JPH0430578A - 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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- JPH0430578A JPH0430578A JP13540790A JP13540790A JPH0430578A JP H0430578 A JPH0430578 A JP H0430578A JP 13540790 A JP13540790 A JP 13540790A JP 13540790 A JP13540790 A JP 13540790A JP H0430578 A JPH0430578 A JP H0430578A
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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
［産業上の利用分野１
本発明は、超高速００次元電子トランジスタ、あるいは
低発振閾値を持つ量子箱構造レーザ等に利用される半導
体量子箱に関するものである。 ［従来の技術］ 半導体量子箱構造の作製の試みはＧａＡｓ／ＡρＧａＡ
ｓ量子井戸構造ウェハに、電子ビーム露光法により作製
した金属マスクパターン上からＧａをイオン注入するこ
とにより、既になされている（アプライド フィジック
ス レターズ４９巻、 １９号＋’ １２７５〜１２７
７頁（１９３６年） Ｊ、Ｃ１ｂｅｒｔ等）。この方法
では金属マスクの開口部で注入されたＧａイオンにより
結晶が変質するため、イオン注入されない部分で電子閉
じ込めが生じる。２８００オングストロームに閉じ込め
られたＧａＡｓ量子箱からのサブバンドに対応したカソ
ードルミネッセンスが観測されている。 ［発明が解決しようとする課題１ しかし、上述した方法で作製できる量子箱では面内の素
子寸法を５００オングストローム以下にすることは加工
精度の面で難しい。一方、量子箱レーザを作る場合、活
性層の幅は１００オングストローム以下にする必要があ
る。従ってこの方法は量子箱レーザには適用しない。ま
た、加工に伴うダメージが入るために、発光効率が低下
するという問題があった。 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ごく
微細な量子箱を有する半導体量子箱構造を製造する方法
を提供することを目的とする。 （課題を解決するための手段１ 本発明は所定の指数面をもつ基板結晶表面上に絶縁体薄
膜を形成した後、形成すべき立体構造に応じた形状に前
記絶縁膜を部分的に除去する工程と、前記基板結晶表面
に複数の原料原子または原料化合物を導き、前記原料に
応じた半導体を前記基板結晶状に析出させて立体構造（
ファセット構造）を形成する工程と、前記ファセット側
面および上面に立体構造を覆うように半導体を成長させ
る工程とを有することを特徴とする。 ［作 用１ 本発明の量子箱の作製方法は、所定の基板結晶表面上に
有機金属化合物原料ガスを導き、有機金属化合物ガスに
応じた半導体を、基板結晶表面上に析出する有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用い、有機金属化合物ガス
に応じて、加工基板上に形成される半導体を立体形状に
付着させることにより量子箱を形成するものである。こ
の方法を用いれば、量子箱の寸法が５０から２ナノメー
タの構造が加工ダメージ無しに得られる。
低発振閾値を持つ量子箱構造レーザ等に利用される半導
体量子箱に関するものである。 ［従来の技術］ 半導体量子箱構造の作製の試みはＧａＡｓ／ＡρＧａＡ
ｓ量子井戸構造ウェハに、電子ビーム露光法により作製
した金属マスクパターン上からＧａをイオン注入するこ
とにより、既になされている（アプライド フィジック
ス レターズ４９巻、 １９号＋’ １２７５〜１２７
７頁（１９３６年） Ｊ、Ｃ１ｂｅｒｔ等）。この方法
では金属マスクの開口部で注入されたＧａイオンにより
結晶が変質するため、イオン注入されない部分で電子閉
じ込めが生じる。２８００オングストロームに閉じ込め
られたＧａＡｓ量子箱からのサブバンドに対応したカソ
ードルミネッセンスが観測されている。 ［発明が解決しようとする課題１ しかし、上述した方法で作製できる量子箱では面内の素
子寸法を５００オングストローム以下にすることは加工
精度の面で難しい。一方、量子箱レーザを作る場合、活
性層の幅は１００オングストローム以下にする必要があ
る。従ってこの方法は量子箱レーザには適用しない。ま
た、加工に伴うダメージが入るために、発光効率が低下
するという問題があった。 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、ごく
微細な量子箱を有する半導体量子箱構造を製造する方法
を提供することを目的とする。 （課題を解決するための手段１ 本発明は所定の指数面をもつ基板結晶表面上に絶縁体薄
膜を形成した後、形成すべき立体構造に応じた形状に前
記絶縁膜を部分的に除去する工程と、前記基板結晶表面
に複数の原料原子または原料化合物を導き、前記原料に
応じた半導体を前記基板結晶状に析出させて立体構造（
ファセット構造）を形成する工程と、前記ファセット側
面および上面に立体構造を覆うように半導体を成長させ
る工程とを有することを特徴とする。 ［作 用１ 本発明の量子箱の作製方法は、所定の基板結晶表面上に
有機金属化合物原料ガスを導き、有機金属化合物ガスに
応じた半導体を、基板結晶表面上に析出する有機金属気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用い、有機金属化合物ガス
に応じて、加工基板上に形成される半導体を立体形状に
付着させることにより量子箱を形成するものである。こ
の方法を用いれば、量子箱の寸法が５０から２ナノメー
タの構造が加工ダメージ無しに得られる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 第１図は本発明の一実施例を示す模式図である。ＧａＡ
ｓ（１１１）Ｂを基板結晶として用い、その上に有機金
属気相成長法により ＡρＧａＡｓに囲まれたＧａＡｓ
の量子箱を作製する手順を、順を追って説明する。 （Ｉｌｌ）８面上にできるファセット面の面方位を第２
図に示す。 最初に基板作製条件を示す。ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板
面上にスパッタ法、または気相化学沈澱法により酸化シ
リコン、窒化シリコン等の絶縁膜を１１０−１Ｏ０ｎ堆
積した後、フォトリソグラブイーとエツチング技術を用
いて第２図に示した四面体の底辺部に相当する三角形状
に絶縁薄膜が除去する。この絶縁膜が除去された部分の
みに結晶が成長するが、そのとき側面として第２図に示
すようなファセット面を出しながら成長する条件を使う
。 次に、第３図を参照して結晶成長の具体例を詳細に述べ
る。第３図は第２図に示した四面体の頂点を通り、基板
に垂直な断面を示している。高周波加熱の横型炉を用い
、０．１気圧の減圧下で成長を行った。原料としてトリ
メチルアルミニウム。 トリメチルガリウム、アルシンを用いた。反応管内の原
料ガスの分圧は、それぞれ９．４Ｘ １０−’ａｔｍ。 ２．６ＸｌＯ−’ａｔｍ、 ４．７Ｘ１０−’ａｔｍで
あり、水素キャリアガスも含め全ガス流量は４リツタ一
／分とした。始めにＡｌ２ＧａＡｓ層２を絶縁膜ＩＡが
除去された三角形状のＧａＡｓ（１１１）８面１上にの
み成長させた。 成長温度は８００℃とした。（１１１１Ｂ面上ではＡβ
ＧａＡｓは７５０℃以上で鏡面の層状成長が得られ、側
面に（１１１）Ａが現れた。絶縁膜上には成長が起こら
なかった。Ａｌ２ＧａＡｓ層が四面体の頂上付近まで成
長したとき原料ガスをＧａＡｓに切り替え、正四面体構
造の頂上の高さ１０ナノメータの部分はＧａＡｓ層３を
成長させた。さらに、温度を６５０℃に下げ、ＡβＧａ
Ａｓを成長させた。７００℃以下の低温では（１１１）
Ａ側面上に成長が起こり、その結果、ＧａＡｓは第３図
（Ａ）に示すようにピラミッド状（正四面体）、に成長
し、その周囲はＡｊ２ＧａＡｓに覆われ、量子箱となっ
た。ＧａＡｓの成長をピラミッドの頂点に達する前に停
止すると、ＧａＡｓの量子箱は第３図（Ｂ）に示すよう
に台形状となる。量子箱の密度は下地結晶の加工、すな
わち、前述した絶縁膜の除去個所の密度で決まり、高さ
は成長時間に比例する。このような成長過程を経てｌＯ
ナノメータサイズのＧａＡｓ量子箱構造がＡβＧａＡｓ
層の中に埋め込まれ、３次元量子井戸構造を作製できた
。 基板として（１１１）Ａを用いる場合は、最初のＡＩｌ
ＧａＡｓ、 ＧａＡｓのファセット成長は６５０℃。 ＡβＧａＡｓで覆う工程は８００℃で行うとよい。 他の作製例として（１１１）Ｂ基板上に絶縁膜を付けず
に、フォトリングラフィとエツチングにより基板上に三
角形台地状の突起を形成し、その上に上言己と同じ工程
によってＡρＧａＡｓとＧａＡｓを成長させ、さらにＡ
ρＧａＡｓを成長させてＧａＡｓ量子箱を作製した。 また、（００１）基板上では上記と同じ工程を用いると
、全て（１１１）Ｂ面あるいは（１１１）Ａ面で囲まれ
、または（１１１）Ａ面と（１１１１Ｂ面の組み合わせ
による四角鐘状または四角柱状の量子箱となる。 第４図に、光素子への応用として量子箱構造レーザを示
す。このレーザは、ｎＧａＡｓ基板４上に、ｎＡｆｆ
ＧａＡｓ層５．活性層６ 、 ｐＡＪ２ ＧａＡｓ層７
およＵｐＧａＡｓｐＧａＡｓ層層され、さらにｎ側電極
９とｐ側電極ｌＯを設けた構造を有する。活性層６はＡ
ρＧａＡｓからなり、層内に正四面体のＧａＡｓが埋め
込まれている。電子および正孔はＧａＡｓ内に閉じ込め
られる。Ｙ、 Ａｒａｋａｗａらは、電子および正孔に
対する状態密度がゼロ次元化すれば不連続となり、発振
しきい値が温度に対して安定化すると共に、スペクトル
がシャープになることを論理的に示している（アブライ
ドフィジックスレターズ・４０巻、 １１号、９３９−
９４１ページ、 １９１１１２年）が、本発明による半
導体量子箱構造によって、このようなレーザが実現され
る。 以上の原理に基づ（量子箱作製法は、分子線エピタキシ
ャル成長法およびハライド系の気相成長法を用いても同
様である。また、本実施例以外にＳＬ中にＧｅの量子箱
を作製すること、他の複数の■−Ｖ族あるいは■−■族
の量子箱を作製すること、異なる半導体層を交互に積層
した超格子量子箱を作製することも可能である。 ［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、５０から２ナノ
メータの寸法の量子箱構造を実現することができ、超高
速のＯ次元電子トランジスタ、あるいは低発振しきい値
を持つ量子箱構造レーザ等に利用することができる。
。 第１図は本発明の一実施例を示す模式図である。ＧａＡ
ｓ（１１１）Ｂを基板結晶として用い、その上に有機金
属気相成長法により ＡρＧａＡｓに囲まれたＧａＡｓ
の量子箱を作製する手順を、順を追って説明する。 （Ｉｌｌ）８面上にできるファセット面の面方位を第２
図に示す。 最初に基板作製条件を示す。ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板
面上にスパッタ法、または気相化学沈澱法により酸化シ
リコン、窒化シリコン等の絶縁膜を１１０−１Ｏ０ｎ堆
積した後、フォトリソグラブイーとエツチング技術を用
いて第２図に示した四面体の底辺部に相当する三角形状
に絶縁薄膜が除去する。この絶縁膜が除去された部分の
みに結晶が成長するが、そのとき側面として第２図に示
すようなファセット面を出しながら成長する条件を使う
。 次に、第３図を参照して結晶成長の具体例を詳細に述べ
る。第３図は第２図に示した四面体の頂点を通り、基板
に垂直な断面を示している。高周波加熱の横型炉を用い
、０．１気圧の減圧下で成長を行った。原料としてトリ
メチルアルミニウム。 トリメチルガリウム、アルシンを用いた。反応管内の原
料ガスの分圧は、それぞれ９．４Ｘ １０−’ａｔｍ。 ２．６ＸｌＯ−’ａｔｍ、 ４．７Ｘ１０−’ａｔｍで
あり、水素キャリアガスも含め全ガス流量は４リツタ一
／分とした。始めにＡｌ２ＧａＡｓ層２を絶縁膜ＩＡが
除去された三角形状のＧａＡｓ（１１１）８面１上にの
み成長させた。 成長温度は８００℃とした。（１１１１Ｂ面上ではＡβ
ＧａＡｓは７５０℃以上で鏡面の層状成長が得られ、側
面に（１１１）Ａが現れた。絶縁膜上には成長が起こら
なかった。Ａｌ２ＧａＡｓ層が四面体の頂上付近まで成
長したとき原料ガスをＧａＡｓに切り替え、正四面体構
造の頂上の高さ１０ナノメータの部分はＧａＡｓ層３を
成長させた。さらに、温度を６５０℃に下げ、ＡβＧａ
Ａｓを成長させた。７００℃以下の低温では（１１１）
Ａ側面上に成長が起こり、その結果、ＧａＡｓは第３図
（Ａ）に示すようにピラミッド状（正四面体）、に成長
し、その周囲はＡｊ２ＧａＡｓに覆われ、量子箱となっ
た。ＧａＡｓの成長をピラミッドの頂点に達する前に停
止すると、ＧａＡｓの量子箱は第３図（Ｂ）に示すよう
に台形状となる。量子箱の密度は下地結晶の加工、すな
わち、前述した絶縁膜の除去個所の密度で決まり、高さ
は成長時間に比例する。このような成長過程を経てｌＯ
ナノメータサイズのＧａＡｓ量子箱構造がＡβＧａＡｓ
層の中に埋め込まれ、３次元量子井戸構造を作製できた
。 基板として（１１１）Ａを用いる場合は、最初のＡＩｌ
ＧａＡｓ、 ＧａＡｓのファセット成長は６５０℃。 ＡβＧａＡｓで覆う工程は８００℃で行うとよい。 他の作製例として（１１１）Ｂ基板上に絶縁膜を付けず
に、フォトリングラフィとエツチングにより基板上に三
角形台地状の突起を形成し、その上に上言己と同じ工程
によってＡρＧａＡｓとＧａＡｓを成長させ、さらにＡ
ρＧａＡｓを成長させてＧａＡｓ量子箱を作製した。 また、（００１）基板上では上記と同じ工程を用いると
、全て（１１１）Ｂ面あるいは（１１１）Ａ面で囲まれ
、または（１１１）Ａ面と（１１１１Ｂ面の組み合わせ
による四角鐘状または四角柱状の量子箱となる。 第４図に、光素子への応用として量子箱構造レーザを示
す。このレーザは、ｎＧａＡｓ基板４上に、ｎＡｆｆ
ＧａＡｓ層５．活性層６ 、 ｐＡＪ２ ＧａＡｓ層７
およＵｐＧａＡｓｐＧａＡｓ層層され、さらにｎ側電極
９とｐ側電極ｌＯを設けた構造を有する。活性層６はＡ
ρＧａＡｓからなり、層内に正四面体のＧａＡｓが埋め
込まれている。電子および正孔はＧａＡｓ内に閉じ込め
られる。Ｙ、 Ａｒａｋａｗａらは、電子および正孔に
対する状態密度がゼロ次元化すれば不連続となり、発振
しきい値が温度に対して安定化すると共に、スペクトル
がシャープになることを論理的に示している（アブライ
ドフィジックスレターズ・４０巻、 １１号、９３９−
９４１ページ、 １９１１１２年）が、本発明による半
導体量子箱構造によって、このようなレーザが実現され
る。 以上の原理に基づ（量子箱作製法は、分子線エピタキシ
ャル成長法およびハライド系の気相成長法を用いても同
様である。また、本実施例以外にＳＬ中にＧｅの量子箱
を作製すること、他の複数の■−Ｖ族あるいは■−■族
の量子箱を作製すること、異なる半導体層を交互に積層
した超格子量子箱を作製することも可能である。 ［発明の効果１ 以上説明したように、本発明によれば、５０から２ナノ
メータの寸法の量子箱構造を実現することができ、超高
速のＯ次元電子トランジスタ、あるいは低発振しきい値
を持つ量子箱構造レーザ等に利用することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図は四面
体構造の模型図、 第３図は本発明による量子箱の例を示す図。 第４図は量子箱構造レーザの構造を示す図である。 １・・・ＧａＡｓ基板、 ２ ・・−ＡＩｌ ＧａＡｓ層、 ３・・・ＧａＡｓ正四面体量子箱、 ４− ｎＧａＡｓ基板、 ５− ｎＡ Ｑ ＧａＡｓ層、 ６・・・活性層、 ７− ｐＡ ４２ ＧａＡｓ層、 ８・・・ｐＧａＡｓ層、 ９・・・ｎ側電極、 １０・・・ｎ側電極。
体構造の模型図、 第３図は本発明による量子箱の例を示す図。 第４図は量子箱構造レーザの構造を示す図である。 １・・・ＧａＡｓ基板、 ２ ・・−ＡＩｌ ＧａＡｓ層、 ３・・・ＧａＡｓ正四面体量子箱、 ４− ｎＧａＡｓ基板、 ５− ｎＡ Ｑ ＧａＡｓ層、 ６・・・活性層、 ７− ｐＡ ４２ ＧａＡｓ層、 ８・・・ｐＧａＡｓ層、 ９・・・ｎ側電極、 １０・・・ｎ側電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）所定の指数面をもつ基板結晶表面上に絶縁体薄膜を
形成した後、形成すべき立体構造に応じた形状に前記絶
縁膜を部分的に除去する工程と、前記基板結晶表面に複
数の原料原子または原料化合物を導き、前記原料に応じ
た半導体を前記基板結晶状に析出させて立体構造（ファ
セット構造）を形成する工程と、 前記ファセット側面および上面に立体構造を覆うように
半導体を成長させる工程とを有することを特徴とする半
導体量子箱構造の製造方法。 ２）前記立体構造を２種類以上の半導体の交互の析出に
よって形成することを特徴とする請求項１に記載の半導
体量子箱構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13540790A JPH0430578A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13540790A JPH0430578A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0430578A true JPH0430578A (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15151007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13540790A Pending JPH0430578A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体量子箱構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0430578A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01244403A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Nissin Electric Co Ltd | 光学膜の作製方法 |
| JP2010500738A (ja) * | 2006-04-14 | 2010-01-07 | レイセオン カンパニー | 表面マスキングによる原子価変換を用いて空間的に調整された活性イオン濃度を備えた固体レーザ及び方法 |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP13540790A patent/JPH0430578A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01244403A (ja) * | 1988-03-25 | 1989-09-28 | Nissin Electric Co Ltd | 光学膜の作製方法 |
| JP2010500738A (ja) * | 2006-04-14 | 2010-01-07 | レイセオン カンパニー | 表面マスキングによる原子価変換を用いて空間的に調整された活性イオン濃度を備えた固体レーザ及び方法 |
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