JPH0284787A - 半導体量子箱構造の製造方法 - Google Patents
半導体量子箱構造の製造方法Info
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- JPH0284787A JPH0284787A JP23771388A JP23771388A JPH0284787A JP H0284787 A JPH0284787 A JP H0284787A JP 23771388 A JP23771388 A JP 23771388A JP 23771388 A JP23771388 A JP 23771388A JP H0284787 A JPH0284787 A JP H0284787A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
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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箱構造の製造方法に関するものであ
る。
る。
（従来の技術）
量子井戸半導体レーザーでは狭線幅、低チャーピング、
広帯域などの特性が期待できる。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構造を形成
した場合に比べ、２次元的あるいは３次元的に電子の閉
じ込めを行う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。
広帯域などの特性が期待できる。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構造を形成
した場合に比べ、２次元的あるいは３次元的に電子の閉
じ込めを行う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。
従来の量子箱構造の作製方法として文献（ジャパニーズ
ジャーナルオブアプライドフィジックス（Ｊｐｎ、 Ｊ
、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、）、ｖｏｌ、２６． ｐ１
１７６（１９８７））による官本らの方法を例にとって
説明する。従来の方法では先ず（１００）ｎ−ＩｎＰ基
板上にＩｎＧａＡｓＰウェル、ＩｎＰバリヤからなる単
層量子井戸構造のＳＣＨ構造をＭＯＶＰＥ法によって作
製し、さらにその上に１．６６ｐｍ組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐを約１５ｎｍ成長させる。次に＜０１１＞方向に沿っ
て干渉露光を行いストライプパターンを形成した後、Ｈ
Ｂｒ：ＨＮＯ３：１０Ｈ２０によってエツチングを行い
ＩｎＧａＡｓＰのストライプマスクを形成する。そして
レジストを除去した後３ＨＣ１：Ｈ３Ｐ○５：Ｈ２０に
よりＩｎＰバリヤ層をストライプ状にエツチングした。
ジャーナルオブアプライドフィジックス（Ｊｐｎ、 Ｊ
、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、）、ｖｏｌ、２６． ｐ１
１７６（１９８７））による官本らの方法を例にとって
説明する。従来の方法では先ず（１００）ｎ−ＩｎＰ基
板上にＩｎＧａＡｓＰウェル、ＩｎＰバリヤからなる単
層量子井戸構造のＳＣＨ構造をＭＯＶＰＥ法によって作
製し、さらにその上に１．６６ｐｍ組成のＩｎＧａＡｓ
Ｐを約１５ｎｍ成長させる。次に＜０１１＞方向に沿っ
て干渉露光を行いストライプパターンを形成した後、Ｈ
Ｂｒ：ＨＮＯ３：１０Ｈ２０によってエツチングを行い
ＩｎＧａＡｓＰのストライプマスクを形成する。そして
レジストを除去した後３ＨＣ１：Ｈ３Ｐ○５：Ｈ２０に
よりＩｎＰバリヤ層をストライプ状にエツチングした。
次に、ストライプ方向と直交する＜０１１＞方向に沿っ
て同様の方法により干渉露光を行い、形成したストライ
プマスクを用いてエツチングを行った その後 Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：２０Ｈ２０を用イテアンターカ
ットサセながらさらにエツチングを行い、量子箱サイズ
に加工する。この様に加工したウェハをＬＰＥによるマ
ストランスポート法によって埋め込み量子箱構造を作製
した。
て同様の方法により干渉露光を行い、形成したストライ
プマスクを用いてエツチングを行った その後 Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：２０Ｈ２０を用イテアンターカ
ットサセながらさらにエツチングを行い、量子箱サイズ
に加工する。この様に加工したウェハをＬＰＥによるマ
ストランスポート法によって埋め込み量子箱構造を作製
した。
（発明が解決しようとする課題）
以上述べた製造方法においては、量子サイズ効果が現れ
る量子箱の大きさ（＜１００人）まで加工するには現在
においてはまだ難しく一辺が１００人程変色加工しかで
きておらず、−辺が数十穴程度の量子箱を作ることはき
わめて困難である。
る量子箱の大きさ（＜１００人）まで加工するには現在
においてはまだ難しく一辺が１００人程変色加工しかで
きておらず、−辺が数十穴程度の量子箱を作ることはき
わめて困難である。
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量子箱構造の製造方法を
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量子箱構造の製造方法を
提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明の半導体量子箱構造の製造方法は、半導体基板上
にバンドギャップの異なる２種類の半導体薄膜を積層し
た量子井戸構造を成長させる工程と、前記成長層の上に
マクロモレキュールを塗布する工程と、前記マクロモレ
キュールをマスクとして量子井戸層をエツチング加工す
る工程と、前記加工された量子井戸層を半導体材料を用
いて埋め込む工程とを備えたことを特徴としている。
にバンドギャップの異なる２種類の半導体薄膜を積層し
た量子井戸構造を成長させる工程と、前記成長層の上に
マクロモレキュールを塗布する工程と、前記マクロモレ
キュールをマスクとして量子井戸層をエツチング加工す
る工程と、前記加工された量子井戸層を半導体材料を用
いて埋め込む工程とを備えたことを特徴としている。
（作用）
本発明においては、マクロモレキュール（Ｍａｃｒｏｍ
ｏｌｅｃｕｌｅ）という大きさの揃った直径数１０〜数
１ｏｏｏＡの巨大分子をエツチングのマスクとして用い
ることを特徴としている。量子箱構造の作製においては
各々の量子箱の大きさの均一性が非常に重要となってく
るが、現在のリソグラフィーの技術ではこの様な数１ｏ
ｏＡのサイズでのパターンニングにおいて十分な加工サ
イズの均一性を得ることはかなり困難であり、従ってマ
クロモレキュールのように数１０ＯＡのサイズで大きさ
の揃った粒子をエツチングのマスクとして用いることに
よってこの様な均一性の問題は解決される。マクロモレ
キュールは塗布すれば、一分子層ずつ基板上に整然と並
べることが可能であるが、文献（ジャーナルオブバキュ
ームサイエンスアンドテクノロジ（Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓ
ｃｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ、）Ｂ６（１）ｐ３３３（１９
８８））によると、マクロモレキュールを塗布する場合
に基板にあらかじめ細い溝を形成しておくと、これらマ
クロモレキュールの一分子層が基板上に整然と並ぶ面積
が大きくなることも実験的に証明されており、これらの
技術も合わせ用いることにより整ったサイズで騒然と並
ぶマクロモレキュールのマスクを作製することも十分可
能と言える。従って、この様なマクロモレキュールをマ
スクに用いてＲＩＢＥによる極微細エツチング加工を行
い、さらにエピタキシャル成長によって全体を埋め込め
ば数１０人のサイズで埋め込まれた量子箱構造の作製が
可能である。
ｏｌｅｃｕｌｅ）という大きさの揃った直径数１０〜数
１ｏｏｏＡの巨大分子をエツチングのマスクとして用い
ることを特徴としている。量子箱構造の作製においては
各々の量子箱の大きさの均一性が非常に重要となってく
るが、現在のリソグラフィーの技術ではこの様な数１ｏ
ｏＡのサイズでのパターンニングにおいて十分な加工サ
イズの均一性を得ることはかなり困難であり、従ってマ
クロモレキュールのように数１０ＯＡのサイズで大きさ
の揃った粒子をエツチングのマスクとして用いることに
よってこの様な均一性の問題は解決される。マクロモレ
キュールは塗布すれば、一分子層ずつ基板上に整然と並
べることが可能であるが、文献（ジャーナルオブバキュ
ームサイエンスアンドテクノロジ（Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓ
ｃｉ、 Ｔｅｃｈｎｏｌ、）Ｂ６（１）ｐ３３３（１９
８８））によると、マクロモレキュールを塗布する場合
に基板にあらかじめ細い溝を形成しておくと、これらマ
クロモレキュールの一分子層が基板上に整然と並ぶ面積
が大きくなることも実験的に証明されており、これらの
技術も合わせ用いることにより整ったサイズで騒然と並
ぶマクロモレキュールのマスクを作製することも十分可
能と言える。従って、この様なマクロモレキュールをマ
スクに用いてＲＩＢＥによる極微細エツチング加工を行
い、さらにエピタキシャル成長によって全体を埋め込め
ば数１０人のサイズで埋め込まれた量子箱構造の作製が
可能である。
（実施例）
次に第１図、第２図を参考にして本発明の実施例につい
て説明する。
て説明する。
第１図は本製造方法によって作製した量子箱構造の概略
図を示したもので、直径および高さが共に数十穴のサイ
ズの半導体量子箱１１が異種半導体１２中に埋め込まれ
た構造を成している。
図を示したもので、直径および高さが共に数十穴のサイ
ズの半導体量子箱１１が異種半導体１２中に埋め込まれ
た構造を成している。
第２図は本発明の製造方法の概略を示すものである。ま
ず最初に、（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層２２、ｎｏｎ ｄｏｐｅ ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造２３（Ｇ
ａＡｓウェル層幅８０人、ＡｌＧａＡｓバリヤ層幅１０
０人、ウェル数５層）ｐ−ＡＩＧａＡｓクラッド層２４
を成長させ、次に直径２００人のポルスチレンボール２
５をＰＭＭＡを含む有機溶媒中に浮遊させてスピンコー
ティングした。有機溶媒が完全に乾いてから１５０°Ｃ
において約３０分間ベーキングを行い、マスクとしての
耐性を強化する。次に基板を水冷しなからＲＩＢＥによ
り５分間エツチングを行い、ＭＱＷ層を直径１５０人の
アイランド状に加工する（第２図（Ｃ））。残ったマク
ロモレキュールを酸素プラズマアッシャ−によって完全
に除去した後ｐ−ＡｌＧａＡｓによって全体を埋め込ん
だ。なお、ここではポリスチレンボールの浮遊液として
有機溶媒を用いたが、希塩酸などの無機溶媒を用いるこ
とも可能である。
ず最初に、（１００）ｎ−ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層２２、ｎｏｎ ｄｏｐｅ ＧａＡ
ｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造２３（Ｇ
ａＡｓウェル層幅８０人、ＡｌＧａＡｓバリヤ層幅１０
０人、ウェル数５層）ｐ−ＡＩＧａＡｓクラッド層２４
を成長させ、次に直径２００人のポルスチレンボール２
５をＰＭＭＡを含む有機溶媒中に浮遊させてスピンコー
ティングした。有機溶媒が完全に乾いてから１５０°Ｃ
において約３０分間ベーキングを行い、マスクとしての
耐性を強化する。次に基板を水冷しなからＲＩＢＥによ
り５分間エツチングを行い、ＭＱＷ層を直径１５０人の
アイランド状に加工する（第２図（Ｃ））。残ったマク
ロモレキュールを酸素プラズマアッシャ−によって完全
に除去した後ｐ−ＡｌＧａＡｓによって全体を埋め込ん
だ。なお、ここではポリスチレンボールの浮遊液として
有機溶媒を用いたが、希塩酸などの無機溶媒を用いるこ
とも可能である。
またここでは、マクロモレキュールとして大きさの揃っ
たポリスチレンボールを用いたが、その他には文献（ア
ブライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ
、 Ｌｅｔｔ、）ｖｏｌ、４８． ｐ６７６（１９８６
））などによるポリメリックチェインモレキュールズ（
ｐｏｌｙｍｅｒｉｃｃｈａｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）
などを用いることも可能である。
たポリスチレンボールを用いたが、その他には文献（ア
ブライドフィジックスレターズ（Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ
、 Ｌｅｔｔ、）ｖｏｌ、４８． ｐ６７６（１９８６
））などによるポリメリックチェインモレキュールズ（
ｐｏｌｙｍｅｒｉｃｃｈａｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）
などを用いることも可能である。
以上のようにして量子箱構造の作製を行い、これを活性
領域とした量子箱半導体レーザーの試作を行った。試作
した量子箱半導体レーザーは室温動作において良好な発
振特性を示し、閾値電流密度Ｊｔｈは７０Ａ／ｃｍ２で
、１次元量子井戸型レーザーのベストデータ（〜１００
Ａ／ｃｍ２）を凌ぐ値が得られた。作製プロセスの改良
例えば埋め込み成長条件の最適化によりさらに特性向上
が期待できる。
領域とした量子箱半導体レーザーの試作を行った。試作
した量子箱半導体レーザーは室温動作において良好な発
振特性を示し、閾値電流密度Ｊｔｈは７０Ａ／ｃｍ２で
、１次元量子井戸型レーザーのベストデータ（〜１００
Ａ／ｃｍ２）を凌ぐ値が得られた。作製プロセスの改良
例えば埋め込み成長条件の最適化によりさらに特性向上
が期待できる。
また、本実施例ではＭＱＷ層を形成したがＳＱＷ層でも
よいことは明らかである。
よいことは明らかである。
（発明の効果）
本発明は実施例に示したＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系のみ
ならず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系などのＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体や、ＩＬＶＩ族化合物半導体の量子箱構造
の形成にも応用でき、幅広い応用が可能となる。また本
発明の量子箱の製造方法はシンプルであり、従来のリソ
グラフィーの方法とは異なる方法によって作製するもの
で、加工精度においても十分作製が可能であり、再現性
良く量子箱構造を提供できる。さらに本発明により作製
した量子箱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、発振閾値、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。
ならず、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系などのＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体や、ＩＬＶＩ族化合物半導体の量子箱構造
の形成にも応用でき、幅広い応用が可能となる。また本
発明の量子箱の製造方法はシンプルであり、従来のリソ
グラフィーの方法とは異なる方法によって作製するもの
で、加工精度においても十分作製が可能であり、再現性
良く量子箱構造を提供できる。さらに本発明により作製
した量子箱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、発振閾値、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。
また本発明により作製した量子箱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、３次元ウェ
ルによる電子散乱ポテンシャルの大幅な減少によりその
スイッチング速度は約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。
トランジスタのゲート部分に置き換えれば、３次元ウェ
ルによる電子散乱ポテンシャルの大幅な減少によりその
スイッチング速度は約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図は本発明の方法によって作製した量子箱構造の概
略図、第２図は本発明の実施例としての量子箱構造の製
造方法の概略を示す図である。 図において １１半導体量子箱 １２半導体埋め込み層 ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層 ２３ ＧａＡｓ／ＡＩＧａＡｓＭＱＷ層２４ ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層 ２５ポリスチレンボール
略図、第２図は本発明の実施例としての量子箱構造の製
造方法の概略を示す図である。 図において １１半導体量子箱 １２半導体埋め込み層 ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＡｌＧａＡｓバッファ層 ２３ ＧａＡｓ／ＡＩＧａＡｓＭＱＷ層２４ ｐ−Ａｌ
ＧａＡｓクラッド層 ２５ポリスチレンボール
Claims (1)
- 半導体基板上に、バンドギャップの異なる２種類の半導
体薄膜を積層した量子井戸構造を成長させる工程と、前
記成長層の上にマクロモレキュールを塗布する工程と、
前記マクロモレキュールをマスクとして量子井戸層をエ
ッチング加工する工程と、前記加工された量子井戸層を
半導体材料を用いて埋め込む工程とを備えたことを特徴
とする半導体量子箱構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23771388A JPH0284787A (ja) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23771388A JPH0284787A (ja) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0284787A true JPH0284787A (ja) | 1990-03-26 |
Family
ID=17019395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23771388A Pending JPH0284787A (ja) | 1988-09-21 | 1988-09-21 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0284787A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0504851A2 (en) * | 1991-03-22 | 1992-09-23 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device |
| WO1997039159A1 (en) * | 1996-04-12 | 1997-10-23 | The University Of Reading | Coated substrate |
| KR20030059936A (ko) * | 2002-01-03 | 2003-07-12 | 강윤묵 | 실리콘 나노 결정을 형성하는 새로운 공정. |
| JP2006208198A (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Univ Of Tokyo | 標識製造方法 |
| JP2008126941A (ja) * | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Kubota Corp | 歩行型作業機のバー型操縦ハンドル |
-
1988
- 1988-09-21 JP JP23771388A patent/JPH0284787A/ja active Pending
Cited By (5)
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