JPH01208871A - 量子細線構造およびその形成方法 - Google Patents

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〕 本発明は量子細線構造と、その形成方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

量子細線構造に関しては、従来から例えば第３図のもの
が知られている。同図において、基板１は例えばガリウ
ムヒ素（Ｇａ　Ａｓ　）で形成され、この上面には例え
ばエピタキシャル成長法により動作層が形成されている
。この動作層は二次元キャリアを蓄積するためのキャリ
ア蓄積層２をなし、この上には例えばアルミニウムガリ
ウムヒ素（Ａ、Ｉｌ）　Ｇａ　Ａｓ　）からなるキャリ
ア供給層３がエピタキシャル成長法により形成されてい
る。そして、キャリア供給層３の上面には、量子細線に
対応するストライプ状のリッジ（尾根）部４と、これら
を相互にアイソレーション（分離）するストライプ状の
溝部５が、例えばドライエツチングにより形成されてい
る。

このような構造によれば、リッジ部４と溝部５とではキ
ャリア供給層３の厚さが大きく異なっているので、キャ
リア供給層３からキャリア蓄積層２中に供給された二次
元キャリアは、リッジ部４の下方のキャリア蓄積層２に
集中しく第３図参照）、従ってここに量子細線構造が実
現されるこになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来技術では、量子細線の幅はキ
ャリア供給層３に形成されたストライプ状のリッジ部４
の幅で定まってしまうため、十分に細くかつ高密度にす
ることができない。また、量子細線同士の電気的な分離
（アイソレーション）が十分でなく、この傾向は量子細
線が細くかつ高密度に集積されるほど著しい。

そこで本発明は、量子細線を十分に細くかつ高密度にす
ることができ、しかも量子細線の相互間で十分なアイソ
レーションをとることのできる量子細線構造を提供する
ことを目的とする。

また本発明は、上記のような量子細線構造を、簡単な工
程によって歩留りよく実現することのできる量子細線構
造の形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る量子細線構造は、例えば化合物半導体から
なる基板と、望ましくは半導体結晶層を介して、この基
板上に形成された二次元キャリアを蓄積するためのキャ
リア蓄積層と、このキャリア蓄積層上に、量子細線に対
応するストライプ状の複数のリッジ部と、これを互いに
アソレーションするストライプ状の複数の溝部を交互に
有して形成され、かつキャリア蓄積層にキャリアを供給
するように第１導電型の不純物がドープされたキャリア
供給層と、溝部の下方においてキャリア蓄積層を突き抜
けるように形成され、かつリッジ部の中央部下方におい
てキャリア蓄積層に達しないように、溝部の底部および
側壁部のキャリア供給層に第２導電型の不純物をドープ
して形成されたアイソレーション層とを備えることを特
徴とする。

また、本発明に係る量子細線構造の形成方法は、二次元
キャリアを蓄積するためのキャリア蓄積層と、このキャ
リア蓄積層にキャリアを供給するための第１導電型のキ
ャリア供給層を、望ましくは半導体結晶層を介して基板
上に順次に形成する第１の工程と、キャリア供給層をス
トライプ状のマスクを介してエツチングし、量子細線に
対応するストライプ状の複数のリッジ部と、これをアイ
ソレーションする複数の溝部を形成する第２の工程と、
→スフを介してキャリア供給層に第２導電型の不純物を
拡散し、溝部の下方においてキャリア蓄積層を突き抜け
、かつリッジ部の下方においてキャリア蓄積層に達しな
いアイソレーション層を形成する第３の工程とを備える
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の量子細線構造によれば、量子細線はキャリアｒ
Ｒ給層のストライプ状の溝部に形成されたアイソレーシ
ョン層によって個々に分離されるので、細くかつ高密度
であって、しかも電気的な分Ｍ（アイソレーション）を
十分に行なうことができる。そして、基板とキャリア蓄
積層の間に半導体結晶層を介在させるようにすれば、キ
ャリアを閉じ込めるためのポテンシャルの井戸の形成が
容易に行なえる。

また、本発明の量子細線構造の形成方法によれば、基板
上への結晶成長とマスクを介したエツチングにより、ス
トライプ状の溝部およびリッジ部の形成ができ、溝部内
面への不純物の拡散によって、量子細線を分離するアイ
ソレーション層が形成できるので、簡単かつ歩留りのよ
い工程によって、高密度の量子細線を実現できる。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図および第２図を参照して、本発
明の一実施例を説明する。なお、図面の説明において同
一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は実施例に係る量子細線構造の斜視断面図である
。図示の通り、例えば不純物として鉄（Ｆｅ　）をドー
プしたインジウムリン（ＩｎＰ）からなる基板１上には
、アンドープ（不純物をドープしない）のアルミニウム
インジウムヒ素（ＡＮ　　　Ｉｎ　　　Ａｓ）からなる
半導体結晶層０．４８　　　　０．５２ 長居６が積層され、この上にはアンドープのガリウムイ
ンジウムヒ素（Ｇａ　　　　Ｉｎ　　　Ａｓ）か０．４
７　　０．５３ らなるキャリア蓄積層２と、シリコン（Ｓｔ）をドープ
したｎ型のＡＮ　　　Ｉ　ｎ　　　Ａｓからなる０、４
８　　０．５２ キャリア供給層３が順次に積層されている。そして、こ
のキャリア供給層３はストライプ状にエツチングされ、
所定のピッチでリッジ部４および溝部５が形成されてい
る。更に、この溝部５の内面には亜鉛（Ｚｎ　）を拡散
したｐ型のアイソレーション層７が、溝部５の下におい
てキャリア蓄積層２を突き抜けるように形成されている
。

次に、上記実施例に係る量子細線構造の作用を説明する
。

図示の通り、二次元キャリアを蓄積するためのエネルギ
ーギャップ（Ｅｇ）の小さい材料からなるキャリア蓄積
層２は、よりエネルギーギャップの大きい路間−の材料
からなるキャリア供給層３および半導体結晶成長層６に
よって挾まれている。

従って、キャリア蓄積層２にはポテンシャルの井戸が形
成され、ここに二次元キャリアが上下方向に閉じ込めら
れる。このようなキャリア蓄積層２への二次元キャリア
の供給は、ｎ型のキャリア供給層３によってなされる。

ここで、リッジ部４の下方で量子細線をなすキャリア蓄
積層２は、溝部５に形成されたキャリア供給層３とは反
対導電型のアイソレーション層７で仕切られている。こ
のため、キャリア蓄積層２の二次元キャリアは横方向に
も効率よく閉じ込められる。

従って本実施例によれば、第１に、極めて細い量子細線
を、高密度に形成することが可能になる。

すなわち、フォトリソグラフィ技術などを用いて形成し
たストライプ状の溝部５の幅には、技術上の限界があり
、あまりに細くすることは困難である。しかしながら、
本実施例によれば、量子細線の幅は溝部５の内面のアイ
ソレーション層７によって更に細くかつ高密度にされる
ことになる。第２に、本実施例によれば、量子細線用の
相互間の電気的分離を、高密度に集積したときでも十分
に行なうことができる。これは、キャリア供給層３とは
反対導電型のアイソレーション層７が介在されるためで
あり、この効果は高集積になるほど著しくなる。

本発明の量子細線構造は、上記実施例に限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。

例えば、基板１、キャリア蓄積層２、キャリア供給層３
などの材料は図示のものに限らず、半導体結晶成長層６
が設けられるときには、基板１はサファイアなどであっ
てもよい。二次元キャリアは電子であってもよいが、材
料の導電型を逆にすることで正孔としてもよい。また、
キャリア供給層３と共働してキャリア蓄積層２にポテン
シャルの井戸を形成する半導体結晶成長層６は、必ずし
も本発明に必須のものではなく、例えば基板１の表面が
極めて良好な結晶面であって、キャリア供給層３と共働
してポテンシャルの井戸を形成できるようなエネルギー
ギャップを有する材料で基板１が構成されていれば、基
板１の上面に直接にキャリア蓄積層２を形成することも
可能である。

次に、本発明の実施例に係る量子細線構造の形成方法を
、第２図により説明する。

第２図は工程別の素子断面図である。まず、Ｆｃ　ドー
プのＩｎＰからなる基板１を用意し、この上面を鏡面に
仕上げた後、ＯＭＶＰＨなどのエピタキシャル成長法を
用いて、アンドープのＡｒｌ　　Ｉｎ　　　Ａｓからな
る半導体結晶成長層０．４８　　　０．５２ ６を形成する。更に、アンドープのＧａＯ，４７１ｎ　
　　Ａｓからなるキャリア蓄積層２と、Ｓｉ０．５３ ドープの八９０．４８Ｉｎ０．５２ＡＳからなるキャリ
ア供給層３をエピタキシャル成長法により順次に積層す
る（第２図（ａ）参照）。

次に、キャリア供給層３の上面に、例えばプラズマＣＶ
Ｄ法を用いることにより、二酸化シリコン（Ｓ１０２）
あるいは窒化シリコン（ＳｉＮＸ）からなるマスク８を
形成する。なお、このマスク８は例えばフォトリソグラ
フィ技術により、ストライブ状にパターニングされてい
る（第２図（ｂ）図示）。

次に、ＲＩＥ法などのドライプロセスにより、マスク８
を介してキャリア供給層３をエツチングする。このとき
、エツチングの深さがキャリア蓄積層２に達しない程度
とすれば、キャリア供給層３にはストライブ状のリッジ
部４と溝部５が形成されることになる。具体的には、キ
ャリア供給層３の厚さを５００Ａとしたときには、エツ
チングの深さは４００八程度とすればよい（第２図（Ｃ
）図示）。

しかる後、熱拡散法によりマスク８を介してＺｎをドー
プすると、キャリア供給層３とは反対導電型のアイソレ
ーション層７が溝部５の底部および側壁部に形成される
。なお、このＺｎ　ドープの深さは、溝部５の下方にお
いてキャリア蓄積層２を突き抜は半導体結晶成長層６に
達する深さとし、リッジ部４の下方においてキャリア蓄
積層２に達しない深さとする。具体的にはＺｎの浸透の
深さは０，１μｍ程度とすればよい。（第２図（ｄ）図
示）。その後、必要に応じてマスク８を除去すれば、第
１図の量子細線構造が得られることになる。

本発明に係る量子細線構造の形成方法は、図示のものに
限られず、種々の変形が可能である。

例えば、半導体の材料や不純物の導電型については、種
々の変形が可能であり、エツチング方法や不純物のドー
ピング法についても各種のものを用いることができる。

リッジ部４および溝部５の幅についても、例えばそれぞ
れ１．０μｍ。

０．５μｍとすることができるが、異ならせてもよい。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り、本発明の量子細線構造によ
れば、量子細線はキャリア供給層のストライブ状の溝部
に形成されたアイソレーション層によって個々に分離さ
れるので、細くかつ高密度であって、しかも電気的な分
離（アイソレーション）を十分にとることができる。

また、本発明の量子細線構造の形成方法によれば、基板
上への結晶成長とエツチングにより、ストライブ状の溝
部およびリッジ部が形成され、溝部内面への不純物の拡
散によってアイソレーション層が形成されるので、上記
のような量子細線構造を、簡単な工程によって歩留りよ
く実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図本発明の一実施例に係る量子細線構造の斜視断面
図、第２図は第１図に示す量子細線構造の製造工程別の
断面図、第３図は従来例に係る量子細線構造の斜視断面
図である。 １・・・基板、２・・・キャリア蓄積層、３・・・キャ
リア供給層、４・・・リッジ部、５・・・溝部、６・・
・半導体結晶成長層、７・・・アイソレーション層、８
・・・マスク。 第１図 第３図 実施例の製造工程 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、 この基板上に形成された二次元キャリアを蓄積するため
   のキャリア蓄積層と、 このキャリア蓄積層上に、量子細線に対応するストライ
   プ状の複数のリッジ部と、これを互いにアソレーション
   するストライプ状の複数の溝部を交互に有して形成され
   、かつ前記キャリア蓄積層にキャリアを供給するように
   第１導電型の不純物がドープされたキャリア供給層と、 前記溝部の下方において前記キャリア蓄積層を突き抜け
   るように形成され、かつ前記リッジ部の少なくとも中央
   部下方において前記キャリア蓄積層に達しないように、
   前記溝部の底部および側壁部の前記キャリア供給層に第
   ２導電型の不純物をドープして形成されたアイソレーシ
   ョン層とを備えることを特徴とする量子細線構造。 ２、前記基板と前記キャリア蓄積層の間には、前記キャ
   リア供給層と、共働して前記キャリア蓄積層にポテンシ
   ャルの井戸を形成する半導体結晶成長層が形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の量子細線構造。 ３、基板上に二次元キャリアを蓄積するためのキャリア
   蓄積層と、このキャリア蓄積層にキャリアを供給するた
   めの第１導電型のキャリア供給層を順次に形成する第１
   の工程と、 前記キャリア供給層をストライプ状のマスクを介してエ
   ッチングし、量子細線に対応するストライプ状の複数の
   リッジ部と、これをアイソレーションするストライプ状
   の複数の溝部を形成する第２の工程と、 前記マスクを介して前記溝部の内側から第２導電型の不
   純物を拡散し、前記溝部の下方において前記キャリア蓄
   積層を突き抜け、かつ前記リッジ部の下方において前記
   キャリア蓄積層に達しないアイソレーション層を形成す
   る第３の工程と、を備えることを特徴とする量子細線構
   造の形成方法。 ４、前記第１の工程は、前記基板上に前記キャリア供給
   層と共働して前記キャリア蓄積層にポテンシャルの井戸
   を形成する半導体結晶成長層を形成する工程を含むこと
   を特徴とする請求項３記載の量子細線構造の形成方法。