JP3278035B2

JP3278035B2 - 電流狭窄構造を持った量子箱構造及びその作成法

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Publication number: JP3278035B2
Application number: JP18978395A
Authority: JP
Inventors: 誠一宮澤
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 2002-04-30
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Also published as: JPH0918086A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体中央に孤立形成
された量子箱領域への電流注入機構を実現する電流狭窄
構造作成法及び、電流狭窄構造を持った量子箱構造に関
するものである。

【０００２】

【従来技術】半導体中央に孤立形成された領域への電流
注入は、成長膜横方向での電流狭窄が困難となり、無効
電流の増大を招く。半導体中央に孤立形成された領域の
典型的な例としては量子細線、量子箱があげられる。

【０００３】超格子構造を用いた半導体装置は、従来の
ものに比較して、低しきい電流の半導体レーザや高速動
作のトランジスタの実現を可能とする。現在検討されて
いる超格子構造としては、１次元量子井戸構造（量子薄
膜）が主流であり、これを利用した半導体レーザについ
ては下記の文献に記されている。例として、Tsang, W.
T., "Extremely Low Temperature (AlGa)As Modified M
ulti-Quantum Well Heterostructure Lasers Grown by
Molecular Beam Epitaxy", Appl. Phys. Lett.,39, p78
6-788 (1981)がある。１次元量子井戸構造に対して、２
次元量子井戸構造（量子細線）、３次元量子井戸構造
（量子箱）と高次元化していくと、更に優れた特徴を有
するデバイスの作成が可能となることが予想される。

【０００４】図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ
１次元、２次元、３次元量子井戸の構造の概念図であ
り、図１８（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれは図１７
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示したものの電子の状態密度
とエネルギーの関係を示す図である。バルク結晶の状態
においては、図１８（ａ）中の放物線形をしていた状
態密度が、１次元、２次元、３次元量子井戸構造におい
ては、それぞれ階段状（図１８（ａ））、のこぎり歯
状（図１８（ｂ））およびパルス列状（図１８（ｃ））
に変化していく。この様な状態密度の変化に伴って光吸
収や発光状態も順次変化してゆくことが予想されるた
め、極めて低いしきい値の半導体レーザが期待できる。
更に、２次元量子井戸構造では散乱機構の単純化により
電子移動度が高まることも予想されており、電子デバイ
スの面からも重要となる。

【０００５】２次元量子井戸構造を用いた量子細線レー
ザや３次元量子井戸を用いた量子箱レーザでは上記のよ
うな特徴から以下の様な効果が期待されている。（１）低しきい電流レーザ。（２）しきい電流の温度依存性が小さい。（３）緩和振動共振周波数の増大による高速度変調の向
上。（４）発振スペクトル線幅が狭い。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】以上の様に量子化
の次元を上げることは、様々な長所を有しているもので
あるが、その作成方法は未だに開発段階である。特に、
電流の注入方法に関しては更なる開発検討が必要であ
る。図１９（ａ），（ｂ）は量子箱を半導体中に作成し
た例を示す。図１９中、２０１は量子箱である。通常、
キヤリアをこの量子箱２０１内に閉じ込めるため、２０
１の量子箱周辺の材料は量子箱の材料よりもバンドギャ
ップを大きくする。ここでは、２０２、２０３の部分が
量子箱２０１よりもバンドギャップの広い材料である。
この様な量子箱２０１をもったデバイス中に電流を流す
と、図１９（ｂ）の様に電流が流れる。この図は、図１
９（ａ）の断面Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’の部分で切った場合
である。電流は、２０３の上層から２０２の下層に流れ
るものとする。供給された電流が総て量子箱２０１に供
給されることが望ましいのであるが、実際には量子箱２
０１に流れる電流２０６と量子箱外を流れる無効電流
２０７に分かれる。この様に半導体中央に形成された領
域への注入は、積層水平方向の電流狭窄に問題がある。

【０００７】よって、本発明の目的は、上記問題点を解
決した、半導体中央に孤立形成された量子箱領域への電
流注入機構を実現する電流狭窄構造作成法及び、電流狭
窄構造を持った量子箱構造を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】上記目的を達成する半導体
装置作成法は、閃亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体基板
の少なくとも一部に異なる面方位を持つ面部を形成する
工程と、該異なる面方位を持つ面部の上で、面方位によ
って導電型の異なる結晶成長法を一部に使用する結晶成
長法により半導体層を積層して量子箱を形成する工程と
を含むことを特徴とする。この場合、異なる面方位を持
つ面部が縦横方向において充分小さく、その回りの露出
面の面方位が適当であれば（即ち、次工程の結晶成長法
でｐｎｐ又はｎｐｎ構造が形成される面方位であれ
ば）、そのまま、面方位によって導電型の異なる結晶成
長法を一部に使用することにより半導体層を積層して量
子箱領域へのみ電流注入される量子箱を形成することが
できる。

【０００９】異なる面方位を持つ面部が広い場合は、閃
亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体基板の少なくとも一部
に異なる面方位を持つ面部を形成する工程の次に、該異
なる面方位を持つ面部に選択成長を用いて部分的に電流
狭窄する構造を形成する工程を実行したり、該異なる面
方位を持つ面部を部分的にエッチングして取り除き部分
的に電流狭窄する構造を形成する工程を実行したりす
る。

【００１０】具体的には、以下の様にしてもよい。該異
なる面方位を持つ面部はＩＩＩ面とＶ面を持つノコギリ
状の第１の周期構造部である。ＩＩＩ族面とＶ族面がＧ
ａ面、Ａｓ面である。該選択成長は第１の周期構造を横
切る方向に第２の周期構造で行なう。該エッチングは第
１の周期構造を横切る方向に第２の周期構造で行なう。
該結晶成長法は両性不純物を用いる。本方法を実施する
ドーパントとしてはＳｉのみではなく、ＳｅとＺｎを同
時にドーピングしても同様の効果が得られる。

【００１１】また、上記目的を達成する電流狭窄構造を
持った量子箱構造は、量子箱の回りにｐｎｐ又はｎｐｎ
構造が形成されていて、該量子箱にのみ電流が流れる様
に電流狭窄する電流狭窄構造を持つことを特徴とする。

【００１２】本方法は、基板を加工し所望の半導体膜の
みに電流を流せるように、積層横方向に半導体のｐ／ｎ
極性が変化する様にした構成を提案するものである。或
は、本方法は、基板を加工し量子箱に対応した部分のみ
半導体のｐ／ｎ極性が変化する様にし、電流が量子箱部
分にのみ流れる様にした構成を提案するものである。

【００１３】具体例で本発明の原理を説明する。ＧａＡ
ｓを代表とするジンクブレンド構造（閃亜鉛鉱型結晶構
造）を有する半導体基板でかつ｛１１１｝面に対して０
度〜２０度の範囲で傾いた表面方位を持つ領域を少なく
とも一部に有した半導体基板上に、周期的凹凸を形成し
（即ち、異なる面方位を持つ面部を形成する）、該凹凸
上および他の平坦な面に両性不純物を有するＩＩＩ−Ｖ
膜をエピタキシャル成長させることにより、電流狭窄層
を持った量子箱を作成する。また、半導体の結晶成長速
度はその結晶面により異なる。例えば、（１１１）面は
（１００）面に比較し成長速度は遅く、更に（１１０）
は（１１１）面よりも遅い。詳しくは、Journal of App
lied Physics Vol.64, 3522 (1988)の文献を参照された
い。これらの原理を利用すると容易に半導体細線、箱に
有効な電流狭窄構造が作成できる。

【００１４】より具体的には、１つの具体例では以下の
３つのステップを含む。まず第１のステップとして、ジ
ンクブレンド構造を有した半導体｛１１１｝Ａ面から０
〜２０度の範囲で傾いた表面方位を持つ基板１に、例え
ば、所定のピッチのグレーティングを形成する。作成法
としては、干渉露光法を利用する。図１中、４は干渉露
光にて作成されたピッチ２４０ｎｍの周期構造である。
第２のステップとして、その周期構造４を横方向に細線
構造に分離する。図１中、３はＳｉＯ₂膜であり厚みは
２００ｎｍとする（以下では、この領域をも符号３で示
す）。第３のステップとして、その周期構造４およびＳ
ｉＯ₂３上に、固体ソースのＭＢＥ法、または一部の分
子線源をガス化したＧＳＭＢＥ法、あるいは分子線源に
有機金属を用いるＭＯＭＢＥ法、あるいは全て分子線源
をガス化したＣＢＥ法によって、ＳｉＯ₂膜３を形成し
ない領域２で電流をブロックする様に半導体結晶を成長
する。

【００１５】図２をもって説明する。図２は、図１を符
号５の方向から見た断面図である。この図２（ａ）に示
した様に周期構造層４とＳｉＯ₂膜３で囲まれた基板１
の領域２上に、電流をブロックする為にまず半導体膜７
をを成長する。この半導体膜７は下層４、１とは極性が
異なる（図２（ｂ）参照）。続いてＳｉＯ₂層３を除去
する（図２（ｃ）参照）。除去した層上に、基板１と同
一の導電型を持つ層８を形成する。続いて、９の両性不
純物を含んだ層、更に１０の基板１と同一の導電型を持
つ層を積層する。領域２の層４、７、８は領域３上に形
成した量子箱の為の電流ブロック層となる。詳細は後で
記述する。続いて、活性層となる、つまり量子箱を含む
層１１を成長する。更に、基板１とは反対の極性になる
層１２を成長して電流狭窄を実現する。即ち、領域３の
所定の面方位の面に積層された量子箱にのみ電流が流れ
る様にする。

【００１６】領域２の電流狭窄メカニズムについて説明
する。領域２付近の電流の流れを、図２（ｄ）に示した
Ａ−Ａ’の部分である図３をもって説明する。電流狭窄
は、上述した様に、層４、７、８で行う。極性は層４と
層８が同じで層７のみが異なることから、層４、７、８
の接合はｐｎｐかｎｐｎ（図３ではｎｐｎ）になる。よ
って電流１３は層７にてブロックされる。こうして領域
２上の積層では電流が流れない。続いて、ＳｉＯ₂膜の
あった領域３における電流の流れを図４をもって説明す
る。図４は図１で符号６の方向から見た図２（ｄ）のＢ
−Ｂ’の部分の断面図である。ｎ型の基板１を利用した
場合の構成について記述する。

【００１７】上で述べた様に、グレーティング４上にま
ずｎ型ＡｌＧａＡｓ８を成長する。ここでは不純物とし
てＳｎを使用している。更に、両性不純物を含む層９を
形成する。ここでは、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層を成長
した。更に、その上にＳｎドープＡｌＧａＡｓ１０を成
長し、その上に活性層領域である１１のアンドープ又は
ＳｉドープＧａＡｓを形成している。活性領域の最後と
して１２のｐ型、ここではＢｅドープＡｌＧａＡｓを形
成する。電流の流れについて説明する。（１１１）Ａ面
（或は｛１００｝面に対して２０度以上の面）に対応し
た領域１５は、層９のＳｉドープＡｌＧａＡｓの部分が
ｐ型にドーピングされるため、層８、９、１０でｎｐｎ
接合が形成される。これに対して、｛１００｝面（ここ
で、｛１００｝面は（１００）面、（０１０）面、（０
０１）面等の等価な面を含むものとする。）から０度か
ら２０度の範囲で傾いた面の領域１６では、層９はｎ型
となる。よって、層８、９、１０でｎｎｎ接合が形成さ
れて電流が流れ、電流１７はこの部分のみを流れる。図
４で、１８は斜面に形成された量子効果が得られる程度
の３次元量子構造である。

【００１８】以上の様にＳｉＯ₂３を用いた選択成長に
より、ＳｉＯ₂３の形成されなかった領域２（図２
（ａ）参照））での電流ブロックができ、両性不純物を
用いた成長によって、半導体中央に形成された領域１８
に近接した領域３（図２（ｄ）参照）での電流狭窄がで
きる。この結果、本方法を用いると電流は半導体中央に
孤立形成された３次元量子構造１８のみに供給される。

【００１９】図４の領域１８において、３０ｎｍ程度の
大きさの角を作成する方法を以下に説明する。図５にお
いて、グレーティング４は（１１１）Ａ面から５度傾い
た基板１上に形成している。この時に成長条件として、
斜面部分のステップ面２１（例えば、｛１００｝面）よ
りテラス平面２０（例えば、｛１１１｝面）での成長速
度が遅くなるような条件を選ぶことで、｛１１１｝面か
らなるテラス２０と｛１００｝面又は｛３１１｝面の段
差部２１からなるノコギリ形状２４を層１９で形成する
ことができる。この上に、同様の条件で層１９とは異な
る材質の半導体膜２２を成長する。｛１１１｝面２０で
の成長が遅くなる様な条件を選ぶ。この結果、２２の半
導体膜はステップ部分２１に集中するような形となる。
同様に、２２の半導体膜とは異なる２３の半導体膜を続
いて堆積する。この時の条件も｛１１１｝面２０の成長
速度が遅い条件を選ぶ。この繰り返しにより組成の異な
る領域が部分的に形成できる。本発明の一つのポイント
は成長速度の異なる複数の面を形成することにある。

【００２０】重要なポイントは、量子効果が期待される
幅に加工された、例えば、周期構造を用いて、成長しに
くい面と成長速度の速い面を形成すること、かつ成長し
やすい面の一片の長さが量子効果が期待できるサイズ
（５０ｎｍ）程度で容易に制御できること、これらを満
たせば容易に半導体領域を箱状に部分的に閉じ込めるこ
とがきる。成長法としては、固体ソースのＭＢＥ法、ま
たは一部の分子線源をガス化したＧＳＭＢＥ法、あるい
は分子線源に有機金属を用いるＭＯＭＢＥ法、あるいは
全ての分子線源をガス化したＣＢＥ法によって半導体結
晶を成長する。

【００２１】以上述べたようにして、傾斜領域を持つ基
板上に特定の周期をもつ半導体膜を作り込むことができ
る。この様に形成された周期構造のステップ部分２１の
大きさを５０ｎｍ以下にすることにより、量子効果を持
たせることができる。そして、このステップ部分２１の
大きさは、図６において符号２６で示したグレーティン
グのピッチと（１１１）面からの傾斜角で決定される。

【００２２】具体的な一例を述べる。図６は図５の一部
分を拡大したものである。２６は、干渉露光にて作成し
たグレーティングのピッチである。Λ₁は２４０ｎｍで
ある。この上にエピタキシャル法によって膜１９を積層
するとステップ（１００）面の幅Ｂ、２９は次の様な式
で決定される。Ｂ＝Λ₁ｓｉｎθ／ｓｉｎθ’ ここで、θは基板面からの｛１１１｝面２０の傾斜角
度。θ’は、ここでは｛１１１｝面２０とステップを形
成している面２１（例えば（１００）面とする）が成す
角で、例えば５４．７度である。基板からの傾斜角２７
を５度程度とするとステップ２１に形成される（１０
０）面の幅Ｂ、２９は２５．６ｎｍとなる。この上にエ
ピタキシャル成長により、結晶を成長する。例えば、Ｍ
ＢＥ法を用いたＧａＡｓ上のＧａＡｓ膜の成長であれ
ば、（１００）面と（１１１）面との成長速度の差は３
倍程度とれ、（１００）面の方が速い。こうして図５に
示した様にステップ２１に対応したところに量子井戸が
形成される。供給する材料を変えることにより容易に積
層可能である。この様な成長機構を有する部分にＳｉド
ープＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓを積層すると、成長膜の
一部に極性の異なる領域が部分的に形成できる。以上の
様に作成することにより、電流狭窄構造を持ったデバイ
スを作成することが可能となる。

【００２３】他の具体例で本発明の原理を説明する。上
記と同様に、ＧａＡｓを代表とするジンクブレンド構造
を有する半導体基板でかつ｛１１１｝面に対して０度〜
２０度の範囲で傾いた表面方位を少なくとも一部に持つ
半導体基板上に、例えば、周期的凹凸を形成し、該凹凸
上および他の平坦な面に両性不純物を有するＩＩＩ−Ｖ
膜をエピタキシャル成長させることにより、成長後に加
工することなく電流狭窄層を持った量子箱を作成する。

【００２４】この具体例では、以下の３つのステップを
含むものとする。まず、箱の作り方である。図１１にお
いて、まず第１のステップとして、図１と同様に、基板
１０１上にグレーティング１０４を形成する。作成法と
しては、干渉露光法を利用する。その作成法に関しては
実施例中で記述する。図１１中、１０４は干渉露光にて
作成されたピッチ１２０ｎｍの周期構造である。第２の
ステップとして、その周期構造１０４に、横方向に、量
子効果が出る程度の島１０３を形成する。図１１中、１
０２は量子効果が出るように加工した結果形成された溝
である。第３のステップとして、その周期構造１０４及
び溝１０２上に固体ソースのＭＢＥ法、または一部の分
子線源をガス化したＧＳＭＢＥ法、あるいは分子線源に
有機金属を用いるＭＯＭＢＥ法、あるいは全ての分子線
源をガス化したＣＢＥ法によって半導体結晶を成長す
る。この様子は第１の具体例での説明とほぼ同じであ
る。即ち、溝底面と周期構造テラス面上では両性不純物
を含む結晶成長の時に同じ極性を持つことになるので、
溝１０２及び周期構造１０４のテラス面にはｎｐｎ又は
ｐｎｐの電流ブロック構造が積層される。

【００２５】重要なポイントは、上記と同様に、量子効
果が期待される幅に加工された、例えば、周期構造を用
いて、成長しにくい面と、成長速度の速い面を形成する
こと、かつ成長しやすい面の一片の長さが量子効果が期
待できるサイズ（５０ｎｍ）程度で容易に制御できるこ
と、これらを満たせば容易に半導体領域を箱状に部分的
に閉じ込めることができる。

【００２６】具体的な例を述べると、グレーティングピ
ッチΛ₁は１２０ｎｍである。この時、ステップに形成
される（１００）面の幅Ｂ、２９は、上記の関係から、
１２．８ｎｍとなる。この上にエピタキシャル成長によ
り、結晶を成長することにより、電流狭窄構造を持った
デバイスを作成することが可能となる。

【００２７】この具体例の電流を注入する機構について
記述する。図１２をもって説明する。上述した様に、Ｓ
ｉはＩＩＩ−Ｖ化合物にとって両性不純物として働く。
Ｇａサイトに入れ替わればｎ型に、Ａｓサイトと入れ替
わればｐ型に極性を変化させる。一般的に、｛１１１｝
Ａ面上にＳｉドープＧａＡｓを成長させるとｐ型ＧａＡ
ｓが成長できる。これに対して｛１００｝面上に成長さ
せるとｎ型が形成できる。この特性を利用して電流狭窄
を実現する。図１２はその実例である。基板上に、１２
６に示したグレーティングを形成する。この上にＳｉド
ープＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを成長すると、グレー
ティング斜面にはｎ層が成長し、グレーティングの頂上
付近にはｐ型が形成される。その結果、層１２７はｐ／
ｎ両領域が部分的に形成される。下層１２６と同一極性
を持つｎ型は、１２８に示す様にグレーティング斜面に
形成される。同様に、その上に積層した１３１（Ｓｉド
ープＡｌＧａＡｓ）層にも横方向にステップ面１３０上
のｎ領域１３２が点在する。この結果、電流１３４は、
１２６のグレーティング領域から領域１２８、１３２を
通って上部に抜ける。これに対して、１２９の面｛１１
１｝に対応した部分に成長した膜はＳｉがＧａサイトに
入りｐ型となる。よって、１２６のグレーイングと１２
７の界面でｐ／ｎ接合を作ると共に、層１３１と層１３
３の界面においても、ｎ／ｐ接合が形成され、電流１３
５はブロックされ層１３３には到達しない。ここで１２
８、１３２はｎ型ＧａＡｓ及びＡｌＧａＡｓ領域であ
る。電流のブロックは｛１１１｝Ａ面１２９に対応した
領域、つまり｛１１１｝Ａ面を基本とすると図１３に
示すような平坦な領域で発生し、電流１３７は流れない
（従って、溝１０２でも同様に電流は流れない）。よっ
て、グレーティングのある部分１３６付近のみに電流１
３８が通電される現象が観測される。本方法は、このＳ
ｉドープＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ膜によるｐ／ｎの変化
とＢｅドープによる組み合わせにより電流を狭窄しよう
とするものである。

【００２８】ここまで説明してきた図１２、図１３は図
１１を１０６の方向から観察したもので、図１１を垂直
な方向１０５から観察すると図１４の様な構成となって
おり、１４１の斜面には結晶成長しにくくすることが好
ましい。１４２の部分は、グレーティングが存在してい
る部分である。１４３の間隔を変化させることにより量
子箱の密度を制御することができる。

【００２９】

【実施例１】以下に具体的な作成法を提示する。図７は
量子箱を利用したレーザである。基板４６は｛１１１｝
Ａ面から５度傾いたｐ基板である。基板４６は符号５３
の〈１００〉方向に傾いている。符号５４の方向は〈−
１１０〉方向である。この上にＢｅドープＡｌＧａＡｓ
４７を積む。ここで一旦成長を止め、５１のグレーティ
ングを干渉露光法を用いて形成する。エッチングは塩素
を用いたドライエッチングを使用した。グレーティング
５１のピッチは約１２０ｎｍであり、高さは２００ｎｍ
とした。一方、箱形状を作成する為には、グレーティン
グ５１に対して垂直方向の分離が必要である。図７中、
５２に示す電流ブロック領域（図２における半導体膜７
のある領域）は先に示したＳｉＯ₂の選択成長で作成し
た。この周期は１００ｎｍである。

【００３０】この上に量子箱である活性領域４８を形成
する。符号５４の方向から見た活性領域４８の構成を図
８に示す。グレーティング５１上に、５５のＢｅドープ
ＡｌＧａＡｓを５０ｎｍ積層する。更に、この上に、５
６の活性層としてアンドープ又は低濃度のＳｉドープＧ
ａＡｓを積層する。この結果、量子箱５７が形成され
る。更に、この上に、５８のＳｎドープＡｌＧａＡｓを
１００ｎｍ形成する。Ｓｎは、｛１１１｝Ａ面において
もｎ型となる。更に、５９のＳｉドープＡｌＧａＡｓを
５０ｎｍ形成する。層５９は、部分的に、６０ではＳｉ
がＡｓサイトに入る為ｐ型となり、６１ではｎ型とな
る。そして、この活性領域４８上に、４９のクラッドを
形成する。この後の工程は図７と同様である。

【００３１】６０に対応した部分はｐ型となっている
為、層４９と層５８でｎｐｎを形成し、電流３５は層
５８付近でブロックされる。これに対して、６１に対応
した｛１００｝面付近の面はｎ型となるため、層４９、
５８でｎｎｎ接合ができ、容易に電流６２は領域６１を
通って流れ、領域６１が有るため量子箱５７に電流が集
中する。この時、符号５３の方向から見た構造について
の電流狭窄は、図２で説明した手段で行なわれる。この
上には、図７で示した様に、４９のＳｎドープＡｌＧａ
Ａｓクラッド、５０のＳｎドープＧａＡｓ層をそれぞれ
１．０μｍ、０．５μｍ積層している構成となってい
る。最後にレーザとするための共振器方向を符号５４の
方向に取り、共振器面は塩素のドライエッチングで形成
する。

【００３２】

【実施例２】図９は本発明の第２の実施例である。図９
中、６４は基板であるところのｎーＧａＡｓである。
基板６４は、（１１１）Ａ面から符号７１の方向、つま
り〈１００〉方向に５度傾いている。この上に、６５の
ｎ−ＡｌＧａＡｓを１．５μｍ作成している。ドーパン
トはＳｎである。ここでも、第１実施例と同様に成長を
止め、活性領域６６を形成する。符号７０の方向から見
た活性領域６６の構成を図１０に示す。６９のグレーテ
ィング上に、７５のＳｎドープのｎ−ＡｌＧａＡｓを成
長する。更に、この上に電流狭窄層を作成する。７６は
ＳｉドープＡｌＧａＡｓである。これを５０ｎｍ作成す
る。更に、７８はＳｎドープＡｌＧａＡｓを２０ｎｍ作
成し、そして最後に７９のアンドープ又はＳｉドープＧ
ａＡｓを１５ｎｍ積層し、８３の箱形状の活性領域を作
成した。６６の領域はこれで完成する。この６６の領域
に、６７のＢｅドープＡｌＧａＡｓを成長し、そして図
９に示した様に最後にキャップ層として６８のＢｅドー
プＧａＡｓを成長してレーザが完成する。

【００３３】領域６６付近の電流の流れを説明する。電
流は７５、７６、７８の層により周期的にブロックされ
る。７６の層はＳｉドープとするため、（１１１）Ａ面
に対応した８０の領域はｐ型となる。よって、（１１
１）Ａ面に対応した領域上では層７５、７６、７８でｎ
ｐｎが形成され、電流はブロックされる。一方、層７６
の８１の領域は、（１００）面に対応した部分であるた
めｎ型の極性を示す。よって、電流８２の様にステップ
に対応して電流が通過し、量子井戸８３に電流は集中す
る。この時、符号７１の方向から見た構造についての電
流狭窄は、図２で説明した手段で行なわれる。領域６６
はこの様な構成になっており、先にも述べたように活性
領域６６の上にはクラッド６７、キャップ６８を形成し
ている。図９に示した様に、グレーティング６９の周期
は符号７１の方向に延びている。この構成では、箱形状
の横方向の幅７２は４０ｎｍになる様に、電子ビーム
露光を用いて作成した。動作は第１実施例と同じであ
る。

【００３４】

【実施例３】以上は図１、図２で原理を説明した実施例
であるが、次に、図１１乃至図１４で原理を説明した実
施例を述べる。以下に、図１５に沿って具体的な作成法
を提示する。図１５は量子箱を利用したレーザである。
基板１４６は｛１１１｝Ａ面から５度傾いたｐ基板であ
る。基板１４６は符号１５３の〈１００〉方向に傾いて
いる。符号１５４の方向は〈−１１０〉方向である。こ
の上に、１４７のＢｅドープＡｌＧａＡｓを積む。ここ
で一旦成長を止め、１５１のグレーティングを干渉露光
法を用いて形成する。エッチングは塩素を用いたドライ
エッチングを使用した。グレーティング１５１のピッチ
は、約１２０ｎｍであり高さは２００ｎｍとした。一
方、量子箱を作成する為には、グレーティング１５１に
対して垂直方向の分離が必要である。図１５中、１５２
に示す分離溝をやはり干渉露光法を用いてを形成した。
エッチングも同様の塩素を用いたドライエッチングであ
る。成るべく端面は垂直性を出すようにし、周期は１０
０ｎｍである。この上に量子箱である活性領域１４８を
形成する。符号１５４の方向から見た活性領域１４８の
構成は図８に示す構造と同じである。この時、符号１５
３の方向から見た構造についての電流狭窄は、図１１で
説明した手段で行なわれる。

【００３５】活性領域１４８の上には、図１５で示した
様に、１４９のＳｎドープＡｌＧａＡｓクラッド、１５
０のＳｎドープＧａＡｓ層をそれぞれ１．０μｍ、０．
５μｍ積層している構成と成っている。最後にレーザと
するための共振器方向を符号１５４に取り、共振器面は
塩素のドライエッチングで形成した。

【００３６】

【実施例４】図１６は第４の実施例である。１６４は基
板であるところのｎーＧａＡｓである。基板１６４は、
（１１１）Ａ面から符号１７１の方向、つまり〈１０
０〉方向に５度傾いている。この上に、１６５のｎ−Ａ
ｌＧａＡｓを１．５μｍ作成している。ドーパントはＳ
ｎである。ここでも第３実施例と同様に成長を止め、活
性領域１６６を形成する。構成は図１０に示す構造と同
じである。この１６６の領域に、１６７のＢｅドープＡ
ｌＧａＡｓを成長し、そして図１６に示した様に最後に
キャップ層として１６８のＢｅドープＧａＡｓを成長し
てレーザが完成する。符号１７０の方向から見た構造に
ついての活性領域１６６付近の電流の流れは、図１０を
用いた第２実施例での説明と同じである。図１６に示し
た様に、グレーティング１６９の周期は符号１７１の方
向に延びている。この時、符号１７１の方向から見た構
造についての電流狭窄は、図１１で説明した手段で行な
われる。この構成では量子箱の横方向の幅１７２は、４
０ｎｍになる様に電子ビーム露光を用いて作成した。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、両
性不純物を用い、例えば、細分化されたグレーティング
上に成長するのみで容易に電流狭窄構造が作成できる。
よって、成長膜中央に形成された領域に容易に電流を供
給できる様になり、従来例に比較し歩止まりの向上が図
れる。尚、本発明のポイントは、成長することにより同
時にｐ／ｎが横方向に形成できるものであれば容易に本
発明を実施できる。成長法としてはＭＯＣＶＤ、ＭＢ
Ｅ、ＣＢＥ法等で実施可能である。また、化合物材料と
しても、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＰ等ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体でも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の基本構成の説明図。

【図２】本発明の第１の基本構成の工程図。

【図３】本発明の第１の基本構成の電流ブロックの説明
図。

【図４】本発明の基本構成の電流狭窄の説明図。

【図５】本発明の基本構成の量子箱作成の説明図。

【図６】図５の部分拡大図。

【図７】本発明の第１の実施例の説明図。

【図８】本発明の第１の実施例の電流狭窄の説明図。

【図９】本発明の第２の実施例の説明図。

【図１０】本発明の第２の実施例の電流狭窄の説明図。

【図１１】本発明の第２の基本構成の説明図。

【図１２】本発明の第２の基本構成の電流狭窄の説明
図。

【図１３】本発明の基本構成の電流狭窄の説明図。

【図１４】本発明の第２の基本構成の電流ブロックの説
明図。

【図１５】本発明の第３の実施例の説明図。

【図１６】本発明の第４の実施例の説明図。

【図１７】従来例の説明図。

【図１８】従来例の説明図。

【図１９】従来例の説明図。

【符号の説明】

１、４６、６４、１０１、１４６、１６４基板２ＳｉＯ₂のない領域３ＳｉＯ₂膜ないしＳｉＯ₂膜が形成された領域４、１０４周期構造７電流ブロック用の半導体膜８基板と同一の導電型の層９両性不純物を含んだ層１０基板と同一の導電型の層１１量子箱を含む層１２基板と反対の導電型の層１３、１７、３５、６２、８２、１３４、１３５、１３
７、１３８電流１５層９のｐ領域１６層９のｎ領域１８、５７、８３量子箱１９、２２、２３周期構造４上に積層された半導
体膜２０、１２９テラス面２１、１３０ステップ面２４ノコギリ形状面２６周期構造４のピッチ２９ステップ面２１の幅４７、５５、１４７ＢｅドープＡｌＧａＡｓ４８、６６、１４８、１６６活性領域４９、６７、１４９、１６７クラッド層５０、６８、１５０、１６８キャップ層５１、６９、１２６、１５１、１６９、１３６グ
レーティング５２電流ブロック領域５６、７９活性層５８、６５、７８ＳｎドープＡｌＧａＡｓ５９、７６、１２７、１３１ＳｉドープＡｌＧａ
Ａｓ６０層５９のｐ領域６１層５９のｎ領域７５、１３３、１６５ｎ−ＡｌＧａＡｓ８０層７６のｐ領域８１層７６のｎ領域１０２、１５２分離溝１０３島１２８層１２７のｎ領域１３２層１３１のｎ領域１４１斜面１４２グレーティング部１４３グレーティング部の間隔

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】閃亜鉛鉱型結晶構造を有した半導体基板上
に第１の周期の凹凸を有する周期構造部を形成する工
程、該周期構造部を横切って、これを複数の細線構造に
分離するように該周期構造部及び該半導体基板に分離溝
を形成する工程、及び該周期構造部が有する互いに面方
位の異なる面部及び該分離溝上に、両性不純物を含む半
導体層を成長させ、面方位により導電型の異なる領域を
形成することで、該面部の一方の面方位を持つ部分と該
分離溝とに電流ブロック構造を形成すると共に該面部の
他方の面方位を持つ部分上に量子箱を作製する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】前記異なる面方位を持つ面部はＩＩＩ族面
とＶ族面を持つノコギリ状の第１の周期構造部であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の作製方法。
【請求項３】ＩＩＩ族面とＶ族面がＧａ面、Ａｓ面であ
ることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の作製方
法。
【請求項４】前記エッチングは第１の周期構造部を横切
る方向に第２の周期で行なうことを特徴とする請求項２
記載の半導体装置の作製方法。
【請求項５】前記半導体層の積層はＭＢＥ法により行な
われることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の作
製方法。
【請求項６】前記半導体層の積層は、一部または全部が
ガス状の供給原料により行なわれることを特徴とする請
求項１記載の半導体装置の作製方法。
【請求項７】前記半導体層の積層は、不純物がＺｎ、Ｓ
ｅで行なわれることを特徴とする請求項１記載の半導体
装置の作製方法。
【請求項８】前記半導体層の積層は、一部または全部が
ガス状の供給原料により行なわれることを特徴とする請
求項７記載の半導体装置の作製方法。
【請求項９】｛１１１｝Ａ面から０〜２０度の範囲で傾
いた面方位を持つ半導体基板を用いることを特徴とする
請求項１記載の半導体装置の作製方法。
【請求項１０】請求項１に記載の方法により作製される
量子箱であって、該量子箱の回りにｐｎｐ又はｎｐｎ構
造が形成されていて、該量子箱にのみ電流が流れる様に
電流狭窄する電流狭窄構造を持つことを特徴とする量子
箱構造。