JP2749743B2 - Iii−v族化合物半導体膜の形成方法 - Google Patents
Iii−v族化合物半導体膜の形成方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、段差を有するGaAs
基板の(111)A面上に、分子線エピタキシャル法
(以下、MBE法という。)を用いてIII−V族化合物
半導体膜を形成するための方法に関する。
基板の(111)A面上に、分子線エピタキシャル法
(以下、MBE法という。)を用いてIII−V族化合物
半導体膜を形成するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えばレーザなどの半導体デバイ
スを形成するために横方向のp−n結合を形成するプロ
セスにおいて、以下の手順でMBE法を用いてGaAs
層を成長させている(例えば、エイチ・ピー・マイヤー
(H.P.Meier)ほか「レーザのために、段差を
有する(100)GaAs基板上の横方向のp−n接合
の形成に関する問題点(Problems relat
ed to the formation of la
teral p−n junctions oncha
nneled substrate (100) Ga
As forlasers)」ジャーナル・オブ・バキ
ュ−ム・サイエンス・アンド・テクノロジー・ビー,V
ol.6,No.2,1988年3月/4月(以下、文
献1という。)参照)。
スを形成するために横方向のp−n結合を形成するプロ
セスにおいて、以下の手順でMBE法を用いてGaAs
層を成長させている(例えば、エイチ・ピー・マイヤー
(H.P.Meier)ほか「レーザのために、段差を
有する(100)GaAs基板上の横方向のp−n接合
の形成に関する問題点(Problems relat
ed to the formation of la
teral p−n junctions oncha
nneled substrate (100) Ga
As forlasers)」ジャーナル・オブ・バキ
ュ−ム・サイエンス・アンド・テクノロジー・ビー,V
ol.6,No.2,1988年3月/4月(以下、文
献1という。)参照)。
【0003】まず、GaAs基板の(001)面上にス
トライプ形状又は長方形状のレジストパターンを形成し
た後、ウエットエッチング処理を行って斜面部を有する
段差を形成する。次いで、SiをドープさせたGaAs
を用いてGaAsの結晶を成長させる。
トライプ形状又は長方形状のレジストパターンを形成し
た後、ウエットエッチング処理を行って斜面部を有する
段差を形成する。次いで、SiをドープさせたGaAs
を用いてGaAsの結晶を成長させる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このとき、文献1によ
れば、p型層を形成しようとする段差部分に余分な(4
11)A面のファセットが出現する。この(411)A
面のファセットは、n型になりやすく、電子を閉じ込め
る効果が大幅に低下して、所望の電気的特性を有するn
−p−n構造の半導体デバイスを形成することができな
いという問題点があった。
れば、p型層を形成しようとする段差部分に余分な(4
11)A面のファセットが出現する。この(411)A
面のファセットは、n型になりやすく、電子を閉じ込め
る効果が大幅に低下して、所望の電気的特性を有するn
−p−n構造の半導体デバイスを形成することができな
いという問題点があった。
【0005】また、例えばレーザのために量子井戸層を
形成する場合において、MBE法を用いて量子井戸層の
AlxGa1-xAsを成長させるときに、段差を有するG
aAs基板の段差の斜面部の角度が所望の角度から変化
するとAlxGa1-xAs成長層の厚さが変化し、組成比
xが変化する。これによって、形成された量子井戸層に
おいて所望の量子効果を得ることができないという問題
点があった。
形成する場合において、MBE法を用いて量子井戸層の
AlxGa1-xAsを成長させるときに、段差を有するG
aAs基板の段差の斜面部の角度が所望の角度から変化
するとAlxGa1-xAs成長層の厚さが変化し、組成比
xが変化する。これによって、形成された量子井戸層に
おいて所望の量子効果を得ることができないという問題
点があった。
【0006】本発明の第1の目的は以上の問題点を解決
し、MBE法を用いてIII−V族化合物半導体膜の結晶
を段差を有する基板上に成長させるときに余分なファセ
ットが出現せず、しかも元の段差の傾斜部の角度を保持
して上記結晶を成長させることができるIII−V族化合物
半導体膜の形成方法を提供することにある。
し、MBE法を用いてIII−V族化合物半導体膜の結晶
を段差を有する基板上に成長させるときに余分なファセ
ットが出現せず、しかも元の段差の傾斜部の角度を保持
して上記結晶を成長させることができるIII−V族化合物
半導体膜の形成方法を提供することにある。
【0007】また、本発明の第2の目的は、第1の目的
に加えて、電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させず
に、III−V族化合物半導体膜を形成する方法を提供す
ることにある。
に加えて、電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させず
に、III−V族化合物半導体膜を形成する方法を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載のIII−V族化合物半導体膜の形成方法は、GaAs
基板の(111)A面上に、正三角形状のレジストマス
クパターンの1辺が上記GaAs基板の劈開面である
(110)面(ここで、下線は上線を示す。)に対して
実質的に垂直な方向になるようにレジストマスクパター
ンを形成するステップと、上記レジストマスクパターン
が形成されたGaAs基板に対して選択エッチング処理
を行って、レジストマスクパターンの各辺の近傍に(1
11)A面に対して28°≦θ≦33°の範囲の傾斜角
θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成するステップ
と、上記レジストマスクパターンを除去するステップ
と、上記GaAs基板及び上記斜面上に分子線エピタキ
シャル法を用いてIII−V族化合物半導体膜を形成する
ステップとを含むことを特徴とする。
載のIII−V族化合物半導体膜の形成方法は、GaAs
基板の(111)A面上に、正三角形状のレジストマス
クパターンの1辺が上記GaAs基板の劈開面である
(110)面(ここで、下線は上線を示す。)に対して
実質的に垂直な方向になるようにレジストマスクパター
ンを形成するステップと、上記レジストマスクパターン
が形成されたGaAs基板に対して選択エッチング処理
を行って、レジストマスクパターンの各辺の近傍に(1
11)A面に対して28°≦θ≦33°の範囲の傾斜角
θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成するステップ
と、上記レジストマスクパターンを除去するステップ
と、上記GaAs基板及び上記斜面上に分子線エピタキ
シャル法を用いてIII−V族化合物半導体膜を形成する
ステップとを含むことを特徴とする。
【0009】また、請求項2記載のIII−V族化合物半
導体膜の形成方法は、請求項1記載の方法において、
(001)面から(111)A面への方向に傾斜されて
定義される面の斜面を有する段差が形成されるように上
記レジストマスクパターンを形成することを特徴とす
る。
導体膜の形成方法は、請求項1記載の方法において、
(001)面から(111)A面への方向に傾斜されて
定義される面の斜面を有する段差が形成されるように上
記レジストマスクパターンを形成することを特徴とす
る。
【0010】
【作用】請求項1記載のIII−V族化合物半導体膜の形
成方法においては、傾斜角が28°≦θ≦33°の範囲
である斜面の段差が形成されるので、本発明者の実験に
よれば、分子線エピタキシャル法を用いてIII−V族化
合物半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させる
ときに余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の
傾斜部の角度を保持して上記結晶を成長させることがで
きる。
成方法においては、傾斜角が28°≦θ≦33°の範囲
である斜面の段差が形成されるので、本発明者の実験に
よれば、分子線エピタキシャル法を用いてIII−V族化
合物半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させる
ときに余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の
傾斜部の角度を保持して上記結晶を成長させることがで
きる。
【0011】また、請求項2記載のIII−V族化合物半
導体膜の形成方法においては、さらに、(001)面か
ら(111)A面への方向に傾斜されて定義される面の
斜面を有する段差が形成されるように上記レジストマス
クパターンを形成するので、本発明者の実験によれば、
電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させずに、III−V
族化合物半導体膜を形成することができる。
導体膜の形成方法においては、さらに、(001)面か
ら(111)A面への方向に傾斜されて定義される面の
斜面を有する段差が形成されるように上記レジストマス
クパターンを形成するので、本発明者の実験によれば、
電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させずに、III−V
族化合物半導体膜を形成することができる。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による一実施例
について説明する。図1乃至図7において各図面の下側
には、GaAs基板10の結晶構造を基準にした、各図
面に図示した面の方向を示している。なお、図1及び図
2において、GaAsの結晶構造を模式的に図示してい
るが、構成原子及び原子距離の大きさは、実際にはレジ
ストマスクパターン11,12及び三角錐台形状のGa
As基板21,22の大きさに比較して極めて小さいも
のである。
について説明する。図1乃至図7において各図面の下側
には、GaAs基板10の結晶構造を基準にした、各図
面に図示した面の方向を示している。なお、図1及び図
2において、GaAsの結晶構造を模式的に図示してい
るが、構成原子及び原子距離の大きさは、実際にはレジ
ストマスクパターン11,12及び三角錐台形状のGa
As基板21,22の大きさに比較して極めて小さいも
のである。
【0013】本実施例は、図1に示すように、GaAs
基板10の(111)A面上に、正三角形状のレジスト
マスクパターン11,12の1辺11a,12aが当該
基板10の劈開面100である(110)面(ここで、
下線は上線を示す。)に対して実質的に垂直な方向にな
るようにレジストマスクパターン11,12を形成した
後、HF+H2O2+H2Oからなる混合エッチング液を
用いて選択ウエットエッチング処理を行って、図2に示
すように、各レジストマスクパターン11,12の各辺
の近傍に(111)A面に対して傾斜角θだけ傾斜した
斜面21a,21b,21c,22a,22b,22c
を有する段差を形成し、次いで、上記レジストマスクパ
ターンを除去した後、MBE法を用いてGaAs成長層
13a乃至13eを成長させる場合において、上記ウエ
ットエッチング処理において上記混合エッチング液の組
成を変化することによって上記傾斜角θを28°≦θ≦
33°の範囲に制御することを特徴とする。
基板10の(111)A面上に、正三角形状のレジスト
マスクパターン11,12の1辺11a,12aが当該
基板10の劈開面100である(110)面(ここで、
下線は上線を示す。)に対して実質的に垂直な方向にな
るようにレジストマスクパターン11,12を形成した
後、HF+H2O2+H2Oからなる混合エッチング液を
用いて選択ウエットエッチング処理を行って、図2に示
すように、各レジストマスクパターン11,12の各辺
の近傍に(111)A面に対して傾斜角θだけ傾斜した
斜面21a,21b,21c,22a,22b,22c
を有する段差を形成し、次いで、上記レジストマスクパ
ターンを除去した後、MBE法を用いてGaAs成長層
13a乃至13eを成長させる場合において、上記ウエ
ットエッチング処理において上記混合エッチング液の組
成を変化することによって上記傾斜角θを28°≦θ≦
33°の範囲に制御することを特徴とする。
【0014】以下、本実施例に係る、GaAs基板10
の(111)A面に段差を形成した後GaAs成長層を
成長させる基本プロセスについて詳細に説明する。
の(111)A面に段差を形成した後GaAs成長層を
成長させる基本プロセスについて詳細に説明する。
【0015】(1)まず、図1に示すように、フォトリ
ソグラフィ法で、GaAs基板10の(111)A面上
に、マスクアライナーを用いて正三角形状のレジストマ
スクパターン11,12の1辺11a,12aが当該基
板10の劈開面100である(110)面(ここで、下
線は上線を示す。)に対して実質的に垂直な方向になる
ようにレジストマスクパターン11,12を形成する。
ソグラフィ法で、GaAs基板10の(111)A面上
に、マスクアライナーを用いて正三角形状のレジストマ
スクパターン11,12の1辺11a,12aが当該基
板10の劈開面100である(110)面(ここで、下
線は上線を示す。)に対して実質的に垂直な方向になる
ようにレジストマスクパターン11,12を形成する。
【0016】(2)次いで、レジストマスクパターン1
1,12が形成されたGaAs基板10の上から、HF
+H2O2+H2Oからなる混合エッチング液を用いて選
択ウエットエッチング処理を行って、図2に示すよう
に、各レジストマスクパターン11,12の各辺11
a,11b,11c,12a,12b,12cの近傍に
それぞれ、(111)A面に対して傾斜角θだけ傾斜し
た斜面21a,21b,21c,22a,22b,22
cを有する垂直方向の高さ3μmの段差を形成する。従
って、レジストマスクパターン11の近傍に三角錐台形
状のGaAs基板21が形成される一方、レジストマス
クパターン12の近傍に三角錐台形状のGaAs基板2
2が形成される。さらに、レジストマスクパターン1
1,12が形成されていない領域においてはGaAs基
板10がエッチングされて(111)A面10eが露出
する。なお、傾斜角θは劈開面100を基準にして走査
型電子顕微鏡で観察することにより確認した。
1,12が形成されたGaAs基板10の上から、HF
+H2O2+H2Oからなる混合エッチング液を用いて選
択ウエットエッチング処理を行って、図2に示すよう
に、各レジストマスクパターン11,12の各辺11
a,11b,11c,12a,12b,12cの近傍に
それぞれ、(111)A面に対して傾斜角θだけ傾斜し
た斜面21a,21b,21c,22a,22b,22
cを有する垂直方向の高さ3μmの段差を形成する。従
って、レジストマスクパターン11の近傍に三角錐台形
状のGaAs基板21が形成される一方、レジストマス
クパターン12の近傍に三角錐台形状のGaAs基板2
2が形成される。さらに、レジストマスクパターン1
1,12が形成されていない領域においてはGaAs基
板10がエッチングされて(111)A面10eが露出
する。なお、傾斜角θは劈開面100を基準にして走査
型電子顕微鏡で観察することにより確認した。
【0017】ここで、例えばレジストマスクパターン1
1を用いて形成された段差が傾斜角θ=55°を有する
とき、三角錐台形状のGaAs基板21の斜面21aは
(001)面であり、斜面21bは(100)面であ
り、斜面21cは(010)面であり、以下、これらの
斜面21a,21b,21cを、互いに等価である(0
01)関連の斜面という。また、レジストマスクパター
ン12を用いて形成された段差が傾斜角θ=35°を有
するとき、三角錐台形状のGaAs基板22の斜面22
aは(110)面であり、斜面22bは(101)面で
あり、斜面22cは(011)面であり、以下、これら
の斜面22a,22b,22cを、互いに等価である
(110)関連の斜面という。
1を用いて形成された段差が傾斜角θ=55°を有する
とき、三角錐台形状のGaAs基板21の斜面21aは
(001)面であり、斜面21bは(100)面であ
り、斜面21cは(010)面であり、以下、これらの
斜面21a,21b,21cを、互いに等価である(0
01)関連の斜面という。また、レジストマスクパター
ン12を用いて形成された段差が傾斜角θ=35°を有
するとき、三角錐台形状のGaAs基板22の斜面22
aは(110)面であり、斜面22bは(101)面で
あり、斜面22cは(011)面であり、以下、これら
の斜面22a,22b,22cを、互いに等価である
(110)関連の斜面という。
【0018】例えば気温25°Cにおいて上記基板21
において傾斜角θ=30°に設定するためには、HFと
H2O2とH2Oの各体積を2cc、16cc、及び25
0ccに設定し、又は2cc、22cc、及び1000
ccに設定する。また、混合エッチング液として、H3
PO4+H2O2+H2Oを用いてもよい。この場合、気温
40°Cにおいて傾斜角θ=30°に設定するために
は、H3PO4とH2O2とH2Oの各体積を3cc、1c
c、及び50ccに設定する。以下同様にして、HFと
H2O2とH2Oとの体積比、又はH3PO4とH2O2とH2
Oとの体積比、すなわち組成を変化することにより、上
記傾斜角θを任意の角度に設定できる。
において傾斜角θ=30°に設定するためには、HFと
H2O2とH2Oの各体積を2cc、16cc、及び25
0ccに設定し、又は2cc、22cc、及び1000
ccに設定する。また、混合エッチング液として、H3
PO4+H2O2+H2Oを用いてもよい。この場合、気温
40°Cにおいて傾斜角θ=30°に設定するために
は、H3PO4とH2O2とH2Oの各体積を3cc、1c
c、及び50ccに設定する。以下同様にして、HFと
H2O2とH2Oとの体積比、又はH3PO4とH2O2とH2
Oとの体積比、すなわち組成を変化することにより、上
記傾斜角θを任意の角度に設定できる。
【0019】(3)次いで、アセトン等の有機溶媒を用
いて上記レジストマスクパターン11,12を除去す
る。
いて上記レジストマスクパターン11,12を除去す
る。
【0020】(4)さらに、図3乃至図5に示すよう
に、MBE法を用いて公知の通り、基板温度620°C
で、As/Gaのフラックス比を4に設定し、かつ正孔
濃度が1×1018cm-3であるという条件でSiをドー
プしたGaAsを用いて厚さ1μmのGaAs成長層1
3a乃至13eを成長させる。
に、MBE法を用いて公知の通り、基板温度620°C
で、As/Gaのフラックス比を4に設定し、かつ正孔
濃度が1×1018cm-3であるという条件でSiをドー
プしたGaAsを用いて厚さ1μmのGaAs成長層1
3a乃至13eを成長させる。
【0021】本発明者は、(a)三角錐台形状のGaA
s基板21の傾斜角θを11°から84°まで1°毎に
変化させて上述のプロセスを行う一方、(b)三角錐台
形状のGaAs基板22の傾斜角θを11°から74°
まで1°毎に変化させて上述のプロセスを行った。特
に、代表してこの場合の基板21の斜面21aとコーナ
ー部21rと、基板22のそれらに対応する部分につい
ての実験結果について以下に説明する。
s基板21の傾斜角θを11°から84°まで1°毎に
変化させて上述のプロセスを行う一方、(b)三角錐台
形状のGaAs基板22の傾斜角θを11°から74°
まで1°毎に変化させて上述のプロセスを行った。特
に、代表してこの場合の基板21の斜面21aとコーナ
ー部21rと、基板22のそれらに対応する部分につい
ての実験結果について以下に説明する。
【0022】(a)三角錐台形状のGaAs基板21の
場合 図3乃至図5はそれぞれ、段差の斜面の傾斜角θ=61
°、41°及び30°のときのGaAs成長後のGaA
s基板の、図2のA−A’線についての断面図である。
場合 図3乃至図5はそれぞれ、段差の斜面の傾斜角θ=61
°、41°及び30°のときのGaAs成長後のGaA
s基板の、図2のA−A’線についての断面図である。
【0023】図3に示すように、傾斜角θ≧34°で
は、常に、斜面21aの上部に(114)A面のファセ
ット13bが出現するとともに、斜面21aの下部に他
の余分な面のファセット13dが出現する。そして、図
4に示すように、傾斜角θが33°に近づくほど、斜面
21a側に張り出してくることが観測された。従って、
傾斜角θ≧34°の範囲では均一な斜面のGaAs成長
層を形成することはできない。さらに、傾斜角が15°
≦θ≦33°の範囲では、図5に示すように、(11
4)A面のファセット13bと余分なファセット13d
が消失し、他にはなんらファセットも生じず、元のGa
As基板10のエッチングパターンを保持した均一なG
aAs成長層13a,13c,13eを実現することが
できる。さらに、傾斜角がθ≦14°の範囲では三角錐
台形状の基板21との境界付近の斜面上に(111)A
面と15°を成すステップが生じ、再び均一性が失われ
ることを観測した。従って、傾斜角を15°≦θ≦33
°の範囲に収める必要があり、以下、第1の傾斜角の条
件という。
は、常に、斜面21aの上部に(114)A面のファセ
ット13bが出現するとともに、斜面21aの下部に他
の余分な面のファセット13dが出現する。そして、図
4に示すように、傾斜角θが33°に近づくほど、斜面
21a側に張り出してくることが観測された。従って、
傾斜角θ≧34°の範囲では均一な斜面のGaAs成長
層を形成することはできない。さらに、傾斜角が15°
≦θ≦33°の範囲では、図5に示すように、(11
4)A面のファセット13bと余分なファセット13d
が消失し、他にはなんらファセットも生じず、元のGa
As基板10のエッチングパターンを保持した均一なG
aAs成長層13a,13c,13eを実現することが
できる。さらに、傾斜角がθ≦14°の範囲では三角錐
台形状の基板21との境界付近の斜面上に(111)A
面と15°を成すステップが生じ、再び均一性が失われ
ることを観測した。従って、傾斜角を15°≦θ≦33
°の範囲に収める必要があり、以下、第1の傾斜角の条
件という。
【0024】さらには、傾斜角がθ≧54°の範囲で
は、互いに等価な斜面同士が交差する稜線にあたるコー
ナー部21rには、図6に示すように、(111)A基
板面と35°の角度を成す(110)面のファセットが
生じることが観測された。そして、傾斜角が28°≦θ
≦53°の範囲では、図7に示すように、その(11
0)面のファセットが消失し、他のファセットも生じな
かった。ところが、傾斜角がθ≦27°では、再び(1
11)A基板面と15°以下の角度を成す(110)関
連の面のファセットが出現した。これらの(110)面
や(110)関連の面のファセットはSiドープされた
GaAs成長層においてp型になるので、これらのファ
セットは正孔閉じ込めに対するリークパスとして働き閉
じ込め効果を著しく低下させる。従って、傾斜角がこれ
らのファセットが出現しない28°≦θ≦53°の範囲
に収める必要があり、以下、第2の傾斜角の条件とい
う。
は、互いに等価な斜面同士が交差する稜線にあたるコー
ナー部21rには、図6に示すように、(111)A基
板面と35°の角度を成す(110)面のファセットが
生じることが観測された。そして、傾斜角が28°≦θ
≦53°の範囲では、図7に示すように、その(11
0)面のファセットが消失し、他のファセットも生じな
かった。ところが、傾斜角がθ≦27°では、再び(1
11)A基板面と15°以下の角度を成す(110)関
連の面のファセットが出現した。これらの(110)面
や(110)関連の面のファセットはSiドープされた
GaAs成長層においてp型になるので、これらのファ
セットは正孔閉じ込めに対するリークパスとして働き閉
じ込め効果を著しく低下させる。従って、傾斜角がこれ
らのファセットが出現しない28°≦θ≦53°の範囲
に収める必要があり、以下、第2の傾斜角の条件とい
う。
【0025】従って、斜面21a乃至21c及びコーナ
ー部21rにおいて均一なGaAs成長層を形成するた
めには、上記第1の傾斜角の条件と上記第2の傾斜角の
条件を同時に満足させる必要があり、傾斜角を28°≦
θ≦33°の範囲に収める必要がある。ここで、傾斜角
θ=28°は(5 5 14)A面に対応し、傾斜角θ
=33°は(114)A面に対応する。これら(5 5
14)A面及び(114)A面は(001)面から
(111)A面への方向に傾斜されて定義される面であ
る。
ー部21rにおいて均一なGaAs成長層を形成するた
めには、上記第1の傾斜角の条件と上記第2の傾斜角の
条件を同時に満足させる必要があり、傾斜角を28°≦
θ≦33°の範囲に収める必要がある。ここで、傾斜角
θ=28°は(5 5 14)A面に対応し、傾斜角θ
=33°は(114)A面に対応する。これら(5 5
14)A面及び(114)A面は(001)面から
(111)A面への方向に傾斜されて定義される面であ
る。
【0026】なお、傾斜角が28°≦θ≦33°の範囲
で正孔が閉じ込められていることは、三角錐台形状のG
aAs基板21の頂上面の(111)A面の領域とエッ
チングされた(111)A面10eとにそれぞれオーム
性電極を形成し、各電極間の電流−電圧特性を測定する
ことによって確認した。この測定では、±10Vまで電
流が流れない良好な電流ブロッキング効果が現れてい
る。これにより、斜面はn型となっておりかつコーナー
部21rで全くリークがないことが確認され、正孔閉じ
込め効果が低下していないことを観測した。
で正孔が閉じ込められていることは、三角錐台形状のG
aAs基板21の頂上面の(111)A面の領域とエッ
チングされた(111)A面10eとにそれぞれオーム
性電極を形成し、各電極間の電流−電圧特性を測定する
ことによって確認した。この測定では、±10Vまで電
流が流れない良好な電流ブロッキング効果が現れてい
る。これにより、斜面はn型となっておりかつコーナー
部21rで全くリークがないことが確認され、正孔閉じ
込め効果が低下していないことを観測した。
【0027】(b)三角錐台形状のGaAs基板22の
場合 傾斜角がθ≧35°では、常に、斜面22aの上部に
(110)面のファセットが出現するが、傾斜角15°
≦θ≦34°では当該余分なファセットが消失し、他に
はなんらファセットも生じず、元のGaAs基板10の
エッチングパターンを保持した均一なGaAs成長層を
形成することができる。さらに、傾斜角がθ≦14°の
範囲では、三角錐台形状の基板22との境界付近の斜面
上に(111)A面と15°の角度を成すステップが生
じ、再び均一性が失われた。なお、三角錐台形状のGa
As基板22の場合、傾斜角θを11°から74°まで
の範囲で変化しても、上記基板21の場合のようにコー
ナー部に余分なファセットを観測できなかった。なお、
この場合、斜面22aは(110)面から(111)A
面への方向に傾斜されて定義される面である。
場合 傾斜角がθ≧35°では、常に、斜面22aの上部に
(110)面のファセットが出現するが、傾斜角15°
≦θ≦34°では当該余分なファセットが消失し、他に
はなんらファセットも生じず、元のGaAs基板10の
エッチングパターンを保持した均一なGaAs成長層を
形成することができる。さらに、傾斜角がθ≦14°の
範囲では、三角錐台形状の基板22との境界付近の斜面
上に(111)A面と15°の角度を成すステップが生
じ、再び均一性が失われた。なお、三角錐台形状のGa
As基板22の場合、傾斜角θを11°から74°まで
の範囲で変化しても、上記基板21の場合のようにコー
ナー部に余分なファセットを観測できなかった。なお、
この場合、斜面22aは(110)面から(111)A
面への方向に傾斜されて定義される面である。
【0028】従って、この場合において、斜面22a乃
至22c及びコーナー部において均一なGaAs成長層
を形成するためには傾斜角を15°≦θ≦34°の範囲
に設定すればよい。従って、三角錐台形状のGaAs基
板21における傾斜角範囲28°≦θ≦33°に設定す
れば、自然に三角錐台形状のGaAs基板22の傾斜角
の必要条件も満足することになる。しかしながら、三角
錐台形状のGaAs基板22の場合においては各斜面2
2a乃至22cはSiがドープされたGaAs成長層は
p型になるので、正孔閉じ込め効果を得ることはできな
いことを観測した。
至22c及びコーナー部において均一なGaAs成長層
を形成するためには傾斜角を15°≦θ≦34°の範囲
に設定すればよい。従って、三角錐台形状のGaAs基
板21における傾斜角範囲28°≦θ≦33°に設定す
れば、自然に三角錐台形状のGaAs基板22の傾斜角
の必要条件も満足することになる。しかしながら、三角
錐台形状のGaAs基板22の場合においては各斜面2
2a乃至22cはSiがドープされたGaAs成長層は
p型になるので、正孔閉じ込め効果を得ることはできな
いことを観測した。
【0029】以上説明した上記の実験結果をまとめると
以下のようになる。 (1)上述のようにGaAs基板10の(111)A面
上に三角錐台形状のGaAs基板21,22の段差の斜
面を形成するとき、傾斜角を28°≦θ≦33°の範囲
に収めれば、段差の傾斜角を保持して均一なGaAs成
長層を形成することができる。 (2)さらに、例えば横方向のp−n接合などを形成す
る場合において、正孔の閉じ込め又は電子の閉じ込めを
行う場合は、上記(1)の条件に加えて、三角錐台形状
のGaAs基板21の斜面21a,21b,21cのみ
を使用すればよい。すなわち、レジストマスクパターン
11のみを形成してウエットエッチングすることによ
り、(001)面から(111)A面に対する方向に傾
斜して定義される(114)A面乃至(5 5 14)
A面の斜面を形成すればよい。これによって、正孔の閉
じ込め効果又は電子の閉じ込め効果が低下しない横方向
のp−n接合を常に実現することができる。
以下のようになる。 (1)上述のようにGaAs基板10の(111)A面
上に三角錐台形状のGaAs基板21,22の段差の斜
面を形成するとき、傾斜角を28°≦θ≦33°の範囲
に収めれば、段差の傾斜角を保持して均一なGaAs成
長層を形成することができる。 (2)さらに、例えば横方向のp−n接合などを形成す
る場合において、正孔の閉じ込め又は電子の閉じ込めを
行う場合は、上記(1)の条件に加えて、三角錐台形状
のGaAs基板21の斜面21a,21b,21cのみ
を使用すればよい。すなわち、レジストマスクパターン
11のみを形成してウエットエッチングすることによ
り、(001)面から(111)A面に対する方向に傾
斜して定義される(114)A面乃至(5 5 14)
A面の斜面を形成すればよい。これによって、正孔の閉
じ込め効果又は電子の閉じ込め効果が低下しない横方向
のp−n接合を常に実現することができる。
【0030】以上の実施例においては、GaAs成長層
を形成しているが、本発明はこれに限らず、AlxGa
1-xAsなどのIII−V族化合物半導体膜を形成する場合
に適用することができる。また、GaAs基板を用いて
いるが、InP基板を用いてもよい。
を形成しているが、本発明はこれに限らず、AlxGa
1-xAsなどのIII−V族化合物半導体膜を形成する場合
に適用することができる。また、GaAs基板を用いて
いるが、InP基板を用いてもよい。
【0031】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る請求
項1記載のIII−V族化合物半導体膜の形成方法によれ
ば、GaAs基板の(111)A面上に、正三角形状の
レジストマスクパターンの1辺が上記GaAs基板の劈
開面である(110)面(ここで、下線は上線を示
す。)に対して実質的に垂直な方向になるようにレジス
トマスクパターンを形成するステップと、上記レジスト
マスクパターンが形成されたGaAs基板に対して選択
エッチング処理を行って、レジストマスクパターンの各
辺の近傍に(111)A面に対して28°≦θ≦33°
の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成
するステップと、上記レジストマスクパターンを除去す
るステップと、上記GaAs基板及び上記斜面上に分子
線エピタキシャル法を用いてIII−V族化合物半導体膜
を形成するステップとを含む。従って、傾斜角が28°
≦θ≦33°の範囲である斜面の段差が形成されるの
で、分子線エピタキシャル法を用いてIII−V族化合物
半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させるとき
に余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の傾斜
部の角度を保持して上記結晶を成長させることができ
る。
項1記載のIII−V族化合物半導体膜の形成方法によれ
ば、GaAs基板の(111)A面上に、正三角形状の
レジストマスクパターンの1辺が上記GaAs基板の劈
開面である(110)面(ここで、下線は上線を示
す。)に対して実質的に垂直な方向になるようにレジス
トマスクパターンを形成するステップと、上記レジスト
マスクパターンが形成されたGaAs基板に対して選択
エッチング処理を行って、レジストマスクパターンの各
辺の近傍に(111)A面に対して28°≦θ≦33°
の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成
するステップと、上記レジストマスクパターンを除去す
るステップと、上記GaAs基板及び上記斜面上に分子
線エピタキシャル法を用いてIII−V族化合物半導体膜
を形成するステップとを含む。従って、傾斜角が28°
≦θ≦33°の範囲である斜面の段差が形成されるの
で、分子線エピタキシャル法を用いてIII−V族化合物
半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させるとき
に余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の傾斜
部の角度を保持して上記結晶を成長させることができ
る。
【0032】また、請求項2記載のIII−V族化合物半
導体膜の形成方法によれば、さらに、(001)面から
(111)A面への方向に傾斜されて定義される面の斜
面を有する段差が形成されるように上記レジストマスク
パターンを形成するので、電子又は正孔の閉じ込め効果
を低下させずに、III−V族化合物半導体膜を形成する
ことができるという利点がある。
導体膜の形成方法によれば、さらに、(001)面から
(111)A面への方向に傾斜されて定義される面の斜
面を有する段差が形成されるように上記レジストマスク
パターンを形成するので、電子又は正孔の閉じ込め効果
を低下させずに、III−V族化合物半導体膜を形成する
ことができるという利点がある。
【図1】 本発明の一実施例であるGaAs基板の(1
11)A面上にMBE法によってGaAsの結晶を成長
させる方法における第1のプロセスを示す、レジストパ
ターンを形成したGaAs基板の平面図である。
11)A面上にMBE法によってGaAsの結晶を成長
させる方法における第1のプロセスを示す、レジストパ
ターンを形成したGaAs基板の平面図である。
【図2】 上記実施例の方法における第2のプロセスを
示す、ウエットエッチング後のGaAs基板の平面図で
ある。
示す、ウエットエッチング後のGaAs基板の平面図で
ある。
【図3】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ=61°
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2のA−
A’線についての断面図である。
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2のA−
A’線についての断面図である。
【図4】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ=41°
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2のA−
A’線についての断面図である。
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2のA−
A’線についての断面図である。
【図5】 上記実施例における段差の斜面の傾斜角θ=
30°のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2
のA−A’線についての断面図である。
30°のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2
のA−A’線についての断面図である。
【図6】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ=61°
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2の段差
の正三角形のコーナー部21rにおける平面図である。
のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2の段差
の正三角形のコーナー部21rにおける平面図である。
【図7】 上記実施例における段差の斜面の傾斜角θ=
30°のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2
の段差の正三角形のコーナー部21rにおける平面図で
ある。
30°のときのGaAs成長後のGaAs基板の、図2
の段差の正三角形のコーナー部21rにおける平面図で
ある。
10…GsAs基板、 10e…エッチングされたGaAs基板の[111]A
面、 11,12…レジストパターン、 11a,11b,11c,12a,12b,12c…レ
ジストパターンの正三角形の1辺、 13a,13b,13c,13d,13e…GaAs成
長層、 21,22…三角錐台形状のGaAs基板、 21a,21b,21c,22a,22b,22c…三
角錐台形状のGaAs基板の斜面、 100…劈開面、 θ…傾斜角。
面、 11,12…レジストパターン、 11a,11b,11c,12a,12b,12c…レ
ジストパターンの正三角形の1辺、 13a,13b,13c,13d,13e…GaAs成
長層、 21,22…三角錐台形状のGaAs基板、 21a,21b,21c,22a,22b,22c…三
角錐台形状のGaAs基板の斜面、 100…劈開面、 θ…傾斜角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 悌二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 藤田 和久 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 小林 規矩男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 5番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内
Claims (2)
- 【請求項1】 GaAs基板の(111)A面上に、正
三角形状のレジストマスクパターンの1辺が上記GaA
s基板の劈開面である(110)面(ここで、下線は上
線を示す。)に対して実質的に垂直な方向になるように
レジストマスクパターンを形成するステップと、 上記レジストマスクパターンが形成されたGaAs基板
に対して選択エッチング処理を行って、レジストマスク
パターンの各辺の近傍に(111)A面に対して28°
≦θ≦33°の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有す
る段差を形成するステップと、 上記レジストマスクパターンを除去するステップと、 上記GaAs基板及び上記斜面上に分子線エピタキシャ
ル法を用いてIII−V族化合物半導体膜を形成するステ
ップとを含むことを特徴とするIII−V族化合物半導体
膜の形成方法。 - 【請求項2】 (001)面から(111)A面への方
向に傾斜されて定義される面の斜面を有する段差が形成
されるように上記レジストマスクパターンを形成するこ
とを特徴とする請求項1記載のIII−V族化合物半導体
膜の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21908192A JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Iii−v族化合物半導体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21908192A JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Iii−v族化合物半導体膜の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0669129A JPH0669129A (ja) | 1994-03-11 |
JP2749743B2 true JP2749743B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=16729967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21908192A Expired - Fee Related JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Iii−v族化合物半導体膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2749743B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4110416B2 (ja) | 2005-03-18 | 2008-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型装置及びその製造方法 |
JP4110417B2 (ja) | 2005-03-18 | 2008-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-18 JP JP21908192A patent/JP2749743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0669129A (ja) | 1994-03-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |