JPH0233972A - 半導体量子細線構造 - Google Patents
半導体量子細線構造Info
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- JPH0233972A JPH0233972A JP18416088A JP18416088A JPH0233972A JP H0233972 A JPH0233972 A JP H0233972A JP 18416088 A JP18416088 A JP 18416088A JP 18416088 A JP18416088 A JP 18416088A JP H0233972 A JPH0233972 A JP H0233972A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
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- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/122—Single quantum well structures
- H01L29/125—Quantum wire structures
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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。
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〕
本発明は半導体量子細線構造に関するものである。
バンドギャップの異なる２種類の半導体薄膜を交互に複
数積層した多重量子井戸構造を活性領域とする量子井戸
半導体レーザーでは侠線幅、低チャーピング、広帯域な
どの特性が実現される。基板の厚さ方向にのみ１次元的
に電子を閉じ込める半導体量子井戸を形成した場合に比
べ、２次元的あるいは３次元的に電子の閉じ込めを行っ
た量子細線あるいは量子箱半導体レーザーではこの特徴
がさらに発揮される。
数積層した多重量子井戸構造を活性領域とする量子井戸
半導体レーザーでは侠線幅、低チャーピング、広帯域な
どの特性が実現される。基板の厚さ方向にのみ１次元的
に電子を閉じ込める半導体量子井戸を形成した場合に比
べ、２次元的あるいは３次元的に電子の閉じ込めを行っ
た量子細線あるいは量子箱半導体レーザーではこの特徴
がさらに発揮される。
従来量子細線構造の作製には、ＭＯＶＰＥ法あるいはＭ
ＢＥ法によって作製した通常の多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）ウェハに対して電子ビームリソグラフィーによりパ
ターニングを行い、エツチング加工を施すことによって
細線構造を形成する方法が試みられてきたが、この方法
では現在の加工技術においてはまだ精度が荒く、線幅数
÷Ａ程度の量子細線を作ることはかなり困難である。用
材らはＳ６３春応物講演会Ｖｏ１．３ ２９Ｐ−Ｌ −
９において電子ビーム露光とＧａ１ｎＡｓＰマスクを用
いたＩｎＰの微細加工を報告し、ライン幅５００Ａ、深
さ４００Ａの溝を得ている。
ＢＥ法によって作製した通常の多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）ウェハに対して電子ビームリソグラフィーによりパ
ターニングを行い、エツチング加工を施すことによって
細線構造を形成する方法が試みられてきたが、この方法
では現在の加工技術においてはまだ精度が荒く、線幅数
÷Ａ程度の量子細線を作ることはかなり困難である。用
材らはＳ６３春応物講演会Ｖｏ１．３ ２９Ｐ−Ｌ −
９において電子ビーム露光とＧａ１ｎＡｓＰマスクを用
いたＩｎＰの微細加工を報告し、ライン幅５００Ａ、深
さ４００Ａの溝を得ている。
一方最近では、第３図に示すように集束イオンビームに
よるｐ、ｎ型不純物ドーピングを用いた量子細線構造の
作製方法も考案されている。半絶縁性ＧａＡｓ基板３３
上に最初ｐ型不純物のＢＣイオンをドープしてＰ型領域
３１を形成しておき、次にビーム径０．１７ｚｍに絞っ
たｎ型半導体Ｓｉの集束イオンビームをＢｅ注大領域３
１上にライン注入することによってｐ−ＧａＡｓ３１中
にｎ−ＧａＡｓ細線構造３２を形成している。この様に
して形成したｐ−ｎ接合細線構造に逆バイアスを印加す
ると、空乏層が広がるに連れてｎ型細線部分３２の直径
は小さくなり量子細線となる。この様な構成において磁
気抵抗を測定した結果、量子細線特有のシュブニコフ・
ドハース効果が観測されている。平木らはＳ３６春応物
講演会Ｖｏ１．３ ２８ Ｐ−Ｚ Ｂ−６において集束
イオンビームにより作製した１次元Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ
ｊＡ線を報告し、量子サイズ効果によるものと思われる
磁気抵抗のゆらぎを観測している。
よるｐ、ｎ型不純物ドーピングを用いた量子細線構造の
作製方法も考案されている。半絶縁性ＧａＡｓ基板３３
上に最初ｐ型不純物のＢＣイオンをドープしてＰ型領域
３１を形成しておき、次にビーム径０．１７ｚｍに絞っ
たｎ型半導体Ｓｉの集束イオンビームをＢｅ注大領域３
１上にライン注入することによってｐ−ＧａＡｓ３１中
にｎ−ＧａＡｓ細線構造３２を形成している。この様に
して形成したｐ−ｎ接合細線構造に逆バイアスを印加す
ると、空乏層が広がるに連れてｎ型細線部分３２の直径
は小さくなり量子細線となる。この様な構成において磁
気抵抗を測定した結果、量子細線特有のシュブニコフ・
ドハース効果が観測されている。平木らはＳ３６春応物
講演会Ｖｏ１．３ ２８ Ｐ−Ｚ Ｂ−６において集束
イオンビームにより作製した１次元Ｇ ａ Ａ ｓ Ｍ
ｊＡ線を報告し、量子サイズ効果によるものと思われる
磁気抵抗のゆらぎを観測している。
以上述べた構造においては、量子細線としての効果を持
たせるためには常にｐ−ｎ接合に逆バイアスを印加して
おかなければならないため、ｐｎ接合の順方向に電流注
入を行う発光ダイオードや半導体レーザーなどのデバイ
スにこの構造をそのまま適用することは不可能である。
たせるためには常にｐ−ｎ接合に逆バイアスを印加して
おかなければならないため、ｐｎ接合の順方向に電流注
入を行う発光ダイオードや半導体レーザーなどのデバイ
スにこの構造をそのまま適用することは不可能である。
また現在のリソグラフィーの精度においては、数＋人の
幅の細線構造を形成することは不可能である。
幅の細線構造を形成することは不可能である。
本発明の目的はこのような従来技術の欠点を除去せしめ
て、光デバイスを初めとする様々な半導体デバイスに応
用することを目的とした半導体縫子細線構造を提供する
ことにある。
て、光デバイスを初めとする様々な半導体デバイスに応
用することを目的とした半導体縫子細線構造を提供する
ことにある。
本発明の半導体量子細線構造は、バンドキャップの異な
る２種類の半導体薄膜を交互に複数積層した多重量子井
戸構造を有し、前記多重量子井戸構造の側面に接して前
記多重量子井戸構造を構成する半導体材料よりもバンド
ギャップの大きいｎ型半導体層を具備する構成になって
いる。
る２種類の半導体薄膜を交互に複数積層した多重量子井
戸構造を有し、前記多重量子井戸構造の側面に接して前
記多重量子井戸構造を構成する半導体材料よりもバンド
ギャップの大きいｎ型半導体層を具備する構成になって
いる。
本発明においては、バンドギャップの異なる２種類の半
導体へテロ構造による通常の量子井戸構造によって電子
をまず１次元的に閉じ込め、もう一つの方向への電子の
閉じ込めは、変調ドーピングを行った半導体へテロ接合
を形成することによってヘテロ接合界面近傍に電子に対
するポテンシャルの谷を形成し、この谷の部分に電子を
閉じ込めることによって２次元的に電子の閉じ込めを実
現し、量子細線を形成するものである。第２図に、変調
ドーピングを行った半導体へテロ接合界面近傍の電子に
対するポテンシャルの形状と、計算により求めた界面付
近における電子の分布を示す。図より接合界面近傍に大
きなポテンシャルの谷が形成され、この谷の部分に電子
が閉じ込められる様子が分かる。
導体へテロ構造による通常の量子井戸構造によって電子
をまず１次元的に閉じ込め、もう一つの方向への電子の
閉じ込めは、変調ドーピングを行った半導体へテロ接合
を形成することによってヘテロ接合界面近傍に電子に対
するポテンシャルの谷を形成し、この谷の部分に電子を
閉じ込めることによって２次元的に電子の閉じ込めを実
現し、量子細線を形成するものである。第２図に、変調
ドーピングを行った半導体へテロ接合界面近傍の電子に
対するポテンシャルの形状と、計算により求めた界面付
近における電子の分布を示す。図より接合界面近傍に大
きなポテンシャルの谷が形成され、この谷の部分に電子
が閉じ込められる様子が分かる。
次に、第１図の参考にして本発明の一実施例について説
明する。
明する。
第１図は本発明の構造の概略を示すものである。この構
造の作り方としてはまず最初に、（１００）ｐ−ＧａＡ
ｓ基板２０上にｐ−ＧａＡｓバッファ層２５．ｎｏｎ
ｄｏｐｅ ＧａＡ、ｓ／Ａ Ｉ ＧａＡｓ多重量子
井戸（ＭＱＷ）構造（Ｇ ａＡｓウェル層２１、幅８０
Ａ 、ＡｌＧａＡｓバリア層２２、幅１００Ａ、ウェル
層数１０層）′１０、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６
を成長させ、次に電子ビームリソグラフィーによって約
０．２５μｍピッチのストライブ状に５ｉ０２膜をパタ
ーニングしてマスクを形成する。さらにこのマスクを用
いてＲＩＢＥによりＭ Ｑ Ｗ １１１３ｆｉをリッジ
状にエツチングし加工する。最後にマスクを除去した後
ウェハ全体をｎ−ＡｌＧａＡｓ２３で埋め込んで量子細
線構造を製作した。
造の作り方としてはまず最初に、（１００）ｐ−ＧａＡ
ｓ基板２０上にｐ−ＧａＡｓバッファ層２５．ｎｏｎ
ｄｏｐｅ ＧａＡ、ｓ／Ａ Ｉ ＧａＡｓ多重量子
井戸（ＭＱＷ）構造（Ｇ ａＡｓウェル層２１、幅８０
Ａ 、ＡｌＧａＡｓバリア層２２、幅１００Ａ、ウェル
層数１０層）′１０、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２６
を成長させ、次に電子ビームリソグラフィーによって約
０．２５μｍピッチのストライブ状に５ｉ０２膜をパタ
ーニングしてマスクを形成する。さらにこのマスクを用
いてＲＩＢＥによりＭ Ｑ Ｗ １１１３ｆｉをリッジ
状にエツチングし加工する。最後にマスクを除去した後
ウェハ全体をｎ−ＡｌＧａＡｓ２３で埋め込んで量子細
線構造を製作した。
この構造はＭＱＷ構造の積層面に垂直な方向く図中の上
下方向）は量子井戸構造により、また、ＭＱＷ構造の積
層面に平行かつ紙面に平行な方向（図中の左右方向）は
、ＭＱＷ構造のス１〜ライブ幅りが量子効果が現われる
幅よりも太いが、ヘテロ界面２４に第２図に示したポテ
ンシャル谷が形成されることにより、電子はこのヘテロ
界面２４に閉じ込められて紙面に垂直な方向のみ移動可
能な量子細線となっている。すなわち、ＭＱＷ構造１，
０とｎ型半導体２３との界面が量子細線構造になってい
る。したがって、本発明によればＭ Ｑ Ｗ構造を量子
効果が現われる幅に細く加工する必要かない。また、バ
イアスを追加する必要もないので作製が容易で、各種半
導体に利用できる。
下方向）は量子井戸構造により、また、ＭＱＷ構造の積
層面に平行かつ紙面に平行な方向（図中の左右方向）は
、ＭＱＷ構造のス１〜ライブ幅りが量子効果が現われる
幅よりも太いが、ヘテロ界面２４に第２図に示したポテ
ンシャル谷が形成されることにより、電子はこのヘテロ
界面２４に閉じ込められて紙面に垂直な方向のみ移動可
能な量子細線となっている。すなわち、ＭＱＷ構造１，
０とｎ型半導体２３との界面が量子細線構造になってい
る。したがって、本発明によればＭ Ｑ Ｗ構造を量子
効果が現われる幅に細く加工する必要かない。また、バ
イアスを追加する必要もないので作製が容易で、各種半
導体に利用できる。
上述の量子細線構造を活性領域とした量子細線半導体レ
ーサーの試作を行った。試作した量子細線構造体レーザ
ーは室温動作において良好な発振特性を示し、しきい値
電流密度Ｊｔｈは１００Ａ／ ｃｎ（で、１次元量子井
戸型レーザーのベストデータに匹敵する値が得られた。
ーサーの試作を行った。試作した量子細線構造体レーザ
ーは室温動作において良好な発振特性を示し、しきい値
電流密度Ｊｔｈは１００Ａ／ ｃｎ（で、１次元量子井
戸型レーザーのベストデータに匹敵する値が得られた。
作製プロセスの改良によりさらに特性向上が期待できる
。
。
本発明は実施例に示したＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉ
Ｇ ａＡｓ系のみならず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系など
の■−Ｖ族化合物半導体や、■−■族化合物半導体の量
子細線の形成にも応用でき、幅広い応用が可能となる。
Ｇ ａＡｓ系のみならず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系など
の■−Ｖ族化合物半導体や、■−■族化合物半導体の量
子細線の形成にも応用でき、幅広い応用が可能となる。
また本発明の量子細線の構造はシンブルであり、多重量
子井戸構造を微細に加工する必要がな〈従来のリソグラ
フィーの加工精度においても十分作製することが可能で
あり、再現性良く量子細線を提供できる。さらに本発明
の量子細線構造を通常の半導体レーザーの活性領域に置
き換えれば、発振しきい値、スペクトル線幅、チャーピ
ング特性などにおいて従来の半導体レーザーの性能を大
幅に凌ぐレーザーが作製できる。また本発明の構造を通
常の電界効果トランジスタのゲート部分に置き換えれば
、量子細線構造による電子散乱ポテンシャルの大幅な減
少によりそのスイッヂング速度は約１桁改善され、これ
らデバイスをスーパーコンピュータの論理演算回路に応
用することによって大幅な計算速度の向上が図られる。
子井戸構造を微細に加工する必要がな〈従来のリソグラ
フィーの加工精度においても十分作製することが可能で
あり、再現性良く量子細線を提供できる。さらに本発明
の量子細線構造を通常の半導体レーザーの活性領域に置
き換えれば、発振しきい値、スペクトル線幅、チャーピ
ング特性などにおいて従来の半導体レーザーの性能を大
幅に凌ぐレーザーが作製できる。また本発明の構造を通
常の電界効果トランジスタのゲート部分に置き換えれば
、量子細線構造による電子散乱ポテンシャルの大幅な減
少によりそのスイッヂング速度は約１桁改善され、これ
らデバイスをスーパーコンピュータの論理演算回路に応
用することによって大幅な計算速度の向上が図られる。
第１図は本発明の実施例としての量子ｍ線構造を示す図
、第２図は変調ドーピングを行った半導体へテロ接合界
面のポテンシャルおよび計算によって求めた電子分布を
示す図、第３図は従来の量子細線構造を示す図である。 図において、２１−・・ｎ、ｏｎ−ｄｏｐｅ ＧａＡ
ｓウェル層、２２−ｎｏｎ−ｄｏｐｅ ＡｌＧａＡｓ
バリア層、２３−・−ｎ −Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ、
２４・・・ヘテロ界面、３１・・・Ｂｅをドープしたｐ
ＧａＡｓ、３２ ・−３ｉをドープしたｎ−ＧａＡｓ、
３３・・・半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板。
、第２図は変調ドーピングを行った半導体へテロ接合界
面のポテンシャルおよび計算によって求めた電子分布を
示す図、第３図は従来の量子細線構造を示す図である。 図において、２１−・・ｎ、ｏｎ−ｄｏｐｅ ＧａＡ
ｓウェル層、２２−ｎｏｎ−ｄｏｐｅ ＡｌＧａＡｓ
バリア層、２３−・−ｎ −Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ、
２４・・・ヘテロ界面、３１・・・Ｂｅをドープしたｐ
ＧａＡｓ、３２ ・−３ｉをドープしたｎ−ＧａＡｓ、
３３・・・半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板。
Claims (1)
- バンドギャップの異なる２種類の半導体薄膜を交互に複
数積層した多重量子井戸構造を有し、前記多重量子井戸
構造の側面に接して前記多重量子井戸構造を構成する半
導体材料よりもバンドギャップの大きいｎ型半導体層を
備えていることを特徴とする半導体量子細線構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18416088A JPH0233972A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体量子細線構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18416088A JPH0233972A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体量子細線構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0233972A true JPH0233972A (ja) | 1990-02-05 |
Family
ID=16148417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18416088A Pending JPH0233972A (ja) | 1988-07-22 | 1988-07-22 | 半導体量子細線構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0233972A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04214714A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-08-05 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
| US5202290A (en) * | 1991-12-02 | 1993-04-13 | Martin Moskovits | Process for manufacture of quantum dot and quantum wire semiconductors |
| US5294807A (en) * | 1991-06-07 | 1994-03-15 | Sony Corporation | Quantum effect device in which conduction between a plurality of quantum dots or wires is achieved by tunnel transition |
-
1988
- 1988-07-22 JP JP18416088A patent/JPH0233972A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04214714A (ja) * | 1990-12-11 | 1992-08-05 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
| JP2541015B2 (ja) * | 1990-12-11 | 1996-10-09 | 信越化学工業株式会社 | 半導体装置封止用エポキシ樹脂組成物及び半導体装置 |
| US5294807A (en) * | 1991-06-07 | 1994-03-15 | Sony Corporation | Quantum effect device in which conduction between a plurality of quantum dots or wires is achieved by tunnel transition |
| US5202290A (en) * | 1991-12-02 | 1993-04-13 | Martin Moskovits | Process for manufacture of quantum dot and quantum wire semiconductors |
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