JPH01136327A - 超格子構作の素子製作方法 - Google Patents

超格子構作の素子製作方法

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JPH01136327A JP62294061A JP29406187A JPH01136327A JP H01136327 A JPH01136327 A JP H01136327A JP 62294061 A JP62294061 A JP 62294061A JP 29406187 A JP29406187 A JP 29406187A JP H01136327 A JPH01136327 A JP H01136327A
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伸治 坂野
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は２次元および５次元の超格子構造（ｔ。
子井戸細巌；童、子井戸箱）およびこれらを用いたＨＥ
ＭＴ　Ｃ高移動度トランジスタ）、半導体レーザ、０Ｅ
ＩＣＣｆｔ、−電子集積回路）などのデバイスを製作す
る方法と装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従米日本物理学会編「半導体超格子の物理と応用」２８
６図２５、または（ｐ、Ｍ、　ｐｇｔｒｏｆｆ、　ｅｔ
ａｌ　：Ａｐｐｌ、ｐｈｙｓ、ｄｇｔｔ４１（１９８２
）Ｐ、６５５　）ビーエムベト０フ等：アプライドフイ
ジックスデット４Ｈ１９８２）Ｐ２Ｓ５に示すよ５＆Ｃ
第２図に１次元のヘラａ構造超格子の１例を示す。
これはＧ（ＬＡＸの基板２０１の上に分子ビームエピタ
キシＣＭＢＥ）あるいは有機金属化合物による気相成長
法ＣＭＯＣＶＤ）、ＭＯＭＢＥ法などＶＣよりＧＧＡＩ
ＡＩ　２０２　、２０４　、２０６　、２０８およびＧ
ａＡｓ２０５　、２０５　、２０７を数層ずつ交互に１
ｊＸ、＊させたものである。このような構成の超格子に
対してはＧａＡｐとＧａＡＩＡｚで電子親和：力とエネ
ルギーギャップが異なることのため第３図に示すように
、異なるレベルの伝導帯および価電子帯が交互に並ぶこ
とにより、例えばｘ　＝　０．２５の場合ＡｌｘＧａ１
−ｚＡｓの伝導帯の底はＧ（ＬＡＩの伝導帯の底よりも
０３−Ｖだげ高く、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの価電子帯の
頂上はＧａＡｌのそれよりもＱ、０６　ａＶだけ低くな
りて、第３図のごとくＧ（ＩＡＩが井戸（ｔｕｇｌｌ　
）、ＡｌＧａＡｓが障Ｂ　Ｃｂａｒｒｉｇｒ）となった
井戸型ポテンシャルが形成される。ここに、Ａｔの組成
Ｘを変えるとき障壁の高さはＸに比例する。
以上が一次元の超格子構造（ｆ［子井戸）であり、障壁
の幅が十分に大きいとき電子はポテンシャルの井戸に閉
じ込められて局在化する。また障壁の幅が伏い場合には
小さいミニバンド（サブバンド）を伝導帯の内に形成し
て超格子内を動き回ることが出来る◎ このような１次元童子井戸構送では各エネルギに対する
電子の状態密度ＤＣＥ）を示す状態ｖ！ｉ匿曲味はバル
クの場合の放物巌の状態密度曲巌昆４図と異なり、第５
図のように階段状となる。
以上のように１次元超格子はきわめて人工的な構造を有
しておりそのエネルギー構造が特殊なものであるため、
これを用いた半導体レーザやＦＥＴ（電界効果型トラン
ジスタ）などで通常のバルク型の構造では優られないよ
うな秀れた特性が得られている。
例えば半導体レーザにおいてはバルクに比べて（１）注
入電流のしきい値が低下する、（２）温反安定性が向上
する、（３１利得が向上する、（４１応答速度が向上す
るなどの効果が得られている。
このような１次元の超格子に対して２次元、３次元の超
格子構造がアイデアとして考えられその特性が理論的に
計算されている。第８図に示した２次元超格子（童子井
戸＠　ＩｆＭ：　Ｑｔｂａｒｂｔｔｂｒｎ　Ｗｅｌｌ　
Ｌｉｎｇ。
またはＱμαｎｔｕｍ　ｆａｌｌ　ｆ番ｒα）は上述し
た２方向に２種の材料を積層したものに対し、ｙ方向に
も周期的なポテンシャル障壁６０１　、６０２を形成し
たものである。ａＶ９図に示した３次元の超格子構造（
菫子井戸箱＝Ｑμａｎｔμｍ　１３ｏｚまたはＱμαル
ｔμｍＤｏｔ）はｙ方向の周期的なポテンシャルＮ壁７
０１　、７０２の他に、Ｘ方向にも周期的なポテンシャ
ル障壁７１１　、７１２を形成したものである。
ここで、Ｘ方向、ｙ方向のポテンシャル障壁６０１　、
６０２　、７０１　、７０２　、７１１　、７１２・・
・等は２方向のようＫＧαＡｓ　、　ＧａＡＩＡｚのよ
うに交互に異なる材料！ｌｃ８を層する必要はなく、空
間的ギャップを形成することによりポテンシャル障壁を
形成してもよい。
第６図、第７図の２次元、６次元超格子九対する状ｇｆ
ｉ度曲線曲線々、第８図、第９図のようになり、それぞ
れ電子が１次元あるいは０次元に局在化することにより
状態密度がさらにエネルギーの狭い領域に集中する様子
が見られる。このため１これらを用いた精向し−サでは
上述したような１１１〜（４１のような特徴が、さらに
向上することが予測されている。
しかしながらこのような２次元、３矢元の超格子構造に
対しては従来、適当な製作方法がなかった。これは２方
向の積層構造に対し、Ｘ方向やｙ方向に高精度で狭いポ
テンシャル井戸、障壁を交互に形成する手段が存在しな
かつたことになる。
わずか！Ｌ＠告されている実験例の一つとしてｐｇｔｒ
ｏｆｊらの試み（発明に故も近い公知例）を第１０図に
示す。これはＱａ９基板１００１の上に分子ビームエピ
タキシー法等の手段によりＧａ　Ｏ，７５Ａ１０２５Ａ
ｓ　、　ＧａＡｚ　、　Ｇａ　Ｏ，７５Ａｌ　Ｏ，２５
ＡＩ　、　ＧａＡｓ　、　・・・を交互に成長させた１
次元超格子の最上膚に７オトレジストを塗布し、寛子栂
描画等の手段で形成したマスクを用いて蕗光・現像を行
なうことにより、第１０囚（α）のように幅約２μη２
のストライブ状のレジストな残す。ここでストライプの
＊手方向は紙面に垂直な方向である。
その後化学エツチングを行なうとストライブ状のレジス
トの存在のため第１０図（ｂ）に示したようにレジスト
の下部にも１００９　、１０１０のごとく斜めにエツチ
ングが進行し、ついにはｉ＠１０図（ｃｌのよ５に台形
あるいは三角形の断面の素材を残してエツチングを終了
させることができる。この後残ったレジスト１００８を
剥離し、さらに分子ビームエピタキシ法等により全面に
エネルギギャップか大きいＡｔ　Ｏ，３１ＧｔｘＤ、６
９　Ａｓ　（１）１４を形成して保膿する。
このようにし工製作した構造は断面の横方向の寸法が各
々異なる多層＃ｔ１１＃Ｍ構造となるか、鍬上層の量子
井戸構造の断面寸法は２００μｍ　Ｘ　２００μ７７＆
程度にすることができ２次元超格子の量子効果が期待で
きる寸法となる。低温（〜２０ｋ）におけるカソードル
ミネッセンスの測定によればｉｉｌ！１１図のように本
来の１次元超格子からのピーク１１０１の他に、より短
波長側に２次元童子効果による新たなルミネセンスのピ
ーク１１０２が得られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、上述したような従来０２次元超格子（重子井戸
＃ｌ＃ｌ）の製作方法には以下のような欠点があった。
まず（１）断面が３角形のため電子井戸ｍ＝の２方向に
おける厚さが各層で異なるため、周１期性の効果かあら
れれにくく、２次元盆子井戸細麿の本来の特性があられ
れい（い。
（２）レジスト下部の斜方エツチングを用いているがこ
の方法で断面形状を制御することはかなり離しいため、
倉子井戸細巌の？＃Ａ＠の制御が離しい。
（６）このようなパターンを横方向に繰返せば多菖重子
井戸＃ｌ＃Ｉが形成できる。その間隔は数μｍを切るこ
とは困難であり多重性（同期性）の効果は出にくい。
（４）超格子の周期２間隔、？ｔＭ幅、深さ（２方向）
を目的や所期の特性に応じて任意に変化させる為には、
マスクパターンから１作り直す必要かあり、多大の労力
と時間を要する。
（５１マスクを用いないで電子ビーム直接描１法により
レジストの蕗光を行って上記）（ターンを形成すること
もできる。この場合（４）に記した超格子σ〕周周期９
隔隔、巌等を比較的容易に変化させつる。
しかしこの場合においてもレジストとエツチングのプロ
セスを用いるため、上記ノくラメータを嶋−１精度で制
御することは困難であり、多大σ）労力を要する。
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決すべ
（優れた特性を有する２次元、６次元の量子井戸構造の
簡便かつ高ｎ腿に製作する超格子構造の素子の製造方法
を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明においては尚輝度の電界電離型のイオン源（液体
金属イオン源、極低温ガス電界電離型イオン源）を１＃
電レンズ等のイオンビーム元学系により１１−以下、と
（に０．０５μ扉程度の微測ビームに集束し、１次元濾
子井戸たとえばＧａＡｚとＧａＡｌＡｓのａｔ層部に照
射して、これに溝加工を施し、多数の細い細巌部に分割
して２次元の重子井戸を形成する。
また、さらに上記した方向と＠父する方向に対しても溝
加工を施し格子状に分割をして３次元の重子井戸を形成
する。以上により本発明の目的を達成できる。
〔作用〕
上記の場合において烏陣展の電界型［型イオン源は針状
チップの先端から高い電流缶匿でイオン化ｖＩＪ質のイ
オンを引出丁ものであるため、静電レンズ等ｃりイオン
ビーム元学系により集束した場合きわめて狭いスポット
に集束できかつ十分な電流を得ることができる。
と（に静電レンズとして２段ないし３段以上のレンズ系
を用いれば、倍率を大きくとることカテき、液体金属イ
オン源を用いる場合０．１〜０．０５μ扉ないしそれ以
下の極微細なビームを得ることができる。
とくにイオン源として極低温のガスフェーズの電界電離
型イオン源を用いた場合には、液体金属イオン源と異な
り数１０ｒＬｍのテーラ−コーンな針の先端に形成しな
いこと、および集束スポット径を決める要因であるエネ
ルギー幅か０，１　ｅＶ　　程度と液体金属イオン源の
場合よりも１桁以上小さいことなどから１０ｒＬＴｎ以
下に集束することもできる。
さらにイオンビームは偏向電極？よびその制御系により
為梢茨の偏向が行えるため重子井戸の線幅。
深さ１間隔等を任意にかつ高棺匿で貫」御することがで
き、かつまた各層のｍ−を一定にすることができ、井戸
の間隔をミクロン以下の寸法に形成することかできる。
〔実施例〕
第１図（α１に本発明による２次元超格子の作製法の例
を示す。ＧａＡｒ基板１０１上に分子ビームエピタキシ
あるいはＭＯＣＶＤ法などによりＧａＡｌＡｌ　Ｎｉｌ
１０２　、ＧａＡｓ層１０３　、ＧａＡＩＡｚ層１０４
　ｊ　ＧａＡＪ層１０５．ＧａＡｌＡｓ　ｈｋ　１０６
．ＧａＡｚ層１０７のように交互に数層から数１００層
のエピタキシ層を成長させた一次元超格子材料に対して
、液体金属イオン源あるいは極低温ガス電解電離型イオ
ン源などの高輝度イオン酋からのイオンビーム１１３を
静電レンズによりＬＬＩ−以下のスポット１１２に集束
し偏向走査させつつ照射することにより上記材料を表面
よりスパッタ加工し溝１０８゜１０９．１１０，１１１
を形成する。隣１１１は加工の途中である。ここでおよ
その寸法を示すと加工により残された部分の幅αは数１
０ルｍ、鍔幅すは数１０ルｍ　、ヘテロエピタキシー層
の厚さＣは約７ＱｒＬｍ、溝の長すｄは数１００μｍ以
上である。ここでイオンビームな５Ｑｎｍ程度にまで絞
ることにより刀ロエ蒋の精成として１０ｎｍないしそれ
以下を得ることができる。またイ第１ンビーム刀ロエの
特徴であるスパッタリングにより非常に尖鋭なエツジ形
状が得られる。図においてイオンビーム１１３はｅ方向
に走査しつつ、ｆ方向に移動させて面状の短足を行い、
これを（り返すことにより溝：１１１を加工しつつある
。しかしこの繰返し定食方法はさまざまの異なる方法が
可能である二このように横方向に数１０個以上の多数の
碑を形成することによりて２次元の超格子童子井戸＃ｌ
ｋを形成できる。すなわちこの場合、イオンビーム１１
１によって刀ロエされた溝は、ポテンシャル障壁とな□
る。錦幅すを、変化させることにより電子の量子細線へ
の局在化の度合を変化させることができる。
第１図すはさらに直交する方向にも集束イオンビームで
溝刃ロエを行ったものである。ポテンシャル障壁をペテ
ａエピタキシ積層方向と直交する２万に胃するため、３
次元の超格子（を子井戸相）を形成することができる。
第１２図に本発明にかかる２次元、３次元超格子を形成
するための集束イオンビーム加工装置を示すｂ防振架台
１２２５の上に設置され１Ｑ−６ｔｏ汀以下の真空に保
った真空チャンバ中において尚輝皮のイオン源（図では
液体金属イオン源）が、ＯＬ１速電ｍ　１２００によっ
て加速電圧分だけフｏ−）されたヒータ電源１２０２に
より通電加熱され、フライメント１２０３の先５ｌｉ１
につけられた溶融金属から引出し用嵐綜１２０４ＩＣ接
続された引出し電極１２０６により形成される電界によ
ってイオンビームが引出される。電極１２０７゜１２０
８は引出し電極と合せて第１の靜ルンズを形成する。レ
ンズ電源１う０５はレンズ電極１２０７に印加するレン
ズ電圧を出力する。イオンビームは第ルンズ１２０６．
１２０７　、１２０ａ＆Ｃよりほぼ平行なビームとされ
、ビーム制限アパーチャ１２０９により径を制限された
後、ブランキング用電源に１７により駆動され＾速でビ
ームをＯＮ　−ＯＦ　Ｆするためのブランキング電源１
２１０およびブランキング用アパーチャ１２１１　、を
通過し、偏向制御電源１２１８により駆動される。二組
の偏向電極１２１２　、１２１３により偏向された後３
枚の電極１２１４　、１２１５　、１２Ｌ６から成る第
２の静電レンズに入射する。この場合第２レンズでは、
中央のレンズのみが第２レンズ電源１２１９により電圧
を印加されている。この第２のレンズによってイオンビ
ームは集束され、試料ステージ１２２３上の試料１２２
２に照射される。
２次荷電粒子慣出器１２２１はイオンビームの照射によ
り試料から放出される２次電子あるいは２久イオンをと
らえてこれを増幅し偏向信号に同期させてデイスプレィ
１２２０上ＶＣ走査イオン像として表示し、これにより
試料の観察を行なうことができる。１２２４は試料又換
用のａ−ダである。
この装置ではレンズを二段に用いているために通常の一
段のレンズに比べて倍率を大きくすることができる。し
たがって十分な微細ビーム（０，１〜０．０５μｍ）に
おいても十分大きい電流（５０ｐＡ〜３００ｐＡ　　）
を得ることができ十分な加工や引出を行なうことができ
る。またこのような微細なビームで超格子のサンプルを
検出しつつビームを偏向すせて藁１図に示すような２次
元、３次元の超格子の加工を行なうことができる。
以上第１２囚に示した装置の改良形の実施例を示す。
第１３図は加工位＆精度を向上させるためレーザ測長器
１５０１を用いた例である。レーザ測長器からのレーザ
光は干渉プリズム１３０５を逼った恢、窓１３０２を通
過し、試料ステージにとりつけられた反射ミラーにより
反射されてもとの経路を戻る。これにより、ステージの
位置を１（３ｎｍのオーダで検出することができる。温
度によるドリフト、試料や静電光学系か電荷により帯電
することによるイオンビームのドリフトなどについても
一定時間間隔にてターゲットマークな探しその位置なレ
ーザ測長器で読み取ってその値によりビーム偏向量を補
正することにより上記したドリフトの影響ななくするこ
とができ１０ｒＬｍオーダ以下の高棺友の加工を行なう
ことができる。
第１４１はイオンビームの電流がドリフトをもつ場合に
おいて加工時間を変化させて加工の深さを制御するよう
にした例である。
これは以下のような問題を′Ｎ４火するのに用いる。
第１５図において縦軸はイオンビーム′框流、横軸は時
間を示す。
イオンビーム電流は一収に必ずしも安定でな（第１５図
のように戻動しつつドリフトしてい（場合が多い。試料
を加工する場合に、第１７図のよ５に深さＡまで刀ロエ
することを目標とする。刀ロエ体積Ｖｏとイオンビーム
電＃、ｔｏおよび万ロエ試料のスパッタ率（あるいは加
工速度係数）から刀ロエ時間ｔ１が求められるがそのま
ま加工してｔ、で加工を止める第１５図のＣの面積だけ
少ないため加工元が浅くなってしまう。そこで第１４図
においてイオンビーム電流の変動を引出し電極１２０６
へ流入する電流ＩＯを電流計１４０１によって検出し、
その姐を示す奄θ１ｔをＶＤ変換器１４０２によりディ
ジタル信号に変侠して光結合器１４０３を介してＣＰＵ
１４０５に入れる。ｃｐＵ１４０５は逐時 ｆｉ（ｔ）ｄｔあるいはΣＬ山Δを 引出し電源に流入する電ｇ＜Ｉ＜ｔ＞と試料に照射され
るイオンビーム電流ｉ　（ｔ）との間には一収に比例関
係が成立つので、比例定数をｋとしてＬＣｔ）　＝＝　
ｋｌｃｔ） によりＣＰ　Ｕ１４０５にｉ＜１）を求め、かつ逐時を
計算して、これか目標値ｉ。ｔｏに等しくなった時点ｔ
　＝　ｔｔにおいてブランキング電源１２１７を動作さ
せ試料に照射されるイオンビーム電流を止める。
であり、第１６図中 の面積りは、面積Ｃに等しい。第１８図中で加工深さＢ
は目標（ｉｌＬ、４に高い精度で一致させることができ
る。
第１９図は今までの実施例に比べて多くの新しい点を含
んでいる。まずイオン源１９０８として合金イオン源、
例えはＡｔｂ−５＊　、　Ａｔｂ−５ｉ−Ｂｅ　、　、
４１−５Ｌ、　Ｐｄ−Ｎｉ　−５ｃ−Ｂｅ−Ｂ　、　Ｎ
ｉ　−Ｂ　、　ＡｚＰなどを用いかつ引出されたイオン
ビームなウィーンフィルタ１９０１と質量分析用アパー
チャ１９０２を用い、ウィーンフィルタの磁界をコイル
へ流丁電６１ｊを変化させることにより変えこれにより
買電分析用アパーチャ１９０３を通過して試料に倒遜丁
、る。イオンのａ類として合金の組成元素の中から対応
のもののみを選ぶことができる。
この効果としては、たとえば化２０図に示すように刀Ω
工用イオン源としてＧａを用いたときＧａＡｓ試料の穴
の底にＧａが部分的に打込まれ、また過剰のＧａが粒状
に試料表面に析出し超格子の特性に悪影響を与えること
が挙げられる。第１９図の実施例ではこれに対してＡ１
合金のイオンからウィーンフィルタによりＡｓのみをと
り出して試料に照射する。
これにより超格子の組成と同等量となるようにＧａ。
ＡＩを照射することによりＧａのみ照射した場合の特性
への影響を除くことができる。
また本方式によれは加工によらず打込みによっても２次
元の超格子を製作することができる。これを第２１図に
示す。すなわちＧａＡｚ基板上にＧａＡＩＡｚ２１０２
　、　ＧａＡｌ　２１０３　、　ＧｅｘＡＩＡｔ　２１
０４．　・・・のように核層した試料において、たとえ
はＡｔＬＳＬ合金イオン源からとり出した５ｉを１００
＆Ｊ’ないしそれ以上の加速電圧にて打込むことにより
打込まれた部分の結晶格子を乱してこれをポテンシャル
障壁トして２次元、３次元の超格子を製作することがで
きる。
第１９図においてガスノズルはこれよりイオンビーム誘
起エツチング用あるいはイオンビーム誘起ＣＶＤ用のガ
スを導入して試料へ照射するためのものである。
まずイオンビーム誘起エツチング用のガスをノズルから
導入する場合につき述べる。集束イオンビーム加工にお
いては加工穴の壁がスパッタ加工される箇所のごく近く
に存在するためスパッタ除去された原子が壁に大量に付
着するという現象が存在する。第２２図においてイオン
ビーム２１０１を−照射する場合２１０２α、Ａ、Ｃ，
ｄはスパッタされた原子、２１０３および２１０４はこ
のスパッタされた原子が穴の側壁に再何層してできた層
である。
このように大量の再付着層が形成されるため、刀ロエ速
度が遅いこと、加工断面形状が加工時の繰返し走査の条
件（たとえは速い走査速度で多数回（り返して加工する
か、遅い走査速度で１回のみ加工するか）などによって
異なること、垂直な断面形状が優にくいことなどの問題
があった。そこでエツチングガスとしてＣｌ、などの材
料を導入してイオンビーム照射部でこれらのガスがイオ
ンビームのエネルギーにより解離し試料材料と結合し℃
昇華性の物質を形成しエツチング除去するというイオン
ビーム誘起エツチングを用いることにより、第２５囚に
みられるように再付着層が存在せず鋭い断面形状の加工
溝を高速で形成できる。
第２４因はイオンビーム誘起ＣＶＤ法の例を示す。
２次元、３次元超格子を第１図α、ｈのように製作する
場合形成された嬶をそのまま放置しておくと異物の混入
、溝の破壊、１ｇ１ｌ壁の酸化、水分の付着などにより
素子としての特性に影響を米たす。
そこでＣＶＤ用のガスとしてシランＳＬ１！４と酸素０
２をノズルより導入しつつイオンビームを〃ムエＴ４４
　Ｈ’Ｉ５へ照射する。これによりＳｉおよび０２かイ
オンビーム照射部において反応しつつ成長してＳｉＯ，
ｆ４２４０３が堆積する。これにより２４０４　、２４
０５のように辱を埋め形成された溝の保獲、安定性、パ
ッシベーションをはかることができる。
第１９図においてステージからのケーブル１９０５が真
空チャンバの外部へとり出され微小電流計１９０６を介
してアース１９０７へと接続されている。これはイオン
ビームによるプロセスのモニタ用である。
すなわちイオンビームは荷電粒子の流れであるためこの
ように照射されると基板への電流の流入が起きその電流
を微小電流計１９０６により検出することができる。こ
の検出電流はイオンビームで除去加工する場合超格子の
各ｒＷｉ　（ＧａＡｚ　、　ＧａＡｌＡｓ　）を除去す
るごとに変動する。また最後にＧａＡｚ基板へ到達する
と大きく変動する。これにより加工深さをモニタできる
。と（に第何膚まで除去されたかを知ることができる。
次に第２１図のようにＳｉを打込んだ場合も打込みの童
や深さに応じて微小電流計へ流れる電流が変化するので
これらをモニタすることができる第２４図のようにレー
ザＣＶＤにより堆積膜を形成する場合においてもＮＩＡ
緑物の堆積厚さに応じて側壁のＧａＡｓ　／　ＧａＡＩ
Ａｚへ電荷が流出する経路およびその距離が変化するた
め流出する電流が変化することとなる。以上により堆積
部の厚さをモニタすることができる。
また第１９図の装置には可変アパーチャ１９０４がとり
つけられている。これはい（つかの径のビーム制限アパ
ーチャを真空導入端子を用いて真空チャンバの外から切
換えられるようにしたものである。
これにより照射するイオンビームの径を変化させること
ができる。その作用を第２６図、＠２７図。
第２８図に示す。これらの図のいずれもαは大きいアパ
ーチャ径を用いたときｂは小さいアパーチャ径を用いた
場合である。
可変アパーチャ２６０１の大きい径のアパーチャ２６０
２を用いるときイオンビーム２６０４は太いビーム２６
０５としてアパーチャを通過し第２レンズ２６０６によ
り集束せられて太いスポット２６０７　、２６１０とな
る。同様に第ｕｕｂ、第２７図すにおいては細いアバ−
チャ２６０６に切換えたときに細いビーム２６１４が通
過し、細いスボツ）　２６０９　、２５１１が得られる
ことを示す。
第２８図はこれらの可変ビーム径を用い方の一例を示す
ものである。すなわち第１図α、ｂに示した２次元、３
次元の童子井戸構造をイオンビームで加工する場合全面
を細いビームで加工すると非常に長い時間を要する。そ
こで加工時間を短縮するため第２８図αに示すように先
ず加工害の中央部２６１２を太いスポットしたがって大
きいビーム電流で加工する。この場合高速に加工される
。ただしビーム径か太いため加工精度はよくない。そこ
で次に細いスポットしたがって小さいビーム電流により
加工穴の側壁２６１３、底部を所望の寸法にまで刀ロエ
する。この場合加工速度は遅いが高精度の加工が出来、
最終的に尚精度の刀ロエ穴断面形状か得られる。
このような可変アパーチャを切換る方法により則いビー
ムのみを用いた場合と同じ精度で、かつはるかに高速に
加工を行うことができる。
第２９図に別の実施例を示す。この場合においてはレー
ザ発振器２９０１から出るレーザビーム２９０２が、音
響光学索子などの光スィッチ２９０３でｏｒＬ。
Ｏｊｆされた後窓２９０５を通過し凹面反射娩２９０６
により反射かつ集束されて試料上にスボッ）２９０７を
形成しこれによりイオンビーム照射部にレーザを集光照
射できる。
この場合以下、のような作用が可能である。一般にイオ
ンビームを照射した部分は格子欠陥を生じているので正
常な光学的、電気的特性を得るためには欠陥を回復させ
る必要がある。高温炉での刀口熱によるアニールでは時
間もかかり素子の各部への影響が大きい。そこでこのよ
うに必賛な一所のみにレーザを照射して真空室内で１ｎ
−２乙ｔμのアニールを行えば多大の効果がある。
またこのレーザ２９０１はイオンビームによるデバイス
に対してレーザ照射により流れる電流をプローブ２９０
８、を素子につ（られた電極にあてることによりとり出
し測定４ｆｉ２９１０で測定することにより１ｎ−１ｉ
ｒ−で特性の検査を行うことができる。
帛３０図は同一チャンバ内に、　Ｓ　Ｅ　Ｍ５００１を
とりつけた例であるイオンビームで刀ロエ、打込みまた
はＣＶＤ成膜をした彼試料スラーレ５００２をＳＥＮの
位１１ｉ３００２まで移動して１ｎ−ｓＬｔμの観察を
行うことができる。またＳＥＮの電子ビームを用いて電
子ビームアニールによる欠陥の回復を行うこともできる
。
第３１図は上記のようにＳＥＮをとりつげる代りにｔ子
とイオンを同一のソースからとり出す電子−イオンハイ
ブリッドブースな用いた場合であるｇこれはイオン源の
引出し電圧を正にするか負にするかによってイオン源二
−ルド先端の液体金属が表面張力と静電気力のつり合い
により形成した円錐状突起の先端から電子あるいはイオ
ンの両省を取り出すことかできるように切換えることか
できるものである。このため、加速電源３１０１はグラ
ンド端子と高圧出力端子を切換スイッチ５１０１α。
３１０１　ｂによりイオンビームのヒータ電源６１０５
あるいはアースのいずれかに接続して、正の加速電圧あ
るいは負の加速電圧のいずれかを優られるように切換え
られることとした。引出し電源、第ルンズ電源、第２レ
ンズ′１源等については正負両極の出力の電源を用いる
こととし各々の電極への出力を切換えスイッチにより正
、または負とすることができるようにした。
これによりイオンビームで加工（あるいは打込み、ＣＶ
Ｄ）を行った恢そのまま電圧を切換えて′電子ビームを
とり出しＳＥＮ像による観察を行うことができる。加工
あるいは打込みの途中で逐時観察することも可能となる
。
また第３１図では試料から出るＡμ、９１ｆ　′ＲＬ子
をエネルギーアナライザ３１０６によって検出すること
もできるようになっており１ｎ−ｓｉｔｕの分析（マイ
クロオージェ分光）が可能となるようにしている。また
上記１子ビームを用いて試料を局部的に加熱しイオンビ
ームの照射による欠陥の回復のための電子ビームアニー
ルを行うことも可’ＮＱである。
第３２因は高集束イオンビームのチャンバトＭＢＥ（分
子ビームエピタキシ）のチャンバを試料交換愼檎部３２
０２を介して結合した例である超高真空ノチヤ／ハ３２
０３内に試料６２０８はホルダー６２０９に下向きにと
りつけられヒータを巻つけたセルから３２０４　、３２
０５　、５２０６　、３２０７から飛び出す分子数（タ
ｊニー　Ｘ−ハＧａ　、　Ａｓ　、　Ａｌ　、　Ｓｉ）
　ｔＬ　トラｌ１ｌｌｉ１次アルいは同時に魚屑される
各セルにはシフ　−１３２０４α。
３２０５α、　３２０６α、　３２０７αがついており
各材料の分子数のオンΦオフを行う。このようにして−
次元超格子が形成される。この試料ホルダを試料交侠愼
構部５２０２にて上下反転および試料ステージへの設置
を行なう。そしてステージを移動させ電子−イオンハイ
ブリッドビーム部へ移動させる。この場合３つのチャン
バ３２０３．３２０２　、３２０１は各々真空度が異な
るので間にゲートバルブ３２１２　、３２１３があり試
料の父侯移動時にはこれの開閉と各チャンバの排気を行
なう。電子−イオンハイブリッドビーム部は第３１図と
同様でありイオンビームによる加工・打込み・ＣＶＤ・
電子ビームによるＳＥＭ観察、アニールを行ないまたオ
ージェ電子分光により膜の分析を行うことかできる。
この装置では成膜と分析を真空装置内で行えるので別装
置で行う場合のように大気へ取出す除の汚染・酸化など
の問題がな（清浄表面のままの刀ロ工、打込み、ＣＶＤ
　、分析アニールが行なえるという大きい特長がある。
〔発明の効果〕
本発明により従来技術の欠点をナクシて２次元。
３次元の童子井戸＃Ｉ＃遺を簡便かつ高精度に製作する
手段が提供された。
また目的に応じ周期・間隔・線幅・深さを任意に変化さ
せることが出来、かつ井戸の間隔なミクａン以下の寸法
に高精度に形成できる呈内手段が提供された。
本発明によりＨＥＭＴ、ＵＬＳＩなどのデバイスの多次
元超格子化がはかれその特性の大幅な向上ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（αｌ　、　（ｂｌは各々本発明に係る２次元、
３次元の多重量子井戸構造（ｌｄｕ、ｌｔｉ　ＱＬＬａ
ｑｔｔｂｍｌｌ’ｉｒｇ　。 ＭｕｌｔＬＱｙｂａｎｔｕｍ　ｆｏｏｔ　）の製作を示
す図、第２図は１次元多Ｍｔ子井戸榊遺（ペテａ超格子
、　ＭＬＬｌｔｉＱμａルｔ　Ｌｍ　ｊＶａ　ｌ　ｌ　
）を示す図、第３図は第２図に示す１次元ＭＱＷのポテ
ンシャルを示す図、第４図はバルク素子の状態＠腿曲線
を示す図、第５図は１久冗′多重童子井戸の状態＠反曲
＃ｌに示す図、第６図は２次元の多重量子井戸の構成を
示した図、第７図は３次元の多重量子井戸の構成を示す
図、第８図及び第９図は各々第６図及び第７図に示す構
造の状態密度１巌を示す図、第１０図は従来の２次元輩
子井戸構造の製作法の一例を示す図、第１１図は第１０
肉によって与えられる発光強度スペクトルを示す図、第
１２図は本発明によるイオンビームな用いた多次元量子
井戸デバイスを製作する装置の一実施例を示した図、第
１３図、第１４図１．第１９囚。 第２９図、第３０図、纂３１図及び第３２図は各々多次
元童子井戸デバイスを製作する装置の他の一実施例を示
した図、第１５図、第１６図第１７図、第１８図、第２
０図、第２１図、第２２図、第２３図。 第２４図、第２５図、第２６図、第２７図及び第２８図
は上記＃ＣＣ九九る加工、打込み、ＣＶＤ、モニタなど
のプロセスを説明するための図である。 符号の説明 １０１　・ＧａＡｓ基板 １０２　、１０４　、１０６−　ＧａＡｌＡｓ層１０３
　、１０５　＝　ＧａＡｔ層 １０７　、１０８　、１０９　、１１０　、１１２・・
・溝１１１・・・イオンビーム １１２・・・スポット

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、高輝度のイオン源からのイオンビームを静電レンズ
    等のイオンビーム光学系によって０．１μｍ以下の微細
    なスポットに集束し、１次元ヘテロ超格子構造の積層方
    向に垂直な方向に線状に走査しながら照射して多数の溝
    加工を施し、または不純物を打込みあるいは加工後の溝
    内にイオンビーム誘起ＣＶＤ法により絶縁物を堆積する
    などの方法によりポテンシャルバリアを形成することを
    特徴とする超格子構造の素子制作方法。 ２、上記積層方向に線状にイオンビームを照射すること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超格子の製作
    方法。
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