JP4704614B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造方法及び半導体素子に係り、より詳しくは、単原子層(超格子)成長制御が可能な結晶成長技術及びウエットエッチング技術を組み合わせた化合物半導体素子の製造方法及びこれを用いた半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、従来の0次元閉じ込め量子効果を有する化合物半導体素子、例えば量子ドットレーザーの製造方法が「応用物理 第67巻第7号(1998)p776〜786」等の文献で報告されており、その製造方法の1つとして図5に示すような方法が提案されている。
【0003】
この方法は、図5(A)に示すように、まず、例えばn型半導体基板にエピタキシャル成長を施した半導体エピタキシャル基板100上に有機レジスト102を形成し、その上にマスク104を重ねて露光する。次に、図5(B)に示すように例えばウェットエッチングによりディップ型のドット106を形成する。次に、レジスト102を除去し、図5(C)に示すように、ドット106が形成された半導体エピタキシャル基板100に、再び単原子層成長制御が可能な結晶成長法、例えば分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法により量子井戸層108、P型クラッド層110、及びp型コンタクト層112をエピタキシャル成長させることによりヘテロ接合型量子井戸構造を有する量子ドット114を形成する。そして、図5(D)に示すように、P型電極116をコンタクト層112上に形成し、半導体エピタキシャル基板100の下側にn型電極118を形成することにより半導体レーザーが作製される。
【0004】
このように、量子ドット構造部分を活性層とする半導体レーザーが量子ドットレーザーであり、飛躍的な特性向上が期待できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術により作製した半導体素子、例えば量子ドットレーザーは、主にレジスト材料及びレジスト処理に起因するO(酸素)、C(炭素)等が形成する表面準位(あるいは界面準位)の数が、活性層サイズ(10nm程度)に対する割合で比較した場合に通常の2次元量子井戸構造型半導体レーザーの活性層の場合と比べて急激に大きくなる。すなわち、例えば図5(B)に示すエッチング工程において界面120に酸素、炭素などから成る不純物が付着する。
【0006】
このため、バリア層および活性層中の伝導帯中に注入された電子は、充満帯のホールと結合するよりも高い確率で表面(界面)準位にあるホールと結合するようになる(表面再結合)。これにより、半導体レーザーの特性が劣化するという問題があった。
【0007】
従って、良好な特性を有する量子ドットレーザーを作製するためには、0次元量子閉じ込め効果が発現するようなナノメーター(nm)サイズの量子井戸構造を作り込む技術の他に、上記表面(界面)準位のホールと電子との再結合を抑えること、すなわち、界面に付着する不純物を少なくすることが必要となる。
【0008】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、少なくともナノメーターサイズのドットパターンを所要のサイズ、密度で半導体層に形成するための半導体素子の製造方法及び動作特性の劣化を抑制することができる半導体素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明の半導体素子の製造方法は、GaAs又はInPから成る第1の半導体層上に、Zn原子がドープされたGaAs又はInPから成るマスク層を単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長によって形成する工程と、前記Zn原子を除去するための溶液を用いて少なくとも前記マスク層最表面の前記Zn原子を除去することによって、前記マスク層及び前記第1の半導体層に穴状ドットパターンを形成する工程と、を有することを特徴とする。
【0010】
この発明によれば、例えば量子井戸構造を有する半導体レーザーや電界効果トランジスタ等の半導体素子の製造方法において、GaAs(砒化ガリウム)又はInP(燐化インジウム)から成る第1の半導体層上に、Zn原子がドープされたGaAs又はInPから成るマスク層を単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長により形成する。この第1の半導体層には、例えば半絶縁性またはn型またはp型の(100)GaAs基板や、半絶縁性またはn型またはp型の(100)InP基板を用いることができる。
【0011】
そして、Zn原子を除去するための溶液を用いて少なくとも前記マスク層最表面のZn原子を除去することによって、例えば硫酸の中に所定条件、例えば予め定めた温度及び時間で浸漬することによって、すなわちウェットエッチングすることによって、マスク層及び第1の半導体層に穴状ドットパターンを形成する。この穴状ドットパターンの径及び深さは所定溶液の温度や浸漬する時間によって変化するため、必要なドットサイズ、すなわち所要の量子効果を発現させることができるサイズや、マスク層及び第1の半導体層に応じて所定条件を設定する。また、マスク層にドープするZn原子のドープ濃度は、必要なドット形成間隔に応じて設定する。
【0012】
このように、レジストや酸化膜等を全く用いずに基本的な基板処理プロセス及び結晶成長だけで量子ドットを形成するための穴状ドットパターンを形成することができるため、この穴状ドットパターンの表面を不純物のない清浄表面とすることができる。
【0013】
請求項2記載の発明の半導体素子は、GaAs又はInPから成る第1の半導体層と、単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長によって形成され、Zn原子がドープされたGaAs又はInPから成るマスク層と、前記Zn原子を除去するための溶液を用いて少なくとも前記マスク層最表面の前記Zn原子を除去することによって、前記マスク層及び前記第1の半導体層に形成された穴状ドットパターンと、前記マスク層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成された第2の半導体層と、を有することを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、請求項1記載の半導体素子の製造方法によってマスク層及び第1の半導体層に形成された穴状ドットパターンが形成される。次に、この上に活性層として所要の量子井戸構造をエピタキシャル成長することによって、0次元的に電子を閉じ込める量子ドットが形成される。さらに、この上に引き続き前記第2の半導体層をエピタキシャル成長により形成する。これにより、例えば量子ドットレーザーとして機能させることができる。
【0015】
このように、レジストや酸化膜等を全く用いずに基本的な基板処理プロセス及び単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長だけで量子ドットを形成するための穴状ドットパターンが形成されているため、穴状ドットパターンの表面が不純物のない清浄表面となる。従って、活性層に注入された電子は界面に再結合中心となる不純物準位がないので、ほとんどが量子ドットへ流れ込む。これにより、電子が効率良く活性層に注入されるためレーザー特性を向上させることができる。
【0016】
なお、請求項3にも記載したように、前記活性層は、InGa1−zAs(0<z<1)から成るように構成することができる。
【0017】
また、請求項4にも記載したように、前記マスク層、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はそれぞれGaAsから成り、前記第1の半導体層は第1導電型の基板上にバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は第2のバリア層上に第2導電型の第2のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成る構成とすることができる。
【0018】
また、請求項5にも記載したように、前記マスク層はGaAsから成り、前記第1の半導体層はGaAsから成る第1導電型の基板上にそれぞれAlxGa1-xAs(0<x<0.4)から成るバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、それぞれAlxGa1-xAs(0<x<0.4)から成る第2のバリア層、第2導電型の第2のクラッド層、及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成り、前記活性層は前記AlxGa1-xAs(0<x<0.4)よりもエネルギーギャップの小さなエピタキシャル層から成る構成とすることができる。
【0019】
また、請求項6にも記載したように、前記マスク層、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はそれぞれInPから成り、前記第1の半導体層は第1導電型の基板上にバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は第2のバリア層上に第2導電型の第2のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成る構成とすることができる。
【0020】
また、請求項7にも記載したように、前記マスク層はInPから成り、前記第1の半導体層はInPから成る第1導電型の基板上にそれぞれInyAl1-yAs(0<y<1)から成るバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、それぞれInyAl1-yAs(0<y<1)から成る第2のバリア層、第2導電型の第2のクラッド層、及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成り、前記活性層は前記InyAl1-yAs(0<y<1)よりもエネルギーギャップの小さなエピタキシャル層から成る構成とすることができる。
【0021】
また、請求項8にも記載したように、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はAxGa1-xAs(0<x<0.4)から成り、前記第1の半導体層は、半絶縁性の基板上にバッファー層、n型の不純物をドープしたドナー層、及びスペーサ層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、ショットキー層上にn型の不純物をドープしたコンタクト層を積層して成る構成とすることができる。
【0022】
また、請求項9にも記載したように、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はIyAl1-yAs(0<y<1)から成り、前記第1の半導体層は、半絶縁性の基板上にバッファー層、n型の不純物をドープしたドナー層、及びスペーサ層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、ショットキー層上にn型の不純物をドープしたコンタクト層を積層して成る構成とすることができる。
【0023】
請求項8又は請求項9記載の発明によれば、コンタクト層上にゲート、ソース、ドレインの各電極を形成することにより単電子トランジスタ動作を示す電界効果トランジスタ(FET)を作製することができる。
【0024】
なお、第1導電型は例えばn型又はp型であり、第2導電型はp型又はn型である。すなわち、第1導電型がn型の場合には第2導電型はp型となり、第1導電型がp型の場合には第2導電型はn型となる。
【0025】
また、請求項10にも記載したように、単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長に、分子線エピタキシー法、又は有機金属気相エピタキシー法を用いて製造された半導体素子を得ることができる。
【0026】
また、請求項11にも記載したように、半導体素子は、単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長として、分子線エピタキシー法、又は有機金属気相エピタキシー法を用いて製造することができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態として、少なくとも単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長法により形成したマスク層及び連続する半導体層に穴状ドットパターンを形成する方法について説明する。
【0028】
まず、図1(A)に示すように、半導体基板、例えば半絶縁性(100)GaAs基板12上にノンドープGaAsバッファー層14を500nmエピタキシャル成長させる。引き続き、本発明でマスク層の役目をするZnドープGaAs層16を3nmエピタキシャル成長させる。なお、このZnドープGaAs層16のZnのドープ濃度は、1×1017cm-3である。この程度のドープ量の場合、GaAs結晶中の106個の原子に対して約1個の割合でZn原子が一様に分布する。
【0029】
なお、少なくともマスク層のエピタキシャル成長は、パターンサイズの微細化に対応可能にするために、単原子層成長制御が可能なエピタキシャル結晶成長法である例えばMBE法を用いて図示しないMBE結晶成長装置により行う。
【0030】
そして、このように作製したエピタキシャル基板11を図示しないMBE結晶成長装置から一旦取り出し、図1(B)に示すように90°Cに加熱した硫酸(H2SO4)の中で一例として1分間ウェットエッチングする。
【0031】
これにより、図1(C)に示すような上面の円の直径が20nm、深さが10nm程度の逆円錐形状のドット18が形成される。ここで、前述したようにZnドープGaAs層16のZnのドープ量は1×1017cm-3であるため、GaAs結晶中のZn原子を中心として見た場合、半径約10nmの周囲に他のZn原子は存在しないと考えることができ、ほぼ1個のZn原子に対して1つのドット18が形成されたものと概算することができる。
【0032】
ところで、井戸型ポテンシャル中の電子に量子効果が顕著に発現するサイズは、10nmオーダーである事が知られている。上記のようにして形成されたドット18はこの量子効果が発現するサイズに近いものとなっており、この発明を用いることにより量子ドットのような極微細パターンの作製が可能であることがわかる。
【0033】
次に、ウェットエッチングによりドット18が形成されるメカニズムについて説明する。
【0034】
GaAs及びInPなどのIII−V族化合物半導体中にドープされたZn原子は、V族原子位置(GaAsの場合はAs原子位置)に配置する事が知られている。
【0035】
そして、このZnドープGaAs及びInP層を少なくとも上記記載のエッチング条件で浸漬すると、まず最表面層に位置するドープされたZn原子だけが選択的に脱離する。さらにウェットエッチングを続けると、Zn原子が抜けた周囲の最近接位置に位置するIII族のGa原子が脱離し、その次に第二最近接位置にあるV族のAs原子が脱離する。このような現象がZn原子を起点としてV族及びIII族原子間で連鎖的に起こる。
【0036】
このようにZn原子の脱離跡を核として上記ドット18が形成されるのは、Zn原子がGaAs(100)面の最表面から抜けたことにより出来るミクロな穴状ドット表面がGaAs基板の(100)表面とは異なる面方位を形成することに起因している。すなわち、GaAs(100)表面とミクロなドットパターンの結晶面とは面方位が異なっており、GaAs結晶における上記エッチング溶液のエッチング速度の異方性(面方位依存性)に起因するものである。
【0037】
なお、GaAs中にドープされたZn原子のうち、最表面Zn原子が選択的に脱離するのは、GaAs中におけるZn原子とAs原子の結合エネルギーの違いによるものと考えられる。
【0038】
このため、上記マスク層が、本発明で述べた90°Cに加熱された硫酸溶液中でエッチングされると、Zn原子の格子位置を中心として起こるミクロな格子欠陥が、ZnドープGaAs層16及びこれに連続するノンドープGaAsバッファー層14に形成されるドット18となる。このドット18はエッチング時間に対応して徐々にそのサイズ(上面の直径、深さ)が大きくなる。
【0039】
このように、本実施形態では、通常のパターン形成プロセス等でよく用いられる有機レジスト又は酸化膜等を全く用いずに、基本的な基板処理プロセス及び結晶成長だけでドットを形成できるため、ドット形成後のエピタキシャル層最表面はコンタミネーションフリー、すなわち不純物のない清浄表面となる。
【0040】
前述したように、エピタキシャル層表面あるいはエピタキシャル層中の界面に、有機レジストを用いたプロセス等により不純物が取り込まれると、電子デバイスではキャリア空乏化、光デバイスでは電子の非発光再結合が発生し、いずれもデバイス性能を低下させる原因となるが、本発明では、エピタキシャル薄膜層であるZnドープGaAs層16をマスクとして利用するため、不純物の取り込みを防ぐことができる。
【0041】
また、エピタキシャル層の成長方法として単原子層制御可能なエピタキシャル成長法を利用するため、所謂原子層エピタキシーが可能となり、マスクとなるエピタキシャル層は数原子層程度の極めて薄い層を形成することが可能となる。これにより、ドットパターンのサイズがナノメーターオーダーの微細なパターンも作製することができるようになるため、プロセス設計上の自由度を拡大することができる。
【0042】
また、エッチング時間を制御することでドットサイズを任意のサイズに形成することができ、Zn原子のドーピング濃度を制御することでドット密度を任意に設計出来る。ドット密度の均一性に関しては、Zn原子のドーピングがエピタキシャル成長法によるため極めて均一性の高い面内分布を得ることができる。
【0043】
なお、本実施形態では、硫酸溶液の温度を90°Cに設定しているが、溶液の温度を高くするとエッチング速度が急激に変わるので、ドット18のサイズ(上面の直径及び深さ)に応じて温度と時間を設定する必要がある。
【0044】
また、上記では半絶縁性(100)GaAs基板12及びZnドープGaAs層16を用いたが、InP基板及びZnドープInPエピタキシャル層を用いてもよい。
【0045】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態として、第1実施形態で説明したドットの形成方法を用いた半導体素子、例えば半導体レーザーの製造方法について説明する。
【0046】
図2には半導体レーザーの製造方法の工程が示されている。まず、図2(A)に示すように、例えば(100)SiドープGaAs基板20(Si濃度:3×1018cm−3)上にn−GaAsバッファー層22(Si濃度:3×1018cm−3)を100nmエピタキシャル成長により形成する。
【0047】
次に、n−GaAsクラッド層24を500nmエピタキシャル成長により形成する。なお、このn−GaAsクラッド層24のSiのドープ濃度は2×1018cm-3である。
【0048】
次に、ノンドープGaAsバリア層26を15nmエピタキシャル成長により形成し、さらに本発明におけるマスク層の役目をするZnドープGaAs層16(Zn濃度:1×1017cm−3)を3nmエピタキシャル成長により形成する。
【0049】
そして、このようにして作製したエピタキシャル基板11を図示しないMBE装置から一旦取り出し、図2(B)に示すように90°Cに加熱した硫酸(H2SO4)の中で、一例として1分間エッチングする。このウエットエッチングにより、上記第1実施形態で説明したのと同様に、最表面Zn原子を核としてZnドープGaAs層16からノンドープGaAsバリア層26にかけて穴状ドット18が形成される。
【0050】
次に、上記プロセスを施したエピタキシャル基板11を水洗洗浄し、再び図示しないMBE装置にセットし、エピタキシャル成長することにより所要の活性層用量子井戸構造を形成する。すなわち、まず、図2(C)に示すように、例えばノンドープIn0.15Ga0.85As活性層27を10nmエピタキシャル成長により形成する。
【0051】
次に、ノンドープGaAsバリア層28を3nm、p−GaAsクラッド層30(Be濃度:5×1018cm−3)を500nm、電極形成用Beドープp+−GaAsコンタクト層32(Be濃度:1×1019cm−3)を100nmエピタキシャル成長により形成する。
【0052】
n−GaAsクラッド層24とp−GaAsクラッド層30との間に挟まれたノンドープIn0.15Ga0.85As活性層27は、(100)面上に設計値と同じ厚さ10nmの2次元量子井戸層27Aを形成すると共に、ドットのディップ底部に(100)面上に比べて設計値よりもIn組成の大きい0次元量子井戸構造、すなわち量子ドット27Bを形成する。このようにGaAs基板上に逆円錐形状のドットパターンを形成し、これにInGaAsをエピタキシャル成長させた場合にIn組成の大きい量子ドットが形成される例については、文献Applied Physics letters 61巻7号(1992年)813頁に記載されており、周知の事実である。
【0053】
そして、このような構造をもつエピタキシャル基板に通常の半導体レーザーと同様の電極形成プロセスを施し、電極形成用p+−GaAsコンタクト層32の上側にp型電極34を形成し、(100)SiドープGaAs基板20の下側にn型電極36を形成することにより、量子ドットレーザー10が作製される。
【0054】
この量子ドットレーザー10に電流を流すと、注入された電子の多くは一旦厚さが10nmの2次元量子井戸層27Aに流れ込むが、量子ドット27Bの方が伝導帯のエネルギー準位が低いので、最終的に電子は2次元量子井戸層27Aから量子ドット27Bへ流れ込み、量子ドット27Bの伝導帯−充満帯間で誘導放出を起こしレーザー発振が起きる。
【0055】
このように、本実施形態では、通常のパターン形成プロセス等でよく用いられる有機レジスト又は酸化膜等を全く用いないため、再成長界面はコンタミネーションフリーの清浄表面が形成される。このため、量子井戸のヘテロ界面に再結合中心となる不純物順位がないので、注入された電子はほとんど全て2次元量子井戸層27Aから0次元量子井戸層すなわち量子ドット27Bへ流れ込み、効率良く活性層に注入されるのでレーザー特性が向上する。
【0056】
また、エッチング時間を制御することでドットサイズを任意のサイズに形成することができ、Zn原子のドーピング濃度を制御することでドット密度を任意に設計出来る。ドット密度の均一性に関しては、Zn原子のドーピングがエピタキシャル成長法によるため極めて均一性の高い面内分布を得ることができる。
【0057】
なお、本実施形態ではGaAs層の部分をAlxGa1-xAs(0<x<0.4)混晶に、ノンドープInGaAs活性層27をノンドープGaAs層に置換えてもよい。
【0058】
また、本実施形態ではn−GaAs基板を用いたが、例えばZnを2×1019cm 3程度ドープしたp−GaAs基板を使用し、p型とn型とが反転した構造の半導体量子ドットレーザーを作ることも可能である。
【0059】
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第2実施形態では半導体基板としてSiドープGaAs基板を用いたが、本実施形態では、n型の半導体基板としてSnドープInP基板を用いた場合について説明する。また、単原子層成長制御が可能で、しかもInP基板と同じ結晶(InP)を成長させるのに一般的に用いられているエピタキシャル成長法である有機金属気相エピタキシー(MOVPE)法を用いた場合について説明する。
【0060】
まず、図3(A)に示すように、(100)SnドープInP基板40上に、MOVPE法によりn−InPバッファー層42(Si濃度:3×1018cm 3)を100nm形成する。
【0061】
次に、n−InPクラッド層44(Si濃度:2×1018cm−3)を500nm、ノンドープInPバリア層46を15nm、更にZnドープInP層48(Zn濃度:1×1017cm−3)を3nmエピタキシャル成長させる。
【0062】
そして、このように作製したエピタキシャル基板11を図示しないMOVPE結晶成長装置から一旦取り出し、図3(B)に示すように、一例として45°Cに加熱した硫酸溶液中で1分間エッチングする。
【0063】
ところで、第1実施形態及び第2実施形態ではZnドープGaAsエピタキシャル層に対して90°Cに加熱した硫酸を用いてエッチングしたが、本実施形態の構成でこの温度まで上げてエッチングした場合、Znの脱離速度及びInPのエッチング速度が100倍以上速くなり制御不可能となってしまう。
【0064】
このように、InPの場合とGaAsの場合とでは同じ温度の硫酸でエッチングした場合でもエッチング速度が変化するので、それぞれ制御可能な適切なエッチング速度の温度に設定する必要がある。
【0065】
このため、本実施形態では硫酸の温度を45°Cに設定してウェットエッチングしている。このウエットエッチングにより、上記実施形態で説明したのと同様に、始めにZn原子だけが選択的に脱離する。更にエッチングを続けると、脱離したZn原子の格子位置跡を核にしてIn原子とP原子が連鎖的に脱離し、ディップ状のドット18が形成される。これは、上記実施形態で説明したのと同様に、InP層の最表面Zn原子が脱離したことにより(100)表面とは異なる面指数のミクロな表面が形成され、引き続きエッチングを続けることでInP表面における面方位に依存したエッチング異方性により、このミクロなパターンは相似的に拡大されていきドット18が形成される。
【0066】
次に、所要のドットサイズのドット18が形成されたところでウエットエッチングを止めてエピタキシャル基板11を水洗洗浄し、このエピタキシャル基板11を再び図示しないMOVPE装置にセットし、デバイス構造を構成する残りのエピタキシャル層の再成長を行う。
【0067】
すなわち、まず、図3(C)に示すように、ノンドープIn0.53Ga0.47As活性層50を10nmエピタキシャル成長により形成する。
【0068】
次に、ノンドープInPバリア層52を3nmエピタキシャル成長により形成する。
【0069】
次に、p−InPクラッド層54(Zn濃度:1×1018cm−3)を500nm、p−InPコンタクト層56(Zn濃度:2×1018cm−3)を100nmエピタキシャル成長により形成する。
【0070】
ノンドープInPバリア層46とp―InPクラッド層54で挟まれたノンドープIn0.53Ga0.47As活性層50は、(100)平面上に設計値通り厚さ10nmの2次元量子井戸層50Aを形成すると共に、ドットのディップ底部に(100)面上よりも大きなIn組成を有する0次元量子井戸構造、すなわち量子ドット50Bを形成する。
【0071】
そして、このような構造をもつエピタキシャル基板に通常の半導体レーザーと同様の電極形成プロセスを施し、p−InPコンタクト層56の上側にp型電極58を形成し、(100)SnドープInP基板40の下側にn型電極60を形成することにより、量子ドットレーザー10が作製される。
【0072】
この量子ドットレーザー10の電極から注入された電子は、初めはほとんどが(100)平面上の2次元量子井戸50Aに流れるが、0次元量子井戸層、すなわち量子ドット50Bの方が伝導帯のエネルギー準位が低いので、最終的に量子ドット50Bの伝導帯へ流れ込み、0次元閉じ込め量子効果による良好なレーザー発振特性が得られる。
【0073】
なお、本実施形態では、通常リン(P)化合物半導体をエピタキシャル成長するのに比較的よく用いられるMBE法以外の単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長法としてMOVPE法を用いているが、これも上記第2実施形態と同様に、MOVPE法によりエピタキシャル成長した薄膜のマスク層であるZnドープInP層48においてもZn原子がウエットエッチングによって選択的に脱離することを利用するものである。このようにMOVPE法を用いることにより、マスクの役目を果たすZnドープInP層48およびノンドープInP層46はクラッド層と同じ格子歪みのない良好な同種の結晶層(ホモエピ層)が得られる。
【0074】
また、有機レジスト等を一切用いていないのでコンタミネーションフリーの清浄表面を得ることが出来る。このため、電子の再結合中心が形成されないのでレーザーの特性を向上させることができる。
【0075】
また、エッチング時間に比例してInP表面上に形成されるドットサイズを任意に変えることが出来るので、量子ドットサイズの大きさを自由に変えることができ、サイズを均一にすることができる。Zn原子はInP中にドーピングにより取り込まれるので、結晶中に一様に分布することが予想され、このため量子ドットが結晶表面に均一に分布することが期待できる。さらに、InP基板を用いることで、InPの方がGaAsよりもエネルギーギャップが小さいので量子ドットレーザーの発振波長もGaAsの場合に比べて変化することが予想され、量子ドットレーザーの機能の多様化が期待できる。
【0076】
なお、本実施形態ではp−InPクラッド層54、n−InPクラッド層44、ZnドープInP層48、及びノンドープInPバリア層46を用いたが、このInP層の部分をInyAl1-yAs(y=0.52)層に置換えてもよい。
【0077】
また、本実施形態ではn−InP基板を用いたが、例えばZnを2×1019cm 3程度ドープしたp−InP基板を使用し、p型とn型とが反転した構造の半導体量子ドットレーザーを作ることも可能である。
【0078】
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態として、量子ドットを用いた他の半導体素子の製造方法について説明する。
【0079】
図4には量子ドットを用いた電界効果トランジスタ(FET)、一例として高電子移動度トランジスタ(HEMT)の製造方法の工程が示されている。
【0080】
まず、図4(A)に示すように、半絶縁性半導体基板、例えば半絶縁性(100)GaAs基板62上に単原子層成長制御が可能な成長方法であるMBE法によりノンドープGaAsバッファー層64を500nm形成し、ノンドープAl0.3Ga0.7Asバリア層66を200nm形成する。
【0081】
次に、SiドープAl0.3Ga0.7Asドナー層68(Si濃度:3×1018cm−3)を10nm、ノンドープGaAsスペーサ層(バリア層)70を10nm、マスクの役目をするZnドープGaAs層72(Zn濃度:1×101 cm 3)を3nmエピタキシャル成長により各々形成する。
【0082】
次に、このエピタキシャル基板11を図示しないMBE装置から一旦取り出し、図4(B)に示すように硫酸中で所定温度で所定時間エッチングする。例えば90°Cに加熱した硫酸溶液中で1分間エッチングする。このエッチングにより、第1実施形態及び第2実施形態で示したのと同様に、ZnドープGaAs層72の表面上にディップ状のドット18が形成される。
【0083】
そして、所要のドットサイズが得られたところでウエットエッチングを止めて水洗洗浄し、この水洗洗浄したエピタキシャル基板11を再び図示しないMBE装置にセットし、所要のデバイス構造を構成する残りのエピ層部分の再成長を行う。
【0084】
すなわち、まず、図4(C)に示すように、例えば、ノンドープIn0.2Ga0.8Asチャネル層74を10nm形成し、ノンドープGaAsショットキー層76を10nm形成する。
【0085】
次に、n−GaAsコンタクト層78(Si濃度:3×1018cm−3)を100nmエピタキシャル成長により形成する。
【0086】
ノンドープGaAsバリア層70とノンドープGaAsショットキー層76で挟まれたInGaAsチャネル層74は(100)平面上に設計値通りの厚さ10nmの2次元量子井戸層74Aを形成すると同時に、ディップ状ドット底部に(100)面上よりも大きなIn組成を有する0次元量子井戸構造、すなわち量子ドット74Bを形成する。
【0087】
そして、このエピタキシャル基板11に対して通常の電界効果トランジスタ、例えばHEMT構造と同様の半導体プロセスにより、ソース、ドレインのオーミックコンタクト80S、80Dを、ゲートのショットキーコンタクト80Gを各々作製する。例えば、ゲート長が500nmでZnのドーピング濃度が1×1017cm 3の場合、ソース−ドレイン間の直線状に約20個のドット(Zn原子)が存在するものと概算でき、このドットが2次元量子井戸中に均一に分布するドットアレイが形成される。なお、図4では繁雑さを防ぐためにゲートを量子ドット1個が形成された場合を示した。このようにして電界効果トランジスタ90が作製される。
【0088】
上記第2実施形態及び第3実施形態で述べたように、ノンドープIn0.2Ga0.8Asチャネル層74中のキャリアは、当初チャネルの多くの面積を占める2次元量子井戸層74A中に滞在するが、量子ドット74Bの方がIn組成が高く伝導帯のエネルギー準位が低いので、最終的に量子ドット74Bの0次元井戸層内に落ち込む。
【0089】
この様な構造を有する半導体素子のドレイン電流−ゲート電圧特性は、ゲート電圧を変える事で空乏層広がりが変調されると同時にドット内部のポテンシャルが変調される。このため、ゲート電圧変化とともに通常のFET特性に加え、あるゲート電圧において量子ドット特有のスパイク状のドレイン電流が得られる。
すなわち、所謂単電子トランジスタ動作を示す。
【0090】
このように、ZnドープGaAs層薄膜をマスクとして利用することにより、第2実施形態及び第3実施形態で説明したのと同様に、チャネル層およびバリア層の再成長界面にコンタミネーションフリーの清浄表面が得られ、キャリア空乏の少ない単電子トランジスタを作製することができる。また、ドットのサイズおよび面内密度については、それぞれエッチング時間およびZnドーピング濃度を変化させる事で任意に設計できる。
【0091】
なお、本実施形態では、半絶縁性GaAs基板を用いたが、例えば半絶縁性InP基板を用いてInP基板上にノンドープInyAl1-yAs(y=0.52)バッファー層を500nm、n−InyAl1-yAsドナー層(Si濃度:3×1018cm 3)を10nm、ノンドープInyAl1-yAsスペーサ層(バリア層)を10nm、ZnドープInPマスク層(Zn濃度:1×1017cm 3)3nmエピタキシャル成長させて硫酸エッチングした後、再びノンドープInzGa1-zAs(Z=0.53)チャネル層を10nm、ノンドープInyAl1-yAsショットキー層を10nm、n−InzGa1-zAsコンタクト層(Si濃度:3×1018cm 3)を50nmエピタキシャル成長させ、通常のFETにおけるソース、ドレイン、ゲート電極を作製することによりInP基板上に単電子トランジスタを作製することもできる。
【0092】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1に、マスク層を形成するのに単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長法を用いているので、エッチングにより形成される穴状ドットパターンはナノメーターサイズの極微細なものを得ることができ、第2に、レジストや酸化膜等を用いずに量子ドットを形成するための穴状ドットパターンを形成することができるため、このドットパターンの表面を不純物の少ない清浄表面とすることができる、という2つの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る半導体プロセスの工程について説明するための図である。
【図2】第2実施形態に係る半導体素子の製造方法の工程について説明するための図である。
【図3】第3実施形態に係る半導体素子の製造方法の工程について説明するための図である。
【図4】第4実施形態に係る半導体素子の製造方法の工程について説明するための図である。
【図5】従来例に係る半導体素子の製造方法の工程について説明するための図である。
【符号の説明】
10 量子ドットレーザ
11 エピタキシャル基板
12 半絶縁性(100)GaAs基板
14 ノンドープGaAsバッファー層
16 ZnドープGaAs層(マスク層)
18 ドット
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a compound semiconductor device combining crystal growth technology capable of controlling monoatomic layer (superlattice) growth and wet etching technology, and the same. It relates to the semiconductor element used.
[0002]
[Prior art]
In general, a method of manufacturing a conventional compound semiconductor device having a zero-dimensional confinement quantum effect, for example, a quantum dot laser, has been reported in the literature such as “Applied Physics Vol. 67, No. 7 (1998) p776-786”. As one of the methods, a method as shown in FIG. 5 has been proposed.
[0003]
In this method, as shown in FIG. 5A, first, for example, an organic resist 102 is formed on a semiconductor epitaxial substrate 100 obtained by epitaxial growth on an n-type semiconductor substrate, and a mask 104 is overlaid thereon and exposed. Next, as shown in FIG. 5B, dip-type dots 106 are formed by wet etching, for example. Next, the resist 102 is removed, and as shown in FIG. 5C, a crystal growth method capable of controlling the monoatomic layer growth again, for example, molecular beam epitaxy (MBE), is formed on the semiconductor epitaxial substrate 100 on which the dots 106 are formed. The quantum dots 114 having a heterojunction type quantum well structure are formed by epitaxially growing the quantum well layer 108, the P-type cladding layer 110, and the p-type contact layer 112 by a molecular beam epitaxy (Molecular Beam Epitaxy) method. Then, as shown in FIG. 5D, a P-type electrode 116 is formed on the contact layer 112, and an n-type electrode 118 is formed on the lower side of the semiconductor epitaxial substrate 100, thereby producing a semiconductor laser.
[0004]
Thus, a semiconductor laser having a quantum dot structure portion as an active layer is a quantum dot laser, and a dramatic improvement in characteristics can be expected.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a semiconductor element manufactured by the above-described conventional technology, for example, a quantum dot laser, has a surface level (or interface level) formed mainly by a resist material and O (oxygen), C (carbon), etc. resulting from resist processing. When compared with the ratio of the active layer size (about 10 nm) as compared with the active layer of a normal two-dimensional quantum well structure type semiconductor laser, the number increases rapidly. That is, for example, impurities such as oxygen and carbon adhere to the interface 120 in the etching step shown in FIG.
[0006]
For this reason, electrons injected into the conduction band in the barrier layer and the active layer come to be bonded to holes at the surface (interface) level with a higher probability than to be combined with holes in the full band (surface re-growth). Combined). As a result, there is a problem that the characteristics of the semiconductor laser deteriorate.
[0007]
Therefore, in order to fabricate a quantum dot laser having good characteristics, in addition to the technique of creating a quantum well structure of nanometer (nm) size that exhibits a zero-dimensional quantum confinement effect, the above surface (interface) It is necessary to suppress recombination between level holes and electrons, that is, to reduce impurities attached to the interface.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and suppresses deterioration of a semiconductor element manufacturing method and operation characteristics for forming at least a nanometer-sized dot pattern on a semiconductor layer with a required size and density. An object of the present invention is to provide a semiconductor element that can be used.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a mask layer made of GaAs or InP doped with Zn atoms on a first semiconductor layer made of GaAs or InP. A step of forming by epitaxial growth capable of controlling atomic layer growth, and removing at least the Zn atoms on the outermost surface of the mask layer using a solution for removing the Zn atoms. And a step of forming a hole-like dot pattern in the semiconductor layer.
[0010]
According to the present invention, for example, in a method for manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor laser having a quantum well structure or a field effect transistor, Zn is formed on a first semiconductor layer made of GaAs (gallium arsenide) or InP (indium phosphide). A mask layer made of GaAs or InP doped with atoms is formed by epitaxial growth capable of controlling monoatomic layer growth. For the first semiconductor layer, for example, a semi-insulating or n-type or p-type (100) GaAs substrate or a semi-insulating or n-type or p-type (100) InP substrate can be used.
[0011]
Then, by removing at least Zn atoms on the outermost surface of the mask layer using a solution for removing Zn atoms, for example, by immersing in sulfuric acid at a predetermined condition, for example, a predetermined temperature and time, that is, By performing wet etching, a hole-like dot pattern is formed in the mask layer and the first semiconductor layer. Since the diameter and depth of the hole-like dot pattern vary depending on the temperature of the predetermined solution and the immersion time, the required dot size, that is, the size that can produce the required quantum effect, the mask layer, and the first semiconductor Predetermined conditions are set according to the layer. The doping concentration of Zn atoms doped in the mask layer is set according to the necessary dot formation interval.
[0012]
As described above, since a hole-like dot pattern for forming quantum dots can be formed only by a basic substrate processing process and crystal growth without using any resist, oxide film, or the like. The surface can be a clean surface free of impurities.
[0013]
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a first semiconductor layer made of GaAs or InP, a mask layer made of GaAs or InP doped with Zn atoms, formed by epitaxial growth capable of controlling monoatomic layer growth, and Removing at least the Zn atoms on the outermost surface of the mask layer using a solution for removing the Zn atoms, thereby forming a hole-like dot pattern formed in the mask layer and the first semiconductor layer; An active layer formed on the mask layer and a second semiconductor layer formed on the active layer.
[0014]
According to this invention, the hole-like dot pattern formed in the mask layer and the first semiconductor layer is formed by the method for manufacturing a semiconductor element according to claim 1. Next, a quantum dot that confines electrons in a zero-dimensional manner is formed by epitaxially growing a required quantum well structure as an active layer thereon. Further, subsequently, the second semiconductor layer is formed by epitaxial growth. Thereby, it can be made to function as a quantum dot laser, for example.
[0015]
Thus, since a hole-like dot pattern for forming quantum dots is formed only by epitaxial growth capable of controlling basic substrate processing and monoatomic layer growth without using any resist or oxide film, etc., The surface of the hole-like dot pattern becomes a clean surface free of impurities. Therefore, most of the electrons injected into the active layer flow into the quantum dots because there are no impurity levels as recombination centers at the interface. Thereby, since the electrons are efficiently injected into the active layer, the laser characteristics can be improved.
[0016]
As described in claim 3, the active layer is made of In.zGa1-zIt can be configured to be composed of As (0 <z <1).
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, each of the mask layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer is made of GaAs, and the first semiconductor layer is on a first conductivity type substrate. A buffer layer, a first cladding layer, and a first barrier layer, and the second semiconductor layer is formed on the second barrier layer with the second conductivity type second cladding layer and the second barrier layer. A structure in which conductive contact layers are sequentially stacked can be employed.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, the mask layer is made of GaAs, and the first semiconductor layer is made of Al on a first conductivity type substrate made of GaAs.xGa1-xA buffer layer made of As (0 <x <0.4), a first cladding layer, and a first barrier layer are sequentially stacked, and each of the second semiconductor layers is made of Al.xGa1-xA second barrier layer made of As (0 <x <0.4), a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type contact layer are sequentially stacked, and the active layer is formed of the Al layer.xGa1-xIt can be configured by an epitaxial layer having an energy gap smaller than As (0 <x <0.4).
[0019]
In addition, as described in claim 6, the mask layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are each composed of InP, and the first semiconductor layer is formed on a substrate of a first conductivity type. A buffer layer, a first cladding layer, and a first barrier layer, and the second semiconductor layer is formed on the second barrier layer with the second conductivity type second cladding layer and the second barrier layer. A structure in which conductive contact layers are sequentially stacked can be employed.
[0020]
Further, as described in claim 7, the mask layer is made of InP, and the first semiconductor layer is made of InP on a substrate of the first conductivity type made of InP.yAl1-yA buffer layer made of As (0 <y <1), a first cladding layer, and a first barrier layer are sequentially stacked, and each of the second semiconductor layers is made of In.yAl1-yA second barrier layer made of As (0 <y <1), a second conductivity type second cladding layer, and a second conductivity type contact layer are sequentially stacked, and the active layer is formed of the In layer.yAl1-yIt can be configured by an epitaxial layer having an energy gap smaller than As (0 <y <1).
[0021]
  Further, as described in claim 8BeforeThe first semiconductor layer and the second semiconductor layerIs AlxGa1-xAs (0 <x <0.4), the first semiconductor layer is formed by sequentially stacking a buffer layer, a donor layer doped with an n-type impurity, and a spacer layer on a semi-insulating substrate. The second semiconductor layer may be formed by stacking a contact layer doped with an n-type impurity on a Schottky layer.
[0022]
  Further, as described in claim 9BeforeThe first semiconductor layer and the second semiconductor layerIs InyAl1-yAs (0 <y <1), the first semiconductor layer is formed by sequentially stacking a buffer layer, a donor layer doped with an n-type impurity, and a spacer layer on a semi-insulating substrate, The second semiconductor layer can be formed by stacking a contact layer doped with an n-type impurity on a Schottky layer.
[0023]
According to the invention described in claim 8 or claim 9, a field effect transistor (FET) exhibiting single electron transistor operation can be produced by forming gate, source, and drain electrodes on the contact layer.
[0024]
The first conductivity type is, for example, n-type or p-type, and the second conductivity type is p-type or n-type. That is, when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is p-type, and when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type.
[0025]
In addition, as described in claim 10, a semiconductor element manufactured using molecular beam epitaxy or metal organic vapor phase epitaxy for epitaxial growth capable of controlling monoatomic layer growth can be obtained.
[0026]
In addition, as described in claim 11, the semiconductor element can be manufactured using molecular beam epitaxy or metal organic vapor phase epitaxy as epitaxial growth capable of monolayer growth control.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, as a first embodiment of the present invention, a method of forming a hole-like dot pattern in a mask layer and a continuous semiconductor layer formed by an epitaxial growth method capable of at least monoatomic layer growth control will be described.
[0028]
First, as shown in FIG. 1A, a non-doped GaAs buffer layer 14 is epitaxially grown to a thickness of 500 nm on a semiconductor substrate, for example, a semi-insulating (100) GaAs substrate 12. Subsequently, a Zn-doped GaAs layer 16 serving as a mask layer in the present invention is epitaxially grown by 3 nm. The Zn doping concentration of the Zn-doped GaAs layer 16 is 1 × 1017cm-3It is. For this amount of doping, 10% in the GaAs crystal.6Zn atoms are uniformly distributed at a ratio of about 1 to one atom.
[0029]
The epitaxial growth of at least the mask layer is performed by an MBE crystal growth apparatus (not shown) using, for example, the MBE method, which is an epitaxial crystal growth method capable of controlling the monoatomic layer growth in order to be able to cope with the miniaturization of the pattern size. .
[0030]
Then, the epitaxial substrate 11 manufactured in this way is once taken out from an MBE crystal growth apparatus (not shown), and sulfuric acid (H) heated to 90 ° C. as shown in FIG.2SOFour) For one minute as an example.
[0031]
Thereby, an inverted conical dot 18 having a diameter of a circle on the upper surface of about 20 nm and a depth of about 10 nm as shown in FIG. 1C is formed. Here, as described above, the Zn doping amount of the Zn-doped GaAs layer 16 is 1 × 10 5.17cm-3Therefore, when viewed from the center of the Zn atom in the GaAs crystal, it can be considered that there is no other Zn atom around a radius of about 10 nm, and one dot 18 is formed for almost one Zn atom. It can be estimated that it was formed.
[0032]
By the way, it is known that the size at which the quantum effect is remarkably exhibited in the electrons in the well-type potential is on the order of 10 nm. The dot 18 formed as described above has a size close to the size at which this quantum effect is manifested, and it can be seen that by using this invention, it is possible to produce a very fine pattern such as a quantum dot.
[0033]
Next, the mechanism by which the dots 18 are formed by wet etching will be described.
[0034]
It is known that Zn atoms doped in III-V compound semiconductors such as GaAs and InP are arranged at the group V atom position (As atom position in the case of GaAs).
[0035]
When the Zn-doped GaAs and InP layers are immersed at least under the above-described etching conditions, only doped Zn atoms located on the outermost surface layer are selectively desorbed first. When the wet etching is further continued, the group III Ga atom located at the nearest nearest position where the Zn atom has escaped is desorbed, and then the group V As atom located at the second nearest position is desorbed. Such a phenomenon occurs in a chain between Group V and Group III atoms starting from Zn atoms.
[0036]
In this way, the dot 18 is formed with the Zn atom desorption trace as the nucleus, because the surface of the microscopic hole-like dot formed by the removal of the Zn atom from the outermost surface of the GaAs (100) surface is the ( 100) This is due to the formation of a plane orientation different from the surface. That is, the GaAs (100) surface and the crystal plane of the micro dot pattern have different plane orientations, which is caused by the anisotropy (plane orientation dependence) of the etching rate of the etching solution in the GaAs crystal.
[0037]
In addition, among Zn atoms doped in GaAs, it is considered that the outermost surface Zn atoms are selectively desorbed due to a difference in binding energy between Zn atoms and As atoms in GaAs.
[0038]
For this reason, when the mask layer is etched in the sulfuric acid solution heated to 90 ° C. described in the present invention, micro lattice defects occurring around the lattice position of Zn atoms are caused by the Zn-doped GaAs layer 16 and The dots 18 are formed on the continuous non-doped GaAs buffer layer 14. The dots 18 gradually increase in size (upper surface diameter and depth) corresponding to the etching time.
[0039]
Thus, in this embodiment, dots can be formed by only basic substrate processing and crystal growth without using an organic resist or oxide film that is often used in normal pattern formation processes. The subsequent outermost surface of the epitaxial layer is contamination free, that is, a clean surface free of impurities.
[0040]
As described above, when impurities are incorporated into the surface of the epitaxial layer or the interface in the epitaxial layer by a process using an organic resist or the like, carrier depletion occurs in an electronic device, and non-radiative recombination of electrons occurs in an optical device. In any case, the Zn-doped GaAs layer 16 which is an epitaxial thin film layer is used as a mask in the present invention, so that the incorporation of impurities can be prevented.
[0041]
In addition, since an epitaxial growth method capable of controlling a single atomic layer is used as an epitaxial layer growth method, so-called atomic layer epitaxy is possible, and an epitaxial layer serving as a mask can form a very thin layer of about several atomic layers. Become. As a result, a fine pattern with a dot pattern size on the order of nanometers can be produced, and the degree of freedom in process design can be expanded.
[0042]
Further, the dot size can be formed to an arbitrary size by controlling the etching time, and the dot density can be arbitrarily designed by controlling the doping concentration of Zn atoms. Regarding the uniformity of the dot density, since the doping of Zn atoms is performed by the epitaxial growth method, an in-plane distribution with extremely high uniformity can be obtained.
[0043]
In this embodiment, the temperature of the sulfuric acid solution is set to 90 ° C., but the etching rate changes abruptly when the temperature of the solution is increased, so that it depends on the size of the dots 18 (the diameter and depth of the upper surface). And set the temperature and time.
[0044]
In the above description, the semi-insulating (100) GaAs substrate 12 and the Zn-doped GaAs layer 16 are used. However, an InP substrate and a Zn-doped InP epitaxial layer may be used.
[0045]
[Second Embodiment]
Next, as a second embodiment of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor element, for example, a semiconductor laser, using the dot forming method described in the first embodiment will be described.
[0046]
FIG. 2 shows the steps of the semiconductor laser manufacturing method. First, as shown in FIG. 2A, for example, a (100) Si-doped GaAs substrate 20 (Si concentration: 3 × 1018cm-3) On the n-GaAs buffer layer 22 (Si concentration: 3 × 1018cm-3) By 100 nm epitaxial growth.
[0047]
Next, the n-GaAs cladding layer 24 is formed by 500 nm epitaxial growth. The n-GaAs cladding layer 24 has a Si doping concentration of 2 × 10.18cm-3It is.
[0048]
Next, a non-doped GaAs barrier layer 26 is formed by 15 nm epitaxial growth, and further a Zn-doped GaAs layer 16 (Zn concentration: 1 × 10 10) serving as a mask layer in the present invention.17cm-3) By 3 nm epitaxial growth.
[0049]
Then, the epitaxial substrate 11 manufactured in this way is once taken out from an MBE apparatus (not shown), and heated to 90 ° C. as shown in FIG.2SOFour) For one minute as an example. By this wet etching, as described in the first embodiment, hole-like dots 18 are formed from the Zn-doped GaAs layer 16 to the non-doped GaAs barrier layer 26 with the outermost surface Zn atoms as nuclei.
[0050]
Next, the epitaxial substrate 11 subjected to the above process is washed with water, set again in an MBE apparatus (not shown), and epitaxially grown to form a required quantum well structure for an active layer. That is, first, as shown in FIG. 2C, for example, non-doped In0.15Ga0.85The As active layer 27 is formed by 10 nm epitaxial growth.
[0051]
Next, the non-doped GaAs barrier layer 28 is 3 nm and the p-GaAs cladding layer 30 (Be concentration: 5 × 1018cm-3) 500 nm, Be-doped p for electrode formation+-GaAs contact layer 32 (Be concentration: 1 × 1019cm-3) By 100 nm epitaxial growth.
[0052]
Non-doped In sandwiched between the n-GaAs cladding layer 24 and the p-GaAs cladding layer 300.15Ga0.85In the As active layer 27, a two-dimensional quantum well layer 27A having a thickness of 10 nm, which is the same as the design value, is formed on the (100) plane, and the In composition is lower than the design value at the bottom of the dip of the dot compared to the (100) plane. A large 0-dimensional quantum well structure, that is, a quantum dot 27B is formed. An example in which a quantum dot having a large In composition is formed when an inverted conical dot pattern is formed on a GaAs substrate and InGaAs is epitaxially grown thereon is described in Reference Applied Physics Letters, Vol. 61, No. 7 (1992). (Year), page 813, which is a well-known fact.
[0053]
Then, an electrode forming process similar to that of a normal semiconductor laser is applied to the epitaxial substrate having such a structure, and an electrode forming p+The quantum dot laser 10 is fabricated by forming the p-type electrode 34 on the upper side of the GaAs contact layer 32 and the n-type electrode 36 on the lower side of the (100) Si-doped GaAs substrate 20.
[0054]
When a current is passed through the quantum dot laser 10, most of the injected electrons once flow into the two-dimensional quantum well layer 27A having a thickness of 10 nm, but the quantum dot 27B has a lower conduction band energy level. Finally, electrons flow from the two-dimensional quantum well layer 27A to the quantum dots 27B, and stimulated emission occurs between the conduction band and the full band of the quantum dots 27B to cause laser oscillation.
[0055]
Thus, in this embodiment, since an organic resist or an oxide film often used in a normal pattern formation process or the like is not used, a contamination-free clean surface is formed at the regrowth interface. For this reason, since there is no impurity order as a recombination center at the heterointerface of the quantum well, almost all of the injected electrons flow from the two-dimensional quantum well layer 27A to the zero-dimensional quantum well layer, that is, the quantum dots 27B. As a result, the laser characteristics are improved.
[0056]
Further, the dot size can be formed to an arbitrary size by controlling the etching time, and the dot density can be arbitrarily designed by controlling the doping concentration of Zn atoms. Regarding the uniformity of the dot density, since the doping of Zn atoms is performed by the epitaxial growth method, an in-plane distribution with extremely high uniformity can be obtained.
[0057]
In this embodiment, the portion of the GaAs layer is made of Al.xGa1-xThe non-doped InGaAs active layer 27 may be replaced with a non-doped GaAs layer in the As (0 <x <0.4) mixed crystal.
[0058]
In this embodiment, an n-GaAs substrate is used. For example, Zn is 2 × 10.19cm- ThreeP doped to some extent+It is also possible to make a semiconductor quantum dot laser having a structure in which p-type and n-type are inverted using a GaAs substrate.
[0059]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a Si-doped GaAs substrate is used as a semiconductor substrate. In this embodiment, a case where an Sn-doped InP substrate is used as an n-type semiconductor substrate will be described. In addition, the case of using the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, which is an epitaxial growth method that is generally used to grow the same crystal (InP) as the InP substrate, and can control the monoatomic layer growth. explain.
[0060]
First, as shown in FIG. 3A, an n-InP buffer layer 42 (Si concentration: 3 × 10 6) is formed on a (100) Sn-doped InP substrate 40 by MOVPE.18cm- Three) To 100 nm.
[0061]
Next, the n-InP cladding layer 44 (Si concentration: 2 × 1018cm-3) 500 nm, non-doped InP barrier layer 46 15 nm, and Zn-doped InP layer 48 (Zn concentration: 1 × 1017cm-3) Is grown 3 nm epitaxially.
[0062]
Then, the epitaxial substrate 11 manufactured in this way is once taken out from a MOVPE crystal growth apparatus (not shown), and is etched for 1 minute in a sulfuric acid solution heated to 45 ° C. as an example, as shown in FIG.
[0063]
By the way, in the first embodiment and the second embodiment, the Zn-doped GaAs epitaxial layer is etched using sulfuric acid heated to 90 ° C. However, when the etching is performed up to this temperature in the configuration of this embodiment, Zn is etched. The desorption rate of InP and the etching rate of InP become 100 times or more faster and cannot be controlled.
[0064]
As described above, the etching rate changes even in the case of etching with sulfuric acid at the same temperature in the case of InP and in the case of GaAs. Therefore, it is necessary to set the temperature at an appropriate controllable etching rate.
[0065]
For this reason, in this embodiment, the temperature of sulfuric acid is set to 45 ° C. and wet etching is performed. By this wet etching, as described in the above embodiment, only Zn atoms are selectively desorbed first. When the etching is further continued, the In atom and the P atom are desorbed in a chain with the lattice position trace of the desorbed Zn atom as a nucleus, and a dip-shaped dot 18 is formed. This is because, as described in the above embodiment, a micro surface having a plane index different from the (100) surface is formed by the elimination of the outermost surface Zn atom of the InP layer, and etching is continued. Due to the etching anisotropy depending on the plane orientation on the surface of InP, this micro pattern is enlarged in a similar manner to form dots 18.
[0066]
Next, when the dots 18 having the required dot size are formed, the wet etching is stopped and the epitaxial substrate 11 is washed with water. The epitaxial substrate 11 is set again in a MOVPE apparatus (not shown), and the remaining epitaxial layers constituting the device structure are formed. Perform layer regrowth.
[0067]
That is, first, as shown in FIG.0.53Ga0.47The As active layer 50 is formed by 10 nm epitaxial growth.
[0068]
Next, a non-doped InP barrier layer 52 is formed by 3 nm epitaxial growth.
[0069]
Next, the p-InP cladding layer 54 (Zn concentration: 1 × 1018cm-3) 500 nm, p-InP contact layer 56 (Zn concentration: 2 × 1018cm-3) By 100 nm epitaxial growth.
[0070]
Non-doped InP sandwiched between non-doped InP barrier layer 46 and p-InP cladding layer 540.53Ga0.47The As active layer 50 forms a two-dimensional quantum well layer 50A having a thickness of 10 nm as designed on the (100) plane, and a zero-dimensional quantum having an In composition larger than that on the (100) plane at the dip bottom of the dot. A well structure, that is, a quantum dot 50B is formed.
[0071]
An epitaxial substrate having such a structure is subjected to an electrode forming process similar to that of a normal semiconductor laser, and a p-type electrode 58 is formed on the upper side of the p-InP contact layer 56, and the (100) Sn-doped InP substrate 40 is formed. The quantum dot laser 10 is produced by forming the n-type electrode 60 on the lower side.
[0072]
Most of the electrons injected from the electrode of the quantum dot laser 10 initially flow into the two-dimensional quantum well 50A on the (100) plane, but the zero-dimensional quantum well layer, that is, the quantum dot 50B has a conduction band energy. Since the level is low, it finally flows into the conduction band of the quantum dot 50B, and good laser oscillation characteristics due to the zero-dimensional confinement quantum effect can be obtained.
[0073]
In the present embodiment, the MOVPE method is used as an epitaxial growth method capable of controlling the monoatomic layer growth other than the MBE method that is relatively often used for epitaxial growth of a phosphorus (P) compound semiconductor. Similar to the second embodiment, Zn atoms are selectively desorbed by wet etching in the Zn-doped InP layer 48 which is a mask layer of a thin film epitaxially grown by the MOVPE method. By using the MOVPE method in this way, the Zn-doped InP layer 48 and the non-doped InP layer 46 serving as a mask can obtain the same kind of crystal layer (homoepi layer) having the same lattice distortion as the cladding layer.
[0074]
Further, since no organic resist or the like is used, a contamination-free clean surface can be obtained. For this reason, since the recombination center of an electron is not formed, the characteristic of a laser can be improved.
[0075]
In addition, since the dot size formed on the InP surface can be arbitrarily changed in proportion to the etching time, the size of the quantum dot size can be freely changed and the size can be made uniform. Since Zn atoms are incorporated into InP by doping, it is expected to be uniformly distributed in the crystal. Therefore, it is expected that the quantum dots are uniformly distributed on the crystal surface. Furthermore, by using an InP substrate, the energy gap of InP is smaller than that of GaAs, so the oscillation wavelength of the quantum dot laser is expected to change compared to that of GaAs, and the diversification of functions of the quantum dot laser is expected. I can expect.
[0076]
In this embodiment, the p-InP cladding layer 54, the n-InP cladding layer 44, the Zn-doped InP layer 48, and the non-doped InP barrier layer 46 are used.yAl1-yAn As (y = 0.52) layer may be substituted.
[0077]
In this embodiment, an n-InP substrate is used. For example, Zn is 2 × 10.19cm- ThreeIt is also possible to make a semiconductor quantum dot laser having a structure in which p-type and n-type are inverted by using a p-InP substrate doped to some extent.
[0078]
[Fourth Embodiment]
Next, as a fourth embodiment of the present invention, a method for manufacturing another semiconductor element using quantum dots will be described.
[0079]
FIG. 4 shows a process of a manufacturing method of a field effect transistor (FET) using quantum dots, for example, a high electron mobility transistor (HEMT).
[0080]
First, as shown in FIG. 4A, a non-doped GaAs buffer layer 64 is formed on a semi-insulating semiconductor substrate, for example, a semi-insulating (100) GaAs substrate 62 by MBE, which is a growth method capable of controlling monoatomic layer growth. Of 500 nm, non-doped Al0.3Ga0.7An As barrier layer 66 is formed to 200 nm.
[0081]
Next, Si-doped Al0.3Ga0.7As donor layer 68 (Si concentration: 3 × 1018cm-3) 10 nm, non-doped GaAs spacer layer (barrier layer) 10 nm, Zn-doped GaAs layer 72 serving as a mask (Zn concentration: 1 × 101 7cm- Three) Are each formed by 3 nm epitaxial growth.
[0082]
Next, the epitaxial substrate 11 is once taken out from an MBE apparatus (not shown) and etched in sulfuric acid at a predetermined temperature for a predetermined time as shown in FIG. For example, etching is performed in a sulfuric acid solution heated to 90 ° C. for 1 minute. By this etching, dip-shaped dots 18 are formed on the surface of the Zn-doped GaAs layer 72 in the same manner as shown in the first and second embodiments.
[0083]
Then, when the required dot size is obtained, the wet etching is stopped and washed with water, and this washed and washed epitaxial substrate 11 is set again in an MBE apparatus (not shown), and the remaining epitaxial layer portion constituting the required device structure is formed. Re-grow.
[0084]
That is, first, as shown in FIG. 4C, for example, non-doped In0.2Ga0.8The As channel layer 74 is formed to 10 nm, and the non-doped GaAs Schottky layer 76 is formed to 10 nm.
[0085]
Next, the n-GaAs contact layer 78 (Si concentration: 3 × 1018cm-3) By 100 nm epitaxial growth.
[0086]
The InGaAs channel layer 74 sandwiched between the non-doped GaAs barrier layer 70 and the non-doped GaAs Schottky layer 76 forms a 10-nm thick two-dimensional quantum well layer 74A on the (100) plane, and at the same time, the bottom of the dip-shaped dot Then, a 0-dimensional quantum well structure having a larger In composition than that on the (100) plane, that is, quantum dots 74B is formed.
[0087]
Then, the source and drain ohmic contacts 80S and 80D and the gate Schottky contact 80G are formed on the epitaxial substrate 11 by a semiconductor process similar to that of a normal field effect transistor, for example, a HEMT structure. For example, the gate length is 500 nm and the doping concentration of Zn is 1 × 1017cm- ThreeIn this case, it can be estimated that there are about 20 dots (Zn atoms) in a straight line between the source and the drain, and a dot array in which these dots are uniformly distributed in the two-dimensional quantum well is formed. FIG. 4 shows a case where one quantum dot is formed as a gate in order to prevent complexity. In this way, the field effect transistor 90 is manufactured.
[0088]
As described in the second and third embodiments, non-doped In0.2Ga0.8Carriers in the As channel layer 74 initially stay in the two-dimensional quantum well layer 74A that occupies a large area of the channel, but the quantum dot 74B has a higher In composition and a lower energy level in the conduction band. Thus, it falls into the zero-dimensional well layer of the quantum dot 74B.
[0089]
In the drain current-gate voltage characteristics of the semiconductor element having such a structure, by changing the gate voltage, the spread of the depletion layer is modulated, and at the same time, the potential inside the dot is modulated. For this reason, in addition to the normal FET characteristics as the gate voltage changes, a spike-like drain current peculiar to quantum dots can be obtained at a certain gate voltage.
That is, so-called single electron transistor operation is shown.
[0090]
In this manner, by using the Zn-doped GaAs layer thin film as a mask, a contamination-free clean surface is formed at the regrowth interface of the channel layer and the barrier layer, as described in the second and third embodiments. And a single electron transistor with little carrier depletion can be manufactured. The dot size and in-plane density can be arbitrarily designed by changing the etching time and Zn doping concentration, respectively.
[0091]
In this embodiment, a semi-insulating GaAs substrate is used. For example, a semi-insulating InP substrate is used, and a non-doped InP substrate is formed on the InP substrate.yAl1-yAs (y = 0.52) buffer layer is 500 nm, n-InyAl1-yAs donor layer (Si concentration: 3 × 1018cm- Three) 10 nm, non-doped InyAl1-yAs spacer layer (barrier layer) 10 nm, Zn-doped InP mask layer (Zn concentration: 1 × 1017cm- Three) After 3nm epitaxial growth and sulfuric acid etching, again non-doped InzGa1-zAs (Z = 0.53) channel layer 10 nm, non-doped InyAl1-yAs Schottky layer 10nm, n-InzGa1-zAs contact layer (Si concentration: 3 × 1018cm- Three) Is epitaxially grown by 50 nm, and a single-electron transistor can be produced on the InP substrate by producing source, drain and gate electrodes in a normal FET.
[0092]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, first, since the epitaxial growth method capable of controlling the monoatomic layer growth is used for forming the mask layer, the hole-like dot pattern formed by etching is nano-sized. A very fine meter size can be obtained, and secondly, a hole-like dot pattern for forming quantum dots can be formed without using a resist or an oxide film. Can be a clean surface with few impurities.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a process of a semiconductor process according to a first embodiment.
FIG. 2 is a drawing for explaining a process of a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram for explaining a process of a semiconductor device manufacturing method according to a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a process of a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a process of a semiconductor device manufacturing method according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
10 Quantum dot laser
11 Epitaxial substrate
12 Semi-insulating (100) GaAs substrate
14 Non-doped GaAs buffer layer
16 Zn-doped GaAs layer (mask layer)
18 dots

Claims (11)

GaAs又はInPから成る第1の半導体層上に、Zn原子がドープされたGaAs又はInPから成るマスク層を単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長によって形成する工程と、
前記Zn原子を除去するための溶液を用いて少なくとも前記マスク層最表面の前記Zn原子を除去することによって、前記マスク層及び前記第1の半導体層に穴状ドットパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
Forming a mask layer made of GaAs or InP doped with Zn atoms on the first semiconductor layer made of GaAs or InP by epitaxial growth capable of controlling monoatomic layer growth;
Forming a hole-like dot pattern in the mask layer and the first semiconductor layer by removing at least the Zn atoms on the outermost surface of the mask layer using a solution for removing the Zn atoms;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
GaAs又はInPから成る第1の半導体層と、
Zn原子がドープされ、単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長によって形成されたGaAs又はInPから成るマスク層と、
前記Zn原子を除去するための溶液を用いて少なくとも前記マスク層最表面の前記Zn原子を除去することによって、前記マスク層及び前記第1の半導体層に形成された穴状ドットパターンと、
前記マスク層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された第2の半導体層と、
を有することを特徴とする半導体素子。
A first semiconductor layer made of GaAs or InP;
A mask layer made of GaAs or InP doped by Zn atoms and formed by epitaxial growth capable of controlling monoatomic layer growth;
A hole-like dot pattern formed in the mask layer and the first semiconductor layer by removing at least the Zn atoms on the outermost surface of the mask layer using a solution for removing the Zn atoms;
An active layer formed on the mask layer;
A second semiconductor layer formed on the active layer;
A semiconductor device comprising:
前記活性層は、InGa1−zAs(0<z<1)から成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。The semiconductor device according to claim 2, wherein the active layer is made of In z Ga 1-z As (0 <z <1). 前記マスク層、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はそれぞれGaAsから成り、前記第1の半導体層は第1導電型の基板上にバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は第2のバリア層上に第2導電型の第2のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。  The mask layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are each made of GaAs, and the first semiconductor layer is formed on a first conductivity type substrate, a buffer layer, a first cladding layer, and a second cladding layer. The second semiconductor layer is formed by sequentially laminating a second conductivity type second cladding layer and a second conductivity type contact layer on the second barrier layer. The semiconductor element according to claim 2. 前記マスク層はGaAsから成り、前記第1の半導体層はGaAsから成る第1導電型の基板上にそれぞれAlxGa1-xAs(0<x<0.4)から成るバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、それぞれAlxGa1-xAs(0<x<0.4)から成る第2のバリア層、第2導電型の第2のクラッド層、及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成り、前記活性層は前記AlxGa1-xAs(0<x<0.4)よりもエネルギーギャップの小さなエピタキシャル層から成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。The mask layer is made of GaAs, and the first semiconductor layer is a buffer layer made of Al x Ga 1-x As (0 <x <0.4) on the first conductivity type substrate made of GaAs. A second barrier layer made of Al x Ga 1 -x As (0 <x <0.4), respectively. A second conductivity type second cladding layer and a second conductivity type contact layer are sequentially stacked, and the active layer has energy higher than that of the Al x Ga 1-x As (0 <x <0.4). 3. The semiconductor device according to claim 2, comprising an epitaxial layer having a small gap. 前記マスク層、前記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はそれぞれInPから成り、前記第1の半導体層は第1導電型の基板上にバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は第2のバリア層上に第2導電型の第2のクラッド層及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。  The mask layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are each made of InP, and the first semiconductor layer is formed on a first conductivity type substrate with a buffer layer, a first cladding layer, and a first layer. The second semiconductor layer is formed by sequentially laminating a second conductivity type second cladding layer and a second conductivity type contact layer on the second barrier layer. The semiconductor element according to claim 2. 前記マスク層はInPから成り、前記第1の半導体層はInPから成る第1導電型の基板上にそれぞれInyAl1-yAs(0<y<1)から成るバッファー層、第1のクラッド層、及び第1のバリア層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、それぞれInyAl1-yAs(0<y<1)から成る第2のバリア層、第2導電型の第2のクラッド層、及び第2導電型のコンタクト層を順次積層して成り、前記活性層は前記InyAl1-yAs(0<y<1)よりもエネルギーギャップの小さなエピタキシャル層から成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。The mask layer is made of InP, the first semiconductor layer is a buffer layer made of In y Al 1-y As (0 <y <1) and a first cladding on a first conductivity type substrate made of InP. A second barrier layer made of In y Al 1-y As (0 <y <1), and a second conductivity type. The second cladding layer and the second conductivity type contact layer are sequentially stacked, and the active layer is formed of an epitaxial layer having an energy gap smaller than that of In y Al 1 -y As (0 <y <1). The semiconductor element according to claim 2, wherein the semiconductor element is formed. 記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はAxGa1-xAs(0<x<0.4)から成り、前記第1の半導体層は、半絶縁性の基板上にバッファー層、n型の不純物をドープしたドナー層、及びスペーサ層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、ショットキー層上にn型の不純物をドープしたコンタクト層を積層して成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。 Before SL first semiconductor layer, and said second semiconductor layer is composed of A l x Ga 1-x As (0 <x <0.4), the first semiconductor layer is semi-insulating substrate A buffer layer, a donor layer doped with an n-type impurity, and a spacer layer are sequentially stacked, and the second semiconductor layer is formed by stacking a contact layer doped with an n-type impurity on a Schottky layer. The semiconductor element according to claim 2, wherein the semiconductor element is formed. 記第1の半導体層、及び前記第2の半導体層はIyAl1-yAs(0<y<1)から成り、前記第1の半導体層は、半絶縁性の基板上にバッファー層、n型の不純物をドープしたドナー層、及びスペーサ層を順次積層して成り、前記第2の半導体層は、ショットキー層上にn型の不純物をドープしたコンタクト層を積層して成ることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。 Before SL first semiconductor layer, and said second semiconductor layer is composed of I n y Al 1-y As (0 <y <1), the first semiconductor layer, the buffer a semi-insulating substrate The second semiconductor layer is formed by stacking a contact layer doped with n-type impurities on a Schottky layer. The semiconductor element according to claim 2. 前記単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長は、分子線エピタキシー法、又は有機金属気相エピタキシー法を用いることを特徴とする請求項2記載の半導体素子。  3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the epitaxial growth capable of controlling the monoatomic layer growth uses a molecular beam epitaxy method or a metal organic vapor phase epitaxy method. 前記単原子層成長制御が可能なエピタキシャル成長は、分子線エピタキシー法、または有機金属気エピタキシー法を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the epitaxial growth capable of controlling the monoatomic layer growth uses a molecular beam epitaxy method or a metal organic vapor phase epitaxy method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07161636A (en) * 1993-12-08 1995-06-23 Hitachi Ltd Selective growing method
JP2002026451A (en) * 2000-07-10 2002-01-25 Mitsubishi Chemicals Corp Semiconductor optical device

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