JPH05308138A - Forming method of quantum thin line structure - Google Patents

Forming method of quantum thin line structure

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JPH05308138A
JPH05308138A JP5056592A JP5056592A JPH05308138A JP H05308138 A JPH05308138 A JP H05308138A JP 5056592 A JP5056592 A JP 5056592A JP 5056592 A JP5056592 A JP 5056592A JP H05308138 A JPH05308138 A JP H05308138A
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JP
Japan
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quantum
gaas
substrate
mask
well
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JP5056592A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Usui
彰 碓井
Haruo Sunakawa
晴夫 砂川
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Japan Science and Technology Agency
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Research Development Corp of Japan
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To realize a T-type quantum thin line structure which applies points where two quantum well intersect to a quantum line, by performing gas phase etching and epitaxial growth by using the same reaction equipment. CONSTITUTION:A quantum well structure 10 wherein a barrier layer and a well layer are composed of InGaP and GaAs, respectively, is formed on a GaAs substrate 100. A mask 11 composed of SiO2 is formed on the grown surface, and an aperture part is formed. The substrate is inserted into a reaction tube, and gas phase etching is performed by using gas whose main component is HCl, thus forming a V-shaped trench 12 in the mask aperture part. GaAs 13 having a narrow band gas is continuously grown without taking out the substrate from the reaction tube. Next InGaP 14 having a large band gap is formed. By the above process, a T-type quantum thin line 15 is formed at the part where two GaAs quantum wells on the slanting surface of the substrate intersect.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、量子細線構造の作製方
法に関し、特に、二つの量子井戸が交差する部分を量子
細線として用いるT型量子細線構造の作製方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a quantum wire structure, and more particularly to a method of manufacturing a T-type quantum wire structure using a portion where two quantum wells intersect as a quantum wire.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体のサイズが電子の波長オーダーま
で小さくなったときに現れる量子効果を利用して、超高
速のトランジスタや高性能なレーザーを作製しようと各
所で研究が進められている。この量子効果を利用した半
導体の代表的な構造には、量子井戸や、本発明に関連す
る量子細線、さらには量子箱といったものがある。この
ような微細構造の作製は、分子線エピタキシャル成長法
(MBE)や有機金属熱分解エピタキシャル成長法(M
OVPE)などの発達と、電子ビーム露光装置などのリ
ソグラフィー技術の発達に負うところが多い。
2. Description of the Related Art Research is being carried out in various places to make ultra-high-speed transistors and high-performance lasers by utilizing the quantum effect that appears when the size of semiconductors is reduced to the order of wavelengths of electrons. Typical structures of semiconductors utilizing this quantum effect include quantum wells, quantum wires related to the present invention, and quantum boxes. The fabrication of such a fine structure is performed by the molecular beam epitaxial growth method (MBE) or the organometallic pyrolysis epitaxial growth method (M
Much depends on the development of OVPE) and the development of lithography technology such as electron beam exposure equipment.

【0003】ところで、本発明に関連する量子細線構造
については、従来は主として、リソグラフィーによる微
細構造のパターニングとドライエッチングや溶液エッチ
ングによるパターン形成、しかる後に、MBEやMOV
PEによって必要な再成長を行う手法が採られていた。
By the way, regarding the quantum wire structure related to the present invention, conventionally, the patterning of a fine structure by lithography and the pattern formation by dry etching or solution etching have been mainly performed, and then MBE or MOV.
A method of performing necessary regrowth by PE has been adopted.

【0004】これに対して、極めて精密かつ微細なリソ
グラフィー技術を用いないで、成長の異方性や、自己形
成性を利用することで、量子細線構造を作製しようとす
る試みもいくつか行われてきた。その一つは、傾斜基板
上の結晶ステップを利用する縦型超格子構造であり、M
OVPEやMBE技術を用いてすでに構造が実現されて
いる。さらに、本発明に関連する二つの量子井戸の交点
に低い量子準位が形成されることを利用したT型量子細
線もこのような自己形成的な量子細線の一つである。
On the other hand, some attempts have been made to fabricate a quantum wire structure by utilizing anisotropy of growth and self-forming property without using an extremely precise and fine lithography technique. Came. One of them is a vertical superlattice structure utilizing a crystal step on a tilted substrate.
The structure has already been realized using OVPE and MBE technology. Furthermore, a T-type quantum wire utilizing the fact that a low quantum level is formed at the intersection of two quantum wells related to the present invention is also one of such self-forming quantum wires.

【0005】このような構造に関しては、チャン(Yia
−Chung Chang)他により、アプライド フィジック
ス レター(Applied Physics Letters),vol.4
7,1985,p.1324に報告されている。
As for such a structure, Yan (Yia
-Chung Chang) et al., Applied Physics Letters, vol.4.
7, 1985, p.1324.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記T型量子
細線構造の作製については現在までのところ具体的な報
告がない。似た構造に関しては、ストーマー(H.L.
Stormer)他がアプライド フィジックス レター(A
pplied Physics Letters),vol.58,1991,p.726
に、量子井戸の作製の後、真空中でこの試料をへき開し
て、その上に元の量子井戸よりバンドギャップの広い物
質を再成長させた例を報告している。
However, no specific report has been made so far on the fabrication of the above T-type quantum wire structure. For similar structures, Stormer (HL.
Stormer) et al. Applied Physics Letter (A
pplied Physics Letters), vol.58, 1991, p.726
In this paper, we report an example in which after the fabrication of quantum wells, this sample was cleaved in vacuum and a material with a wider bandgap than the original quantum wells was regrown on it.

【0007】この作製例でもわかるように、本発明が目
的としているT型量子構造の作製を従来技術で行おうと
すると、へき開といった機械的な操作を導入しなければ
ならず、しかも、このへき開操作後、成長までの間、時
間が必要なために、そのへき開面の劣化が懸念される。
T型量子細線構造では、まさに、この再成長界面を使う
ためにこのような結晶の劣化は是非避けなければならな
い問題である。
As can be seen from this production example, if the conventional technique was used to produce the T-type quantum structure aimed at by the present invention, a mechanical operation such as cleavage had to be introduced, and this cleavage operation was also required. After that, since it takes time to grow, there is a concern that the cleaved surface may deteriorate.
In the T-type quantum wire structure, such deterioration of the crystal must be avoided because the regrowth interface is used.

【0008】本発明は、T型量子細線構造の作製におい
て、このような従来の事情に対処してなされたもので、
大きな特徴を有しているT型量子細線を結晶の劣化なく
作成することが可能な全く新しい作製方法を提供するこ
とを目的としている。
The present invention has been made in consideration of such a conventional situation in manufacturing a T-type quantum wire structure.
It is an object of the present invention to provide a completely new manufacturing method capable of manufacturing a T-type quantum wire having great features without deterioration of the crystal.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、二つの量子井
戸が交差する点を量子細線として用いるT型量子細線構
造の作製方法において、基板結晶上に作製したバンドギ
ャップの大きなバリア層と該バリア層よりバンドギャッ
プが小さい井戸層からなる量子井戸構造の上に、マスク
を作製し該マスクを通して部分的に気相エッチングを行
う第1のステップ、該第1のステップで形成された側壁
に気相エッチングから連続して再成長によりバンドギャ
ップの小さい井戸層を最初に成長させる第2のステッ
プ、しかる後バンドギャップの大きなバリア層を連続的
に成長させる第3のステップにより、二つの量子井戸の
交点を形成することを特徴とするT型量子細線構造の作
製方法である。
The present invention relates to a method for producing a T-type quantum wire structure in which a point where two quantum wells intersect is used as a quantum wire, and a barrier layer having a large bandgap formed on a substrate crystal and A mask is formed on a quantum well structure composed of well layers having a band gap smaller than that of a barrier layer, and vapor phase etching is partially performed through the mask, and a sidewall is formed on the sidewall formed in the first step. The second step of first growing a small bandgap well layer by successive regrowth from the phase etching and then the third step of continuously growing a large bandgap barrier layer results in two quantum well It is a method of manufacturing a T-type quantum wire structure characterized by forming an intersection.

【0010】[0010]

【作用】図1は本発明によるT型量子細線構造の作製プ
ロセスを説明するための概略図であり、ここではInG
aP/GaAs系によるT型量子細線構造の作製方法に
ついて説明する。
FIG. 1 is a schematic view for explaining the manufacturing process of the T-type quantum wire structure according to the present invention. Here, InG is used.
A method of manufacturing a T-type quantum wire structure using an aP / GaAs system will be described.

【0011】まず、図1(a)に示すようにInGaP
をバリア層、GaAsを井戸層とする量子井戸構造10
の作製をGaAs(100)基板上に行う。この成長表
面に、SiO2 によるマスク11を形成し、マスクの長
辺方向を〔011〕として開口部を形成する。
First, as shown in FIG. 1A, InGaP
Quantum well structure 10 in which is a barrier layer and GaAs is a well layer
Is prepared on a GaAs (100) substrate. A mask 11 made of SiO 2 is formed on this growth surface, and an opening is formed with the long side direction of the mask being [011].

【0012】次にこの基板を反応管に挿入して、HCl
ガスを主体としたガスにより気相エッチングを行ない、
図1(b)に示すように(111)B面からなるV字溝
12をマスク開口部に形成する。
Next, this substrate is inserted into a reaction tube and HCl is added.
Gas-phase gas is used for gas phase etching,
As shown in FIG. 1B, a V-shaped groove 12 having a (111) B plane is formed in the mask opening.

【0013】引き続いて、この基板を反応管から取り出
すことなく連続的に、図1(c)に示すようにまず、低
いバンドギャップを有するGaAs13を成長させ、次
に大きなバンドギャップを有するInGaP14の形成
を行う。
Subsequently, without removing this substrate from the reaction tube, GaAs 13 having a low band gap is first grown as shown in FIG. 1C, and then InGaP 14 having a large band gap is formed. I do.

【0014】このようなプロセスにより、この基板の斜
面上の二つのGaAs量子井戸が交わる部分に、T型量
子細線15を作製する。
By such a process, the T-type quantum wire 15 is formed at the intersection of the two GaAs quantum wells on the slope of the substrate.

【0015】[0015]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。ここでは、GaAs/InGa
P系によるT型量子細線構造を作製する場合に本発明を
適用した実施例について説明する。図2は本発明の実施
例に用いた成長装置の概略構成図で、基本的にはハイド
ライド法気相成長装置である。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Here, GaAs / InGa
An example in which the present invention is applied to the case of manufacturing a T-type quantum wire structure of P type will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the growth apparatus used in the embodiment of the present invention, which is basically a hydride vapor phase growth apparatus.

【0016】Ga原料は、Gaソースボート20上に導
入管21からHClガスを導入してGaClとして水素
キャリアガスにより下流に輸送する。同じようにIn原
料は、Inソースボート22上に導入管23よりHCl
ガスを導入してInClとして輸送する。V族元素は、
バイパス管24を通して、AsH3 、PH3 として導入
する。また、気相エッチングを行うためには、このバイ
パス管24よりHClガスを直接基板結晶領域に導入す
る。下流には、図1(a)に示したようなGaAs(1
00)基板上にGaAs100Å/InGaP500Å
周期の量子井戸構造を成長させその表面が、SiO2
より部分的にマスクされた基板結晶25を用いた。この
基板結晶25を基板ホルダー26にセットして反応管の
成長領域に挿入した後、AsH3 を供給しながら所定の
温度まで昇温した。その後導入管21およびバイパス2
4よりHClガスを導入して基板結晶25の開口部に対
してエッチングを行った。
As the Ga raw material, HCl gas is introduced into the Ga source boat 20 from the introduction pipe 21 and is transported downstream as GaCl by a hydrogen carrier gas. In the same manner, the In raw material is supplied onto the In source boat 22 through the introduction pipe 23 as HCl.
Gas is introduced and transported as InCl. Group V elements are
It is introduced as AsH 3 and PH 3 through the bypass pipe 24. Further, in order to perform vapor phase etching, HCl gas is directly introduced into the substrate crystal region through the bypass pipe 24. Downstream, GaAs (1
00) GaAs100Å / InGaP500Å on the substrate
A substrate crystal 25 was used in which a periodic quantum well structure was grown and its surface was partially masked with SiO 2 . The substrate crystal 25 was set on the substrate holder 26, inserted into the growth region of the reaction tube, and then heated to a predetermined temperature while supplying AsH 3 . After that, the introduction pipe 21 and the bypass 2
HCl gas was introduced from 4 to etch the opening of the substrate crystal 25.

【0017】エッチング条件は次の通りである。導入管
21から供給するHClガス流量:1cc/min、バ
イパス管24から供給するHClガス流量:1.5cc
/min、AsH3 流量:5cc/min、全水素流
量:1500cc/min。また、エッチング温度は7
00℃、エッチング時間は30分である。この条件で図
1(b)に示したV溝形状が得られるので、その後、バ
イパス管24からのエッチング用HClガスの供給を停
止した。
The etching conditions are as follows. HCl gas flow rate supplied from the introduction pipe 21: 1 cc / min, HCl gas flow rate supplied from the bypass pipe 24: 1.5 cc
/ Min, AsH 3 flow rate: 5 cc / min, total hydrogen flow rate: 1500 cc / min. The etching temperature is 7
The etching time is 30 minutes at 00 ° C. Under this condition, the V-groove shape shown in FIG. 1B is obtained, and thereafter, the supply of the HCl gas for etching from the bypass pipe 24 is stopped.

【0018】そして、連続的にエッチングされた側面に
GaAsを100Å成長させ、引き続いて、導入管23
よりHClガス15cc/min導入しInClを発生
させ。また、バイパス管24よりAsH3 に換えてPH
3 を5cc/min供給することでInGaPの500
Åの成長を行った。
Then, GaAs is grown to 100 Å on the continuously etched side surface, and subsequently, the introduction tube 23 is formed.
Further, HCl gas of 15 cc / min was introduced to generate InCl. Also, from the bypass pipe 24, change to AsH 3 and PH
InGaP of 500 by supplying 3 cc / min of 3
Å grew.

【0019】作製した試料のホトルミネッセンスを調べ
た結果、二つのGaAs井戸層の交差点からの発光が明
瞭に観察され、量子細線が形成されていることがわかっ
た。
As a result of examining the photoluminescence of the produced sample, it was found that the light emission from the intersection of the two GaAs well layers was clearly observed and that the quantum wire was formed.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、気相エッチングとエピタキシャル成長を同一反応装
置を用いて行うことで、二つの量子井戸が交差する点を
量子細線として用いるT型量子細線構造が達成される。
As described above, according to the method of the present invention, by performing vapor phase etching and epitaxial growth using the same reaction apparatus, the T-type which uses the point where two quantum wells intersect as a quantum wire. A quantum wire structure is achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は本発明によるT型量子細線構造を作製するプ
ロセスを説明するための概略図である。
FIG. 1 is a schematic view for explaining a process of manufacturing a T-type quantum wire structure according to the present invention.

【図2】 実施例に用いたハイドライド法結晶成長装置
の概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of a hydride crystal growth apparatus used in Examples.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…InGaP/GaAs量子井戸 11…SiO2
マスク 12…気相エッチングにより形成されたV字溝
13…再成長したGaAs井戸層 14…再成長した
InGaPバリア層 15…T型量子細線 20…Ga
ソースボート 21、23…原料ガス導入管 22…Inソースボート
24…バイパス管 25…基板結晶 26…基板ホル
ダーを示す。
10 ... InGaP / GaAs quantum well 11 ... SiO 2
Mask 12 ... V-shaped groove formed by vapor phase etching 13 ... Regrown GaAs well layer 14 ... Regrown InGaP barrier layer 15 ... T-type quantum wire 20 ... Ga
Source boats 21, 23 ... Raw material gas introduction pipe 22 ... In source boat 24 ... Bypass pipe 25 ... Substrate crystal 26 ... Substrate holder are shown.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 砂川 晴夫 茨城県土浦市文京町17−22−203 シャル マンコーポ土浦 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Haruo Sunagawa 17-22-203 Bunkyo-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Sharman Corp Tsuchiura

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 二つの量子井戸が交差する点を量子細線
として用いるT型量子細線構造の作製方法において、基
板結晶上に作製したバンドギャップの大きなバリア層と
該バリア層よりバンドギャップが小さい井戸層からなる
量子井戸構造の上に、マスクを作製し該マスクを通して
部分的に気相エッチングを行う第1のステップ、該第1
のステップで形成された側壁に気相エッチングから連続
して再成長によりバンドギャップの小さい井戸層を最初
に成長させる第2のステップ、しかる後バンドギャップ
の大きなバリア層を連続的に成長させる第3のステップ
により、二つの量子井戸の交点を形成することを特徴と
するT型量子細線構造の作製法。
1. A method of manufacturing a T-type quantum wire structure using a point where two quantum wells intersect as a quantum wire, wherein a barrier layer having a large bandgap formed on a substrate crystal and a well having a bandgap smaller than the barrier layer are formed. A first step of forming a mask on the quantum well structure composed of layers and partially performing vapor phase etching through the mask, the first step
The second step in which a well layer having a small bandgap is first grown on the side wall formed in the step 1 by vapor phase etching, and then the barrier layer having a large bandgap is continuously grown. The method for producing a T-type quantum wire structure characterized in that the intersection of two quantum wells is formed by the step of.
JP5056592A 1992-03-09 1992-03-09 Forming method of quantum thin line structure Pending JPH05308138A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07202349A (en) * 1993-12-14 1995-08-04 Korea Electron Telecommun Manufacture of quantum thin wire laser diode using molecular beam diffraction of mbe material crystal growth

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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