JPH0332086A - 量子細線の形成方法 - 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） 本発明は量子細線の形成方法に関し、特に数１００Å以
下の量子細線を容易に形成できる量子細線の形成方法に
関するものである。

（従来の技術） 従来、量子細線により半導体レーザの発振しきい値の低
減、温度特性の改善等多くのデバイスの特性改善が図ら
れている。

（発明が解決しようとする課Ｕ） しかしながら、従来のリソグラフィーの技術では量子効
果を生じるに必要な数１００Å以下の半導体細線を作製
することは簡単でなく、その形成方法に関する研究が活
発になされている。

量子細線はＸ　＋　３’　＋　Ｚの３次元のうち、２次
元を量子化するものであるが、１次元だけを量子化する
ものは多重薄膜よりなる量子井戸構造として気相エピタ
キシャル成長によりほぼ確立されている。

本発明の目的は数１００Å以下の量子細線構造を容易に
形成する方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明の量子細線の形成方
法は、（１００）面あるいは（１００）面より数度傾い
た面を表面とする半導体基板上に＜ｏｉｔ＞方向に５ｌ
ｏｚ等でなるストライプ状のマスクを形成する工程と、
前記マスクで覆われていない半導体基板表面上に多重の
薄膜半導体層でなる量子井戸構造を含む多重半導体薄膜
を選択エピタキシャル成長する工程と、前記段差上に選
択エピタキシャル成長により形成され露出された単一ま
たは多ｆ！量子井戸梢遣の側面を、前記量子井戸構造を
形成する半導体層の結晶組成の違いを利用して選択エツ
チングし、前記単一または多重１子井戸梢遣の側面に単
一または複数の清を形成する工程と、前記選択エツチン
グを株した半導体ウェハ上に量子ｌ１ＩＢ線を形成する
半導体をエピタキシャル成長し、前記複数の湧を半導体
で埋める工程と、前記段差側面全体を半導体層で被覆す
る工程とを含む。

（作用） 量子＃１線は３次元の内、２次元を量子化するしのであ
り、数１００Å以下に制御ずべき長さは２つ（量子細線
の断面の縦と横）ある。

本発明においては、そのために例えば気相エピタキシャ
ル成長等における面方位による結晶成長の停止と選択エ
ツチングを活用している。以下、図面を用いて詳細に説
明する０図面において、量子井戸構造が多重である場合
を示している。

第１図には、本発明の量子細線の形成方法の工程図を示
す。

第１図（ａ）は半導体基板４上に５ｉｏ２等の選択エビ
マスク５を形成した後、従来の多重半導体薄膜よりなる
多重量子井戸構造１を形成した状況を示している。この
とき基板の面方位をほぼ＜１００＞とし、ストライプ状
の選択エビマスク５の方向を＜０１１＞とじ、成長条件
を選ぶことにより、結晶成長された多層膜の断面には（
１１１）８面を開面とした段差が形成され、前記多重量
子井戸構造がその段差により側面を露出させるようにす
ることができる。その側面の拡大を第２図（ａ）に示す
。

多重量子井戸構造１は、第１の薄膜半導体層１０と第２
の薄膜半導体ｊＱ１２０が交互に積層されたものであり
、その厚さはそれぞれ数１００Å以下であり、その厚さ
の制御は気相エピタキシャル成長により容易に行える。

次に、第１の薄膜半導体層１０と第２の薄膜半導体層２
０の結晶組成の差を利用し選択エツチングを行う、エツ
チング後の形状を第１図（ｂ）にさらに多重量子井戸構
造１の前記段差による側面での形状の拡大を第２図（ｂ
）に示す、各々の図においては、第１の薄膜半導体層１
０がエツチングされた形状を示す、このエツチングは数
１００Å以下の層の選択サイドエツチングを行うもので
ある。エツチング液のエツチングレートの設定により容
易に数１００人程度のサイドエツチングを制御できる。

第１図（ｃ）の工程は、第１図（ｂ）の工程を経た半導
体ウェハ上に再度気相エピタキシャル成長する工程であ
る。このとき、前記段差曲面での成長はサイドエツチン
グされたところのみに、すなわち第１のＦｉ！８半導体
半導体しか起こらず、さらに、その成長もサイドエツチ
ングされた分だけ成長し、段差側面を再び平坦な（１１
１）８面に復帰させ、そこで自動的に停止する。すなわ
ち、ここで量子細線６が形成される。

量子細線が必要とする数１００Å以下の２つの寸法は、
第１の薄膜半導体層１０の厚さとサイド工・ｙチング量
だけで決まり、両者とも容易にＭａ！ｌできるものであ
り、リソグラフィーによる微細加工技術により制御する
ものではない、第２図（ｃ）にその量子ａｌｌの断面を
、第３図にその拡大斜視図を示す。

第１図（ｄ）は前記量子細線を半導体中に埋め込むため
の工程であり、選択エビマスクとして用いた絶縁１１！
５を除去後に気相エピタキシャル成長した場合を示して
いる。この工程は（１１１）Ｂ側面上にエピタキシャル
成長させる工程で、必ずしも絶縁ｐｌＡ５を除去後に成
長しなくても、成長条件により（１１１）Ｂ側面上の成
長を達成することはできる６以上のようにして直接にリ
ソグラフィーの技術を用いることなく量子細線を形成す
ることができる。

（実施例） 以下、具体的実施例に基づいて説明する。

半導体基板４としてＩｎＰ基板、絶縁膜５として５ｉＯ
ｚ膜を用いて有機金属分解成長法（ＭＯＶＰＥ法）によ
りＩｎＰから成る厚さ１μｍの第１の半導体層２、Ｉｎ
ＰとＩ　ｎ　１１．７６Ｇ　ａ　＋１２４Ａ　Ｓ　ｏ、
　ｓｓＰ　ａ、　４％から成る多重量子井戸構造１と、
ＩｎＰから成る厚さ１μｍの第２の半導体層３を１頓次
積層する。

第２図（ａ）において、第１のＦｉＪＷＡ半導体層半導
体層　ｎｏ、ｙ４Ｇａｏ、ｔ４ＡＳｏ、５ｓＰｏ、＋ｓ
となり、第２の薄膜半導体層がＩｎＰとなり、各々の厚
さは１００人とする。成長条件としては５０Ｔｏｒｒの
減圧下において行い、絶縁Ｈ５上の半導体の析出をなく
し、（１１１）Ｂ面を側面とする段差を形成する。この
とき、多重量子井戸構造１は開面を露出する。

次に、Ｈ２Ｓ　Ｏ＜とＨ２０＊とＨ，Ｏの混液によりエ
ツチングを行う、このエツチング液によりエツチングさ
れる半導体層は、Ｉ　ｎ　Ｏ，？４Ｇ　ａ　６２４ＡＳ
０．５ＳＰａ、＜ｓであり、ＩｎＰはほとんどエツチン
グされない、よって、エツチングされる部分は多重量子
井戸構造１の段差による側面でかつ第１の薄膜半導体層
１０のみである。エツチングは０℃で１０秒行う。

次に、先と同じ５０Ｔｏ　ｒ　ｒの減圧下でＭＯＶＰＥ
法によりＩ　ｎ　ｏ、　ｓｓＧ　ａ　０．４７Ａ　Ｓ　
Ｎを１００００００人る。このＩ　ｎ　ｏ、ｓＧ　ａ　
０．４ＴＡ　Ｓ層は段差の上面と第１の薄膜半導体層１
０のエツチングされた開面のみに成長し、開面では再び
（１１１）Ｂの平坦面を形成し自動的に停止する。上面
での成長は第１図（ｃ）の第３の半導体層７となり、側
面では量子細線６となる。

そして、絶縁膜５を除去した後にＩｎＰを第４の半導体
層８としてＭＯＶＰＥ法によりＯ１５μｍ積層する（第
１図（ｄ））、このときは、絶縁ｖ５を除去しであるた
め半導体ウェハ表面全体に成長し、量子細線６は半導体
層内部に埋め込まれる。

以上の工程を経たウェハの断面の透過電子顕微鏡による
評価によれば、１００人〜２００人を一辺の長さとする
台形あるいは三角形状の断面を有する量子細線が形成さ
れていることが観測された。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によればリソグラフィーを直接
に量子細線の形成に用いることなく、すべての界面をヘ
テロ接合とする量子細線を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の量子細線の形成方法の一実施例を示す
工程図、第２図と第３図は量子細線形成部の拡大図であ
る。 １・・・多重量子井戸構造、２・・・第１の半導体層、
３・・・第２の半導体層、４・・・半導体基板、５・・
・絶縁膜、６・・・量子細線、７・・・第３の半導体層
、８・・・第４の半導体層、１０・・・第１の薄膜半導
体層、２０・・・第２の薄膜半導体層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１００）面あるいは（１００）面より数度傾いた面を
   表面とする半導体基板上に〈０１１〉方向にＳｉＯ＿２
   等でなるストライプ状のマスクを形成する工程と、前記
   マスクで覆われていない半導体基板表面上に多重の薄膜
   半導体層でなる量子井戸構造を含む多重半導体薄膜を選
   択エピタキシャル成長する工程と、前記段差上に選択エ
   ピタキシャル成長により形成され露出された単一または
   多重量子井戸構造の側面を、前記量子井戸構造を形成す
   る半導体層の結晶組成の違いを利用して選択エッチング
   し、前記単一または多重量子井戸構造の側面に単一また
   は複数の溝を形成する工程と、前記選択エッチングを施
   した半導体ウェハ上に量子細線を形成する半導体をエピ
   タキシャル成長し、前記複数の溝を半導体で埋める工程
   と、前記段差側面全体を半導体層で被覆する工程とを含
   むことを特徴とする量子細線の形成方法。