JPH0537091A

JPH0537091A - 多次元量子井戸素子およびその製造方法

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Publication number: JPH0537091A
Application number: JP21426791A
Authority: JP
Inventors: Shigehisa Arai; 滋久荒井; Yasuharu Suematsu; 安晴末松; Kazuhito Furuya; 一仁古屋; Kazuhiro Komori; 和弘小森
Original assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1991-08-01
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH088396B2

Abstract

(57)【要約】【目的】寸法のばらつきがきわめて小さく、微細化が
可能な多次元量子井戸素子、すなわち量子細線素子また
は量子箱素子を提供しようとするものである。【構成】基板11の上に第１の材料層12および第２の材
料層13を多数交互に積層して多層積層体14を形成し、そ
の積層面に垂直または傾斜した断面Ｆに現れる第１の層
12の上に量子井戸材料を選択的に成長させて量子細線15
を形成する。この量子細線15の巾は第１の層12の膜厚に
よって規定され、ピッチは第２の層13の膜厚によって規
定されるので、量子井戸素子の寸法のばらつきは小さく
微細化も可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光デバイス、電子デバイ
スの分野において、量子細線（２次元量子効果）、量子
箱（３次元量子効果）などの多次元量子効果を用いた多
次元量子井戸素子およびその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】量子井戸素子は、ＬＳＩの次代を担う素
子として活発な研究がなされており、特に多次元量子井
戸素子はその優れた特性のために大きな期待が寄せられ
ている。このような多次元量子井戸素子の優れた特性を
利用した光デバイスを実現するためには、多次元量子井
戸素子の量子井戸の寸法のばらつきを十分小さく抑える
ことおよび量子井戸構造の高密度化が必要不可欠であ
る。特に、量子井戸の寸法のばらつきについては、膜厚
方向においては、原子層成長の技術を用いることによっ
て単原子レベルで膜厚の制御が可能となるため、膜厚方
向のばらつきは問題とならないが、他の方向でのばらつ
きが問題となる。

【０００３】従来より、多次元量子井戸素子として種々
の構造が提案されているとともにその製造方法について
も種々提案されている。例えば、図１に示すようにn-In
P より成る半導体基板１の上にn-InP より成るバリア層
２およびこのバリア層のバンドギャップよりも狭いバン
ドギャップを有するn-GaInAsP より成る量子細線３を交
互に積層堆積し、最上層のバリア層２の上にSiO₂より成
るマスク層４を形成した後、層方向に対して垂直にエッ
チングを施して溝４を形成したものが提案されている。
この場合、n-InP より成るバリア層２およびn-GaInAs
P より成る量子細線３の膜厚および巾は数nm〜数十nmで
ある。

【０００４】また、図２Ａ〜Ｄに示すように半導体基板
１の表面を加工し、この加工した表面に量子細線を形成
した多次元量子井戸素子も提案されている。例えば、図
２Ａに示した従来例では、半導体基板１の表面に段差を
形成し、各段にn-InP より成るバリア層２およびn-GaIn
AsP より成る量子細線３を横方向に並べて多次元量子井
戸素子を形成したものである。この場合の量子細線３の
膜厚は数nm〜数十nmであり、巾は数nmである。

【０００５】図２Ｂに示したものでは、半導体基板１の
表面にＶ字状の溝５を形成し、この溝の底部に量子細線
３を形成したものである。さらに、図２Ｃに示した従来
例では、半導体基板１の上にマスク４を形成し、このマ
スクの開口部にバリア層２、量子井戸材料層６およびバ
リア層２より成る量子井戸構造を成長させ、Ｖ字状の溝
５の表面に露出する量子井戸材料層６の端部を量子細線
３として作用させるようにしたものである。図２Ｄに示
したものは、半導体基板１の表面にマスク４を形成した
後、このマスクの開口部に半導体材料層７を成長させ、
この半導体材料層７の側面に結晶面方位での選択成長に
よりバリア層２および量子井戸材料層８を形成し、その
バリア層２と接する端部を量子細線３として作用させる
ようにしたものである。

【０００６】上述した従来の量子井戸素子においては、
一種類の結晶材料の特定の場所、すなわち角および溝な
どに選択的に結晶成長を行ったり、量子井戸材料薄膜の
端部をチャネルとすることによって２次元量子井戸、即
ち量子細線を形成するものである。このため、結晶成長
によって決まる寸法（数原子層程度）まで極微細な構造
の製作が可能であり、また寸法のばらつきの小さいと云
う利点を有している。特に図１および図２に示した量子
井戸素子は従来の他の量子井戸素子比べて密度が高いも
のとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示した従来例では、溝５を形成するに当たり、極微細リ
ソグラフィによって形成したマスクを基にエッチングを
行っているが、マスク寸法のばらつきと同程度に大きな
ばらつきが巾方向に生じると云う欠点がある。

【０００８】また、図２Ａに示した従来例においては、
製作可能な構造が限られてしまうと云う欠点があり、図
２Ｂに示したものでは、密度がリソグラフィ技術で決ま
り、高密度化が困難であると云う欠点があり、図２Ｃに
示した従来例では、量子細線３と同時に量子材料の薄膜
６が存在すると云う問題があり、さらに図２Ｄに示した
ものは、多層化による高密度化が困難であると云う欠点
がある。

【０００９】さらに、図２Ａに示した従来例以外では、
マスクによって形成された構造またはマスクの無い部分
に成長させた構造を利用して量子細線構造を製作してい
るので、加工可能な量子細線の寸法はリソグラフィ技術
によって制限されると云う欠点がある。常温で動作する
多次元量子井戸素子を製造するには、〜0.01μｍといっ
た極微細加工が必要であるが、現在のところリソグラフ
ィ技術によってこのような極微細加工を行うことは困難
である。

【００１０】本発明の目的は、上述した従来の欠点を除
去し、現在の技術を利用して製造可能な極微細の構造を
提供するとともに、量子井戸構造のばらつきが小さく、
また高密度化も可能な多次元量子井戸素子およびその製
造方法を提供しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】２次元量子細線として構
成した本発明の多次元量子井戸素子は、異なる２種類以
上の材料から成る多層積層構造の積層面に対して垂直ま
たは傾斜した断面に離散的に現れる特定の材料の上に、
選択的に成長させた量子井戸材料より成る量子細線を具
えることを特徴とするものである。また、３次元量子箱
として構成した本発明による多次元量子井戸素子は、異
なる２種類以上の材料から成る多層積層構造の積層面に
対して垂直または傾斜した２つの断面が交差する稜線部
分を面取りして得られる面に離散的に現れる特性の材料
の上に選択的に成長させた量子井戸材料より成る量子箱
を具えることを特徴とするものである。さらに、３次元
量子箱として構成した本発明による多次元量子井戸素子
は、量子細線材料およびバリア材料を交互に積層した多
層積層量子細線構造体の、量子細線の延在方向に垂直ま
たは傾斜した断面に離散的に現れる量子細線材料の上に
選択的に成長させた量子箱材料、または前記量子細線材
料を選択的にエッチングして形成した溝の中に選択的に
成長させた量子箱材料を具えることを特徴とするもので
ある。

【００１２】さらに、本発明による多次元量子井戸素子
の製造方法は、基板上に、少なくとも２種類の材料より
成る層を交互に積層し、その積層面に対して垂直または
傾斜した断面を有する多層積層構造体を形成し、この多
層積層構造体の断面に現れる特定の材料の少なくとも一
部分の上に量子井戸材料を選択的に成長させて量子細線
または量子箱を形成することを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】このような本発明の多次元量子井戸素子および
その製造方法においては、多層積層体の断面に現れる特
定の材料の上に選択的に量子井戸材料を成長させて量子
細線または量子箱を形成しており、したがって数nmとい
ったきわめて小さな寸法の制御が可能な膜厚を利用して
量子細線または量子箱の巾および間隔を規定することが
できるので、寸法のばらつきをきわめて小さく抑えるこ
とができるとともに高密度化が可能となる。

【００１４】

【実施例】図３は本発明による量子井戸素子に一実施例
を製造する順次の工程を示すものである。本例では、２
次元の量子井戸素子である量子細線素子を実現するもの
である。先ず、図３Ａに示すように、基板11の上に2 種
類の材料より成る第１および第２の層12および13を交互
に積層して多層積層構造体14を形成する。図３Ｂはこの
多層積層構造体14の、破線で囲んで示すように積層面に
垂直な一つの断面Ｆを示すものであり、この断面では第
１および第２の層12および13が周期的に細線状に交互に
並んだ構造を呈している。後述するように、この断面は
多層積層体を研磨、劈開またはエッチングして得られる
真の断面とするだけでなく、結晶成長端面とすることも
できるが、本明細書においては、これら全てを断面と称
することにする。

【００１５】次に、図３Ｃに示すように第１および第２
の層12および13の材料の相違を利用して何れか一方の
層、図面では第１の層12の上に選択的に量子井戸材料を
成長させて量子細線15を形成して量子細線素子を構成す
る。多層積層体14の第１および第２の層12および13の膜
厚は結晶成長によって規定されるため寸法のばらつきは
きわめて小さなものとなるとともに数ｎｍから数十ｎｍ
といったきわめて薄いものとすることができる。この膜
厚の情報は、量子細線素子においては、量子細線15の巾
（第１の層12の膜厚）および間隔（第２の層13の膜厚）
において再現されるので、量子細線の間隔および巾を寸
法のばらつき無く形成することができるとともに微細化
も可能となる。すなわち、従来例においては、図１に示
したものが最も高密度化が可能であるが、本例において
は、それと同等以上の高密度化が可能である。

【００１６】図４Ａ〜Ｄは本発明による２次元の量子井
戸素子の他の実施例を製造する順次の工程を示すもので
ある。本例において、図４Ａおよび４Ｂまでは前例と同
じであり、多層積層体14の積層面に垂直な断面Ｆに対し
て選択的にエッチングを施し、図４Ｃに示すように第１
の層12の端部のみを除去して溝16を形成する。次に、図
４Ｄに示すように、この溝16の内部に量子井戸材料を選
択的に形成して量子細線15を形成する。本例において
も、量子細線15の巾および間隔は、多層積層体14の第１
および第２の層12および13の膜厚によって規定されるの
で、寸法のばらつきをきわめて小さく抑えることができ
るとともに微細化も可能である。

【００１７】図５Ａ〜図５Ｄは本発明による３次元の量
子井戸素子である量子箱の一実施例を製造する順次の工
程を示すものである。図５Ａおよび図５Ｂは上述した実
施例と同様に第１および第２の層12および13を交互に積
層した多層積層体14を形成し、積層面に垂直な断面Ｆを
示すものである。本例においては、図５Ｃに示すように
この断面Ｆと、この断面と直交し、積層面に垂直な断面
Ｇとが交差する稜線Ｐにおいて、非選択性のエッチング
を施して面取りを行い、断面ＦおよびＧとは結晶方位が
異なった断面Ｈを形成する。

【００１８】次に、このようにして形成した断面Ｈにお
いて、第１の層12の上にのみ選択的に量子井戸材料を成
長させて量子箱17を形成する。この場合、断面Ｆおよび
Ｇと、断面Ｈとで結晶成長の速度が異なるとともに第１
層12と第２層13とで材料が異なることを利用して、断面
Ｈに現れている第１の層12の上にのみ選択的に量子箱17
を形成することができる。

【００１９】図６Ａ〜６Ｄは本発明による量子箱素子の
他の実施例を製造する順次の工程を示すものである。図
６Ａおよび６Ｂに示す工程は図５Ａおよび５Ｂに示した
工程と同じである。本例では図６Ｃに示すように、多層
積層体14の断面ＦおよびＧが交差する稜線Ｐにおいて、
第１の層12のみを選択的にエッチングして溝18を形成
し、この溝の中に量子井戸材料を選択的に成長させて量
子箱17を形成して３次元量子井戸素子である量子箱構造
を得るようにしたものである。

【００２０】図７Ａ〜７Ｃは、本発明における断面を得
る方法を示すものである。上述した実施例においては、
多層積層体14の積層面に対して垂直な断面としたが、本
発明によれば積層面に対して必ずしも垂直である必要は
なく、積層面に対して傾斜していても良い。図７Ａは多
層積層体14の積層面に対して垂直な断面Ｆを得る方法を
示すものであり、積層面に垂直な方向に劈開して所望の
断面を形成するかまたは研磨して形成するものである。
図７Ｂに示す例は、多層積層体14の表面にSiO₂のマスク
21を所定のパターンにしたがって形成した後、その開口
を介して選択的にエッチングを施して積層面に対して傾
斜した断面Ｉを得るものである。さらに、図７Ｃに示す
例では、基板11の表面にSiO₂のマスク21を所定のパター
ンにしたがって形成した後、その開口部の中に多層積層
体14を結晶成長によって形成される結晶成長端面Ｊを所
望の断面として得るようにしたものである。このように
本発明においては、種々の方法で、積層面に対して垂直
または傾斜した断面を得ることができる。

【００２１】図８Ａ〜８Ｄは光デバイスに適用した本発
明による量子井戸素子の一実施例の順次の製造工程を示
す図である。先ず、図８Ａに示すように、n-InP より成
る基板31の上に、量子井戸のバリア層となる材料、例え
ばn-InP より成る第１の層32を、同じく量子井戸のバリ
ア層となる材料で、第１の層の材料とは異なる材料、例
えばn-GaInAsP(λg=1.2 μｍ) より成る第２の層33で挟
むように交互に積層して多層積層体34を形成する。次
に、図８Ｂに示すように、リソグラフィ技術を利用して
最上層の第２層32の上にSiO₂マスク35をストライプ状に
形成し、このマスクを介してエッチングを行って基板31
に達する溝36を形成する。この溝36の側面には、積層面
に対して垂直な断面Ｆが得られることになる。

【００２２】次に、図８Ｃに示すように、断面Ｆに現れ
ている第１の層32の上に量子井戸材料、例えばGaInAsを
選択的に成長させて量子細線37を形成する。本例におい
ては、さらに図８Ｄに示すように溝36の内壁に量子細線
37を覆うようにGaInAsP より成る光閉じ込め層38を形成
し、さらに全体の上にp-InP より成るクラッド層39を形
成して、半導体レーザ、光増幅器などの光デバイスの活
性層構造を構成する。

【００２３】本発明においては、上述したように薄膜の
端面に量子井戸材料を選択的に成長させて量子細線を形
成しているが、このような選択的な成長方法は公知の種
々の技術を利用することができる。次に、その幾つかを
説明する。

【００２４】図９Ａは結晶格子定数の相違を利用した選
択成長方法を示すものであり、基板41の上に順次に堆積
する第１の層42の格子定数a₁と第２の層43の格子定数a₂
とを相違させ、量子細線44を構成する材料の格子定数a₃
を第１の層の格子定数a₁とほぼ等しいが、第２の層の格
子定数a₂とは相違するものとし、格子定数が同じ場合と
異なる場合とで量子細線の材料の成長速度が相違するこ
とを利用して量子細線44を第１の層42の上のみに選択的
に形成するものである。

【００２５】図９Ｂは結晶の極性による選択成長を利用
した方法を示すものである。基板41の上に、結合に寄与
する電子が不足している陽性(+) の材料より成る第１の
層42と、結合に寄与する電子が過剰の陰性（−）の材料
より成る第２の層43とを交互に積層して多層積層体を構
成し、量子細線の材料として陰性（−）の材料を用いる
ことによって陽性(+) の材料より成る第１の層42の上に
選択的に量子細線44を形成するものである。

【００２６】図９Ｃは結合に寄与できるボンドの数の差
によって選択成長を行う方法を示すものである。基板41
の上に、結合ボンドの数N₁が多い材料の第１の層42と、
結合ボンドの数N₂が少ない材料の第２の層43とを交互に
積層して多層積層体を構成すると、ボンド数の多い第１
の層42の上では量子細線材料の拡散長が短くなり、した
がってこの第１の層の上にのみ選択的に量子細線44が形
成されることになる。

【００２７】図10は本発明による量子井戸素子の一つで
ある量子細線素子を順メサ構造を利用して製造する順次
の工程を示すものである。図10A に示すようにn-InP よ
り成る基板51の上にn-GaInAsP(λg=1.2 μｍ) の第１の
層52を、n-InP より成る第２の層53で挟むように交互に
積層して多層積層体54を形成する。次に、図10B に示す
ように、最上層の第２層53の上にSiO₂より成るストライ
プ状のマスク55を選択的に形成した後、このマスクの開
口を介してエッチングを施して基板51まで達する断面Ｖ
字状の溝56を形成して順メサ構造を構成し、この順メサ
の側面に多層積層体54の積層面に対して傾斜した断面Ｆ
を形成する。

【００２８】5 次に、図10C に示すように断面Ｆに現れ
る第１の層52を選択的にエッチングして溝57を形成した
後、この溝57の中に量子井戸材料であるGaInAsを選択的
に成長させて量子細線58を形成した状態を図10D に示
す。この量子細線58の形成は、上述した図９Ｃに付いて
説明したように、結晶面方位によって結合に寄与するボ
ンド数が異なり、これによって面方位によって成長速度
が異なることを利用したものである。すなわち、順メサ
面の方向の＜１１１＞結晶面での成長速度が、層厚方向
の＜１００＞結晶面における成長速度に比べて遅いた
め、量子細線材料を＜１００＞結晶面が２面有る凹面上
に選択的に成長させることができる。

【００２９】さらに、光デバイスとして構成するよう
に、図10D に示すように量子細線58を覆うようにGaInAs
P より成る光閉じ込め層59を形成した後、溝56を埋める
ようにp-InP 層60を形成し、さらに図10E に示すように
その上にp-InP 層61を形成する。これらのp-InP 層60お
よび61はクラッド層を構成するものである。

【００３０】図11A 〜11E は同様の光デバイス用の量子
細線素子を垂直メサを利用して製造する順次の工程を示
すものである。図11A の構造は図10A の構造と同じであ
る。本例においては、図11B に示すようにストライブ状
のマスク55を形成した後、垂直の溝56を形成して垂直メ
サ構造を構成する。次に、図11C に示すように、この垂
直メサの側面に現れる積層面に垂直な断面Ｆに現れる第
１の層52を選択的にエッチングして溝57を形成し、さら
にこの溝の中に量子井戸材料を選択的に成長させて量子
細線58を形成した状態を図11D に示す。この場合には、
凸面、すなわち第２の層53の端面においては＜１００＞
結晶面が一つであるのに対し、溝57の内部では＜１００
＞結晶面が３つ存在しているので、溝内に選択的に量子
井戸材料を成長させることができる。

【００３１】さらに、図11D に示すように量子細線58を
覆うように光閉じ込め層58を形成するとともに、クラッ
ド層を構成するp-InP 層60および61を形成することによ
って図11E に示すような量子細線素子を構成する点は図
10に示したところと同様である。本例のように垂直メサ
を用いる場合には、図１に示す従来例において量子細線
構造の端面に相当する部分に２つの量子細線構造が形成
されているので、従来と同等以上の密度がとれることに
なる。

【００３２】図12A 〜12C は本発明による３次元量子井
戸素子である量子箱素子を製造する順次の工程を示すも
のである。先ず、図12A に示すように、多層積層体71の
上面にSiO₂のマスク72を形成する。本例ではこのマスク
72を多数の矩形をマトリックス状に配列したものとして
形成する。次に、このマスク72を介してエッチングを施
し、図12B に示すように積層面に対して垂直な４つの断
面Ｋ〜Ｎで囲まれた垂直メサ74を形成する。次に、非選
択性のエッチングを僅かに行うと、＜０１１＞と外１

【外１】方向に比べて、＜１００＞方向でのエッチングレートが
速いため、各垂直メサ74の断面Ｋ〜Ｎが交差する稜線Ｐ
において＜０１０＞方向の断面Ｑが得られる。

【００３３】次に、結晶成長速度が＜０１１＞および外
１方向に比べて、＜１００＞方向で速いこと、および多
層積層体71を構成している第１の層と第２の層の材料が
相違していることを利用して、垂直メサ74の稜線Ｐに形
成された断面Ｑに現れる第１の層の上にのみ量子井戸材
料を選択的に成長させて量子箱75を形成した状態を図12
C に示す。

【００３４】図12A 〜12B に示した実施例においては、
垂直メサ74の稜線Ｐにおいて第１および第２の層をエッ
チングしたが、図６Ｃに示したように、この稜線におい
て第１の層のみを選択的にエッチングして溝を形成する
こともできる。すなわち、稜線Ｐでは、＜０１１＞、外
１＜１００＞方向の３方向から同時にエッチングが行わ
れることから、エッチングレートが非常に速く、選択的
エッチングが行われるので、第１の層のみがエッチング
されて溝が形成されることになる。このようにして形成
した溝の中に量子井戸材料を選択的に成長させて量子箱
を形成する。

【００３５】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形を加えることができ
る。例えば、図８、10、11および12に示した実施例にお
いては、第１の層の上に単一の量子井戸材料から成る単
層を選択成長させて量子細線および量子箱を構成する場
合についての例を示したが、第１の層の上に量子井戸材
料、バリア材料を交互に選択成長させることによって、
多層の量子細線および量子箱を形成することもできる。
また、図８、10、11および12に示した実施例において
は、多層積層体をエッチングして得られる断面に対して
量子井戸構造を形成したが、図７Ａや７Ｃに示すように
劈開または研磨して得られる断面または結晶成長断面に
対して量子井戸構造を形成することもできる。また、図
３Ｃまたは図４Ｃに示した量子細線構造を形成した後、
図13に示すような処理を施すことによって量子箱構造を
製造することもできる。

【００３６】図13A 〜13C は本発明による3 次元量子井
戸素子である量子井戸箱を製造するさらに他の実施例の
順次の工程を示すものである。例えば、図８Ｃに示した
本発明による量子細線構造において、上述したように第
１の層32の上にバリア層および量子井戸材料層を交互に
成長させた図13A に示す多層積層量子細線構造体81を形
成すると、図13B に示すように量子細線に垂直または傾
斜した断面Ｆには、例えばGaInAsP(組成波長1.2 μｍ)
より成る量子細線材料82が縦横に離散的に現れることに
なる。次に、この量子細線の多層積層量子細線構造体81
の断面Ｆに現れる量子細線材料82の上に量子井戸材料を
選択的に成長させて図13C に示すように量子箱83を形成
する。この実施例の変形例として、断面Ｆに現れる量子
細線材料82を選択的にエッチングして矩形の溝を形成
し、この溝の中に量子井戸材料を選択的に成長させて量
子箱を形成することもできる。また、出発材料である多
層積層量子細線構造体は、図８Ｃに示したものに限られ
るものではなく、例えば図１０、１１および１２に示し
た方法によって形成したものでも良く、さらに図１およ
び図２Ａに示した従来の方法によって形成したものでも
良い。

【００３７】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば量子井
戸構造の量子化方向の寸法を全て結晶成長によって決定
することができ、現在この結晶成長は単原子層の厚さま
で寸法制御が可能であるから、数原子層までの極微細な
多次元量子井戸構造の製作が可能となるとともに寸法の
ばらつきをきわめて小さく抑えることができるとともに
高密度化も可能となる。すなわち、本発明によれば、多
次元量子井戸素子を実現する上で大きな問題となってい
た、極微細加工、寸法のばらつき、高密度化の問題が解
決され、理論通りの多次元量子井戸素子を実現すること
が可能となり、これによって光デバイス、電子デバイス
の諸特性の大巾な改善が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の量子細線素子の構造を示す図であ
る。

【図２】図２Ａ〜２Ｃは従来の量子細線素子の構造を示
す図である。

【図３】図３Ａ〜３Ｃは本発明による多次元量子井戸素
子を実施した量子細線素子の一例の順次の製造工程を示
す図である。

【図４】図４Ａ〜４Ｄは本発明による多次元量子井戸素
子を実施した量子細線素子の他の例の順次の製造工程を
示す図である。

【図５】図５Ａ〜５Ｄは本発明による多次元量子井戸素
子を実施した量子箱素子の一例の順次の製造工程を示す
図である。

【図６】図６Ａ〜６Ｄは本発明による多次元量子井戸素
子を実施した量子箱素子の他の例の順次の製造工程を示
す図である。

【図７】図７Ａ〜７Ｃは本発明による多次元量子井戸素
子を製造するのに利用する断面を得る方法を示す図であ
る。

【図８】図８Ａ〜８Ｄは本発明による量子細線素子の一
例の製造工程を示す図である。

【図９】図９Ａ〜９Ｃは本発明において、量子井戸材料
を選択的に成長させる方法を示す図である。

【図１０】図１０Ａ〜１０Ｅは本発明による量子細線素
子の他の例の製造工程を示す図である。

【図１１】図１１Ａ〜１１ＤＥは本発明による量子細線
素子のさらに他の例の順次の製造工程を示す図である。

【図１２】図１２Ａ〜１２Ｃは本発明による量子箱素子
の一例の順次の製造工程を示す図である。

【図１３】図１３Ａ〜１３Ｃは本発明による量子箱素子
の他の例の順次の製造工程を示す図である。

【符号の説明】

11 基板 12 第１の材料層 13 第２の材料層 14 多層積層体 15 量子細線 16 溝 17 量子箱 18 溝 21 マスク 31 基板 32 第１の材料層 33 第２の材料層 34 多層積層体 35 マスク 36 溝 37 量子細線 38 光閉じ込め層 39 クラッド層 41 基板 42 第１の材料層 43 第２の材料層 44 量子細線 51 基板 52 第１の材料層 53 第２の材料層 54 多層積層体 55 マスク 56 溝 57 溝 58 量子細線 59 光閉じ込め層 60, 61 クラッド層 71 多層積層体 72 マスク 74 垂直メサ 75 量子箱 81 多層積層量子細線構造体 82 量子井戸材料 83 量子箱Ｆ，Ｇ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ断面Ｐ稜線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる２種類以上の材料から成る多層積
層構造の積層面に対して垂直または傾斜した断面に離散
的に現れる特定の材料の上に、選択的に成長させた量子
井戸材料より成る量子細線を具えることを特徴とする多
次元量子井戸素子。
【請求項２】前記多層積層構造の断面の特定の材料を
選択的にエッチングして形成された凹面または凸面上に
選択的に形成された量子井戸材料より成る量子細線を具
えることを特徴とする請求項１記載の多次元量子井戸素
子。
【請求項３】異なる２種類以上の材料から成る多層積
層構造の積層面に対して垂直または傾斜した２つの断面
が交差する稜線部分を面取りして得られる面に離散的に
現れる特性の材料の上に選択的に成長させた量子井戸材
料より成る量子箱を具えることを特徴とする多次元量子
井戸素子。
【請求項４】前記多層積層構造の積層面に垂直または
傾斜した２つの断面が交差する稜線部分において離散的
に現れる特定の材料を選択的にエッチングして形成され
た凸面または凹面上に選択的に成長させた量子井戸材料
より成る量子箱を具えることを特徴とする請求項３記載
の多次元量子井戸素子。
【請求項５】基板上に、少なくとも２種類の材料より
成る層を交互に積層し、その積層面に対して垂直または
傾斜した断面を有する多層積層構造体を形成し、この多
層積層構造体の断面に現れる特定の材料の少なくとも一
部分の上に量子井戸材料を選択的に成長させて量子細線
または量子箱を形成することを特徴とする多次元量子井
戸素子の製造方法。
【請求項６】前記断面を、前記多層積層体を形成した
後、積層面に対して垂直または傾斜した面に沿って多層
積層体を研磨または劈開して形成することを特徴とする
請求項５記載の多次元量子井戸素子の製造方法。
【請求項７】前記断面を、前記多層積層体を形成した
後、積層面に対して垂直または傾斜した面が現れるよう
にエッチングして形成することを特徴とする請求項５記
載の多次元量子井戸素子の製造方法。
【請求項８】前記断面を、前記多層積層体を形成する
際に同時に得られる結晶成長端面として形成することを
特徴と請求項５記載の多次元量子井戸素子の製造方法。
【請求項９】量子細線材料およびバリア材料を交互に
積層した多層積層量子細線構造体の、量子細線の延在方
向に垂直または傾斜した断面に離散的に現れる量子細線
材料の上に選択的に成長させた量子箱材料、または前記
量子細線材料を選択的にエッチングして形成した溝の中
に選択的に成長させた量子箱材料を具えることを特徴と
する多次元量子井戸素子。