JP2717125B2 - 半導体量子井戸構造の製造方法 - Google Patents
半導体量子井戸構造の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、GaAsを含む積層型基板を超高真空中で加工
して半導体量子井戸を製造する方法に関する。
して半導体量子井戸を製造する方法に関する。
［従来の技術］ III−Ｖ族化合物半導体は半導体レーザを始めとする
種々の光電素子に応用されている。また、分子線エピタ
キシャル（MBE）法に代表される薄層成長技術の発達は
様々な積層方向の微細構造の実現を可能にし、III−Ｖ
族化合物半導体の薄層成長においても成長層の層厚を正
確に制御できるようになった。その結果、エッチング等
の技術と組み合わせることによって、量子井戸レーザの
ように電子の動きの次元を減少させる構造を応用した素
子を作製できるようになった。
種々の光電素子に応用されている。また、分子線エピタ
キシャル（MBE）法に代表される薄層成長技術の発達は
様々な積層方向の微細構造の実現を可能にし、III−Ｖ
族化合物半導体の薄層成長においても成長層の層厚を正
確に制御できるようになった。その結果、エッチング等
の技術と組み合わせることによって、量子井戸レーザの
ように電子の動きの次元を減少させる構造を応用した素
子を作製できるようになった。
最近、AlGaAs/GaAs系半導体などにおいて電子の次元
をより低次元に制限する構造が、より効率の良い発光や
速い電子の移動に有効であることが分かってきた。そこ
で基板面内方向における加工技術を応用し１次元に電子
を閉じ込めた量子細線構造や０次元に電子を閉じ込めた
量子箱構造が盛んに試作されている。
をより低次元に制限する構造が、より効率の良い発光や
速い電子の移動に有効であることが分かってきた。そこ
で基板面内方向における加工技術を応用し１次元に電子
を閉じ込めた量子細線構造や０次元に電子を閉じ込めた
量子箱構造が盛んに試作されている。
第３図に従来の量子細線構造の作製方法の一例を示
す。
す。
まず、第３図（ａ）に示すようにGaAs基板31上に、MB
E法によって下部AlGaAs障壁層32を厚さ1.0μｍ、GaAs井
戸層33を12nm厚、上部AlGaAs障壁層34を0.5μｍ厚、そ
れぞれ連続的に成長させる。このMBE成長されたウェハ
ーの成長層側に通常の電子ビームリソグラフィー技術に
より幅100nmのレジストパターン35を形成する。
E法によって下部AlGaAs障壁層32を厚さ1.0μｍ、GaAs井
戸層33を12nm厚、上部AlGaAs障壁層34を0.5μｍ厚、そ
れぞれ連続的に成長させる。このMBE成長されたウェハ
ーの成長層側に通常の電子ビームリソグラフィー技術に
より幅100nmのレジストパターン35を形成する。
次に、第３図（ｂ）に示すように、このレジストパタ
ーン35をマスクとしてAlGaAs/GaAs層のエッチングを行
う。エッチングは通常のドライエッチングを用い、その
エッチング深さは2.0μｍとする。これにより、幅100nm
のメサが形成される。
ーン35をマスクとしてAlGaAs/GaAs層のエッチングを行
う。エッチングは通常のドライエッチングを用い、その
エッチング深さは2.0μｍとする。これにより、幅100nm
のメサが形成される。
このようにして作製された線状のGaAs井戸層は左右の
大気に曝れた部分から空乏層が内部に拡がっており、実
際に電子が移動可能な幅は約25nmになっている。即ち、
この素子のGaAs中の電子は、厚さ12nm、幅25nmの線状部
分に閉じ込められているわけである。ここで、GaAs中の
励起子に関与する電子波の広がりが約20nmであることを
考慮すれば、電子はメサに添った方向にしか移動できな
い。つまり、この素子は、量子細線構造を形成してい
る。
大気に曝れた部分から空乏層が内部に拡がっており、実
際に電子が移動可能な幅は約25nmになっている。即ち、
この素子のGaAs中の電子は、厚さ12nm、幅25nmの線状部
分に閉じ込められているわけである。ここで、GaAs中の
励起子に関与する電子波の広がりが約20nmであることを
考慮すれば、電子はメサに添った方向にしか移動できな
い。つまり、この素子は、量子細線構造を形成してい
る。
しかし、従来のドライエッチングは、イオンを用いる
プロセスであるために、量子細線となるべき層にイオン
損傷が誘起される。（一般に、イオンを用いたプロセス
は試料に何等かの損傷を与えることが知られている。）
このため、半導体レーザの活性層のようにある程度長寿
命の少数キャリアを利用する層の加工には利用すること
が出来ない。
プロセスであるために、量子細線となるべき層にイオン
損傷が誘起される。（一般に、イオンを用いたプロセス
は試料に何等かの損傷を与えることが知られている。）
このため、半導体レーザの活性層のようにある程度長寿
命の少数キャリアを利用する層の加工には利用すること
が出来ない。
実際の素子作製プロセスでは、エッチングの後マスク
を除去し、AlGaAs/GaAsの再成長を行うことによって量
子細線構造の埋め込みをしなければならない。しかし、
この従来例のようにドライエッチングを用いる方法で
は、マスクを除去するために素子を大気に曝さねばなら
ない。その為、表面に位置するAlGaAs層には非常に安定
な酸化膜が形成され、その表面上への再成長は困難であ
る。また、有機金属気相成長法などを用いて、ある程度
の結晶を成長させることは可能ではあるが、この場合に
も成長界面に多くの欠陥準位が残ることが知られてい
る。
を除去し、AlGaAs/GaAsの再成長を行うことによって量
子細線構造の埋め込みをしなければならない。しかし、
この従来例のようにドライエッチングを用いる方法で
は、マスクを除去するために素子を大気に曝さねばなら
ない。その為、表面に位置するAlGaAs層には非常に安定
な酸化膜が形成され、その表面上への再成長は困難であ
る。また、有機金属気相成長法などを用いて、ある程度
の結晶を成長させることは可能ではあるが、この場合に
も成長界面に多くの欠陥準位が残ることが知られてい
る。
そこで、イオンを用いない方法として、ウェットエッ
チングの技術を駆使して量子箱を作製する方法が、Y.Mi
yamotoらによって提案されている。（Japanese Journal
of Applied Physics.26（４）,L225−L227（1987）参
照）。第４図にその作製工程を示す。
チングの技術を駆使して量子箱を作製する方法が、Y.Mi
yamotoらによって提案されている。（Japanese Journal
of Applied Physics.26（４）,L225−L227（1987）参
照）。第４図にその作製工程を示す。
その工程を簡単に説明する。まず、第４図（Ａ）に示
すように、有機金属気相成長法（OMVPE）を用いてInGaA
sP/InP積層構造ウェハーを作製する。この場合は、表面
にｐ−GaInAsP表面層41、その下部にｐ−InP層42、アン
ドープInP層43、及びGaInAsP QW層44、さらにその下部
にInP活性層45と言った具合に積層されている。
すように、有機金属気相成長法（OMVPE）を用いてInGaA
sP/InP積層構造ウェハーを作製する。この場合は、表面
にｐ−GaInAsP表面層41、その下部にｐ−InP層42、アン
ドープInP層43、及びGaInAsP QW層44、さらにその下部
にInP活性層45と言った具合に積層されている。
次に、ｐ−GaInAsP表面層41に一方向（（001）方向）
に平行なパターンを、リソグラフィー及びHBr:HNO3:H2O
液によるエッチングを用いて形成（第４図（Ｂ）参照）
する。続いて、このｐ−GaInAsP層41をマスクとして、
ｐ−InP層42,アンドープInP層43をHCl液を用いてエッチ
ングする（第４図（Ｃ）参照）。
に平行なパターンを、リソグラフィー及びHBr:HNO3:H2O
液によるエッチングを用いて形成（第４図（Ｂ）参照）
する。続いて、このｐ−GaInAsP層41をマスクとして、
ｐ−InP層42,アンドープInP層43をHCl液を用いてエッチ
ングする（第４図（Ｃ）参照）。
次に前述のパターンと直交する方向（（011）方向）
に、前述したのと同様にして、リソグラフィー及びHBr:
HNO3:H2O液によるエッチングを用いてｐ−GaInAsP表面
層41にパターンを形成した後、HCl液によってInP層42,4
3のエッチングを行う（第４図（Ｄ）参照）。
に、前述したのと同様にして、リソグラフィー及びHBr:
HNO3:H2O液によるエッチングを用いてｐ−GaInAsP表面
層41にパターンを形成した後、HCl液によってInP層42,4
3のエッチングを行う（第４図（Ｄ）参照）。
そして、H2SO4:H2O2:H2O液でGaInAsP QW層44のエッ
チングを行う。続いて、液相エピタキシャル成長法（LP
E）を用いてｐ−GaInAsP層46、ｐ−InP層47、及び、p+
−GaInAsP層48を結晶成長して量子箱を実現している
（第４図（Ｅ）参照）。
チングを行う。続いて、液相エピタキシャル成長法（LP
E）を用いてｐ−GaInAsP層46、ｐ−InP層47、及び、p+
−GaInAsP層48を結晶成長して量子箱を実現している
（第４図（Ｅ）参照）。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この様なウエットエッチングを用いる
方法では、サイドエッチング現象が生じるために、量子
細線や、量子箱のサイズを10nm以下の精度で制御するこ
とは、ほとんど不可能である。また、工程が非常に煩雑
であると言った問題点もある。
方法では、サイドエッチング現象が生じるために、量子
細線や、量子箱のサイズを10nm以下の精度で制御するこ
とは、ほとんど不可能である。また、工程が非常に煩雑
であると言った問題点もある。
更に、この方法では、エッチングの後でウェハーを大
気に曝なければならないので、その後の結晶成長のとき
に成長不良や界面準位の増加などの欠陥が誘起されると
いう問題点がある。特に、大気に曝したAlGaAs層の上に
LPE法を用いて結晶成長することは不可能である。
気に曝なければならないので、その後の結晶成長のとき
に成長不良や界面準位の増加などの欠陥が誘起されると
いう問題点がある。特に、大気に曝したAlGaAs層の上に
LPE法を用いて結晶成長することは不可能である。
本発明は、超真空中でイオンを用いること無く、サブ
ミクロンのオーダーの加工ができ、且つ、加工を施した
半導体積層部上に再結晶成長が可能なGaAsを含む半導体
量子井戸構造の製造方法を提供することを課題とする。
ミクロンのオーダーの加工ができ、且つ、加工を施した
半導体積層部上に再結晶成長が可能なGaAsを含む半導体
量子井戸構造の製造方法を提供することを課題とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、少なくともGaAsを含みその厚さが該GaAs中
の励起子に関与する電子波の広がりと同程度以下である
第１の層と、該第１の層の下部に隣接して形成された第
１の層よりも禁制帯幅の大きい第２の層とを含む半導体
積層部に加工を施し、前記第１の層の表面の面内１方向
あるいは面内２方向に励起子に関与する電子波の広がり
と同程度以下の幅を有する凸部を形成することを含む半
導体量子井戸構造の製造方法において、前記凸部の形成
は、前記第１の層の表面の所定領域に電子を照射すると
ともに、前記第１の層の表面にハロゲンまたはハロゲン
化合物から選ばれた少なくとも一種類のガスを含むガス
を照射して、前記第１の層の前記所定領域をエッチング
してその厚さを低減させることによって行われることを
特徴とする。
の励起子に関与する電子波の広がりと同程度以下である
第１の層と、該第１の層の下部に隣接して形成された第
１の層よりも禁制帯幅の大きい第２の層とを含む半導体
積層部に加工を施し、前記第１の層の表面の面内１方向
あるいは面内２方向に励起子に関与する電子波の広がり
と同程度以下の幅を有する凸部を形成することを含む半
導体量子井戸構造の製造方法において、前記凸部の形成
は、前記第１の層の表面の所定領域に電子を照射すると
ともに、前記第１の層の表面にハロゲンまたはハロゲン
化合物から選ばれた少なくとも一種類のガスを含むガス
を照射して、前記第１の層の前記所定領域をエッチング
してその厚さを低減させることによって行われることを
特徴とする。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図に本発明の第１の実施例を用いて量子細線構造
を作製する工程図を示す。
を作製する工程図を示す。
まず、第１図（ａ）に示すように（001）面ｎ−GaAs
基板11上に、AlxGa1-xAsバリア層12を1.5μｍ（ただし
０＜ｘ≦１）、GaAs量子井戸層13を10nm、連続してエピ
タキシャル成長する。このときの成長方法としてはガス
ソースMBE法を利用した。すなわち、結晶成長時の基板
は超高真空チャンバー内に保持されているわけである。
このように、ｎ−GaAs基板11上には、第１の層としてGa
As層13を有すると共に、その下部に、第２の層としてAl
xGa1-xAsバリア層12を備えた半導体積層部が形成され
る。
基板11上に、AlxGa1-xAsバリア層12を1.5μｍ（ただし
０＜ｘ≦１）、GaAs量子井戸層13を10nm、連続してエピ
タキシャル成長する。このときの成長方法としてはガス
ソースMBE法を利用した。すなわち、結晶成長時の基板
は超高真空チャンバー内に保持されているわけである。
このように、ｎ−GaAs基板11上には、第１の層としてGa
As層13を有すると共に、その下部に、第２の層としてAl
xGa1-xAsバリア層12を備えた半導体積層部が形成され
る。
次に上述の結晶成長装置と超高真空トンネルで連結さ
れている第２の超高真空チャンバーへ半導体積層部が形
成されたウエハーを移動させる。このとき移動に要する
時間は10分以内が望ましい。
れている第２の超高真空チャンバーへ半導体積層部が形
成されたウエハーを移動させる。このとき移動に要する
時間は10分以内が望ましい。
この第２のチャンバーには電子ビームガンと塩素ガス
照射用のガスセルが具備されており、両者ともウエハー
に向けられている。電子ビーム15の電流は10nA、プロー
ブ径は20nmであり、静電偏向電極により１×1mm2の範囲
内の任意の点に照射可能である。この静電偏向機能と基
板マニピュレータとの組合せによりウエハー表面のいか
なる点でも電子ビームを照射することが可能になる。ま
た，塩素ガス16はウエハー全面にほぼ均一に照射するこ
とができるようになっている。
照射用のガスセルが具備されており、両者ともウエハー
に向けられている。電子ビーム15の電流は10nA、プロー
ブ径は20nmであり、静電偏向電極により１×1mm2の範囲
内の任意の点に照射可能である。この静電偏向機能と基
板マニピュレータとの組合せによりウエハー表面のいか
なる点でも電子ビームを照射することが可能になる。ま
た，塩素ガス16はウエハー全面にほぼ均一に照射するこ
とができるようになっている。
このような第２の超高真空チャンバー内に移動された
ウエハーに、第１図（ｂ）に示すように電子ビーム15と
塩素ガス16を同時に照射した。ここで電子ビーム15は幅
20nm、周期40nmのグレーティング状に走査した。即ち、
電子ビーム15を照射する幅20nmの領域と、電子ビーム15
を照射しない幅20nmの領域とが交互に存在することにな
る。
ウエハーに、第１図（ｂ）に示すように電子ビーム15と
塩素ガス16を同時に照射した。ここで電子ビーム15は幅
20nm、周期40nmのグレーティング状に走査した。即ち、
電子ビーム15を照射する幅20nmの領域と、電子ビーム15
を照射しない幅20nmの領域とが交互に存在することにな
る。
この時、電子ビーム15の照射された幅20nmの線状領域
のみにおいて、電子ビーム15と塩素ガス16の相互作用に
より、表面に位置するGaAs井戸層13のエッチングが起こ
る。具体的に言えば、塩素ガス16は、第１の層であるGa
As井戸層13上に吸着され、電子ビームの照射によって、
照射された部分のGaAs井戸層13が活性化され、例えば、
気化されにくいGaが塩素と反応して気化することによる
ものと考えられる。
のみにおいて、電子ビーム15と塩素ガス16の相互作用に
より、表面に位置するGaAs井戸層13のエッチングが起こ
る。具体的に言えば、塩素ガス16は、第１の層であるGa
As井戸層13上に吸着され、電子ビームの照射によって、
照射された部分のGaAs井戸層13が活性化され、例えば、
気化されにくいGaが塩素と反応して気化することによる
ものと考えられる。
また、このときのエッチングレートは基板温度を変え
ることにより変化させることができる。その基板の温度
はガスのみではエッチングが生じない範囲で任意に選択
できる。ここでは基板温度を100℃とした。このときのG
aAsのエッチングレートは約0.1nm/secであっあ。この状
態で60秒間エッチングを行った。このエッチングにより
電子ビーム15の走査領域内のGaAs量子井戸層13は深さ約
6nmエッチングされた。すなわち、第１図（ｃ）及び第
１図（ｄ）に示すように、GaAs量子井戸層13は、このエ
ッチングによって、幅20nm、厚さ4nmの部分13（ａ）
（凹部）と、厚さ10nmの部分13（ｂ）（凸部）とが周期
的に存在し、表面に凸部（凹凸）を有する形に加工され
たことになる。
ることにより変化させることができる。その基板の温度
はガスのみではエッチングが生じない範囲で任意に選択
できる。ここでは基板温度を100℃とした。このときのG
aAsのエッチングレートは約0.1nm/secであっあ。この状
態で60秒間エッチングを行った。このエッチングにより
電子ビーム15の走査領域内のGaAs量子井戸層13は深さ約
6nmエッチングされた。すなわち、第１図（ｃ）及び第
１図（ｄ）に示すように、GaAs量子井戸層13は、このエ
ッチングによって、幅20nm、厚さ4nmの部分13（ａ）
（凹部）と、厚さ10nmの部分13（ｂ）（凸部）とが周期
的に存在し、表面に凸部（凹凸）を有する形に加工され
たことになる。
次にこの基板を前述のガスソースMBEチャンバーに戻
し、第１図（ｅ）に示すように、表面に凸部を有するGa
As量子井戸層13の上にAlyGa1-yAsバリア層14（０＜ｙ≦
１）を成長させる。これによって、GaAs量子井戸層13
は、禁制帯幅のより大きいバリア層12、14によって挾ま
れたことになる。
し、第１図（ｅ）に示すように、表面に凸部を有するGa
As量子井戸層13の上にAlyGa1-yAsバリア層14（０＜ｙ≦
１）を成長させる。これによって、GaAs量子井戸層13
は、禁制帯幅のより大きいバリア層12、14によって挾ま
れたことになる。
この様な構造のウエハーでは、電子は層厚方向におい
てはGaAs量子井戸内に閉じこめられる。又、横方向で
は、厚さ10nmの部分13（ｂ）内に閉じこめられる。これ
は、一般に量子井戸層では厚さの薄いほうが等価的に禁
制帯幅が広いと見なすことができるからである。つま
り、電子は、層厚方向、及び、横方向において閉じこめ
られており、本実施例を用いて量子細線が実現できる。
てはGaAs量子井戸内に閉じこめられる。又、横方向で
は、厚さ10nmの部分13（ｂ）内に閉じこめられる。これ
は、一般に量子井戸層では厚さの薄いほうが等価的に禁
制帯幅が広いと見なすことができるからである。つま
り、電子は、層厚方向、及び、横方向において閉じこめ
られており、本実施例を用いて量子細線が実現できる。
本実施例の場合、エッチングに電子と塩素ガスの化学
的反応を利用するので、イオンを用いた場合にみられた
ような結晶欠陥の導入は見られない。また、エッチング
は超高真空のチャンバー内で実施され、結晶成長装置へ
搬送する場合にも超真空トンネルを通して行われるので
大気に曝されるれることがなく、再結晶成長された結晶
の質は良好で、界面にも何等欠陥は見られない。
的反応を利用するので、イオンを用いた場合にみられた
ような結晶欠陥の導入は見られない。また、エッチング
は超高真空のチャンバー内で実施され、結晶成長装置へ
搬送する場合にも超真空トンネルを通して行われるので
大気に曝されるれることがなく、再結晶成長された結晶
の質は良好で、界面にも何等欠陥は見られない。
また、電子ビームのプローブ系を20nm以下に絞り込む
ことは比較的用意で、非常に優れた制御性及び再現性を
得ることができた。
ことは比較的用意で、非常に優れた制御性及び再現性を
得ることができた。
次に、第２の実施例として量子箱の作製方法を説明す
る。ここでは量子箱を活性層に応用した半導体レーザー
の作製方法について述べる。
る。ここでは量子箱を活性層に応用した半導体レーザー
の作製方法について述べる。
第２図を参照してその作製工程を説明する。まず、第
２図（ａ）に示すように（001）面ｎ−GaAs基板21上に
ｎ−AlxGa1-xAsクラッド層22を厚さ1.5μｍ、Alの混晶
比がｘからｙまで徐々に変化するAlGaAsグレイデッドイ
ンデックス（GRIN）層23を厚さ0.15μｍ、GaAs量子井戸
層24を厚さ8nm、MBE法により連続的に成長させる。（た
だし、０＜ｘ≦1,0＜ｙ≦1,かつ、ｘ＞ｙである。） 次に、このウェハーを前記第１の実施例で述べた装置
と同様のエッチングチャンバーに移し、電子ビーム51と
塩素ガス52を表面に照射した。
２図（ａ）に示すように（001）面ｎ−GaAs基板21上に
ｎ−AlxGa1-xAsクラッド層22を厚さ1.5μｍ、Alの混晶
比がｘからｙまで徐々に変化するAlGaAsグレイデッドイ
ンデックス（GRIN）層23を厚さ0.15μｍ、GaAs量子井戸
層24を厚さ8nm、MBE法により連続的に成長させる。（た
だし、０＜ｘ≦1,0＜ｙ≦1,かつ、ｘ＞ｙである。） 次に、このウェハーを前記第１の実施例で述べた装置
と同様のエッチングチャンバーに移し、電子ビーム51と
塩素ガス52を表面に照射した。
この時、電子ビーム51は、第２図（ｂ）に示すよう
に、GaAs量子井戸層の、所定の間隔をおいて15nm×15nm
の正方形部分24（ａ）が残るように網の目状に走査し、
塩素ガス52はウエハー表面全面にほぼ均一となるように
照射した。エッチングは、GaAs量子井戸24の電子ビーム
の照射された部分が全てエッチングされ、AlGaAsGRIN層
が露出するまで行った。
に、GaAs量子井戸層の、所定の間隔をおいて15nm×15nm
の正方形部分24（ａ）が残るように網の目状に走査し、
塩素ガス52はウエハー表面全面にほぼ均一となるように
照射した。エッチングは、GaAs量子井戸24の電子ビーム
の照射された部分が全てエッチングされ、AlGaAsGRIN層
が露出するまで行った。
このようにして、15×15×8nm3の直方体GaAs量子井戸
層24（ａ）が所定の間隔をもって配列されたウエハーを
MBE装置に搬送し、再度結晶成長を実施した。
層24（ａ）が所定の間隔をもって配列されたウエハーを
MBE装置に搬送し、再度結晶成長を実施した。
２度目の成長においては、AlyGa1-yAs埋め込み層25を
6nm、Alの混晶比がｙからｘまで徐々に変化するAlGaAsG
RIN層26を0.15μｍ、ｐ−AlxGa1-xAsクラッド層27を厚
さ1.2μｍ、ｐ−GaAsコンタクト層28を1.0μｍを連続的
に成長させる。（ただし、０＜ｘ≦1,0＜ｙ≦1,かつ、
ｘ＞ｙである。）最後に、成長層側にｐ型オーミック電
極29（ａ）、基板側にｎ型オーミック電極29（ｂ）を形
成し、（110）面をへき開することによりレーザー共振
器とした。
6nm、Alの混晶比がｙからｘまで徐々に変化するAlGaAsG
RIN層26を0.15μｍ、ｐ−AlxGa1-xAsクラッド層27を厚
さ1.2μｍ、ｐ−GaAsコンタクト層28を1.0μｍを連続的
に成長させる。（ただし、０＜ｘ≦1,0＜ｙ≦1,かつ、
ｘ＞ｙである。）最後に、成長層側にｐ型オーミック電
極29（ａ）、基板側にｎ型オーミック電極29（ｂ）を形
成し、（110）面をへき開することによりレーザー共振
器とした。
上記したレーザー共振器は、直方体に加工されたGaAs
量子井戸層24（ａ）が、周りをGaAsよりもエネルギー禁
制耐幅の大きな物質で取り囲まれている。直方体GaAs層
の大きさは15×15×8nm3であり、励起子の電子の広がり
と同程度以下である。、即ち量子箱が形成されている。
このようにして作製された量子箱はｐ−ｎ接合部に位置
しており、半導体レーザーの活性層の働きをすることが
分かる。
量子井戸層24（ａ）が、周りをGaAsよりもエネルギー禁
制耐幅の大きな物質で取り囲まれている。直方体GaAs層
の大きさは15×15×8nm3であり、励起子の電子の広がり
と同程度以下である。、即ち量子箱が形成されている。
このようにして作製された量子箱はｐ−ｎ接合部に位置
しており、半導体レーザーの活性層の働きをすることが
分かる。
本素子をロウメサ状に加工して特性を測定した。その
結果、しきい値電流850μＡ、微分量子効率＝90％であ
り、良好な量子箱が作製されていることが確認された。
結果、しきい値電流850μＡ、微分量子効率＝90％であ
り、良好な量子箱が作製されていることが確認された。
なお、本発明は上記の実施例に限られるものではな
く、以下のような場合にも適用可能である。
く、以下のような場合にも適用可能である。
１）Si基板上にGaAs層が積層されている場合。
２）対象となるGaAs層を挾む又は取り囲む物質がAlGaAs
以外のGaAsよりもエネルギー禁制耐幅が大きい場合。
以外のGaAsよりもエネルギー禁制耐幅が大きい場合。
３）量子細線や量子箱の寸法が異なる場合。
４）量子細線や量子箱の形状が実施例と異なる場合。
（三角柱状の量子細線、三角錘状や半球状の量子箱
等。） ５）量子箱の配列が異なる場合。（市松模様、ランダム
等。） ６）量子細線の方向が一方向でなく、複数方向の量子細
線が重なって存在する場合。
（三角柱状の量子細線、三角錘状や半球状の量子箱
等。） ５）量子箱の配列が異なる場合。（市松模様、ランダム
等。） ６）量子細線の方向が一方向でなく、複数方向の量子細
線が重なって存在する場合。
７）電子の照射方法が異なる場合。（基板全面に均一に
照射可能な電子ビームと、金属マスクとを組み合わせて
パターンを形成する場合等。） ８）ガスが塩素以外の場合。（例えばCCl4、CCl2F4、As
Cl3、GaCl3等、あるいはこれらのガスとH2、N2ガスなど
他のガスとの混合ガスの場合。） ９）ガスと電子の照射時間が異なる場合。（ガスを周期
的に照射する、電子とガスの照射を時間をずらして行
う、交互に照射する等。） 10）埋め込み結晶成長の方法が異なる場合。（化学種ビ
ームエピタキシャル（CBE）法など。ただし超高真空中
で行うものが望ましい。） 11）半導体レーザー以外の作製に用いる場合。（電界効
果トランジスター、ホトディテクター等） 12）加工しようとする層が、既にパターンを有している
場合。（結晶成長で作製されたファセット量子細線を更
に電子とガスを用いて加工する場合など。） ［発明の効果］ 本発明によればGaAsを含む積層型半導体基板におい
て、基板に欠陥を誘起すること無く、また、再現性、制
御性よく量子井戸構造を作製することができる。
照射可能な電子ビームと、金属マスクとを組み合わせて
パターンを形成する場合等。） ８）ガスが塩素以外の場合。（例えばCCl4、CCl2F4、As
Cl3、GaCl3等、あるいはこれらのガスとH2、N2ガスなど
他のガスとの混合ガスの場合。） ９）ガスと電子の照射時間が異なる場合。（ガスを周期
的に照射する、電子とガスの照射を時間をずらして行
う、交互に照射する等。） 10）埋め込み結晶成長の方法が異なる場合。（化学種ビ
ームエピタキシャル（CBE）法など。ただし超高真空中
で行うものが望ましい。） 11）半導体レーザー以外の作製に用いる場合。（電界効
果トランジスター、ホトディテクター等） 12）加工しようとする層が、既にパターンを有している
場合。（結晶成長で作製されたファセット量子細線を更
に電子とガスを用いて加工する場合など。） ［発明の効果］ 本発明によればGaAsを含む積層型半導体基板におい
て、基板に欠陥を誘起すること無く、また、再現性、制
御性よく量子井戸構造を作製することができる。
更に、量子井戸構造の作製の後、続けて結晶成長を行
うことができる。
うことができる。
第１図は本発明の第１の実施例を用いた量子細線構造の
作製工程図、第２図は本発明の第２の実施例を用いた量
子箱を利用する半導体レーザの作製工程図、第３図は従
来のドライエッチングを用いる量子細線の作製工程図、
第４図はウエットエッチングを用いた従来の量子箱の作
製工程図である。 11……GaAs基板、12……AlxGa1-xAsバリア層、13……、
14……AlyGa1-yAsバリア層、15……電子ビーム、16……
塩素ガス、21……ｎ−GaAs基板、22……ｎ−AlxGa1-xA
s、23……AlGaAsGRIN層、24……GaAs量子井戸層、25…
…AlyGa1-yAs埋め込み層、26……AlGaAsGRIN層、27……
ｐ−AlxGa1-xAsクラッド層、28……ｐ−GaAsコンタクト
層、29……電極、31……GaAs基板、32……下部AlGaAs障
壁層、33……GaAs量子井戸層、34……上部AlGaAs障壁
層、35……レジストパターン、41……ｐ−GaInAsP層、4
2……ｐ−InP層、43……アンドープInP層、44……GaInA
sP QW層、45……InP活性層、46……ｐ−GaInAsP層、47
……ｐ−InP層、48……p+−GaInAsP層。
作製工程図、第２図は本発明の第２の実施例を用いた量
子箱を利用する半導体レーザの作製工程図、第３図は従
来のドライエッチングを用いる量子細線の作製工程図、
第４図はウエットエッチングを用いた従来の量子箱の作
製工程図である。 11……GaAs基板、12……AlxGa1-xAsバリア層、13……、
14……AlyGa1-yAsバリア層、15……電子ビーム、16……
塩素ガス、21……ｎ−GaAs基板、22……ｎ−AlxGa1-xA
s、23……AlGaAsGRIN層、24……GaAs量子井戸層、25…
…AlyGa1-yAs埋め込み層、26……AlGaAsGRIN層、27……
ｐ−AlxGa1-xAsクラッド層、28……ｐ−GaAsコンタクト
層、29……電極、31……GaAs基板、32……下部AlGaAs障
壁層、33……GaAs量子井戸層、34……上部AlGaAs障壁
層、35……レジストパターン、41……ｐ−GaInAsP層、4
2……ｐ−InP層、43……アンドープInP層、44……GaInA
sP QW層、45……InP活性層、46……ｐ−GaInAsP層、47
……ｐ−InP層、48……p+−GaInAsP層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋田 健三 神奈川県横浜市緑区あざみ野４―１ あ ざみ野団地５―209 (56)参考文献 特開 昭63−213386（ＪＰ，Ａ) Ｊｐｎ，．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ. 28［３］（1989）Ｐ．Ｌ515−Ｌ517 1988年（昭和63年）第49回応用物理学 会学術講演会予稿集４ａ−Ｇ−４ ｐ. 954
Claims (2)
- 【請求項１】少なくともGaAsを含みその厚さが該GaAs中
の励起子に関与する電子波の広がりと同程度以下である
第１の層と、該第１の層の下部に隣接して形成された第
１の層よりも禁制帯幅の大きい第２の層とを含む半導体
積層部に加工を施し、前記第１の層の表面の面内１方向
あるいは２方向に励起子に関与する電子波の広がりと同
程度以下の幅を有する凸部を形成することを含む半導体
量子井戸構造の製造方法において、 前記凸部の形成は、前記第１の層の表面の所定領域に電
子を照射するとともに、前記第１の層の表面にハロゲン
またはハロゲン化合物から選ばれた少なくとも一種類の
ガスを含むガスを照射して、前記第１の層の前記所定領
域をエッチングしてその厚さを低減させることによって
行われることを特徴とする半導体量子井戸構造の製造方
法。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体量子井戸構造の製造
方法において、前記エッチングを行った後、連続して前
記凸部が形成された半導体積層部上に前記第１の層より
も禁制帯幅の大きな第３の層をエピタキシャル成長させ
る工程を含むことを特徴とする半導体量子井戸構造の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013091A JP2717125B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 半導体量子井戸構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1013091A JP2717125B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 半導体量子井戸構造の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194582A JPH02194582A (ja) | 1990-08-01 |
| JP2717125B2 true JP2717125B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=11823492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1013091A Expired - Lifetime JP2717125B2 (ja) | 1989-01-24 | 1989-01-24 | 半導体量子井戸構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2717125B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0665237B2 (ja) * | 1985-08-19 | 1994-08-22 | 松下電器産業株式会社 | 二次元量子化素子の製造方法 |
| JPS63155713A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-28 | Hitachi Ltd | 半導体微細構造の製造法 |
-
1989
- 1989-01-24 JP JP1013091A patent/JP2717125B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| １９８８年（昭和６３年）第４９回応用物理学会学術講演会予稿集４ａ−Ｇ−４ ｐ．９５４ |
| Ｊｐｎ，．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８［３］（１９８９）Ｐ．Ｌ５１５−Ｌ５１７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02194582A (ja) | 1990-08-01 |
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