JPH01296612A - 半導体結晶の製造方法 - Google Patents

半導体結晶の製造方法

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JPH01296612A
JPH01296612A JP12786488A JP12786488A JPH01296612A JP H01296612 A JPH01296612 A JP H01296612A JP 12786488 A JP12786488 A JP 12786488A JP 12786488 A JP12786488 A JP 12786488A JP H01296612 A JPH01296612 A JP H01296612A
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JP
Japan
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crystal
crystal layer
layer
energy band
band gap
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JP12786488A
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English (en)
Inventor
Koji Ebe
広治 江部
Yoshito Nishijima
西嶋 由人
Koji Shinohara
篠原 宏爾
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔概 要〕 量子細線、或いは量子箱を有する化合物半導体結晶の製
造方法に関し、 レーザ素子、高移動度トランジスタに於いて電子の閉じ
込め効果が高度に得られる量子細線、或いは量子箱を有
する化合物半導体結晶の製造方法の提供を目的とし、 化合物半導体基板の結晶面を、該基板の結晶成長軸方向
より所定の角度(θ’)(IQけて研磨、或いはエツチ
ングして、階段状の結晶成長面を予め露出させ、該露出
した結晶成長面上に第1結晶層を形成し、更に該第1結
晶層上に該第1結晶層とエネルギーバンドギャップの異
なる第2結晶層を形成し、前記第1結晶層と第2結晶層
を基板上に繰り返し積層形成することで、前記基板の結
晶成長面に形成されたエネルギーバンドギャップの狭い
結晶層がエネルギーバンドギャップの広い他の結晶層で
囲まれた構造の量子細線を有する結晶を形成することで
構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は量子細線、或いは量子箱を有する半導体結晶の
製造方法に関する。
半絶縁性のガリウム砒素(GaAs)基板上に、不純物
を添加しない高純度のGaAs層と、N型の不純物を添
加したアルミニウム・ガリウム・砒素(AffiGaA
s )層を積層形成し、該積層形成した結晶層上に電流
を流すためのソースおよびドレイン電極とその電流を制
御するためのゲート電極を設けた構造の高電子移動度ト
ランジスタ(HEMT)は周知である。
この半導体素子はエネルギーバンドギャップの異なる二
種類の結晶、即ちGaAsとA I GaAsが接合面
を形成しており、この接合面でバンド幅の不連続が発生
し、このバンド幅の不連続が発生した箇所にA I G
aAs層にドープされたドナー不純物より発生した電子
が薄い層状を呈した二次元電子ガスとして発生し、この
二次元電子ガスが高純度のGaAs層に形成されている
ため、不純物の散乱を受けずに電子が高速で通過する。
そしてこの二次元電子ガスを素子の電子の通路(チャネ
ル)として用いることで高速で動作する高電子移動度ト
ランジスタが形成される。
この二次元電子ガス層の厚さは電子の量子ノコ学的波長
に近接した通常100人程変の厚さで、この二次元電子
ガス層内に電子が閉じ込められている。
ところで光ファイバのように、電子の量子力学的波長(
100Å以下の波長)と同程度の極微細断面を有する空
間内に電子を閉じ込めたものを量子細線と称しており、
また前記微細断面を組み合わせて箱型形状の空間部とな
し、この箱型形状の空間部に電子を閉じ込めたものを量
子箱と称し、これらの量子細線、或いは量子箱を用いて
高電子移動度トランジスタや、半導体レーザ素子等を形
成すれば、前記した二次元電子ガス層と同様な電子の閉
じ込め効果が期待できる。
(従来の技術) 従来、前記した二次元電子ガス層の如き、電子を一次元
的に閉じ込める超薄膜構造を実現するための方法として
分子線エピタキシャル成長方法があるが、上記した電子
を二次元的に閉じ込める量子細線や、電子を三次元的に
閉じ込める量子箱を有する半導体結晶の形成方法に関し
ては、その形成方法が無いのが現状である。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は上記した問題点を解決し、簡単な方法で量子細
線、或いは量子箱を有する半導体結晶の製造方法の提供
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する本発明の方法は、化合物半導体基板
上に段差を有する階段状の結晶面を露出させ、該露出し
た階段状の結晶面に第1結晶層を形成し、更にこの上に
第1結晶層とエネルギーバンドギャップの異なる第2結
晶層を形成し、前記第1結晶層と第2結晶層を順次積層
形成することで、前記基板の露出した結晶面の表面に形
成された第1.第2結晶層の内でエネルギーバンドギャ
ップの狭い結晶層がエネルギーバンドギャップの広い結
晶層で囲まれた量子細線を有する結晶を形成する。
更に前記露出した階段状の結晶面の長手方向側に段差を
設けた結晶面を形成し、該結晶上に第1結晶層を形成す
るとともに、その上に第1結晶層とエネルギーバンドギ
ャップの異なる第2結晶層を形成し、前記第1結晶層と
前記第2結晶層を繰り返して形成することでエネルギー
バンドギャップの狭い結晶層がエネルギーバンドギャッ
プの広い結晶層で囲まれた量子箱を有する結晶を形成す
る。
〔作 用〕
本発明の方法は化合物半導体基板上に段差を有する階段
状の結晶面をエツチング、或いは研磨法で露出させ、該
露出した階段状の結晶面に第1基板結晶層を分子線エピ
タキシャル成長方法や、原子層エピタキシャル成長方法
で形成し、更にこのトに第1結晶層とエネルギーバンド
ギャップの異なる第2結晶層を形成し、前記第1結晶層
と第2結晶層を順次積層形成することで、前記基板の露
出した結晶面の表面に形成された第1.第2結晶層の内
でエネルギーバンドギャップの狭い結晶層がエネルギー
バンドギャップの広い結晶層で囲まれた量子細線を有す
る結晶が容易に形成できる。
また前記露出した階段状の結晶面の長手方向側に更に段
差を設け、その上に第1結晶層を形成し、更にその上に
第1結晶層とエネルギーバンドギャップの異なる第2結
晶層を順次積層形成することで、第1.第2結晶層の内
、エネルギーバンドギャップの狭い結晶層で囲まれた量
子箱を有する結晶が容易に形成できる。
〔実施例〕
以下、図面を用いながら本発明の実施例につき詳細に説
明する。
第1図(a)に示すように厚さが200 μm程度のG
aAsの結晶基板lを用意する。
この結晶基板lの結晶面2は(111)面のオフアング
ル面であり、該結晶面2の面方位は<111 >方向で
ある。矢印Aは面方位、即ち<111 >軸方向を示す
。この基板1を矢印B方向に所定角度θ。
(2〜45” )傾けて研磨、或いはエツチングするこ
とで、結晶成長面3A、3B・・・が露出される。矢印
Cは結晶成長面3A、 3B・・・に対して垂直方向を
示し、結晶成長面3A、3Bの面方位である。
この結晶成長面3A 、 3B・・・が露出した状態の
基板1の断面図を第1図(b)に示す。
図で3A 、 3B・・・は結晶成長面を示し、各結晶
成長面3A、 3Bの段差4、即ち格子間隔は数10人
の程度であり、結晶成長面3A、3Bを構成するGa、
或いはAsの原子5で形成された辺の短手方向の寸法!
、即ち原子間隔は数人の寸法である。
次いで第1図(C)に示すように、この結晶成長面3A
、3B・・・を有する基板1上に点線で示すような、A
 I GaAsよりなる結晶N6を分子線エピタキシャ
ル成長方法、ホットウォールエピタキシャル成長方法、
或いは原子層エピタキシャル成長方法等の手法を用いて
エピタキシャル成長する。
このエピタキシャル成長によって成長する結晶の成長方
向は、原子面3A、3Bの表面に沿って、段差4が発生
する基板角7より矢印り方向に沿って成長する。
このようにA I GaAs層6が形成されたGaAs
基板1の状態を第1図(d)に示す。
更に図示しないが、A I! GaAs層6が形成され
たGaAs基板1上にGaAs結晶層を前記した分子線
エピタキシャル成長方法、原子層エピタキシャル成長方
法、ホットウォールエピタキシャル成長方法等を用いて
順次成長する。
このようにすれば、GaAs結晶層周囲がエネルギーバ
ンドギャップの大きなA I GaAs結晶層6で囲ま
れた量子細線が容易に形成できる。
次いで第2図(a)より第2図(C)までを用いて量子
箱の形成方法に付いて述べる。
第2図(a)に示すように、GaAs基板11の階段状
に露出した結晶成長面12.13を構成する長手方向の
辺の所定の位置で、更に段差8をエツチング、或いは研
磨により形成する。この段差8は結晶成長面12.13
を構成する長手方向の辺に沿って1箇所設けられている
が、その段差の数は更に増加させて形成しても良い。
このようにして結晶成長面12^、 12B、 13A
、 13Bを形成する。
次いで第2図(a)のn−n ’線断面図の第2図(b
)に示すように、このように形成した結晶成長面12A
12B、 13A、 13B上を有する基板1上に更に
八l GaAsの結晶層14を形成し、図示しないが^
I GaAs結晶層14上に更にGaAs結晶層を形成
し、これ等AffGa^S結晶層14とGaAs結晶層
とを交互に積層形成する。
このようにすれば、A I GaAs結晶層14で囲ま
れたGaAsの結晶層が容易に得られ、両者の結晶層は
エネルギーバンドギャップが異なるので、素子を動作さ
せる電子がこのGaAs結晶層に閉じ込められる量子箱
が容易に得られる。
尚、上記した量子細線を用いた高移動度トランジスタ(
HEMT)の構造について第3図、並びに第3図の要部
拡大図の第4図を用いて説明する。
図示するように半絶縁性のGaAs基板21を前記した
ように結晶成長軸より所定の角度傾けてエツチング形成
した結晶成長面22A、22B・・・にN型のへ!Ga
As結晶層23を分子線エピタキシャル成長方法、或い
は原子層エピタキシャル成長方法で形成した後、その上
に不純物原子を添加しないノンドープのGaAs結晶層
24を分子線エピタキシャル成長方法、或いは原子層エ
ピタキシャル成長方法で形成した後、その上にN型のA
 I GaAs結晶層25を形成後、該結晶層25上に
ゲート電極26、ドレイン電極27、ソース電極28を
形成してHHMTを形成する。
このようにすれば、従来の)IEMTのようにGaAs
基板の上に形成したノンドープGaAs結晶層とN型の
A I GaAs結晶層の間に形成された二次元電子ガ
スの代わりに、半絶縁性GaAs基板上に形成されたN
型のA I GaAs層とノンドープのGaAs層とが
積層形成された量子細線が形成されているので、この量
子細線に電子が閉じ込められて、これが基板上に沿って
流れるようになり、高速のトランジスタが得られる。
尚、本実施例では■−V族化合物半導体のGaAs基板
上にA I GaAsjWとGaAs結晶層を交互に積
層した構造を採ったが、基板にI[I−V族化合物半導
体のインジウム燐(InP)を用い、その上にインジウ
ム・ガリウム・砒素・燐(InGaAsP)の結晶層や
InPの結晶層を交互に積層形成する構造をとっても良
い。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように本発明によれば、量子細
線、或いは量子箱を有する化合物半導体結晶が容易に形
成され、この量子細線、量子箱を用いて半導体装置を形
成すれば高速の特性の良好な半導体装置が得られる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)より第1図(d)までは、本発明の方法の
製造工程を示す説明図、 第2図(a)より第2図(C)までは、本発明の方法の
第2実施例の製造工程を示す説明図、 第3図は本発明の方法で形成した高電子移動度トランジ
スタの斜視図、 第4図は第3図の要部拡大図を示す。 図において、 1.11.21はGaAs基板、2は結晶面、3A、3
B、12八。 12B、 13A、 13B、22A、22Bは結晶成
長面、4.8は段差、5はGa、或いはAs原子、6.
14,23.25は八E GaAs結晶層、7は基板角
、24はGaAs結晶層、26はゲート電極、27はド
レイン電極、28はソース電極を示す。 (b) 本提胡d坂り又筑瓜打、T遂明E 第 1 図 (b) (C) 本を哨の犯し第2ψ施例の説明図 @2 閃

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 〔1〕化合物半導体基板(1)の結晶面(2)を、該基
    板の結晶成長軸方向より所定の角度(θ°)傾けて研磨
    、或いはエッチングして、階段状の結晶成長面(3A、
    3B)を予め露出させ、該露出した結晶成長面(3A、
    3B)上に第1結晶層(6)を形成し、更に該第1結晶
    層(6)上に該第1結晶層とエネルギーバンドギャップ
    の異なる第2結晶層を形成し、前記第1結晶層(6)と
    第2結晶層を基板(1)上に繰り返し積層形成すること
    で、第1、第2の結晶層の内でエネルギーバンドギャッ
    プの狭い結晶層がエネルギーバンドギャップの広い他の
    結晶層で囲まれた構造の量子細線を有する結晶を形成す
    ることを特徴とする半導体結晶の製造方法。 〔2〕前記露出した階段状の結晶成長面(12、13)
    の長手方向側に更に段差(8)を設けた結晶成長面(1
    2A、12B、13A、13B)を形成し、該結晶成長
    面(12A、12B、13A、13B)上に第1結晶層
    (14)を形成するとともに、該第1結晶層(14)の
    上に該第1結晶層とエネルギーバンドギャップの異なる
    第2結晶層を形成し、前記第1結晶層(14)と前記第
    2結晶層を繰り返して形成することで、第1、第2結晶
    層のうちでエネルギーバンドギャップの狭い結晶層がエ
    ネルギーバンドギャップの広い他の結晶層で囲まれた量
    子箱を有する結晶を形成することを特徴とする請求項1
    記載の半導体結晶の製造方法。 〔3〕前記基板の結晶面を傾ける角度を2〜45°の範
    囲としたことを特徴とする請求項1、或いは2記載の半
    導体結晶の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02139970A (ja) * 1988-11-21 1990-05-29 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体量子箱の作製方法

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JPS62183509A (ja) * 1986-01-24 1987-08-11 ユニバ−シテイ オブ イリノイ 半導体付着方法及びデバイス
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