JP3154415B2 - 量子細線構造及びその製造方法 - Google Patents
量子細線構造及びその製造方法Info
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- JP3154415B2 JP3154415B2 JP8145491A JP8145491A JP3154415B2 JP 3154415 B2 JP3154415 B2 JP 3154415B2 JP 8145491 A JP8145491 A JP 8145491A JP 8145491 A JP8145491 A JP 8145491A JP 3154415 B2 JP3154415 B2 JP 3154415B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイス特に電
子の波動性を利用した量子干渉デバイスなどに用いられ
る量子細線の構造及びその作製方法に関するものであ
る。
子の波動性を利用した量子干渉デバイスなどに用いられ
る量子細線の構造及びその作製方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、光を利用したシステム（光伝送、
光交換、光コンピューティング）は将来の大容量、超高
速情報処理の鍵を握るものと考えられている。上記シス
テムに用いるところのデバイスとして、光制御型電子デ
バイスがある。これは、デバイスの適当な個所に照射さ
れる光の強弱によって電子デバイス電流をコントロール
するものである。光通信においては、超高速光検出器が
必要とされ、また光交換においては、高密度に集積可能
な光検出器が求められているので、量子干渉電流を光で
高速度で制御する上記の様なデバイスが重要となる。
光交換、光コンピューティング）は将来の大容量、超高
速情報処理の鍵を握るものと考えられている。上記シス
テムに用いるところのデバイスとして、光制御型電子デ
バイスがある。これは、デバイスの適当な個所に照射さ
れる光の強弱によって電子デバイス電流をコントロール
するものである。光通信においては、超高速光検出器が
必要とされ、また光交換においては、高密度に集積可能
な光検出器が求められているので、量子干渉電流を光で
高速度で制御する上記の様なデバイスが重要となる。
【０００３】量子干渉デバイスは、電子の波動性を利用
し高速且つ高効率を図るものである。しかしながら、電
子の波動性を得る為には、こうした量子干渉デバイスな
いし光制御型電子デバイスの電子を閉じ込める領域を電
子のド・ブロイ波長以下とする必要がある（例えば、〜
４００Å以下）。図１２はこの種の量子干渉デバイスの
従来例を示している。この提案は、山西等により始めて
提案され、「応用物理学会予稿集、２７ｐ−ｚ−１、１
９８９年秋」に記載されたものである。
し高速且つ高効率を図るものである。しかしながら、電
子の波動性を得る為には、こうした量子干渉デバイスな
いし光制御型電子デバイスの電子を閉じ込める領域を電
子のド・ブロイ波長以下とする必要がある（例えば、〜
４００Å以下）。図１２はこの種の量子干渉デバイスの
従来例を示している。この提案は、山西等により始めて
提案され、「応用物理学会予稿集、２７ｐ−ｚ−１、１
９８９年秋」に記載されたものである。
【０００４】この提案例では、図１２に示す様な量子細
線１０３、１０４、１０７からなる電子波に対する干渉
計の片側のアーム１０３または１０４を光で照射する。
この時、入射光の光子エネルギーを量子細線１０３、１
０４のバンドギャップ構造の励起子ギャップより十分小
さくして、上記片側のアームに仮想キャリアを発生させ
る。光励起されたアーム１０３または１０４に生じた仮
想キャリアは、伝導帯のキャリアとの交換相互作用を通
じて、このアームの伝搬電子波に対する実効ポテンシャ
ルを低下させ、結果として２つのアーム１０３、１０４
内を伝搬する電子波間の位相差を変化させる。よって、
この２つの電子波が合波部となった量子細線１０７で合
波した時の量子干渉を制御することができ、結局、ソー
ス１０１とドレイン１０２間を流れる電子電流を、干渉
計の片側のアーム１０３または１０４に照射される光量
に応じて制御できる。この時、仮想励起された電子−ホ
ールキャリアペアはコヒーレントなペア励起である為、
伝導には寄与しない。この方法に従った照射光量による
電子電流の変調ないしスイッチングの特徴は、構造が簡
単であり、且つ光による仮想励起によるものである為に
ＣＲ時定数や再結合寿命によってデバイスのスイッチン
グ時間が制限されないことである。
線１０３、１０４、１０７からなる電子波に対する干渉
計の片側のアーム１０３または１０４を光で照射する。
この時、入射光の光子エネルギーを量子細線１０３、１
０４のバンドギャップ構造の励起子ギャップより十分小
さくして、上記片側のアームに仮想キャリアを発生させ
る。光励起されたアーム１０３または１０４に生じた仮
想キャリアは、伝導帯のキャリアとの交換相互作用を通
じて、このアームの伝搬電子波に対する実効ポテンシャ
ルを低下させ、結果として２つのアーム１０３、１０４
内を伝搬する電子波間の位相差を変化させる。よって、
この２つの電子波が合波部となった量子細線１０７で合
波した時の量子干渉を制御することができ、結局、ソー
ス１０１とドレイン１０２間を流れる電子電流を、干渉
計の片側のアーム１０３または１０４に照射される光量
に応じて制御できる。この時、仮想励起された電子−ホ
ールキャリアペアはコヒーレントなペア励起である為、
伝導には寄与しない。この方法に従った照射光量による
電子電流の変調ないしスイッチングの特徴は、構造が簡
単であり、且つ光による仮想励起によるものである為に
ＣＲ時定数や再結合寿命によってデバイスのスイッチン
グ時間が制限されないことである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の如き構
成では、電子を波として扱う為に、アーム１０３、１０
４、１０７には１０００Å以下の微細加工が必要であ
る。電子はソース１０１とドレイン１０２間をｙ方向に
流れるが、この時アーム即ちチャネル１０３、１０４、
１０７のｘ方向の幅が〜４００Å以下であると電子はｘ
方向に波としての振舞いをする。この構成の場合、ｚ方
向の厚さも〜４００Å以下である為に電子は幅（ｘ方
向）及び厚み方向（ｚ方向）に閉じ込められている。
成では、電子を波として扱う為に、アーム１０３、１０
４、１０７には１０００Å以下の微細加工が必要であ
る。電子はソース１０１とドレイン１０２間をｙ方向に
流れるが、この時アーム即ちチャネル１０３、１０４、
１０７のｘ方向の幅が〜４００Å以下であると電子はｘ
方向に波としての振舞いをする。この構成の場合、ｚ方
向の厚さも〜４００Å以下である為に電子は幅（ｘ方
向）及び厚み方向（ｚ方向）に閉じ込められている。
【０００６】しかしながら、電子を閉じ込める４００Å
以下のチャネル１０３、１０４、１０７を作製すること
は容易なことではない。現在、通常のホトリソグラフィ
ーで安定して作製できる線幅は０．５μｍが限界だろう
と考えられる。この提案例では、イオンインプランテー
ションにより数１０００Å以下の幅のチャネルを作製し
ていたが、再現性良く１０００Å以下の幅のチャネルを
作製することは困難である。これに対して、厚さ方向に
は、結晶成長技術の進歩によりＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ等で
１原子層厚（２．８Å）オーダーでの成長が可能となっ
ている。
以下のチャネル１０３、１０４、１０７を作製すること
は容易なことではない。現在、通常のホトリソグラフィ
ーで安定して作製できる線幅は０．５μｍが限界だろう
と考えられる。この提案例では、イオンインプランテー
ションにより数１０００Å以下の幅のチャネルを作製し
ていたが、再現性良く１０００Å以下の幅のチャネルを
作製することは困難である。これに対して、厚さ方向に
は、結晶成長技術の進歩によりＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ等で
１原子層厚（２．８Å）オーダーでの成長が可能となっ
ている。
【０００７】従って、本発明の目的は、上記従来例の欠
点に鑑み、量子効果デバイスなどに含まれる安定な構造
の量子細線構造及びその容易且つ安定な作製方法を提供
することにある。
点に鑑み、量子効果デバイスなどに含まれる安定な構造
の量子細線構造及びその容易且つ安定な作製方法を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による量子細線構造においては、基板の溝状に加工さ
れた部分に量子井戸層を含んで積層された積層部に形成
された量子細線構造であって、前記基板の平坦部に積層
された前記積層部がエッチングにより除去されており、
且つ、前記溝状加工部分の斜面に沿って伸びる量子井戸
層の溝底部の厚さが斜面部の厚さよりも大きくなってい
ることで、該量子井戸層の溝底部が十分な狭さで厚さ及
び幅方向にキャリアを閉じ込める構造となっていること
を特徴とする。この場合、より具体的には、前記基板の
溝状に加工された部分がリング状の部分を含んだり、前
記基板が化合物半導体により作成されていたり、前記量
子井戸層がＧａＡｓ層であり、該ＧａＡｓ層がＡｌＧａ
Ａｓ層で挟まれていたりする。
明による量子細線構造においては、基板の溝状に加工さ
れた部分に量子井戸層を含んで積層された積層部に形成
された量子細線構造であって、前記基板の平坦部に積層
された前記積層部がエッチングにより除去されており、
且つ、前記溝状加工部分の斜面に沿って伸びる量子井戸
層の溝底部の厚さが斜面部の厚さよりも大きくなってい
ることで、該量子井戸層の溝底部が十分な狭さで厚さ及
び幅方向にキャリアを閉じ込める構造となっていること
を特徴とする。この場合、より具体的には、前記基板の
溝状に加工された部分がリング状の部分を含んだり、前
記基板が化合物半導体により作成されていたり、前記量
子井戸層がＧａＡｓ層であり、該ＧａＡｓ層がＡｌＧａ
Ａｓ層で挟まれていたりする。
【０００９】また、上記目的を達成する本発明による他
の量子細線構造においては、基板に加工された凸部の斜
面部に量子井戸層を含んで積層された積層部に形成され
た量子細線構造であって、該斜面部に沿って伸びる積層
部の回りが空気に触れる様に加工されていることによ
り、該量子井戸層が十分な狭さで厚さ及び幅方向にキャ
リアを閉じ込める構造となっていることを特徴とする。
この場合も、より具体的には、前記基板の凸部の斜面部
がリング状の部分を含んだり、前記基板が化合物半導体
により作成されていたり、前記基板の平坦部に積層され
た前記積層部がエッチングにより除去されていたり、前
記量子井戸層がＧａＡｓ層であり、該ＧａＡｓ層がＡｌ
ＧａＡｓ層で挟まれていたり、前記基板の凸部が台形状
部と３角形状部を含み、該台形状部の斜面部はリング状
となり、３角形状部の斜面部は直線状となっていたりす
る。
の量子細線構造においては、基板に加工された凸部の斜
面部に量子井戸層を含んで積層された積層部に形成され
た量子細線構造であって、該斜面部に沿って伸びる積層
部の回りが空気に触れる様に加工されていることによ
り、該量子井戸層が十分な狭さで厚さ及び幅方向にキャ
リアを閉じ込める構造となっていることを特徴とする。
この場合も、より具体的には、前記基板の凸部の斜面部
がリング状の部分を含んだり、前記基板が化合物半導体
により作成されていたり、前記基板の平坦部に積層され
た前記積層部がエッチングにより除去されていたり、前
記量子井戸層がＧａＡｓ層であり、該ＧａＡｓ層がＡｌ
ＧａＡｓ層で挟まれていたり、前記基板の凸部が台形状
部と３角形状部を含み、該台形状部の斜面部はリング状
となり、３角形状部の斜面部は直線状となっていたりす
る。
【００１０】更に、上記目的を達成する本発明による量
子細線構造の製造方法においては、溝又は凸部の斜面部
によりリング状又は直線状に加工された部分を含む基板
上に、結晶成長により量子井戸層を含んで積層された積
層部を形成した後、結晶成長で積層された積層部の平坦
部を、溝又は斜面部をレジストで覆ってドライエッチン
グにより除去することによって、前記溝又は斜面部に量
子細線を作成することを特徴としたり、溝又は凸部の斜
面部によりリング状あるいは直線状に加工された部分を
含む基板上に、結晶成長により量子井戸層を含んで積層
された積層部を形成した後、結晶成長で積層された積層
部の平坦部を、溝又は斜面部を残して、ｐ／ｎ選択エッ
チングにより除去することによって、前記溝又は斜面部
に量子細線を作成することを特徴とする。
子細線構造の製造方法においては、溝又は凸部の斜面部
によりリング状又は直線状に加工された部分を含む基板
上に、結晶成長により量子井戸層を含んで積層された積
層部を形成した後、結晶成長で積層された積層部の平坦
部を、溝又は斜面部をレジストで覆ってドライエッチン
グにより除去することによって、前記溝又は斜面部に量
子細線を作成することを特徴としたり、溝又は凸部の斜
面部によりリング状あるいは直線状に加工された部分を
含む基板上に、結晶成長により量子井戸層を含んで積層
された積層部を形成した後、結晶成長で積層された積層
部の平坦部を、溝又は斜面部を残して、ｐ／ｎ選択エッ
チングにより除去することによって、前記溝又は斜面部
に量子細線を作成することを特徴とする。
【００１１】
【実施例】図１乃至図６は本発明の第１の実施例を説明
する図である。本実施例では、事前に加工した基板２４
を用いて、その上に制御性の良いＭＢＥ（分子線エピタ
キシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積法）の
成長法により結晶を積層させ、量子細線構造１９、２
０、２１を作製しようとするものである。
する図である。本実施例では、事前に加工した基板２４
を用いて、その上に制御性の良いＭＢＥ（分子線エピタ
キシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積法）の
成長法により結晶を積層させ、量子細線構造１９、２
０、２１を作製しようとするものである。
【００１２】平面図である図１は量子効果デバイス１１
の全体像を示し、符号１２、１３、１４、１５は溝状に
加工された基板２４上のチャネルである。図１の２つに
分かれたアーム状のチャネル１３、１４の部分のＡ−
Ａ′断面を図２に示し、１つの直線状のチャネル１５の
部分のＢ−Ｂ′断面を図３に示す。各層の説明をする図
２において、基板２４である半絶縁性ＧａＡｓ上に、順
に、ノンドープＡｌＧａＡｓ１６を１０００Å成長さ
せ、ノンドープＧａＡｓ井戸層１７を１００Å形成し、
スペーサ層としてノンドープＡｌＧａＡｓ１８を１００
Å形成し、更にその上にＳｎドープＡｌＧａＡｓ２５を
１０００Å積層している。Ｓｎドープ層２５のキャリア
濃度は５×１０17ｃｍ-3としている。
の全体像を示し、符号１２、１３、１４、１５は溝状に
加工された基板２４上のチャネルである。図１の２つに
分かれたアーム状のチャネル１３、１４の部分のＡ−
Ａ′断面を図２に示し、１つの直線状のチャネル１５の
部分のＢ−Ｂ′断面を図３に示す。各層の説明をする図
２において、基板２４である半絶縁性ＧａＡｓ上に、順
に、ノンドープＡｌＧａＡｓ１６を１０００Å成長さ
せ、ノンドープＧａＡｓ井戸層１７を１００Å形成し、
スペーサ層としてノンドープＡｌＧａＡｓ１８を１００
Å形成し、更にその上にＳｎドープＡｌＧａＡｓ２５を
１０００Å積層している。Ｓｎドープ層２５のキャリア
濃度は５×１０17ｃｍ-3としている。
【００１３】量子細線の部分１９、２０、２１の溝の深
さ２６は、図４の断面図に示す様に、約１ミクロンであ
る。その理由は、溝の先端部が尖っていることが必要で
あるからである。よって、１ミクロン以下でも以上でも
深さは問わないが、現状のエッチング液では溝先端を鋭
利にする為には１ミクロン以上が必要である。
さ２６は、図４の断面図に示す様に、約１ミクロンであ
る。その理由は、溝の先端部が尖っていることが必要で
あるからである。よって、１ミクロン以下でも以上でも
深さは問わないが、現状のエッチング液では溝先端を鋭
利にする為には１ミクロン以上が必要である。
【００１４】次に、第１実施例の作成方法を説明する。
先ず、基板２４にＶ字状の溝を形成するのに用いられる
エッチング用液は、ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2ＯをＮＨ4
ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：２０の割合で混合した
液である。エッチング時間は２分であった。この溝を形
成した基板２４上に、ＭＢＥ法により、上に述べた各層
１６、１７、１８、２５を形成した。この際、ＧａＡｓ
１７の成長速度は０．７μｍ／ｈであり、ＡｌＧａＡｓ
１６、１８、２５中のＡｌ含有率は０．２５である。
先ず、基板２４にＶ字状の溝を形成するのに用いられる
エッチング用液は、ＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、Ｈ2ＯをＮＨ4
ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ＝３：１：２０の割合で混合した
液である。エッチング時間は２分であった。この溝を形
成した基板２４上に、ＭＢＥ法により、上に述べた各層
１６、１７、１８、２５を形成した。この際、ＧａＡｓ
１７の成長速度は０．７μｍ／ｈであり、ＡｌＧａＡｓ
１６、１８、２５中のＡｌ含有率は０．２５である。
【００１５】符号１９、２０、２１の部分に量子細線を
形成する為には、ノンドープＧａＡｓ１７の層の溝底部
の部分２２の厚みと幅及び斜面部の部分２３の層の厚さ
の関係が重要である（図４参照）。部分２２と２３の厚
さは、この部分が斜面となっているので、基板温度６０
０度、Ａｓ圧１×１０-5Ｔｏｒｒで行なうと、１０：５
程度の成長速度差を示すことにより、差が生じた。よっ
て、部分２３のＧａＡｓ井戸層厚が狭くて、部分２２の
それは広い。
形成する為には、ノンドープＧａＡｓ１７の層の溝底部
の部分２２の厚みと幅及び斜面部の部分２３の層の厚さ
の関係が重要である（図４参照）。部分２２と２３の厚
さは、この部分が斜面となっているので、基板温度６０
０度、Ａｓ圧１×１０-5Ｔｏｒｒで行なうと、１０：５
程度の成長速度差を示すことにより、差が生じた。よっ
て、部分２３のＧａＡｓ井戸層厚が狭くて、部分２２の
それは広い。
【００１６】ここでは、部分２２の厚さは１００Å程度
としたので部分２３の厚さは５０Åとなった。厚さ５０
Åと１００Åの井戸層に形成される量子準位の差は、厚
さが大きい方の部分２２（溝の底部）が厚さの小さい方
の部分２３（溝の斜面部）より１００ｍｅＶ程度低くな
って、形成される。よって、実質的にキャリアは量子準
位の低い方の溝の底部ないし先端部分２２に閉じ込めら
れる。更に、溝の先端部分２２の幅は成長機構によって
決定されるが、今回の条件では３００Å以下に納まって
いると考えられる。
としたので部分２３の厚さは５０Åとなった。厚さ５０
Åと１００Åの井戸層に形成される量子準位の差は、厚
さが大きい方の部分２２（溝の底部）が厚さの小さい方
の部分２３（溝の斜面部）より１００ｍｅＶ程度低くな
って、形成される。よって、実質的にキャリアは量子準
位の低い方の溝の底部ないし先端部分２２に閉じ込めら
れる。更に、溝の先端部分２２の幅は成長機構によって
決定されるが、今回の条件では３００Å以下に納まって
いると考えられる。
【００１７】こうして、ＡｌＧａＡｓ２５中で活性化し
たキャリアは、ＧａＡｓ井戸１７中に落ち、溝の先端部
分２２の量子細線１９、２０、２１に閉じ込められる。
ただし、符号２７で示した平坦部では２次元量子井戸と
なっている為、量子細線部１９、２０、２１に比較して
電子に対する散乱が大きく、更に、量子干渉デバイスを
駆動する際は信号に対してノイズとなるので、この平坦
部２７は除いた方が良い。これを取り除く方法として
は、通常のホトリソグラフィー又は１ミクロンの溝１
２、１３、１４、１５を利用して行なえば良い。
たキャリアは、ＧａＡｓ井戸１７中に落ち、溝の先端部
分２２の量子細線１９、２０、２１に閉じ込められる。
ただし、符号２７で示した平坦部では２次元量子井戸と
なっている為、量子細線部１９、２０、２１に比較して
電子に対する散乱が大きく、更に、量子干渉デバイスを
駆動する際は信号に対してノイズとなるので、この平坦
部２７は除いた方が良い。これを取り除く方法として
は、通常のホトリソグラフィー又は１ミクロンの溝１
２、１３、１４、１５を利用して行なえば良い。
【００１８】これを図５を用いて説明する。先ず、レジ
スト３１を一様にスピンナーで積層ウエハ２８表面に塗
り（図５（ｂ））、エッチングガス３２によるドライエ
ッチングで一様にレジスト３１を剥離する（図５
（ｃ）。そして、最後に溝１３（図５では溝１３のみ示
すが他の溝でも同様である）の上部のレジスト３１のみ
を残し（図５ｄ）、これをマスクとし、この後ＧａＡｓ
１７、ＡｌＧａＡｓ１６、１８、２５をＣＦ4で基板２
４まで達する様にドライエッチングした。この結果、図
６に示す様に、量子細線部１９の廻りの積層部のみが残
る様に形成できる。この様にして、安定的に、幅及び厚
さ方向に十分な狭さでキャリアが閉じ込められる量子細
線１９、２０、２１が形成された図１に示した様な干渉
型デバイスが作製できる。
スト３１を一様にスピンナーで積層ウエハ２８表面に塗
り（図５（ｂ））、エッチングガス３２によるドライエ
ッチングで一様にレジスト３１を剥離する（図５
（ｃ）。そして、最後に溝１３（図５では溝１３のみ示
すが他の溝でも同様である）の上部のレジスト３１のみ
を残し（図５ｄ）、これをマスクとし、この後ＧａＡｓ
１７、ＡｌＧａＡｓ１６、１８、２５をＣＦ4で基板２
４まで達する様にドライエッチングした。この結果、図
６に示す様に、量子細線部１９の廻りの積層部のみが残
る様に形成できる。この様にして、安定的に、幅及び厚
さ方向に十分な狭さでキャリアが閉じ込められる量子細
線１９、２０、２１が形成された図１に示した様な干渉
型デバイスが作製できる。
【００１９】次に、図７乃至図１１に第２実施例を示
す。平面を示す図７は全体図である。同図において、４
１は量子効果デバイスの全体像であり、５１は上面が円
形となった台形突出部であり、５２は３角形の突出部で
ある。図８は図７のＡ−Ａ′断面の図であり、図９はＢ
−Ｂ′断面の図であり、これらの図において、４２は基
板であるところの半絶縁ＧａＡｓ基板である。この基板
４２は、ここに形成された台形突出部５１の高さ５３を
１ミクロンに、幅５４を５０００Åに、そして干渉デバ
イス長を１ミクロンにする様に加工されている。この台
形突出部５１に隣接して、３角形状に加工した部分５２
も基板４２に形成しておく。
す。平面を示す図７は全体図である。同図において、４
１は量子効果デバイスの全体像であり、５１は上面が円
形となった台形突出部であり、５２は３角形の突出部で
ある。図８は図７のＡ−Ａ′断面の図であり、図９はＢ
−Ｂ′断面の図であり、これらの図において、４２は基
板であるところの半絶縁ＧａＡｓ基板である。この基板
４２は、ここに形成された台形突出部５１の高さ５３を
１ミクロンに、幅５４を５０００Åに、そして干渉デバ
イス長を１ミクロンにする様に加工されている。この台
形突出部５１に隣接して、３角形状に加工した部分５２
も基板４２に形成しておく。
【００２０】この基板４２上に、順に、ノンドープＡｌ
ＧａＡｓ（Ａｌ混晶比ｘ＝０．３）４３を形成し、ノン
ドープＧａＡｓ井戸層４４を２００Å厚で形成する。次
に、スペーサ層としてノンドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．３）４５を１５０Å厚で形成し、ＳｎドープＡｌＧ
ａＡｓ（ｘ＝０．３）４６を２０００Å厚で形成した。
キャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3である。更に、その上
にＳｉドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）５６を１００
０Å厚で形成している。
ＧａＡｓ（Ａｌ混晶比ｘ＝０．３）４３を形成し、ノン
ドープＧａＡｓ井戸層４４を２００Å厚で形成する。次
に、スペーサ層としてノンドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝
０．３）４５を１５０Å厚で形成し、ＳｎドープＡｌＧ
ａＡｓ（ｘ＝０．３）４６を２０００Å厚で形成した。
キャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3である。更に、その上
にＳｉドープＡｌＧａＡｓ（ｘ＝０．３）５６を１００
０Å厚で形成している。
【００２１】ＭＢＥ装置を用いて成長すると、平坦部の
方が、斜面部及び３角形状部よりも成長速度が速い。キ
ャリアは、量子井戸層４４のエネルギー準位の関係から
平坦部に溜り易いと考えられる（平坦部の井戸層４４が
斜面領域及び３角形領域の井戸層部分４７、４８、４９
より厚くなるので、前者の量子準位が低くなりこの様に
なる）。そこで、本実施例では、干渉デバイスの駆動に
障害となる平坦部に積層した積層膜を取り除く。
方が、斜面部及び３角形状部よりも成長速度が速い。キ
ャリアは、量子井戸層４４のエネルギー準位の関係から
平坦部に溜り易いと考えられる（平坦部の井戸層４４が
斜面領域及び３角形領域の井戸層部分４７、４８、４９
より厚くなるので、前者の量子準位が低くなりこの様に
なる）。そこで、本実施例では、干渉デバイスの駆動に
障害となる平坦部に積層した積層膜を取り除く。
【００２２】その方法として、ｐ／ｎ選択エッチングを
用いる。最上層のＡｌＧａＡｓ５６はＳｉドープであ
り、その為に斜面部５７及び３角形状部５８ではｐ型と
なり、平坦部ではｎ型となる（即ち、平坦部の積層面は
（１００）面であるので３族と５族のＧａＡｓに４族の
Ｓｉをドープしたものはｎ型となり、斜面部５７及び３
角形状部は（ｎ１１）面（ｎはｎ＜４）であるので３族
と５族のＧａＡｓに４族のＳｉをドープしたものはｐ型
となる）。これを利用して選択エッチングを行なった。
ＮＨ 4ＯＨ：Ｈ 2Ｏ2系のエッチャントで行なって平坦部
であるｎ側をエッチングする。この結果、図１０及び図
１１に示す如く、斜面部５７と３角形状部５８のみが残
る。図１０及び図１１において、斜面部５７及び３角形
状部５８の廻りは空気ないし真空となるので、キャリア
は井戸層４４の中央部（斜線で示す）に閉じ込められる
ことになる。よって、この様にして、安定的に、幅及び
厚さ方向に十分な狭さでキャリアが閉じ込められる量子
細線が形成された効率の良い量子干渉デバイスができ
る。
用いる。最上層のＡｌＧａＡｓ５６はＳｉドープであ
り、その為に斜面部５７及び３角形状部５８ではｐ型と
なり、平坦部ではｎ型となる（即ち、平坦部の積層面は
（１００）面であるので３族と５族のＧａＡｓに４族の
Ｓｉをドープしたものはｎ型となり、斜面部５７及び３
角形状部は（ｎ１１）面（ｎはｎ＜４）であるので３族
と５族のＧａＡｓに４族のＳｉをドープしたものはｐ型
となる）。これを利用して選択エッチングを行なった。
ＮＨ 4ＯＨ：Ｈ 2Ｏ2系のエッチャントで行なって平坦部
であるｎ側をエッチングする。この結果、図１０及び図
１１に示す如く、斜面部５７と３角形状部５８のみが残
る。図１０及び図１１において、斜面部５７及び３角形
状部５８の廻りは空気ないし真空となるので、キャリア
は井戸層４４の中央部（斜線で示す）に閉じ込められる
ことになる。よって、この様にして、安定的に、幅及び
厚さ方向に十分な狭さでキャリアが閉じ込められる量子
細線が形成された効率の良い量子干渉デバイスができ
る。
【００２３】ところで、本発明は、基板上に量子細線を
形成する必要のあるデバイスならどのようなものにも適
用でき、また、材料、プロセスについても上記実施例は
あくまで例示である。
形成する必要のあるデバイスならどのようなものにも適
用でき、また、材料、プロセスについても上記実施例は
あくまで例示である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、加
工した基板上に結晶成長して量子細線構造を形成するこ
とにより、容易に、安定した量子干渉デバイスなどが作
製できる。本発明の本質は、基板上に、結晶成長の高制
御性を利用して微細構造を作製することにある。
工した基板上に結晶成長して量子細線構造を形成するこ
とにより、容易に、安定した量子干渉デバイスなどが作
製できる。本発明の本質は、基板上に、結晶成長の高制
御性を利用して微細構造を作製することにある。
【図１】本発明の第１実施例の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】図１の溝の態様を説明する断面図である。
【図５】第１実施例の平坦部をエッチングする方法を説
明する図である。
明する図である。
【図６】第１実施例の平坦部をエッチングした状態を示
す図である。
す図である。
【図７】本発明の第２実施例の平面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ′断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ′断面図である。
【図１０】図８の平坦部をエッチングした状態を示す図
である。
である。
【図１１】図９の平坦部をエッチングした状態を示す図
である。
である。
【図１２】従来例を説明する図である。
１１，４１ 量子効果デバイ
ス １２，１３，１４，１５ 溝（チャネル） １６，４３ ノンドープＡｌ
ＧａＡｓ １７，４４ ノンドープＧａ
Ａｓ井戸層 １８，４５ ＡｌＧａＡｓス
ペーサ層 １９，２０，２１ 量子細線構造 ２２ 井戸層の溝底部 ２３ 井戸層の斜面部 ２４，４２ 半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板 ２５，４６ ＳｎドープＡｌ
ＧａＡｓ ２６ 溝の深さ ２７ 平坦部 ２８ ウェハ ３１ レジスト ３２ エッチングガス ４７、４８ 井戸層の斜面部 ４９ 井戸層の３角形
状部 ５１ 台形突出部 ５２ ３角形突出部 ５３ 台形突出部の高
さ ５４ 台形突出部の幅 ５６ ＳｉドープＡｌ
ＧａＡｓ ５７ Ｓｉドープ層の
斜面部 ５８ Ｓｉドープ層の
３角形状部
ス １２，１３，１４，１５ 溝（チャネル） １６，４３ ノンドープＡｌ
ＧａＡｓ １７，４４ ノンドープＧａ
Ａｓ井戸層 １８，４５ ＡｌＧａＡｓス
ペーサ層 １９，２０，２１ 量子細線構造 ２２ 井戸層の溝底部 ２３ 井戸層の斜面部 ２４，４２ 半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板 ２５，４６ ＳｎドープＡｌ
ＧａＡｓ ２６ 溝の深さ ２７ 平坦部 ２８ ウェハ ３１ レジスト ３２ エッチングガス ４７、４８ 井戸層の斜面部 ４９ 井戸層の３角形
状部 ５１ 台形突出部 ５２ ３角形突出部 ５３ 台形突出部の高
さ ５４ 台形突出部の幅 ５６ ＳｉドープＡｌ
ＧａＡｓ ５７ Ｓｉドープ層の
斜面部 ５８ Ｓｉドープ層の
３角形状部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50
Claims (12)
- 【請求項１】基板の溝状に加工された部分に量子井戸層
を含んで積層された積層部に形成された量子細線構造で
あって、前記基板の平坦部に積層された前記積層部がエ
ッチングにより除去されており、且つ、前記溝状加工部
分の斜面に沿って伸びる量子井戸層の溝底部の厚さが斜
面部の厚さよりも大きくなっていることで、該量子井戸
層の溝底部が十分な狭さで厚さ及び幅方向にキャリアを
閉じ込める構造となっていることを特徴とする量子細線
構造。 - 【請求項２】前記基板の溝状に加工された部分がリング
状の部分を含むことを特徴とする請求項１記載の量子細
線構造。 - 【請求項３】前記基板が化合物半導体により作成されて
いることを特徴とする請求項１記載の量子細線構造。 - 【請求項４】前記量子井戸層がＧａＡｓ層であり、該Ｇ
ａＡｓ層がＡｌＧａＡｓ層で挟まれていることを特徴と
する請求項１記載の量子細線構造。 - 【請求項５】基板に加工された凸部の斜面部に量子井戸
層を含んで積層された積層都に形成された量子細線構造
であって、該斜面部に沿って伸びる積層部の回りが空気
に触れる様に加工されていることにより、該量子井戸層
が十分な狭さで厚さ及び幅方向にキャリアを閉じ込める
構造となっていることを特徴とする量子細線構造。 - 【請求項６】前記基板の凸部の斜面部がリング状の部分
を含むことを特徴とする請求項５記載の量子細線構造。 - 【請求項７】前記基板が化合物半導体により作成されて
いることを特徴とする請求項５記載の量子細線構造。 - 【請求項８】前記基板の平坦部に積層された前記積層部
がエッチングにより除去されていることを特徴とする請
求項５記載の量子細線構造。 - 【請求項９】前記量子井戸層がＧａＡｓ層であり、該Ｇ
ａＡｓ層がＡｌＧａＡｓ層で挟まれていることを特徴と
する請求項５記載の量子細線構造。 - 【請求項１０】前記基板の凸部が台形状部と３角形状部
を含み、該台形状部の斜面部はリング状となり、３角形
状部の斜面部は直線状となっていることを特徴とする請
求項５記載の量子細線構造。 - 【請求項１１】溝又は凸部の斜面部によりリング状ある
いは直線状に加工された部分を含む基板上に、結晶成長
により量子井戸層を含んで積層された積層部を形成した
後、結晶成長で積層された積層部の平坦部を、溝又は斜
面部をレジストで覆ってドライエッチングにより除去す
ることによって、前記溝又は斜面部に量子細線を作成す
ることを特徴とする量子細線構造の製造方法。 - 【請求項１２】溝又は凸部の斜面部によりリング状ある
いは直線状に加工された部分を含む基板上に、結晶成長
により量子井戸層を含んで積層された積層部を形成した
後、結晶成長で積層された積層部の平坦部を、溝又は斜
面部を残して、ｐ／ｎ選択エッチングにより除去するこ
とによって、前記溝又は斜面部に量子細線を作成するこ
とを特徴とする量子細線構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145491A JP3154415B2 (ja) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | 量子細線構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8145491A JP3154415B2 (ja) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | 量子細線構造及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04293288A JPH04293288A (ja) | 1992-10-16 |
| JP3154415B2 true JP3154415B2 (ja) | 2001-04-09 |
Family
ID=13746851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8145491A Expired - Fee Related JP3154415B2 (ja) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | 量子細線構造及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3154415B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102157110B1 (ko) | 2017-08-07 | 2020-09-17 | 가부시키가이샤 트리 필드 | 추출 장치 및 추출 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4771682B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2011-09-14 | 富士通株式会社 | 量子デバイス及びその製造方法 |
| US7465595B2 (en) | 2004-11-09 | 2008-12-16 | Fujitsu Limited | Quantum device, manufacturing method of the same and controlling method of the same |
-
1991
- 1991-03-21 JP JP8145491A patent/JP3154415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．２６，ｐｐ．２７１５−２７１７ |
| 応用物理学会学術講演会講演予稿集（１９８９年秋季）２７ｐ−Ｚ−１ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102157110B1 (ko) | 2017-08-07 | 2020-09-17 | 가부시키가이샤 트리 필드 | 추출 장치 및 추출 방법 |
| KR102252969B1 (ko) | 2017-08-07 | 2021-05-17 | 가부시키가이샤 트리 필드 | 추출 장치 및 추출 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04293288A (ja) | 1992-10-16 |
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