JP6146199B2 - 半導体ナノワイヤの製造方法及び光半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
前述した金属触媒を用いたVLS成長により、III−V族化合物半導体の半導体ナノワイヤを形成する方法について、図1〜図3に基づき説明する。
次に、本実施の形態におけるIII−V族化合物半導体による半導体ナノワイヤの製造方法として、InPによる半導体ナノワイヤの製造方法について、図6〜図8に基づき説明する。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、III−V族化合物半導体による半導体ナノワイヤの製造方法として、GaAsによる半導体ナノワイヤの製造方法について、図11から図13に基づき説明する。
最初に、図11(a)に示すように、半導体基板110の上に、酸化シリコン膜20を形成する。半導体基板110には、GaAs(111)B基板が用いられており、酸化シリコン膜20は、CVDにより形成されており、形成される酸化シリコン膜20の厚さは約50nmである。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態において作製した半導体ナノワイヤ50を用いた本実施の形態における光半導体装置である縦型半導体デバイス及びこの製造方法である。
本実施の形態における光半導体装置である縦型半導体デバイスについて、図14に基づき説明する。本実施の形態における光半導体装置は、第1の実施の形態において作製された半導体ナノワイヤ50と同様の構造の半導体ナノワイヤ250を用いた縦型半導体デバイスであり、発光素子、または受光素子となるものである。尚、本実施の形態においては、半導体基板210はn型となる不純物元素がドープされたn型基板、即ち、n−InP(111)B基板が用いられており、半導体ナノワイヤ250には、n型となる不純物元素がドープされており、n−InPにより形成されている。半導体基板210及び半導体ナノワイヤ250においてドープされるn型となる不純物元素としては、硫黄(S)等が挙げられる。よって、本実施の形態における半導体基板210及び半導体ナノワイヤ250は、第1の実施の形態における半導体基板10と半導体ナノワイヤ50においてn型となる不純物元素がドープされたものが用いられている。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
これにより、半導体ナノワイヤ250、量子井戸活性層260、クラッド層270が形成されている領域を覆っている絶縁膜280のみを露出させることができる。
(付記1)
III−V族化合物半導体により形成された半導体基板の上に、開口部を有する絶縁体膜を形成する工程と、
前記絶縁体膜の前記開口部における前記半導体基板の上に、金属膜を形成する工程と、
加熱することにより、前記金属膜に含まれる金属元素と前記半導体基板に含まれるIII族元素とにより金属触媒となる微粒子を形成する工程と、
III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを供給することにより、前記金属触媒となる微粒子が形成されている領域に、III−V族化合物半導体を成長させて半導体ナノワイヤを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記2)
前記半導体ナノワイヤを形成する工程は、III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを同時に供給することを特徴とする付記1に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記3)
前記金属膜は、Au、Ni、Cuのいずれかを含むものであることを特徴とする付記1または2に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記4)
前記ハロゲンを含むガスは、ClまたはBrを含むガスであることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記5)
前記III−V族化合物半導体は、InまたはGaを含むものであることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記6)
前記III−V族化合物半導体は、InPまたはGaAsを含むものであることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記7)
前記半導体ナノワイヤは、有機金属気相成長法により形成されることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記8)
前記半導体ナノワイヤを形成する際の圧力は、5Torr以上であることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記9)
前記半導体ナノワイヤを形成する際の前記半導体ナノワイヤの成長速度は、5μm/h以上であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記10)
前記半導体ナノワイヤを形成する際の前記半導体ナノワイヤの成長速度は、10μm/h以上であることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記11)
前記半導体ナノワイヤは、前記半導体基板の表面に複数形成されるものであって、
形成される前記半導体ナノワイヤの間隔は、10μm以上であることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記12)
前記絶縁体膜は酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのうちのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記13)
前記絶縁体膜は、化学気相成長により成膜することにより形成されていることを特徴とする付記12に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記14)
前記開口部を有する絶縁体膜を形成する工程は、
前記半導体基板の上に絶縁体膜を成膜する工程と、
前記絶縁体膜の前記開口部が形成される領域に、開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンの開口部における前記絶縁体膜をウェットエッチングにより除去する工程と、
を含むものであって、
前記金属膜を形成する工程は、
前記絶縁体膜に前記開口部を形成した後、前記レジストパターン及び前記半導体基板の上に金属膜を成膜する工程と、
前記レジストパターン及び前記レジストパターンの上に成膜された金属膜を、有機溶剤を用いたリフトオフにより除去する工程と、
を含むものであることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
(付記15)
III−V族化合物半導体により形成された半導体基板の上に、開口部を有する絶縁体膜を形成する工程と、
前記絶縁体膜の前記開口部)における前記半導体基板の上に、金属膜を形成する工程と、
加熱することにより、前記金属膜に含まれる金属元素と前記半導体基板に含まれるIII族元素とにより金属触媒となる微粒子を形成する工程と、
III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを供給することにより、前記金属触媒となる微粒子が形成されている領域に、III−V族化合物半導体を成長させて半導体ナノワイヤを形成する工程と、
前記半導体ナノワイヤの周囲にIII−V族化合物半導体により活性層を形成し、前記活性層の周囲にIII−V族化合物半導体によりクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の周囲に上部電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に下部電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記半導体ナノワイヤを形成する工程は、III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを同時に供給することを特徴とする付記15に記載の光半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記半導体基板及び前記半導体ナノワイヤは第1の導電型であって、
前記クラッド層は第2の導電型であることを特徴とする付記15または16に記載の光半導体装置の製造方法。
20 酸化シリコン膜
20a 開口部
30 レジストパターン
30a 開口部
40a Au膜
40 Au−In微粒子
50 半導体ナノワイヤ
210 半導体基板
231 レジストパターン
232 レジストパターン
250 半導体ナノワイヤ(コア)
260 量子井戸活性層
270 クラッド層
280 絶縁膜
280a 透明絶縁膜
280b 絶縁膜
291 上部電極
291a 金属膜
292 下部電極
Claims (12)
- III−V族化合物半導体により形成された半導体基板の上に、開口部を有する絶縁体膜を形成する工程と、
前記絶縁体膜の前記開口部における前記半導体基板の上に、金属膜を形成する工程と、
加熱することにより、前記金属膜に含まれる金属元素と前記半導体基板に含まれるIII族元素とにより金属触媒となる微粒子を形成する工程と、
III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを供給することにより、前記金属触媒となる微粒子が形成されている領域に、III−V族化合物半導体を成長させて半導体ナノワイヤを形成する工程と、
を有し、
前記半導体ナノワイヤは、前記半導体基板の表面に複数形成されるものであって、
形成される前記半導体ナノワイヤの間隔は、10μm以上であることを特徴とする半導体ナノワイヤの製造方法。 - 前記半導体ナノワイヤを形成する工程は、III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを同時に供給することを特徴とする請求項1に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記金属膜は、Au、Ni、Cuのいずれかを含むものであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記ハロゲンを含むガスは、ClまたはBrを含むガスであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記III−V族化合物半導体は、InまたはGaを含むものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記半導体ナノワイヤは、有機金属気相成長法により形成されることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記半導体ナノワイヤを形成する際の前記半導体ナノワイヤの成長速度は、5μm/h以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記半導体ナノワイヤを形成する工程では、供給される前記ハロゲンを含むガスの流量は、前記III族元素を含む原料ガスの流量の1/3であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- 前記絶縁体膜は酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンのうちのいずれかを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体ナノワイヤの製造方法。
- III−V族化合物半導体により形成された半導体基板の上に、開口部を有する絶縁体膜を形成する工程と、
前記絶縁体膜の前記開口部における前記半導体基板の上に、金属膜を形成する工程と、
加熱することにより、前記金属膜に含まれる金属元素と前記半導体基板に含まれるIII族元素とにより金属触媒となる微粒子を形成する工程と、
III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを供給することにより、前記金属触媒となる微粒子が形成されている領域に、III−V族化合物半導体を成長させて半導体ナノワイヤを形成する工程と、
前記半導体ナノワイヤの周囲にIII−V族化合物半導体により活性層を形成し、前記活性層の周囲にIII−V族化合物半導体によりクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層の周囲に上部電極を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面に下部電極を形成する工程と、
を有し、
前記半導体ナノワイヤは、前記半導体基板の表面に複数形成されるものであって、
形成される前記半導体ナノワイヤの間隔は、10μm以上であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。 - 前記半導体ナノワイヤを形成する工程は、III族元素を含む原料ガスとV族元素を含む原料ガスとハロゲンを含むガスとを同時に供給することを特徴とする請求項10に記載の光半導体装置の製造方法。
- 前記半導体ナノワイヤを形成する工程では、供給される前記ハロゲンを含むガスの流量は、前記III族元素を含む原料ガスの流量の1/3であることを特徴とする請求項10または11に記載の光半導体装置の製造方法。
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