JPH05283812A - 量子細線の製造方法 - Google Patents

量子細線の製造方法

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JPH05283812A
JPH05283812A JP7781092A JP7781092A JPH05283812A JP H05283812 A JPH05283812 A JP H05283812A JP 7781092 A JP7781092 A JP 7781092A JP 7781092 A JP7781092 A JP 7781092A JP H05283812 A JPH05283812 A JP H05283812A
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JP
Japan
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layer
well
etching
quantum
epitaxial layer
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JP7781092A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Uchiyama
山 潔 内
Takeshi Idota
戸 田 健 井
Akira Takamori
森 晃 高
Masato Nakajima
島 眞 人 中
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可視光半導体レーザ等に使用されるAlGa
InP系の結晶において、GaAs基板上にこの系から
なる量子細線をエッチングにより作製する。 【構成】 GaAs(001)基板10上に、(Alx
Ga1-x y In1-yP(0<x≦1,y〜0.5)か
らなるウェル層12と、これよりも大きなエネルギーギ
ャップを持つ(Alx'Ga1-x'y'In1-y'P(0<
x’≦1,y’〜0.5)からなる上下のバリア層1
1,13と、さらにその上にGaz In1-zP(z〜
0.5)エピ層14を形成した単一または多重量子井戸
構造を備え、初めにエピ層14の上にレジスト層15を
形成し、これを露光現象除去処理してマスクを作り、次
にエピ層14を<011>方向にストライプ状にエッチ
ング除去した後、残ったエピ層14マスクとして硫酸ま
たは硫酸と水からなるエッチング液によってウェル層1
2およびバリア層11,13をストライプ状に除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、量子細線の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、分子線成長法(MBE)や有機金
属気相成長法(MOVPE)などの結晶成長技術の発展
により、原子レベルでの膜厚制御と急峻なヘテロ界面を
実現することが可能となり、量子井戸を用いた半導体素
子などの開発が行なわれるようになった。
【0003】しかしながら、より一層の量子効果を得る
ためには、量子井戸に比べさらにキャリアの自由度を低
下させた量子細線を用いた半導体デバイスを実現する必
要がある。このような量子細線の作製方法としては種々
の方法が提案されているが、そのうちの一つに量子井戸
をエッチングによって加工する方法がある。以下図2を
参照してその一例について説明する。
【0004】図2(a)に示すように、まず初めに半導
体(001)基板20上にMBEやMOVPE等によ
り、半導体(001)基板20に近い側から下部バリア
層21、ウェル層22、上部バリア層23から構成され
る単一量子井戸を作製し、さらにその上にストライプ状
の微細パターンを持つマスク24を形成する。その後、
図2(b)に示すように、エッチングによってマスクさ
れた以外の量子井戸をストライプ状にエッチング除去し
て、量子細線を作製する。
【0005】このような方法は、現在の技術では100
nm以下のストライプを安定にかつ均一に露光すること
が困難なので、実際的には、半導体基板20の<011
>方向にストライプの長さ方向をとり、図2(b)のよ
うにエッチングした際のストライプ断面を逆メサ形に形
成して、マスクから下方向に向かうにしたがってストラ
イプ幅を狭くすることにより量子細線を作製している。
ストライプ状に加工されたウェル層22の幅が、量子効
果をもたらすのに充分狭ければ(およそ100nm以下
程度)、キャリアはストライプの長さ方向にしか自由度
を持てないことになり、量子細線が形成されたことにな
る。
【0006】上記説明では、量子井戸が単一量子井戸の
場合について述べたが、全く同様の方法で多重量子井戸
をエッチングによって量子細線化することが可能であ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 このように、従来の
エッチングによる量子細線の作製方法においては、スト
ライプ状の微細なパターンを持つマスクを均一に形成
し、さらに量子井戸を損傷なしに均一にエッチングしな
ければならないため、微細パターンの形成法やエッチン
グに適したマスクとエッチング液の検討が盛んに行なわ
れている。
【0008】しかしながら、エッチングによる量子細線
の作製においては、ウェル層やブロック層とマスクとの
エッチング時における選択性を利用しているため、エッ
チングされる量子井戸の組成ごとに最適なエッチング液
およびマスクに用いる物質を決定しなければならない。
その際、マスクのエッチング速度が量子井戸を構成して
いる物質のエッチング速度に対してきわめて遅くない
と、エッチング中にマスクがエッチングにより変形する
場合があり、均一な量子細線を形成することは難しい。
言い替えれば、このような条件を満足する適切なエッチ
ング液およびマスクが得られない場合には、エッチング
を用いる方法による量子細線の作製は困難となる。
【0009】現在、GaAs基板上に成長した(Alx
Ga1-x y In1-y P(0<x≦1,y〜0.5。以
下AlGaInPと略す。)系からなる半導体レーザ
は、発振波長が650nm以下の可視光半導体レーザと
して開発が行なわれているが、この半導体レーザに量子
細線を導入しようとした場合、AlGaInP系量子井
戸に対して量子細線を作製するのに適当なマスクおよび
エッチングを選択しなければならず、この系におけるエ
ッチングを用いた量子井戸はまだ知られていない。
【0010】本発明は、このような従来の問題を解決
し、AlGaInP系からなる量子井戸について、エッ
チングによって量子細線に加工することが可能な量子細
線の作製方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、GaAs(001)基板上に、(Al x
Ga1-x y In1-y P(0<x≦1,y〜0.5)か
らなるウェル層と、前記ウェル層よりも大きなエネルギ
ーギャップを持つ(Alx'Ga1-x'y'In1- y'P(0
<x’≦1,y’〜0.5)からなるバリア層とで構成
され(y,y’はGaAsに1%の範囲内で格子整合す
る値。)、さらにその上にGaz In1- z P(z〜0.
5)エピタキシャル層(以下単にGaInPエピタキシ
ャル層と略す。)を形成した量子井戸構造を備え、この
GaInPエピタキシャル層を<011>方向にストラ
イプ状にエッチング除去し、残ったGaInPエピタキ
シャル層をマスクとして硫酸または硫酸と水からなるエ
ッチング液によってウェル層およびバリア層をストライ
プ状に除去して量子細線を作製するようにしたものであ
る。
【0012】
【作用】本発明は、上記構成によって、GaAs(00
1)基板上に形成した下部バリア層、ウェル層、上部バ
リア層、およびGaInPエピタキシャル層において、
GaInPエピタキシャル層を<011>方向にストラ
イプ状に加工した後、このGaInPエピタキシャル層
をマスクとして、硫酸:水系のエッチング液によってエ
ッチングを行なうことにより、GaInPとAlGaI
nPのエッチング速度差を利用し、下部バリア層、ウェ
ル層、および上部バリア層を逆メサ形にエッチングする
ことが可能になり、その結果、量子井戸部分におけるス
トライプ幅は、初めに形成したGaInPエピタキシャ
ル層のストライプ幅よりも狭くなり、量子細線を作製す
ることができる。
【0013】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。図1は本実施例の量子細線の作製方
法の工程を示したものである。 図1において、10は
GaAs(001)基板、11は下部バリア層、12は
ウェル層、13は上部バリア層、14はGaInPエピ
タキシャル層、15はレジスト層である。本実施例で
は、GaAs基板10は(001)面を用い、ウェル層
12を(Al0.1 Ga 0.9 0.5 In0.5 P、下部バリ
ア層11および上部バリア層13を(Al0.5
0.5 0.5 In0.5 P、GaInPエピタキシャル層
14をGa0.5 In0. 5 Pとしている。また各層の膜厚
は、下部バリア層11および上部バリア層13が1μ
m,ウェル層12が50nm,GaInPエピタキシャ
ル層14の膜厚が100nmとしている。
【0014】以上のような構成の量子細線について、以
下その作製方法を説明する。本実施例では、初めにMB
EやMOVPEを用いて図1(a)のように、GaAs
(001)基板10上に下部バリア層11、ウェル層1
2、および上部バリア層13から成る単一量子井戸を作
製し、その上にGaInPエピタキシャル層14を成長
する。このように成長した単一量子井戸の上に、図1
(b)のようにレジスト層15を塗布し、電子ビーム露
光等を用いて量子細線用のストライプを露光する。この
ときのストライプの方向は<011>とし、ストライプ
幅は100nmとする。この露光したレジスト層15に
対し現像および除去処理を行なうと、図1(c)のよう
にレジスト層15のストライプによるマスクができる。
【0015】ところで、硫酸:過酸化水素水:水=3:
1:1のエッチング液(以下3:1:1エッチング液と
呼ぶ。)によるエッチング速度は、室温においてはGa
InPで12nm/minの速度を有する。そこで、こ
のエッチング液を用いることにより、ストライプ状に加
工されたレジスト層15をマスクとして、3:1:1エ
ッチング液によって、図1(d)のようにGaInPエ
ピタキシャル層14をストライプ状に除去する。3:
1:1エッチング液は、AlGaInPに対してもエッ
チングするが、(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pの
ときで70nm/minとGaInPに比べて極端に速
くはないため、エッチング時間を制御することで、図1
(d)のように、上部バリア層13をエッチングするこ
となしにGaInPエピタキシャル層14をエッチング
することができる。このようにGaInPエピタキシャ
ル層14をストライプ状にエッチングした後、レジスト
層15の除去を行なう。
【0016】次にGaInPエピタキシャル層14をマ
スクとして、硫酸または硫酸と水からなるエッチング液
を用いて上部バリア層13、ウェル層12、下部バリア
層11のエッチングを行なう。例えば室温で濃硫酸を用
いると、GaInPはほとんどエッチングされないのに
対し、(Al0.7 Ga0.3 0.5 In0.5 Pでは400
nm/min以上でエッチングされ、このためGaIn
Pエピタキシャル層14は良好なマスクとして用いるこ
とができる。
【0017】このようにして、上部バリア層11、ウェ
ル層12および下部バリア層13をストライプ状にエッ
チングすると、図1(e)に示すようにストライプの形
状が逆メサ形に形成されるため、ウェル層12付近での
ストライプ幅は、GaInPエピタキシャル層14にお
けるストライプ幅100nmよりも狭くなり、ストライ
プ幅の方向に対してもキャリアの自由度を抑制されて、
量子細線が形成されたことになる。
【0018】なお本実施例では、量子井戸が単一量子井
戸の場合について述べたが、多重量子井戸についても同
様の手順によって量子細線の作製を行なうことができ
る。
【0019】
【発明の効果】本発明は、GaAs(001)基板上
に、AlGaInP系結晶からなる量子井戸とGaIn
Pエピタキシャル層を成長し、GaInPエピタキシャ
ル層をマスクとし硫酸系エッチング液を用いて量子井戸
を加工して、<011>方向にストライプ状の形状を有
した量子細線を形成するものであり、硫酸系エッチング
液においては、GaInPとAlGaInPのエッチン
グ速度差が100倍以上異なるため、本発明を用いるこ
とにより、エッチング中にマスク層の形状が変ることな
しに量子井戸のエッチングを良好に行なうことができ、
均一で安定な量子細線を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における量子細線作製方法の
工程を示す模式図
【図2】エッチングを用いた量子細線の作製方法の工程
を示す模式図
【符号の説明】
10 GaAs(001)基板 11 下部バリア層 12 ウェル層 13 上部バリア層 14 GaInPエピタキシャル層 15 レジスト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中 島 眞 人 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs(001)基板上に、(Alx
    Ga1-x y In1-yP(0<x≦1,y〜0.5)か
    らなるウェル層と、前記ウェル層よりも大きなエネルギ
    ーギャップを持つ(Alx'Ga1-x'y'In1-y'P(0
    <x’≦1,y’〜0.5)からなるバリア層とで構成
    され、さらにその上にGaz In1-z P(z〜0.5)
    エピタキシャル層を形成した単一量子井戸構造を備え、
    初めにGaz In1-z Pエピタキシャル層を<011>
    方向にストライプ状にエッチング除去した後、残ったG
    z In1-z Pエピタキシャル層をマスクとして硫酸ま
    たは硫酸と水からなるエッチング液によって前記ウェル
    層およびバリア層をストライプ状に除去することを含む
    量子細線の製造方法。
  2. 【請求項2】 GaAs(001)基板上に、(Alx
    Ga1-x y In1-yP(0<x≦1,y〜0.5)か
    らなるウェル層と、前記ウェル層よりも大きなエネルギ
    ーギャップを持つ(Alx'Ga1-x'y'In1-y'P(0
    <x’≦1,y’〜0.5)からなるバリア層とを有
    し、さらにその上にGaz In1-z P(z〜0.5)エ
    ピタキシャル層を有する多重量子井戸構造を備え、初め
    にGaz In1-z Pエピタキシャル層を<011>方向
    にストライプ状にエッチング除去した後、残ったGaz
    In1-z Pエピタキシャル層をマスクとして硫酸または
    硫酸と水からなるエッチング液によって前記ウェル層お
    よびバリア層をストライプ状に除去することを含む量子
    細線の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09153657A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Nec Corp 半導体レーザの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09153657A (ja) * 1995-11-30 1997-06-10 Nec Corp 半導体レーザの製造方法

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