JPH0353567A - 超格子構造の形成方法 - Google Patents
超格子構造の形成方法Info
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- JPH0353567A JPH0353567A JP1187420A JP18742089A JPH0353567A JP H0353567 A JPH0353567 A JP H0353567A JP 1187420 A JP1187420 A JP 1187420A JP 18742089 A JP18742089 A JP 18742089A JP H0353567 A JPH0353567 A JP H0353567A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Drying Of Semiconductors (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。
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、光デバイスおよび電子デバイスに用いられる
多次元量子井戸構造を有する超格子構造の形成方法に関
するものである。
多次元量子井戸構造を有する超格子構造の形成方法に関
するものである。
近年，人為的に原子配列の制御が可能な結執成長法を用
いることにより，異種の半導体の超薄膜を交互に積層さ
せた超格子構造の研究が盛んに行われている。従来の超
格子構造は、膜に垂直な方向に量子サイズ効果を生じさ
せるものであったが，最近、さらに膜に平行な方向にも
量子サイズ効果が出現するような構造、いわゆる多次元
量子井戸構造を実現する研究が進められている。なかで
も，二次元量子井戸構造、いわゆる量子細線構造（以下
、量子細線という）の実現と、その光デバイスへの応用
に向けてさまざまな試みがなされている．量子細線を形
成するには，超格子の主平面に平行な方向，いわゆる横
方向（以下、横方向という）の大きさを、量子サイズ効
果が表れるように３００人程度にしなければならない。
いることにより，異種の半導体の超薄膜を交互に積層さ
せた超格子構造の研究が盛んに行われている。従来の超
格子構造は、膜に垂直な方向に量子サイズ効果を生じさ
せるものであったが，最近、さらに膜に平行な方向にも
量子サイズ効果が出現するような構造、いわゆる多次元
量子井戸構造を実現する研究が進められている。なかで
も，二次元量子井戸構造、いわゆる量子細線構造（以下
、量子細線という）の実現と、その光デバイスへの応用
に向けてさまざまな試みがなされている．量子細線を形
成するには，超格子の主平面に平行な方向，いわゆる横
方向（以下、横方向という）の大きさを、量子サイズ効
果が表れるように３００人程度にしなければならない。
従来，その作製方法として、１）三角状にメサエツチし
た後，その表面に再成長させる方法、２）電子ビーム露
光によりレジストをパターニングした後、反応性イオン
エッチング（以下．ＲＩＥという）により細く削る方法
，３）Ｇａなどのイオンの４人による超格子の混晶化を
利用する方法、４）オフ基板上に成長させる方法などが
ある。
た後，その表面に再成長させる方法、２）電子ビーム露
光によりレジストをパターニングした後、反応性イオン
エッチング（以下．ＲＩＥという）により細く削る方法
，３）Ｇａなどのイオンの４人による超格子の混晶化を
利用する方法、４）オフ基板上に成長させる方法などが
ある。
さらに，量子化次元を高めた一次元量子井戸構造、いわ
ゆる量子箱構造（以下、量子箱という）の作製に関して
も，上記と同様な作製方法が試みられている。
ゆる量子箱構造（以下、量子箱という）の作製に関して
も，上記と同様な作製方法が試みられている。
しかしながら、上記従来技術には、次のような欠点、問
題点があった。
題点があった。
１）メサエッチ後再成長させる方法では、メサエッチの
形状を制御するのが難しく、また，再成長界面付近に非
発光中心が形成されてしまうという欠点があった。
形状を制御するのが難しく、また，再成長界面付近に非
発光中心が形成されてしまうという欠点があった。
２）電子ビーム露光後ＲＩＥにより削る方法では，電子
ビーム露光装置が必要であって簡便にはできないこと、
また、微細にエッチングするのが非常に難しいこと、さ
らに、削るときのダメージにより、細線側面に非発光中
心が生じ、発光効率が悪くなること等の欠点があった．
３）イオン注入による混晶化を利用する方法では、イオ
ン注入装置が必要なため簡便性に欠けること，また、イ
オンは表面近傍にしか注入できないことから、細線を作
る位置が限られてしまうという欠点があった．さらに、
この方法は膜表面からＱ混晶化のため，細線の断面形状
が台形状となり、複数の井戸を有する量子細線を形成す
ると、サイズのゆらぎが出てスペクトルがブロードにな
っていた。この問題を解決するため、単一量子井戸で細
線構造が形威されたが，活性領域が小さくなってしまう
という問題点があった． ４）オフ基板上への成長の場合には、或長方法に限りが
あり、或長条件も厳しいことなどの欠点があった． また、単子箱構造の作製においても、上述した諸点は，
大きな問題点として残されている。
ビーム露光装置が必要であって簡便にはできないこと、
また、微細にエッチングするのが非常に難しいこと、さ
らに、削るときのダメージにより、細線側面に非発光中
心が生じ、発光効率が悪くなること等の欠点があった．
３）イオン注入による混晶化を利用する方法では、イオ
ン注入装置が必要なため簡便性に欠けること，また、イ
オンは表面近傍にしか注入できないことから、細線を作
る位置が限られてしまうという欠点があった．さらに、
この方法は膜表面からＱ混晶化のため，細線の断面形状
が台形状となり、複数の井戸を有する量子細線を形成す
ると、サイズのゆらぎが出てスペクトルがブロードにな
っていた。この問題を解決するため、単一量子井戸で細
線構造が形威されたが，活性領域が小さくなってしまう
という問題点があった． ４）オフ基板上への成長の場合には、或長方法に限りが
あり、或長条件も厳しいことなどの欠点があった． また、単子箱構造の作製においても、上述した諸点は，
大きな問題点として残されている。
本発明の目的は，上記した従来技術の欠点、問題点を解
決して、再戒長の必要がなく、特定の装置を用いること
なく簡便に、側面のダメージを受けることなく作製でき
，かつ活性領域が大きく発光効率の高い量子細線あるい
は量子箱を実現できる超格子構造の形成方法を提供する
ことにある。
決して、再戒長の必要がなく、特定の装置を用いること
なく簡便に、側面のダメージを受けることなく作製でき
，かつ活性領域が大きく発光効率の高い量子細線あるい
は量子箱を実現できる超格子構造の形成方法を提供する
ことにある。
本発明は、上記目的を達成するため、通常用いられてい
るフォトリングラフイ技術およびＲＩＥ技術によって、
超格子構造の幅を約２一程度に削り、その表面をＳｉｎ
，、ＳＬ．Ｎ．などで覆い熱処理することにより不純物
を導入せずに、超格子を横方向から混晶化させ、超格子
部分の量子細線化あるいは量子箱化を行うものである． 〔作用〕 上記構或により、電子ビームリソグラフイ技術を用いる
ことなく、通常用いられているリソグラフィ技術を用い
て、極微細パターンではない、導波路等に用いられる通
常の大きさの幅のリツジ構造を形威し，続いて，横方向
から超格子の一部を混晶化することによって、混晶化部
のバンドギャップの増加による超格子部分へのキャリア
の閉じ込めが生じ、量子細線化あるいは量子箱化が簡便
に実施できる．また，量子細線および量子箱の形状も、
従来の膜上部からの混晶化によりできる台形状のもので
はなく、横方向からの混晶化を用いた結果，矩形状とな
る．従って．サイズゆらぎが減少し，複数井戸からなる
量子細線あるいは量子箱を形成することができるので，
活性領域が大きくなり，光デバイスへの応用が容易とな
る。
るフォトリングラフイ技術およびＲＩＥ技術によって、
超格子構造の幅を約２一程度に削り、その表面をＳｉｎ
，、ＳＬ．Ｎ．などで覆い熱処理することにより不純物
を導入せずに、超格子を横方向から混晶化させ、超格子
部分の量子細線化あるいは量子箱化を行うものである． 〔作用〕 上記構或により、電子ビームリソグラフイ技術を用いる
ことなく、通常用いられているリソグラフィ技術を用い
て、極微細パターンではない、導波路等に用いられる通
常の大きさの幅のリツジ構造を形威し，続いて，横方向
から超格子の一部を混晶化することによって、混晶化部
のバンドギャップの増加による超格子部分へのキャリア
の閉じ込めが生じ、量子細線化あるいは量子箱化が簡便
に実施できる．また，量子細線および量子箱の形状も、
従来の膜上部からの混晶化によりできる台形状のもので
はなく、横方向からの混晶化を用いた結果，矩形状とな
る．従って．サイズゆらぎが減少し，複数井戸からなる
量子細線あるいは量子箱を形成することができるので，
活性領域が大きくなり，光デバイスへの応用が容易とな
る。
また，量子細線または量子箱部分で発光した光は、ＲＩ
Ｅによって削った表面の影響を受けることがなくなり，
発光効率が向上する。
Ｅによって削った表面の影響を受けることがなくなり，
発光効率が向上する。
さらに、混晶化の方法として，従来のイオン注入ではな
く不純物を導入しない方法を用いているため、表面近傍
に限らずに量子細線あるいは量子箱が形成可能であり、
また、自由キャリア吸収がほとんどないことから，本発
明の高性能な光デバイスへの容易な展開が可能である． 〔実施例〕 第１図は，本発明の第１の実施例において形成される超
格子構造の概靭を示す斜視図，第２図は第１図のＡ−Ａ
’断面を示す断面図である。
く不純物を導入しない方法を用いているため、表面近傍
に限らずに量子細線あるいは量子箱が形成可能であり、
また、自由キャリア吸収がほとんどないことから，本発
明の高性能な光デバイスへの容易な展開が可能である． 〔実施例〕 第１図は，本発明の第１の実施例において形成される超
格子構造の概靭を示す斜視図，第２図は第１図のＡ−Ａ
’断面を示す断面図である。
？ｌ図において、１はＧａＡｓｊ！板、２はｊＪＧａｌ
−ｘＡＳ （ ｘ ＝０．３）からなる下部クラッド層
、６はＳｉＯ■層であり、ａは量子細線部を示す．また
、第２図において、３はＧａＡｓ８０人、ＡＱ．Ｇａ１
−．Ａｓ （ ｘ ＝０．３） ８０人 ４周期からな
る超格子層，４は超格子層３を後述の方法で超格子を混
晶化した部分（以下，混晶化領域という）、５はＡｌｌ
＋＜Ｇａ１−ｘＡｓ （ ｘ ＝０．３）からなる上部
クラッド層である。
−ｘＡＳ （ ｘ ＝０．３）からなる下部クラッド層
、６はＳｉＯ■層であり、ａは量子細線部を示す．また
、第２図において、３はＧａＡｓ８０人、ＡＱ．Ｇａ１
−．Ａｓ （ ｘ ＝０．３） ８０人 ４周期からな
る超格子層，４は超格子層３を後述の方法で超格子を混
晶化した部分（以下，混晶化領域という）、５はＡｌｌ
＋＜Ｇａ１−ｘＡｓ （ ｘ ＝０．３）からなる上部
クラッド層である。
次に、上記構造の作製方法について、第３図を参照して
説明する。まず、分子線エビタキシー法あるいは有機金
属気相成長法等の原子レベルでの膜厚制御が可能な結晶
法を用いて、ＧａＡｓ基板１上にＡＩＬｘＧａｌ−ｘＡ
ｓ （ ｘ ＝０．３）からなる下部クラッド層２を２
ｐｍ ，前記した超格子層３を６４０λ、ｎｘＧａｌ
−ｘＡｓ （ ｘ ＝０．３）からなる上部クラツド層
５を１−、順次積層させる（第３図（ａ））。
説明する。まず、分子線エビタキシー法あるいは有機金
属気相成長法等の原子レベルでの膜厚制御が可能な結晶
法を用いて、ＧａＡｓ基板１上にＡＩＬｘＧａｌ−ｘＡ
ｓ （ ｘ ＝０．３）からなる下部クラッド層２を２
ｐｍ ，前記した超格子層３を６４０λ、ｎｘＧａｌ
−ｘＡｓ （ ｘ ＝０．３）からなる上部クラツド層
５を１−、順次積層させる（第３図（ａ））。
次に，通常用いられているフォトリソグラフイ技術．Ｒ
ＩＥ技術を用いて，幅２，ｃｍ、高さ１．２一のリッジ
構造を或長ウエハ表面に形成する（第３？（ｂ））．そ
の後，プラズマＣＶＤ法等の方法により．ＳｉＯ■をリ
ッジ表面に堆積させる（第３図（Ｃ〉〉。次に、このＳ
ｉｎ，を堆積させた表面と、別のＧａＡｓウエハとを重
ねた状態で，水素雰囲気中で、昇温速度３０℃／秒，熱
処理温度９５０℃，熱処理時間３０秒の条件で熱処理を
する。この熱処理によって、超格子部分は、Ｓｕｎ２層
６に接している側から横方向に部分的混晶化が進み、リ
ッジ構造の中心付近にのみ超格子構造が残る（第３図（
ｄ））。
ＩＥ技術を用いて，幅２，ｃｍ、高さ１．２一のリッジ
構造を或長ウエハ表面に形成する（第３？（ｂ））．そ
の後，プラズマＣＶＤ法等の方法により．ＳｉＯ■をリ
ッジ表面に堆積させる（第３図（Ｃ〉〉。次に、このＳ
ｉｎ，を堆積させた表面と、別のＧａＡｓウエハとを重
ねた状態で，水素雰囲気中で、昇温速度３０℃／秒，熱
処理温度９５０℃，熱処理時間３０秒の条件で熱処理を
する。この熱処理によって、超格子部分は、Ｓｕｎ２層
６に接している側から横方向に部分的混晶化が進み、リ
ッジ構造の中心付近にのみ超格子構造が残る（第３図（
ｄ））。
上記のプロセスにより，混晶化領域４は，リッジ両側面
から中心部へ向かって横方向にそれぞれ０．９９Ｉｌｍ
程度形成され、超格子の幅は、約２００〜３００人程度
の幅となる。部分的に混晶化した領域は、２００ｅＶ程
度バンドギャップが大きくなるので、リッジ中央部分の
超格子領域にキャリアの閉じ込めが可能となる。二の状
況を第４図に示す。
から中心部へ向かって横方向にそれぞれ０．９９Ｉｌｍ
程度形成され、超格子の幅は、約２００〜３００人程度
の幅となる。部分的に混晶化した領域は、２００ｅＶ程
度バンドギャップが大きくなるので、リッジ中央部分の
超格子領域にキャリアの閉じ込めが可能となる。二の状
況を第４図に示す。
以上のようにして、混晶化の技術を用いて、表面近傍で
はなく、上部および下部クラッド層と左右の混晶化領域
に囲まれた位置に，量子細線が形成される。
はなく、上部および下部クラッド層と左右の混晶化領域
に囲まれた位置に，量子細線が形成される。
第５図に、形成された量子細線のフォトルミネッセンス
測定およびフォトルミネッセンス励起スペクトル（ＰＬ
Ｅ）測定の結果を示す。ＰＬＥスペクトルにおいて、横
方向の量子閉じ込め効果によって形成されたエネルギー
レベルに相当する発光が明瞭に観測され、量子細線が形
威されていることがわかる。
測定およびフォトルミネッセンス励起スペクトル（ＰＬ
Ｅ）測定の結果を示す。ＰＬＥスペクトルにおいて、横
方向の量子閉じ込め効果によって形成されたエネルギー
レベルに相当する発光が明瞭に観測され、量子細線が形
威されていることがわかる。
また、上記プロセスで形威された量子細線では、リッジ
側面が発光領域となっていないために，ＲＩＥによって
形成された表面のダメージの影響を受けない．従って、
発光効率の高い量子細線が得られる。
側面が発光領域となっていないために，ＲＩＥによって
形成された表面のダメージの影響を受けない．従って、
発光効率の高い量子細線が得られる。
さらに、横方向からの混晶化を用いているため、量子ｍ
，ｓａの断面は矩形状となり、複数の井戸構造を用いて
いるにもかかわらずサイズゆらぎは小さく、スペクトル
のブロードニングは起きていない。
，ｓａの断面は矩形状となり、複数の井戸構造を用いて
いるにもかかわらずサイズゆらぎは小さく、スペクトル
のブロードニングは起きていない。
次に、本発明の第２の実施例において形成された超格子
構造を、第６図に示す．本実施例は、前記第１の実施例
において．通常のフォトリソグラフィ技術，ＲＩＥ技術
により製作するりッジ構造を、２ ４ Ｘ ２ Ｂ．高
さｌ．２ｐｍの矩形とするものであり，ｂは量子笛部分
を示す。本実施例においても、第１の実施例と同様なプ
ロセスにより量子箱構造が作製される。
構造を、第６図に示す．本実施例は、前記第１の実施例
において．通常のフォトリソグラフィ技術，ＲＩＥ技術
により製作するりッジ構造を、２ ４ Ｘ ２ Ｂ．高
さｌ．２ｐｍの矩形とするものであり，ｂは量子笛部分
を示す。本実施例においても、第１の実施例と同様なプ
ロセスにより量子箱構造が作製される。
以上の実施例の説明においては，ＧａＡｓ／Ｍ Ｇ ａ
Ａ ｓ系の材料について述べたが．ＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｆｌＡｓ系，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系の材料におい
ても，本発明の適用が可能なことはいうまでもない。
Ａ ｓ系の材料について述べたが．ＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＡｆｌＡｓ系，ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系の材料におい
ても，本発明の適用が可能なことはいうまでもない。
以上説明したように，本発明によれば、電子ビーム露光
技術、極微細加工技術等を用いることなく，加工表面の
ダメージの影響を受けることない発光効率の高い、活性
領域の大きい量子細線または量子箱を形戊することがで
きる。
技術、極微細加工技術等を用いることなく，加工表面の
ダメージの影響を受けることない発光効率の高い、活性
領域の大きい量子細線または量子箱を形戊することがで
きる。
第１図は本発明の第１の実施例において形威される超格
子構造の概観を示す斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ’
断面を示す断面図、第３図は該実施例の形成プロセスを
示す工程図、第４図は混晶化を行った後のバンドギャッ
プを示す図，第５図は該実施例において形成された量子
細線のフォトルミネッセンス測定およびフォトルミネッ
センス励起スペクトル測定の結果を示す図、第６図は本
発明の第２の実施例において形威される超格子構造の概
観を示す斜視図である。 符号の説明
子構造の概観を示す斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ’
断面を示す断面図、第３図は該実施例の形成プロセスを
示す工程図、第４図は混晶化を行った後のバンドギャッ
プを示す図，第５図は該実施例において形成された量子
細線のフォトルミネッセンス測定およびフォトルミネッ
センス励起スペクトル測定の結果を示す図、第６図は本
発明の第２の実施例において形威される超格子構造の概
観を示す斜視図である。 符号の説明
Claims (1)
- １、半導体結晶の基板の上に異種の半導体薄層を交互に
積層させた超格子構造を形成した後、該超格子構造を主
平面に垂直な櫛状または斑点状にエッチングする工程と
、該櫛状または斑点状の部分の側面に露出した前記超格
子構造の一部を不純物を導入しない方法により側面方向
から混晶化して、超格子部分の横方向のサイズを量子サ
イズ効果が生ずる程度にする工程とを含むことを特徴と
する超格子構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187420A JPH0353567A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超格子構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1187420A JPH0353567A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超格子構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0353567A true JPH0353567A (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=16205736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1187420A Pending JPH0353567A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | 超格子構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0353567A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576221A (en) * | 1993-12-20 | 1996-11-19 | Nec Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP1187420A patent/JPH0353567A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5576221A (en) * | 1993-12-20 | 1996-11-19 | Nec Corporation | Manufacturing method of semiconductor device |
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