in the first etching step has a reverse mesa direction and the cross section in the forward mesa direction is formed.

【0097】また、障壁層905の上に形成するシリコ
ン酸化膜906のを他の材料組成としたり、その膜厚を
変化させることにより、この酸化膜906の下にある、
障壁層903,905、量子井戸層905のエッチング
側壁の角度を任意に変化させることができることも実験
的に確かめられている。
The silicon oxide film 906 formed on the barrier layer 905 has another material composition or its thickness is changed so that the silicon oxide film 906 below the oxide film 906 can be formed.
It has been experimentally confirmed that the angles of the etching side walls of the barrier layers 903 and 905 and the quantum well layer 905 can be arbitrarily changed.

【0098】また、量子細線の作製としているが、マス
クパターンを格子状に形成することにより、量子細線だ
けでなく、量子箱のような微細パターンの形成も可能と
なることは言うまでもない。
Although the quantum wires are manufactured, it goes without saying that not only the quantum wires but also a fine pattern such as a quantum box can be formed by forming the mask pattern in a lattice shape.

【0099】[0099]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
化合物半導体の量子細線構造を低損傷で制御性よく、か
つ高密度に形成する方法を提供することができ、その実
用的効果は大きい。
As described above, according to the present invention,
A method for forming a quantum wire structure of a compound semiconductor with low damage, good controllability, and high density can be provided, and the practical effect is large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 1 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 2 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 3 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 4 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 5 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】従来のGaAs系化合物半導体基板上への量子細線
構造の製造方法の工程断面図
FIG. 6 is a process sectional view of a conventional method for manufacturing a quantum wire structure on a GaAs-based compound semiconductor substrate.

【図7】本発明の第6の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 7 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第7の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 8 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第8の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図
FIG. 9 is a process sectional view of a method for manufacturing a quantum wire structure according to an eighth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 GaAs基板 102 GaAsバッファ層 103 Al0.3Ga0.7As障壁層 104 GaAs量子井戸層 105 Al0.3Ga0.7As障壁層 106 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 107 レジストパターン 108 GaAs量子細線 109 Al0.3Ga0.7As埋め込み層 201 GaAs基板 202 GaAsバッファ層 203 Al0.3Ga0.7As障壁層 204 GaAs量子井戸層 205 Al0.3Ga0.7As障壁層 206 Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層 207 GaAsスペーサ層 208 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 209 レジストパターン 210 シリコン窒化膜 211 シリコン窒化膜マスク 301 GaAs基板 302 GaAsバッファ層 303 Al0.3Ga0.7As障壁層 304 GaAs量子井戸層 305 Al0.3Ga0.7As障壁層 306 Ga0.5In0.5Pエッチングストップ層 307 GaAsスペーサ層 308 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 309 レジストパターン 310 ポリイミド 311 ポリイミドマスク 401 GaAs基板 402 GaAsバッファ層 403 Al0.3Ga0.7As障壁層 404 GaAs量子井戸層 405 Al0.3Ga0.7As障壁層 406 GaAsスペーサ層 407 エッチングマスクとなるシリコン窒化膜 408 レジストパターン 409 シリコン酸化膜 410 GaAs量子細線 411 Al0.3Ga0.7As埋め込み層 501 GaAs基板 502 GaAsバッファ層 503 Al0.3Ga0.7As障壁層 504 GaAs量子井戸層 505 Al0.3Ga0.7As障壁層 506 GaAsスペーサ層 507 エッチングマスクとなるシリコン窒化膜 508 レジストパターン 509 シリコン酸化膜 510 GaAs量子細線 511 GaAs量子細線 512 Al0.3Ga0.7As埋め込み層 601 GaAs基板 602 GaAsバッファ層 603 Al0.3Ga0.7As障壁層 604 GaAs量子井戸層 605 Al0.3Ga0.7As障壁層 606 シリコン酸化膜 607 レジストパターン 608 GaAs量子細線 701 GaAs基板 702 GaAsバッファ層 703 Al0.3Ga0.7As障壁層 704 Al0.3Ga0.7As/GaAs多重量子井戸層 705 Al0.3Ga0.7As障壁層 706 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 707 レジストパターン 708 GaA多重s量子細線 709 Al0.3Ga0.7As埋め込み層 801 GaAs基板 802 GaAsバッファ層 803 Al0.3Ga0.7As障壁層 804 Al0.3Ga0.7As/GaAs多重量子井戸層 805 Al0.3Ga0.7As障壁層 806 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 807 レジストパターン 808 GaAs多重量子細線 809 Al0.3Ga0.7As埋め込み層 901 GaAs基板 902 GaAsバッファ層 903 Al0.3Ga0.7As障壁層 904 Al0.3Ga0.7As/GaAs多重量子井戸層 905 Al0.3Ga0.7As障壁層 906 エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 907 レジストパターン 908 GaAs多重量子細線 909 Al0.3Ga0.7As埋め込み層Reference Signs List 101 GaAs substrate 102 GaAs buffer layer 103 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 104 GaAs quantum well layer 105 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 106 Silicon oxide film serving as etching mask 107 Resist pattern 108 GaAs quantum wire 109 embedded with Al0.3 Ga0.7 As Layer 201 GaAs substrate 202 GaAs buffer layer 203 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 204 GaAs quantum well layer 205 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 206 Ga0.5 In0.5 P etching stop layer 207 GaAs spacer layer 208 Silicon oxide film serving as an etching mask 209 Resist pattern 210 Silicon nitride film 211 Silicon nitride film mask 301 GaAs substrate 302 GaAs buffer layer 303 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 304 GaAs quantum well layer 30 Al0.3Ga0.7As barrier layer 306 Ga0.5In0.5P etching stop layer 307 GaAs spacer layer 308 Silicon oxide film serving as an etching mask 309 Resist pattern 310 Polyimide 311 Polyimide mask 401 GaAs substrate 402 GaAs buffer layer 403 Al0.3Ga0.7As barrier Layer 404 GaAs quantum well layer 405 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 406 GaAs spacer layer 407 Silicon nitride film 408 as an etching mask 408 Resist pattern 409 Silicon oxide film 410 GaAs quantum wires 411 Al0.3 Ga0.7 As buried layer 501 GaAs substrate 502 GaAs Buffer layer 503 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 504 GaAs quantum well layer 505 Al0.3 Ga0.7 As barrier layer 506 GaAs spacer layer 507 Etchin Silicon nitride film 508 as a mask Resist pattern 509 Silicon oxide film 510 GaAs quantum wire 511 GaAs quantum wire 512 Al0.3Ga0.7As buried layer 601 GaAs substrate 602 GaAs buffer layer 603 Al0.3Ga0.7As barrier layer 604 GaAs quantum well layer 605 Al0.3Ga0.7As barrier layer 606 a silicon oxide film 607 resist pattern 608 GaAs quantum wire 701 GaAs substrate 702 GaAs buffer layer 703 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 704 Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 705 Al 0.3 Ga 0.7 silicon oxide film serving as as barrier layer 706 an etch mask 707 resist pattern 708 GaA multi s quantum wires 709 Al 0.3 Ga 0.7 as buried layer 801 GaAs substrate 802 G As buffer layer 803 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 804 Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 805 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 806 a silicon oxide film 807 resist pattern 808 GaAs multiple quantum wire 809 Al 0.3 as an etching mask Ga 0.7 As buried layer 901 GaAs substrate 902 GaAs buffer layer 903 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 904 Al 0.3 Ga 0.7 As / GaAs multiple quantum well layer 905 Al 0.3 Ga 0.7 As barrier layer 906 Silicon oxide film used as etching mask 907 Resist pattern 908 GaAs multiple quantum wire 909 Al 0.3 Ga 0.7 As buried layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−124938(JP,A) 電子情報通信学会技術研究報告、CP M92−121〜131(平4−11−19)P.31 −36 APPL.PHYS.LETT.63 (7),(16AUG.1993)P.905− 907 JPN.J.APPL.PHYS.P HYS.PART2,VOL.31,N O.7B(15JULY.1992)P.L 990−L991) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-124938 (JP, A) IEICE Technical Report, CPM 92-121 to 131 (Hei 4-11-19) 31-36 APPL. PHYS. LETT. 63 (7), (16 AUG. 1993) p. 905-907 JPN. J. APPL. PHYS. P HYS. PART2, VOL. 31, NO. 7B (15JULY.1992) P. (L990-L991)

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に細線形状の第1のエッチングマスク
を形成する工程と、 前記第1のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
ッチングする第1のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、 前記化合物半導体構造が、基板側から第1の障壁層、単
一もしくは多重量子井戸層、第2の障壁層を有してお
り、 第1のエッチング工程で、前記単一もしくは多重量子井
戸層までをエッチング除去することを特徴とする量子細
線構造の製造方法。
1. A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask to direct the compound semiconductor structure. A first etching step of etching in a fine line shape with a particle beam having, and an over-etching by wet etching,
A second etching step of reducing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein the compound semiconductor structure is a first barrier layer, a single barrier layer or a multiple barrier layer from the substrate side. A method for manufacturing a quantum wire structure, comprising a quantum well layer and a second barrier layer, wherein up to the single or multiple quantum well layer is removed by etching in a first etching step.
【請求項2】 第2のエッチング工程により、第1の障
壁層を除去しつつ、単一もしくは多重量子井戸層の線幅
を細くすることを特徴とする請求項1に記載の量子細線
構造の製造方法。
2. The quantum wire structure according to claim 1, wherein the line width of the single or multiple quantum well layer is reduced by removing the first barrier layer by the second etching step. Production method.
【請求項3】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に細線形状の第1のエッチングマスク
を形成する工程と、 前記第1のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
ッチングする第1のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、 前記化合物半導体構造上に、連続的に結晶成長させた化
合物半導体層を第1のエッチングマスクとしたことを特
徴とする量子細線構造の製造方法。
3. A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask to direct the compound semiconductor structure. A first etching step of etching in a fine line shape with a particle beam having, and an over-etching by wet etching,
A second etching step of narrowing the line width of the thin line-shaped compound semiconductor structure formed by the first etching; and forming a compound semiconductor layer on which crystal is continuously grown on the compound semiconductor structure. A method for manufacturing a quantum wire structure, wherein the method is used as an etching mask of (1).
【請求項4】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に
化合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層を選択的にエッチングして第1のマ
スクを形成する工程と、 前記第1のマスクの側壁に第2のマスクを形成する工程
と、 前記第1のマスクを除去し、前記第2のマスクをマスク
として、前記化合物半導体構造をエッチングする工程
と、 を備えたことを特徴とする量子細線構造の製造方法。
4. A step of growing a compound semiconductor layer on the compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer continuously with the compound semiconductor structure, and selectively etching the compound semiconductor layer to form a first layer. Forming a second mask on a side wall of the first mask; removing the first mask; and etching the compound semiconductor structure using the second mask as a mask. A method for manufacturing a quantum wire structure, comprising:
【請求項5】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に
化合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層の上に第1のマスクを形成する工程
と、 前記第1のマスクをマスクとして、前記化合物半導体層
の一部をエッチングする工程と、 ウエットエッチングにより、前記化合物半導体層の幅を
小さくする工程と、 前記化合物半導体層を所定の材料で埋め込む工程と、 前記第1のマスクをマスクとして前記所定の材料をエッ
チング除去する工程と、 前記第1のマスクおよび前記化合物半導体層とを除去す
る工程と、 前記所定の材料をマスクとして、前記化合物半導体構造
をエッチングして量子細線を形成する工程と、 を備えたことを特徴とする量子細線構造の製造方法。
5. A step of growing a compound semiconductor layer continuously with the compound semiconductor structure on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer; and forming a first mask on the compound semiconductor layer. Performing a step of etching a part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask; reducing the width of the compound semiconductor layer by wet etching; and forming the compound semiconductor layer into a predetermined material. Embedding, removing the predetermined material by etching using the first mask as a mask, removing the first mask and the compound semiconductor layer, and using the predetermined material as a mask, Forming a quantum wire by etching the compound semiconductor structure. A method for manufacturing a quantum wire structure, comprising:
【請求項6】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に
化合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層の上に第1のマスクを形成する工程
と、 前記第1のマスクをマスクとして、前記化合物半導体層
の一部をエッチングする工程と、 ウエットエッチングにより、前記化合物半導体の幅を小
さくする工程と、 前記第1のマスクをマスクとして、前記化合物半導体構
造上に第2のマスクを形成する工程と、 前記化合物半導体層と前記第2のマスクとをマスクとし
て、前記化合物半導体構造をエッチングして量子細線を
形成する工程と、 を備えたことを特徴とする量子細線構造の製造方法。
6. A step of growing a compound semiconductor layer continuously with the compound semiconductor structure on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and forming a first mask on the compound semiconductor layer. Performing a step of: etching a part of the compound semiconductor layer using the first mask as a mask; reducing the width of the compound semiconductor by wet etching; and using the first mask as a mask. Forming a second mask on the compound semiconductor structure; and forming a quantum wire by etching the compound semiconductor structure using the compound semiconductor layer and the second mask as masks. A method for manufacturing a quantum wire structure, characterized in that:
【請求項7】 第1のマスクの間隔をほぼ同じにして、
異なる幅の量子細線を形成することを特徴とする請求項
6に記載の量子細線構造の製造方法。
7. The distance between the first masks is substantially the same,
7. The method according to claim 6, wherein quantum wires having different widths are formed.
【請求項8】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に細線形状の第1のエッチングマスク
を形成する工程と、 前記第1のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
ッチングする第1のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、 前記化合物半導体構造の上に形成する結晶層の材料組成
と厚さを変化させることにより、第1のエッチング工程
後の前記化合物半導体構造の単一もしくは多重量子井戸
層のエッチング側壁の角度を任意に変化させることを特
徴とする量子細線構造の製造方法。
8. A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask to direct the compound semiconductor structure. A first etching step of etching in a fine line shape with a particle beam having, and an over-etching by wet etching,
A second etching step of reducing a line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein a material composition and a thickness of a crystal layer formed on the compound semiconductor structure are changed. A method of manufacturing a quantum wire structure, wherein the angle of the etching side wall of the single or multiple quantum well layer of the compound semiconductor structure after the first etching step is arbitrarily changed.
【請求項9】 単一もしくは多重量子井戸層を有する化
合物半導体構造上に細線形状の第1のエッチングマスク
を形成する工程と、 前記第1のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
ッチングする第1のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、 第1のエッチング工程で形成される化合物半導体構造の
断面の角度が順メサ方向であり、 逆メサ方向の断面が形成できる第2のエッチング工程で
前記順メサの化合物半導体構造をエッチングすることを
特徴とする量子細線構造の製造方法。
9. A step of forming a thin line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask to direct the compound semiconductor structure. A first etching step of etching in a fine line shape with a particle beam having, and an over-etching by wet etching,
A second etching step for reducing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein the angle of the cross-section of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is a regular mesa. A method of manufacturing a quantum wire structure, wherein the compound semiconductor structure of the normal mesa is etched in a second etching step capable of forming a cross section in the direction opposite to the mesa.
【請求項10】 単一もしくは多重量子井戸層を有する
化合物半導体構造上に細線形状の第1のエッチングマス
クを形成する工程と、 前記第1のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
ッチングする第1のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第1のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第2のエッチング工程
と、を備え、 前記第1のエッチング工程で形成される化合物半導体構
造の断面の角度が逆メサ方向であり、 順メサ方向の断面が形成できる前記第2のエッチング工
程で前記逆メサの化合物半導体構造をエッチングするこ
とを特徴とする量子細線構造の製造方法。
10. A step of forming a thin-line-shaped first etching mask on a compound semiconductor structure having a single or multiple quantum well layer, and using the first etching mask as a mask to direct the compound semiconductor structure. A first etching step of etching in a fine line shape with a particle beam having, and an over-etching by wet etching,
A second etching step of reducing the line width of the thin compound semiconductor structure formed by the first etching, wherein the angle of the cross section of the compound semiconductor structure formed in the first etching step is reversed. A method for manufacturing a quantum wire structure, characterized in that the compound semiconductor structure of the inverse mesa is etched in the second etching step in which a cross section in a mesa direction and a forward mesa direction can be formed.
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