JPH04370973A - 量子効果デバイスの作製方法 - Google Patents
量子効果デバイスの作製方法Info
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- JPH04370973A JPH04370973A JP14763091A JP14763091A JPH04370973A JP H04370973 A JPH04370973 A JP H04370973A JP 14763091 A JP14763091 A JP 14763091A JP 14763091 A JP14763091 A JP 14763091A JP H04370973 A JPH04370973 A JP H04370973A
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子効果デバイスの作製
方法に関するものである。
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】量子効果にもとづくメゾスコピック領域
のデバイスが注目されている。量子効果を出現させるた
めの構造のサイズは、電子のド・ブロイ波長やトンネル
距離と同程度であり、半導体結晶においては１０〜１０
０ｎｍオーダーである。これらの微細構造を実現する手
法として、次のような技術が知られている。
のデバイスが注目されている。量子効果を出現させるた
めの構造のサイズは、電子のド・ブロイ波長やトンネル
距離と同程度であり、半導体結晶においては１０〜１０
０ｎｍオーダーである。これらの微細構造を実現する手
法として、次のような技術が知られている。
【０００３】第１は、原子ステップを利用する方法で、
原子が規則正しく並んだ基板を数度傾けて切り出し、表
面に結晶成長させる技術である（応用物理、第５８巻第
９号（１９８９））。第２はファセットを利用する技術
で、選択成長時に現れるファセット（小面）形成を、成
長条件のみで制御することにより得られる（応用物理、
第５８巻第９号（１９８９））。第３はリソグラフィと
ドライエッチングを併用する方法で、これによっても量
子細線、量子箱構造が得られる。
原子が規則正しく並んだ基板を数度傾けて切り出し、表
面に結晶成長させる技術である（応用物理、第５８巻第
９号（１９８９））。第２はファセットを利用する技術
で、選択成長時に現れるファセット（小面）形成を、成
長条件のみで制御することにより得られる（応用物理、
第５８巻第９号（１９８９））。第３はリソグラフィと
ドライエッチングを併用する方法で、これによっても量
子細線、量子箱構造が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、原子ステップ
やファセットを利用する方法では、結晶基板やその面方
位、成長装置および成長させる結晶の種類が制限される
。また、量子細線構造は実現できるが、量子箱あるいは
量子ドット構造は実現できない欠点がある。一方、リソ
グラフィとドライエッチングを組み合せる方法では、結
晶の損傷が生じやすく、また、エッチングにより生じる
表面の空之層がデバイスの特性に悪影響を与える。
やファセットを利用する方法では、結晶基板やその面方
位、成長装置および成長させる結晶の種類が制限される
。また、量子細線構造は実現できるが、量子箱あるいは
量子ドット構造は実現できない欠点がある。一方、リソ
グラフィとドライエッチングを組み合せる方法では、結
晶の損傷が生じやすく、また、エッチングにより生じる
表面の空之層がデバイスの特性に悪影響を与える。
【０００５】本発明は、かかる問題点を解決した新規な
量子効果デバイスの作製方法を提供することを目的とす
る。
量子効果デバイスの作製方法を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＧａＡｓなど
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の表面処理技術として注目
されている硫黄（Ｓ）あるいはセレン（Ｓｅ）処理を応
用し、量子効果デバイスを作製する。すなわち、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の表面にＳ、Ｓｅ処理を施すと、表
面の未結合手（ダングリングボンド）が終端されて再構
成されることを利用するものであり、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなる基板の表面の所定領域に、所定の半導
体の結晶成長層を形成するにあたり、基板の表面を、当
該表面の未結合手を終端する元素（Ｓ，Ｓｅ）により処
理する第１のステップと、基板表面の所定領域以外の領
域に荷電粒子のビームを選択的に照射し、この照射領域
の元素を除去する第２のステップと、基板に酸化処理を
施すことによって所定領域以外の領域に酸化膜を形成す
る第３のステップと、基板の表面に所定の半導体の結晶
成長処理を施すことにより、所定領域に選択的に結晶成
長層を形成する第４のステップとを備えることを特徴と
する。
のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の表面処理技術として注目
されている硫黄（Ｓ）あるいはセレン（Ｓｅ）処理を応
用し、量子効果デバイスを作製する。すなわち、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の表面にＳ、Ｓｅ処理を施すと、表
面の未結合手（ダングリングボンド）が終端されて再構
成されることを利用するものであり、ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなる基板の表面の所定領域に、所定の半導
体の結晶成長層を形成するにあたり、基板の表面を、当
該表面の未結合手を終端する元素（Ｓ，Ｓｅ）により処
理する第１のステップと、基板表面の所定領域以外の領
域に荷電粒子のビームを選択的に照射し、この照射領域
の元素を除去する第２のステップと、基板に酸化処理を
施すことによって所定領域以外の領域に酸化膜を形成す
る第３のステップと、基板の表面に所定の半導体の結晶
成長処理を施すことにより、所定領域に選択的に結晶成
長層を形成する第４のステップとを備えることを特徴と
する。
【０００７】
【作用】本発明によれば、第１のステップで基板を表面
処理させることにより、表面準位密度を低下させる。次
いで、荷電粒子ビームの選択的な照射により、量子構造
の結晶成長部分以外のＳ、Ｓｅ等を除去し、ここにマス
クとしての酸化膜を形成する。すると、表面処理の効果
の残っている部分にのみ結晶成長させることができるの
で、量子効果デバイスが形成できる。
処理させることにより、表面準位密度を低下させる。次
いで、荷電粒子ビームの選択的な照射により、量子構造
の結晶成長部分以外のＳ、Ｓｅ等を除去し、ここにマス
クとしての酸化膜を形成する。すると、表面処理の効果
の残っている部分にのみ結晶成長させることができるの
で、量子効果デバイスが形成できる。
【０００８】
【実施例】以下本発明を実施例にもとづいて、より詳細
に説明する。
に説明する。
【０００９】ＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
をＳ処理する技術は、例えば下記の文献「“Ｍａｒｋｅ
ｄ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃ
ｅ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ
ＧａＡｓ ｂｙ（ＮＨ４ ）２ Ｓｘ
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”（ＪＡＰＡＮＥＳＥ ＪＯＵＲ
ＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１２，（１９８９年１２月）
ｐｐ．Ｌ２２５５〜Ｌ２２５７）」に示され、また下記
の文献「“Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔａｂ
ｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ ａ
ｒｓｅｎｉｃ ｓｕｌｆｉｄｅ ｐｈａｓｅｓｏｎ
ＧａＡｓｓｕｒｆａｃｅｓ”（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ
．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７（４），Ｊｕｌ／Ａｕｇ １
９８９）」に示されている。一方、Ｓｅによる表面処理
については、下記の文献「“Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ ｒｅｇｒｏｗｔｈ ｏｆ （Ａｌ，Ｇａ）
Ａｓ ｏｎ Ｓｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ（１００）Ｇ
ａＡｓ ｓｕｒｆａｃｅｓ”（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．６８（３），１ Ａｕｇｕｓｔ １９９０）」
に示されている。
をＳ処理する技術は、例えば下記の文献「“Ｍａｒｋｅ
ｄ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃ
ｅ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ
ＧａＡｓ ｂｙ（ＮＨ４ ）２ Ｓｘ
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ”（ＪＡＰＡＮＥＳＥ ＪＯＵＲ
ＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１２，（１９８９年１２月）
ｐｐ．Ｌ２２５５〜Ｌ２２５７）」に示され、また下記
の文献「“Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｔａｂ
ｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｓｓｉｖａｔｉｎｇ ａ
ｒｓｅｎｉｃ ｓｕｌｆｉｄｅ ｐｈａｓｅｓｏｎ
ＧａＡｓｓｕｒｆａｃｅｓ”（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ
．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ７（４），Ｊｕｌ／Ａｕｇ １
９８９）」に示されている。一方、Ｓｅによる表面処理
については、下記の文献「“Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒ−ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ ｒｅｇｒｏｗｔｈ ｏｆ （Ａｌ，Ｇａ）
Ａｓ ｏｎ Ｓｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ（１００）Ｇ
ａＡｓ ｓｕｒｆａｃｅｓ”（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．６８（３），１ Ａｕｇｕｓｔ １９９０）」
に示されている。
【００１０】本発明では、用意した基板の表面に、この
ＳあるいはＳｅパッシベーションを一様に施す。基板と
しては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として例えばＧａＡ
ｓ基板を用いる。ＧａＡｓ基板の表面にＳあるいはＳｅ
パッシベーションを施すと、表面の未結合手が終端され
て再構成される。これにより表面準位密度は１０１３ｃ
ｍ−３ｅＶ−１オーダーから１０１１ｃｍ−３ｅＶ−１
オーダーまで低下される。
ＳあるいはＳｅパッシベーションを一様に施す。基板と
しては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として例えばＧａＡ
ｓ基板を用いる。ＧａＡｓ基板の表面にＳあるいはＳｅ
パッシベーションを施すと、表面の未結合手が終端され
て再構成される。これにより表面準位密度は１０１３ｃ
ｍ−３ｅＶ−１オーダーから１０１１ｃｍ−３ｅＶ−１
オーダーまで低下される。
【００１１】次に、荷電粒子のビームをＧａＡｓ基板に
照射する。この照射領域は、量子構造となる結晶層を形
成させない領域であり、図１を参照すると、量子細線２
あるいは量子箱３が形成されていない基板１の表面であ
る。すると、この表面では付着されていたＳあるいはＳ
ｅが蒸発により取り除かれ、酸化されやすくなる。そこ
で、ＧａＡｓ基板１に酸化処理を施すと、量子細線２あ
るいは量子箱３を形成させない領域、すなわちＳあるい
はＳｅが取り除かれた領域でのみ、選択的に酸化膜が薄
く形成され、これがマスクとなる。したがって、この後
に所望の半導体を結晶成長させれば、量子細線２あるい
は量子箱３となる結晶層がビームの照射パターンに従っ
て形成される。
照射する。この照射領域は、量子構造となる結晶層を形
成させない領域であり、図１を参照すると、量子細線２
あるいは量子箱３が形成されていない基板１の表面であ
る。すると、この表面では付着されていたＳあるいはＳ
ｅが蒸発により取り除かれ、酸化されやすくなる。そこ
で、ＧａＡｓ基板１に酸化処理を施すと、量子細線２あ
るいは量子箱３を形成させない領域、すなわちＳあるい
はＳｅが取り除かれた領域でのみ、選択的に酸化膜が薄
く形成され、これがマスクとなる。したがって、この後
に所望の半導体を結晶成長させれば、量子細線２あるい
は量子箱３となる結晶層がビームの照射パターンに従っ
て形成される。
【００１２】ここで、ビーム照射においては、電子線描
画装置を用いることができ、また図２のような集束イオ
ンビーム装置を用いることができる。図２において、液
体金属イオン源２１から放出されたイオンは、引き出し
電極２２で引き出されてコンデンサレンズ２３で集束さ
れ、さらに質量分離器２４で所望のイオンのみが選択さ
れる。そして、絞り２５、対物レンズ２６を通ってＸ−
Ｙ偏向電極２７の間を通り、試料２８の表面をスキャン
制御装置２９により走査される。なお、スキャンの様子
は光電子増倍管３０によって観測されており、この光電
子増倍管３０の出力はＡ／Ｄコンバータ３１を介してＣ
ＰＵ、メモリからなるメインコントローラ３２に与えら
れている。また、ステージ制御装置３３のコントロール
とスキャン制御装置２９のコントロールはメインコント
ローラ３２によりなされ、このメインコントローラ３２
はマンマシンインタフェース３４に接続されている。
画装置を用いることができ、また図２のような集束イオ
ンビーム装置を用いることができる。図２において、液
体金属イオン源２１から放出されたイオンは、引き出し
電極２２で引き出されてコンデンサレンズ２３で集束さ
れ、さらに質量分離器２４で所望のイオンのみが選択さ
れる。そして、絞り２５、対物レンズ２６を通ってＸ−
Ｙ偏向電極２７の間を通り、試料２８の表面をスキャン
制御装置２９により走査される。なお、スキャンの様子
は光電子増倍管３０によって観測されており、この光電
子増倍管３０の出力はＡ／Ｄコンバータ３１を介してＣ
ＰＵ、メモリからなるメインコントローラ３２に与えら
れている。また、ステージ制御装置３３のコントロール
とスキャン制御装置２９のコントロールはメインコント
ローラ３２によりなされ、このメインコントローラ３２
はマンマシンインタフェース３４に接続されている。
【００１３】ここで、イオンビーム照射におけるイオン
として、酸素イオンを用いるときには、ＳあるいはＳｅ
の除去と同時に酸化膜が形成される。したがって、別途
に酸化工程を経る必要がなくなる。結晶成長装置として
は、ＭＢＥ装置のほかに、ＧＳＭＢＥ装置、ＭＯＣＶＤ
装置等を用いることができる。
として、酸素イオンを用いるときには、ＳあるいはＳｅ
の除去と同時に酸化膜が形成される。したがって、別途
に酸化工程を経る必要がなくなる。結晶成長装置として
は、ＭＢＥ装置のほかに、ＧＳＭＢＥ装置、ＭＯＣＶＤ
装置等を用いることができる。
【００１４】次に、本発明者による具体的な実施例を説
明する。
明する。
【００１５】まず、ＧａＡｓウエハの表面をエッチング
した後、（ＮＨ４ ）２ Ｓｘ 溶液に浸漬し、数秒間
の水洗の後、Ｎ２ガスブローにより乾燥させた。次に、
集束イオンビーム装置内に上記のウエハを導入し、イオ
ン源として金属Ｇａをセットした。なお、イオン源とし
てはＡｓ−Ｐｔ、Ａｓ−Ｓｎ−Ｐｂも用い得る。Ｇａイ
オンは１００ＫｅＶで引き出した。なお、Ａｓ−Ｐｔ、
Ａｓ−Ｓｎ−Ｐｂを用いるときには、質量分離によって
Ａｓビームを取り出す。取り出されたビームはコンデン
サレンズで絞られ、偏向電極により所望のパターンで照
射させられる。このイオン照射により、ＧａＡｓ表面の
Ｓは除去される。次いで、Ｏ２ ガスを導入し、酸化処
理を行なった。その後、集束イオンビーム装置に連結し
たＭＢＥ装置にウエハを移し、５００℃に加熱してＡｌ
０．２ Ｇａ０．８ Ａｓを成長させた。これにより、
量子構造としての量子箱がＧａＡｓのウエハ上に実現で
きた。
した後、（ＮＨ４ ）２ Ｓｘ 溶液に浸漬し、数秒間
の水洗の後、Ｎ２ガスブローにより乾燥させた。次に、
集束イオンビーム装置内に上記のウエハを導入し、イオ
ン源として金属Ｇａをセットした。なお、イオン源とし
てはＡｓ−Ｐｔ、Ａｓ−Ｓｎ−Ｐｂも用い得る。Ｇａイ
オンは１００ＫｅＶで引き出した。なお、Ａｓ−Ｐｔ、
Ａｓ−Ｓｎ−Ｐｂを用いるときには、質量分離によって
Ａｓビームを取り出す。取り出されたビームはコンデン
サレンズで絞られ、偏向電極により所望のパターンで照
射させられる。このイオン照射により、ＧａＡｓ表面の
Ｓは除去される。次いで、Ｏ２ ガスを導入し、酸化処
理を行なった。その後、集束イオンビーム装置に連結し
たＭＢＥ装置にウエハを移し、５００℃に加熱してＡｌ
０．２ Ｇａ０．８ Ａｓを成長させた。これにより、
量子構造としての量子箱がＧａＡｓのウエハ上に実現で
きた。
【００１６】結晶性の評価のため、Ｓ処理後のＧａＡｓ
ウエハの比較的大きい領域のみにイオン照射をした。結
晶成長後にＲＨＥＣＤ強度を調べたところ、照射してい
ない領域で（２×４）構造が観測されたが、照射領域の
表面構造は観測されなかった。
ウエハの比較的大きい領域のみにイオン照射をした。結
晶成長後にＲＨＥＣＤ強度を調べたところ、照射してい
ない領域で（２×４）構造が観測されたが、照射領域の
表面構造は観測されなかった。
【００１７】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、第１のス
テップでＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の表面処理をさ
せることにより、表面準位密度を低下させる。次いで、
荷電粒子ビームの選択的な照射により、量子構造の結晶
成長部分以外のＳ、Ｓｅ等を除去し、ここに結晶成長に
おけるマスクとしての酸化膜を形成する。すると、表面
処理の効果の残っている部分にのみ選択的に結晶成長さ
せることができるので、荷電端子ビームの照射パターン
にしたがった量子効果デバイスが形成できる。このため
、量子効果デバイスを容易に作製することができる。
テップでＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板の表面処理をさ
せることにより、表面準位密度を低下させる。次いで、
荷電粒子ビームの選択的な照射により、量子構造の結晶
成長部分以外のＳ、Ｓｅ等を除去し、ここに結晶成長に
おけるマスクとしての酸化膜を形成する。すると、表面
処理の効果の残っている部分にのみ選択的に結晶成長さ
せることができるので、荷電端子ビームの照射パターン
にしたがった量子効果デバイスが形成できる。このため
、量子効果デバイスを容易に作製することができる。
【図１】量子効果デバイスの概念を示す図である。
【図２】集束イオンビーム装置の基本構成を示す図であ
る。
る。
１…基板
２…量子細線
３…量子箱
Claims (5)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる基
板の表面の所定領域に、所定の半導体の結晶成長層を形
成した量子効果デバイスの作製方法において、前記基板
の表面を、当該表面の未結合手を終端する元素により処
理する第１のステップと、前記基板表面の前記所定領域
以外の領域に荷電粒子のビームを選択的に照射し、この
照射領域の前記元素を除去する第２のステップと、前記
基板に酸化処理を施すことによって前記所定領域以外の
領域に酸化膜を形成する第３のステップと、前記基板の
表面に前記所定の半導体の結晶成長処理を施すことによ
り、前記所定領域に選択的に前記結晶成長層を形成する
第４のステップとを備えることを特徴とする量子効果デ
バイスの作製方法。 - 【請求項２】 前記第１のステップにおける前記未結
合手を終端する元素が硫黄もしくはセレンである請求項
１記載の量子効果デバイスの作製方法。 - 【請求項３】 前記第１のスッテップがＨ２ Ｓ、Ｎ
ａ２ Ｓ、（ＮＨ４ ）２ Ｓ、（ＮＨ４ ）２ Ｓｘ
、Ａｓ２ Ｓ３ 、Ｈ２ Ｓｅ、Ｎａ２ Ｓｅ、もし
くはＫ２ Ｓｅの少なくともいずれかにより前記基板の
表面処理をする工程である請求項２記載の量子効果デバ
イスの作製方法。 - 【請求項４】 前記第２のステップが、集束性イオン
ビーム照射装置もしくは電子線露光装置を用いる工程で
ある請求項１記載の量子効果デバイスの作製方法。 - 【請求項５】 前記第２および第３のステップが、酸
素イオンのビームを照射することにより行われる工程で
ある請求項１記載の量子効果デバイスの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14763091A JPH04370973A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 量子効果デバイスの作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14763091A JPH04370973A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 量子効果デバイスの作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04370973A true JPH04370973A (ja) | 1992-12-24 |
Family
ID=15434675
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14763091A Pending JPH04370973A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 量子効果デバイスの作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04370973A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832047A (ja) * | 1994-07-15 | 1996-02-02 | Nec Corp | 半導体微細構造の製造方法 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP14763091A patent/JPH04370973A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832047A (ja) * | 1994-07-15 | 1996-02-02 | Nec Corp | 半導体微細構造の製造方法 |
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