JPH06151881A - 量子効果デバイスの製造方法 - Google Patents
量子効果デバイスの製造方法Info
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- JPH06151881A JPH06151881A JP32733392A JP32733392A JPH06151881A JP H06151881 A JPH06151881 A JP H06151881A JP 32733392 A JP32733392 A JP 32733392A JP 32733392 A JP32733392 A JP 32733392A JP H06151881 A JPH06151881 A JP H06151881A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 量子細線構造または量子箱構造を制御性良
く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製するこ
とのできる量子効果デバイスの製造方法を得る。 【構成】 半導体基板上にＭＱＷ構造３を含む半導体ヘ
テロ構造を成長し、上記ＭＱＷ構造上に形成された半導
体層４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近
接したストライプ状の溝を形成した後、上記溝内のみに
高濃度の不純物を含む層１２を形成し、この後、上記不
純物層１２から不純物を拡散させて上記ＭＱＷ構造を部
分的に混晶化させるようにした。
く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製するこ
とのできる量子効果デバイスの製造方法を得る。 【構成】 半導体基板上にＭＱＷ構造３を含む半導体ヘ
テロ構造を成長し、上記ＭＱＷ構造上に形成された半導
体層４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近
接したストライプ状の溝を形成した後、上記溝内のみに
高濃度の不純物を含む層１２を形成し、この後、上記不
純物層１２から不純物を拡散させて上記ＭＱＷ構造を部
分的に混晶化させるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、量子細線構造または
量子箱構造を備えた量子効果デバイスの製造方法に関
し、特に、量子細線構造または量子箱構造を制御性良
く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製するこ
とのできる量子効果デバイスの製造方法に関するもので
ある。
量子箱構造を備えた量子効果デバイスの製造方法に関
し、特に、量子細線構造または量子箱構造を制御性良
く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製するこ
とのできる量子効果デバイスの製造方法に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の量子効果デバイスとしては、例え
ば半導体レーザの分野では、活性層を複数の薄膜を積層
した量子井戸構造としたものが挙げられる。量子井戸構
造の活性層を有する半導体レーザでは、キャリアの薄膜
積層方向の運動量が量子化されることによりしきい値電
流の低減等のレーザ特性の改善の効果が得られる。ま
た、層厚方向のみならず、幅，及び長さ方向においても
キャリアの運動の量子力学的制御を行なう、量子細線構
造，量子箱構造を備えたものにおいては、さらなる特性
の改善を実現できることが知られている。
ば半導体レーザの分野では、活性層を複数の薄膜を積層
した量子井戸構造としたものが挙げられる。量子井戸構
造の活性層を有する半導体レーザでは、キャリアの薄膜
積層方向の運動量が量子化されることによりしきい値電
流の低減等のレーザ特性の改善の効果が得られる。ま
た、層厚方向のみならず、幅，及び長さ方向においても
キャリアの運動の量子力学的制御を行なう、量子細線構
造，量子箱構造を備えたものにおいては、さらなる特性
の改善を実現できることが知られている。
【０００３】図３は例えば多重量子井戸構造を部分的に
混晶化して量子細線構造を製造する従来の量子効果デバ
イスの製造方法を示す図であり、図において、１はｎ型
（以下ｎ−と記す）ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、３はＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓ
バリア層からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、４は
ｐ型（以下ｐ−と記す）ＡｌＧａＡｓクラッド層、５は
Ｚｎが拡散した領域、１２はＺｎＯ膜、１３はＳｉＯ2
膜である。
混晶化して量子細線構造を製造する従来の量子効果デバ
イスの製造方法を示す図であり、図において、１はｎ型
（以下ｎ−と記す）ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層、３はＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓ
バリア層からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層、４は
ｐ型（以下ｐ−と記す）ＡｌＧａＡｓクラッド層、５は
Ｚｎが拡散した領域、１２はＺｎＯ膜、１３はＳｉＯ2
膜である。
【０００４】次に製造工程について説明する。まず、ｎ
−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２，ＭＱＷ活性層３，及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
４を例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用い
て、順次積層する（図３(a))。なお、図示していない
が、基板１とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２との間にｎ
−ＧａＡｓバッファ層を、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
上にｐ−ＧａＡｓ層を形成することが多い。
−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２，ＭＱＷ活性層３，及びｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
４を例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用い
て、順次積層する（図３(a))。なお、図示していない
が、基板１とｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２との間にｎ
−ＧａＡｓバッファ層を、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
上にｐ−ＧａＡｓ層を形成することが多い。
【０００５】次にウェハ表面全面に不純物源であるＺｎ
Ｏ膜１２を成膜した後、このＺｎＯ膜１２上にフォトレ
ジストを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラ
フィ技術により図３(b) に示すように複数のストライプ
状にパターニングし、レジストパターン１５を形成す
る。現在のところ、電子ビーム（ＥＢ）露光を用いるこ
とにより、約３０ｎｍのラインアンドスペースのレジス
トパターンを形成することが可能である。
Ｏ膜１２を成膜した後、このＺｎＯ膜１２上にフォトレ
ジストを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラ
フィ技術により図３(b) に示すように複数のストライプ
状にパターニングし、レジストパターン１５を形成す
る。現在のところ、電子ビーム（ＥＢ）露光を用いるこ
とにより、約３０ｎｍのラインアンドスペースのレジス
トパターンを形成することが可能である。
【０００６】次に、このレジストパターン１５をマスク
として、ウェットエッチング又はリアクティブイオンエ
ッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより、不純
物源であるＺｎＯ膜１２をエッチングし、ＺｎＯ膜のス
トライプパターンを形成する（図３(c) ）。エッチング
工程の後、図３(d) に示すようにレジスト１５を除去
し、図３(e)に示すようにウェハ全面にＳｉＯ2 膜１３
を成膜し、熱処理を行う。
として、ウェットエッチング又はリアクティブイオンエ
ッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより、不純
物源であるＺｎＯ膜１２をエッチングし、ＺｎＯ膜のス
トライプパターンを形成する（図３(c) ）。エッチング
工程の後、図３(d) に示すようにレジスト１５を除去
し、図３(e)に示すようにウェハ全面にＳｉＯ2 膜１３
を成膜し、熱処理を行う。
【０００７】上記熱処理により、ＺｎＯ膜１２からはＺ
ｎ原子が半導体層中に拡散する。ここでＳｉＯ2 膜１３
は、熱処理の際にＺｎＯ膜１２中のＺｎ原子が雰囲気中
に飛散することを防止し、効率良く半導体層中に拡散さ
せる役割を果たしている。図３(f) に示すように、Ｚｎ
拡散領域５がＭＱＷ活性層３を貫通してｎ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層２に達するまでＺｎ拡散を行なうことによ
り、ＭＱＷ活性層３のＺｎが拡散された領域は、ＧａＡ
ｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層が混晶化し、ＧａＡ
ｓウェル層よりも禁制帯幅の大きい無秩序化領域とな
る。ここで、Ｚｎは複数のストライプ状の拡散源から拡
散されるので、ＭＱＷ活性層３中にはこの拡散源の形状
に対応する複数のストライプ状の無秩序化領域が形成さ
れる。このストライプ状の無秩序化領域に挟まれた、Ｍ
ＱＷ活性層３の無秩序化されていない領域は、その幅が
量子効果が生じる程に十分狭く形成された場合には、Ｇ
ａＡｓウェル層に注入されるキャリアが層厚方向のみな
らず幅方向の運動も量子化される２次元量子井戸（量子
細線）として機能する。
ｎ原子が半導体層中に拡散する。ここでＳｉＯ2 膜１３
は、熱処理の際にＺｎＯ膜１２中のＺｎ原子が雰囲気中
に飛散することを防止し、効率良く半導体層中に拡散さ
せる役割を果たしている。図３(f) に示すように、Ｚｎ
拡散領域５がＭＱＷ活性層３を貫通してｎ−ＡｌＧａＡ
ｓクラッド層２に達するまでＺｎ拡散を行なうことによ
り、ＭＱＷ活性層３のＺｎが拡散された領域は、ＧａＡ
ｓウェル層とＡｌＧａＡｓバリア層が混晶化し、ＧａＡ
ｓウェル層よりも禁制帯幅の大きい無秩序化領域とな
る。ここで、Ｚｎは複数のストライプ状の拡散源から拡
散されるので、ＭＱＷ活性層３中にはこの拡散源の形状
に対応する複数のストライプ状の無秩序化領域が形成さ
れる。このストライプ状の無秩序化領域に挟まれた、Ｍ
ＱＷ活性層３の無秩序化されていない領域は、その幅が
量子効果が生じる程に十分狭く形成された場合には、Ｇ
ａＡｓウェル層に注入されるキャリアが層厚方向のみな
らず幅方向の運動も量子化される２次元量子井戸（量子
細線）として機能する。
【０００８】このように、本従来例では、結晶成長で作
製した１次元量子井戸構造の一部を不純物の拡散により
無秩序化することにより、２次元量子井戸構造（量子細
線）を作製することができる。
製した１次元量子井戸構造の一部を不純物の拡散により
無秩序化することにより、２次元量子井戸構造（量子細
線）を作製することができる。
【０００９】なお、上記説明では、ストライプ状にパタ
ーニングしたＺｎＯ膜からＺｎ原子を拡散させてＭＱＷ
構造を無秩序化し、ＭＱＷの無秩序化されていない領域
の形状をストライプ状として量子細線を形成している
が、ＺｎＯ膜を格子状に残すようにパターニングし、こ
の格子状のＺｎＯ膜からＺｎ原子を拡散させてＭＱＷ構
造を無秩序化し、ＭＱＷの無秩序化されていない領域の
形状を島状とすることにより３次元量子井戸構造（量子
箱）を作製することも可能である。
ーニングしたＺｎＯ膜からＺｎ原子を拡散させてＭＱＷ
構造を無秩序化し、ＭＱＷの無秩序化されていない領域
の形状をストライプ状として量子細線を形成している
が、ＺｎＯ膜を格子状に残すようにパターニングし、こ
の格子状のＺｎＯ膜からＺｎ原子を拡散させてＭＱＷ構
造を無秩序化し、ＭＱＷの無秩序化されていない領域の
形状を島状とすることにより３次元量子井戸構造（量子
箱）を作製することも可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の量子効果デバイ
スの製造方法は以上のように、拡散源を全面に形成して
から、これをホトリソグラフィ技術とエッチング技術を
用いてパターニングしているので、以下のような問題点
があった。
スの製造方法は以上のように、拡散源を全面に形成して
から、これをホトリソグラフィ技術とエッチング技術を
用いてパターニングしているので、以下のような問題点
があった。
【００１１】即ち、まず拡散源をパターニングするエッ
チングとして、ウエットエッチング技術を用いた場合、
図４(a) に示すように、拡散源を完全に除去すべき領域
にわずかに拡散源２０が残り、その後の熱処理によりこ
の残留拡散源２０から不純物が拡散してデバイスの特性
に悪影響を及ぼすという問題点がある。ここで、これを
完全に除去するには、ウエットエッチング後にライトエ
ッチングにより半導体４表面の一部を除去する必要があ
り、この場合、プロセス工程が増えるという問題点があ
る。
チングとして、ウエットエッチング技術を用いた場合、
図４(a) に示すように、拡散源を完全に除去すべき領域
にわずかに拡散源２０が残り、その後の熱処理によりこ
の残留拡散源２０から不純物が拡散してデバイスの特性
に悪影響を及ぼすという問題点がある。ここで、これを
完全に除去するには、ウエットエッチング後にライトエ
ッチングにより半導体４表面の一部を除去する必要があ
り、この場合、プロセス工程が増えるという問題点があ
る。
【００１２】また、拡散源をパターニングするエッチン
グとしてＲＩＥ等のドライエッチングの技術を用いた場
合、図４(b) に示すように、拡散源をエッチングした領
域には必ずその下の半導体層にダメージ層２５が形成さ
れる。このダメージ層は量子細線、または量子箱レーザ
を作製したとき、しきい値電流の増大や素子寿命の低下
を導くという問題点がある。
グとしてＲＩＥ等のドライエッチングの技術を用いた場
合、図４(b) に示すように、拡散源をエッチングした領
域には必ずその下の半導体層にダメージ層２５が形成さ
れる。このダメージ層は量子細線、または量子箱レーザ
を作製したとき、しきい値電流の増大や素子寿命の低下
を導くという問題点がある。
【００１３】また、ＭＱＷ構造上に形成された半導体層
上に拡散源を形成するようにしているので、ＭＱＷ構造
上に形成された半導体層の厚さ以上の深さの拡散を行な
わなければならず、拡散深さの精度、拡散深さのウェハ
面内での均一性が悪く、特性の揃ったデバイスを得るの
が困難であるという問題点があった。ここで、ＭＱＷ構
造上に形成された半導体層の厚さを薄くすれば拡散の制
御性を向上することは可能であるが、拡散源をパターニ
ングするエッチングとしてＲＩＥ等のドライエッチング
の技術を用いる場合には、上クラッド層を薄くすると、
上述のダメージ層の影響が大きくなり、良好な特性のデ
バイスを得るのが困難である。
上に拡散源を形成するようにしているので、ＭＱＷ構造
上に形成された半導体層の厚さ以上の深さの拡散を行な
わなければならず、拡散深さの精度、拡散深さのウェハ
面内での均一性が悪く、特性の揃ったデバイスを得るの
が困難であるという問題点があった。ここで、ＭＱＷ構
造上に形成された半導体層の厚さを薄くすれば拡散の制
御性を向上することは可能であるが、拡散源をパターニ
ングするエッチングとしてＲＩＥ等のドライエッチング
の技術を用いる場合には、上クラッド層を薄くすると、
上述のダメージ層の影響が大きくなり、良好な特性のデ
バイスを得るのが困難である。
【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、量子細線構造または量子箱構造
を制御性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく
作製することのできる量子効果デバイスの製造方法を得
ることを目的とする。
ためになされたもので、量子細線構造または量子箱構造
を制御性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく
作製することのできる量子効果デバイスの製造方法を得
ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明に係る量子効果
デバイスの製造方法は、半導体基板上に、バンドギャッ
プの異なる２種類の半導体層からなる多重量子井戸構造
を含む半導体ヘテロ構造を成長し、上記多重量子井戸構
造上に形成された半導体層にウエットエッチングにより
複数の相互に近接したストライプ状の溝を形成した後、
上記溝内のみに高濃度の不純物を含む層を形成し、この
後、上記不純物層から不純物を拡散させて上記多重量子
井戸構造を部分的に混晶化させるようにしたものであ
る。
デバイスの製造方法は、半導体基板上に、バンドギャッ
プの異なる２種類の半導体層からなる多重量子井戸構造
を含む半導体ヘテロ構造を成長し、上記多重量子井戸構
造上に形成された半導体層にウエットエッチングにより
複数の相互に近接したストライプ状の溝を形成した後、
上記溝内のみに高濃度の不純物を含む層を形成し、この
後、上記不純物層から不純物を拡散させて上記多重量子
井戸構造を部分的に混晶化させるようにしたものであ
る。
【００１６】
【作用】この発明においては、半導体基板上に、バンド
ギャップの異なる２種類の半導体層からなる多重量子井
戸構造を含む半導体ヘテロ構造を成長し、上記多重量子
井戸構造上に形成された半導体層にウエットエッチング
により複数の相互に近接したストライプ状の溝を形成し
た後、上記溝内のみに高濃度の不純物を含む層を形成
し、この後、上記不純物層から不純物を拡散させて上記
多重量子井戸構造を部分的に混晶化させるようにしたか
ら、量子細線構造または量子箱構造を制御性良く、かつ
デバイス特性を劣化させることなく作製することができ
る。
ギャップの異なる２種類の半導体層からなる多重量子井
戸構造を含む半導体ヘテロ構造を成長し、上記多重量子
井戸構造上に形成された半導体層にウエットエッチング
により複数の相互に近接したストライプ状の溝を形成し
た後、上記溝内のみに高濃度の不純物を含む層を形成
し、この後、上記不純物層から不純物を拡散させて上記
多重量子井戸構造を部分的に混晶化させるようにしたか
ら、量子細線構造または量子箱構造を制御性良く、かつ
デバイス特性を劣化させることなく作製することができ
る。
【００１７】
実施例１．図１は本発明の第１の実施例による量子効果
デバイスの製造方法を示す断面工程図である。図におい
て、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層、３はＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓバリア
層を複数層交互に積層してなるＭＱＷ活性層、４はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、５はＺｎ拡散領域、６はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、７はｐ−ＧａＡｓ層、１１は
レジストパターン、１２はＺｎＯ膜、１３はＳｉＯ2
膜、２１はグレーティングである。
デバイスの製造方法を示す断面工程図である。図におい
て、１はｎ−ＧａＡｓ基板、２はｎ−ＡｌＧａＡｓクラ
ッド層、３はＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓバリア
層を複数層交互に積層してなるＭＱＷ活性層、４はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、５はＺｎ拡散領域、６はｐ−
ＡｌＧａＡｓクラッド層、７はｐ−ＧａＡｓ層、１１は
レジストパターン、１２はＺｎＯ膜、１３はＳｉＯ2
膜、２１はグレーティングである。
【００１８】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２，ＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓバリア層からな
るＭＱＷ活性層３，ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４，及
びｐ−ＧａＡｓ層７を例えばＭＯＣＶＤ法又は分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて、順次積層成長する
（図１(a))。なお、図示していないが、基板１とｎ−Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層２との間にｎ−ＧａＡｓバッファ
層を形成することが多い。
−ＧａＡｓ基板１上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層
２，ＧａＡｓウェル層及びＡｌＧａＡｓバリア層からな
るＭＱＷ活性層３，ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４，及
びｐ−ＧａＡｓ層７を例えばＭＯＣＶＤ法又は分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて、順次積層成長する
（図１(a))。なお、図示していないが、基板１とｎ−Ａ
ｌＧａＡｓクラッド層２との間にｎ−ＧａＡｓバッファ
層を形成することが多い。
【００１９】次に、ｐ−ＧａＡｓ層７上にフォトレジス
トを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラフィ
技術により図１(b) に示すように複数のストライプ状に
パターニングし、レジストパターン１１を形成する。現
在のところ、ＥＢ露光を用いることにより、約３０ｎｍ
のラインアンドスペースのレジストパターンを形成する
ことが可能である。
トを塗布し、このフォトレジストをフォトリソグラフィ
技術により図１(b) に示すように複数のストライプ状に
パターニングし、レジストパターン１１を形成する。現
在のところ、ＥＢ露光を用いることにより、約３０ｎｍ
のラインアンドスペースのレジストパターンを形成する
ことが可能である。
【００２０】次に、レジストパターン１１をマスクと
し、酒石酸系、又はブロム系のエッチャントを用いて、
パターン下の半導体層のウェットエッチングを行う。こ
のエッチング工程では、レジストパターン１１のストラ
イプ方向を半導体の結晶方位に対して特定の方向とする
ことにより、エッチング形状は図１(c) に示すようなメ
サ形状が得られ、レジストパターン１１を約３０ｎｍの
ラインアンドスペースとした場合には、周期約６０ｎｍ
のグレーティング２１が形成できる。ｐ−ＡｌＧａＡｓ
層４の厚みは、エッチングにより形成される溝の底がＭ
ＱＷ活性層３に達しないような厚みとする。例えば上述
のようにレジストパターン１１を約３０ｎｍのラインア
ンドスペースとした場合には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層４は
約１００ｎｍ程度にしておけばよい。このように、本実
施例では、ウェットエッチングによって溝を形成してい
るので、ダメージ層が形成されることもなく、さらに、
面方位によるエッチングの異方性があり、エッチング形
状がレジストパターンのストライプ方向を半導体の結晶
方位に対して特定の方向とすることにより決定されるの
で、パターンのゆらぎが減り、デバイスを再現性よく作
製できる。
し、酒石酸系、又はブロム系のエッチャントを用いて、
パターン下の半導体層のウェットエッチングを行う。こ
のエッチング工程では、レジストパターン１１のストラ
イプ方向を半導体の結晶方位に対して特定の方向とする
ことにより、エッチング形状は図１(c) に示すようなメ
サ形状が得られ、レジストパターン１１を約３０ｎｍの
ラインアンドスペースとした場合には、周期約６０ｎｍ
のグレーティング２１が形成できる。ｐ−ＡｌＧａＡｓ
層４の厚みは、エッチングにより形成される溝の底がＭ
ＱＷ活性層３に達しないような厚みとする。例えば上述
のようにレジストパターン１１を約３０ｎｍのラインア
ンドスペースとした場合には、ｐ−ＡｌＧａＡｓ層４は
約１００ｎｍ程度にしておけばよい。このように、本実
施例では、ウェットエッチングによって溝を形成してい
るので、ダメージ層が形成されることもなく、さらに、
面方位によるエッチングの異方性があり、エッチング形
状がレジストパターンのストライプ方向を半導体の結晶
方位に対して特定の方向とすることにより決定されるの
で、パターンのゆらぎが減り、デバイスを再現性よく作
製できる。
【００２１】次に、レジストパターン１１を残したま
ま、ＥＢ蒸着等を用いて、図１(d) に示すようにウェハ
全面にＺｎＯ膜１２を蒸着し、この後図１(e) に示すよ
うにフォトレジスト上のＺｎＯ膜１２ｂをリフトオフの
技法により除去し、グレーティング２１の溝内のみにＺ
ｎＯ膜１２ａを残す。このように、本実施例では蒸着，
リフトオフの手法を用いて拡散源を溝内のみに選択的に
形成するので、拡散源を除去するべき領域には全く拡散
源は残らない。
ま、ＥＢ蒸着等を用いて、図１(d) に示すようにウェハ
全面にＺｎＯ膜１２を蒸着し、この後図１(e) に示すよ
うにフォトレジスト上のＺｎＯ膜１２ｂをリフトオフの
技法により除去し、グレーティング２１の溝内のみにＺ
ｎＯ膜１２ａを残す。このように、本実施例では蒸着，
リフトオフの手法を用いて拡散源を溝内のみに選択的に
形成するので、拡散源を除去するべき領域には全く拡散
源は残らない。
【００２２】次に図１(f) に示すように、ＳｉＯ2 膜１
３をウェハ全面に蒸着し、アニール炉にて熱処理を行
う。この熱処理により、ＺｎＯ膜１２からはＺｎ原子が
半導体層中に拡散する。ここでＳｉＯ2 膜１３は、熱処
理の際にＺｎＯ膜１２中のＺｎ原子が雰囲気中に飛散す
ることを防止し、効率良く半導体層中に拡散させる役割
を果たしている。図１(g) に示すように、Ｚｎ拡散領域
５がＭＱＷ活性層３を貫通してｎ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層２に達するまでＺｎ拡散を行なうことにより、従来
例と同様、ストライプ状の無秩序化領域に挟まれた、Ｍ
ＱＷ活性層３の無秩序化されていない領域は、２次元量
子井戸（量子細線）となる。ここで、上述のように本実
施例では拡散源を除去するべき領域には全く拡散源が残
っていないので、従来のように熱処理により残留拡散源
から不純物が拡散してデバイス特性に悪影響を及ぼすと
いうことがない。また、本実施例では、拡散源がＭＱＷ
構造上に形成された半導体層に設けられた溝内に形成さ
れるので、浅い拡散で十分ＭＱＷ構造を部分的に混晶化
することができ、ＭＱＷ構造上に形成された半導体層上
に拡散源を形成する従来の方法に比して、ウェハ面内で
の拡散の均一性を向上できるなど、拡散の制御性を格段
に向上できる。
３をウェハ全面に蒸着し、アニール炉にて熱処理を行
う。この熱処理により、ＺｎＯ膜１２からはＺｎ原子が
半導体層中に拡散する。ここでＳｉＯ2 膜１３は、熱処
理の際にＺｎＯ膜１２中のＺｎ原子が雰囲気中に飛散す
ることを防止し、効率良く半導体層中に拡散させる役割
を果たしている。図１(g) に示すように、Ｚｎ拡散領域
５がＭＱＷ活性層３を貫通してｎ−ＡｌＧａＡｓクラッ
ド層２に達するまでＺｎ拡散を行なうことにより、従来
例と同様、ストライプ状の無秩序化領域に挟まれた、Ｍ
ＱＷ活性層３の無秩序化されていない領域は、２次元量
子井戸（量子細線）となる。ここで、上述のように本実
施例では拡散源を除去するべき領域には全く拡散源が残
っていないので、従来のように熱処理により残留拡散源
から不純物が拡散してデバイス特性に悪影響を及ぼすと
いうことがない。また、本実施例では、拡散源がＭＱＷ
構造上に形成された半導体層に設けられた溝内に形成さ
れるので、浅い拡散で十分ＭＱＷ構造を部分的に混晶化
することができ、ＭＱＷ構造上に形成された半導体層上
に拡散源を形成する従来の方法に比して、ウェハ面内で
の拡散の均一性を向上できるなど、拡散の制御性を格段
に向上できる。
【００２３】この後、ＳｉＯ2 膜１３及びＺｎＯ膜１２
を除去し、図１(h) に示すように、溝内にｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層６を埋め込み成長し、さらにｐ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層６上及びｐ−ＧａＡｓ層７上にｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層８を結晶成長する。そして、基板１
裏面にｎ側電極、コンタクト層８上にｐ側電極を設ける
ことにより量子細線構造の活性層を備えた半導体レーザ
が完成する。
を除去し、図１(h) に示すように、溝内にｐ−ＡｌＧａ
Ａｓクラッド層６を埋め込み成長し、さらにｐ−ＡｌＧ
ａＡｓクラッド層６上及びｐ−ＧａＡｓ層７上にｐ−Ｇ
ａＡｓコンタクト層８を結晶成長する。そして、基板１
裏面にｎ側電極、コンタクト層８上にｐ側電極を設ける
ことにより量子細線構造の活性層を備えた半導体レーザ
が完成する。
【００２４】このように、本実施例では、半導体基板１
上に、多重量子井戸構造３を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層
４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近接し
たストライプ状の溝を形成した後、上記溝内のみにＺｎ
Ｏ膜１２を形成し、この後、このＺｎＯ膜１２からＺｎ
を拡散させて上記多重量子井戸構造３を部分的に混晶化
させるようにしたから、量子細線構造を制御性良く、か
つデバイス特性を劣化させることなく作製することがで
きる。
上に、多重量子井戸構造３を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層
４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近接し
たストライプ状の溝を形成した後、上記溝内のみにＺｎ
Ｏ膜１２を形成し、この後、このＺｎＯ膜１２からＺｎ
を拡散させて上記多重量子井戸構造３を部分的に混晶化
させるようにしたから、量子細線構造を制御性良く、か
つデバイス特性を劣化させることなく作製することがで
きる。
【００２５】実施例２．図２は本発明の第２の実施例に
よる量子効果デバイスの製造方法を示す図であり、図に
おいて、図１と同一符号は同一又は相当部分である。本
第２の実施例は、３次元量子井戸構造（量子箱）を含む
量子効果デバイスの製造方法である。
よる量子効果デバイスの製造方法を示す図であり、図に
おいて、図１と同一符号は同一又は相当部分である。本
第２の実施例は、３次元量子井戸構造（量子箱）を含む
量子効果デバイスの製造方法である。
【００２６】本第２の実施例では、図２(a) に示すよう
に、島状にレジストパターン１１を残し、このレジスト
パターン１１をマスクにしてウェットエッチングを行
い、図２(b) に示すように、一方向のみならず、これと
直交する方向にも複数のストライプ状の溝を形成する。
即ち、エッチング溝はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４及
びｐ−ＧａＡｓ層７からなる突起状の島２３を囲むよう
に格子状に配置される。この後、図２(c) に示すよう
に、ウェハ全面にＺｎＯ膜１２をＥＢ蒸着装置で蒸着
し、第１の実施例と同様、リフトオフにより島を取り囲
む溝内のみにＺｎＯ膜１２ａを残す。さらに、この格子
形状のＺｎＯ膜１２ａを拡散源としてアニール炉で熱処
理を行うと、Ｚｎが拡散し、ＭＱＷ活性層の格子に対応
する領域が無秩序化され、この格子形状の無秩序化領域
に囲まれた、ＭＱＷ活性層の無秩序化されていない領域
は、３次元量子井戸構造（量子箱）となる。本実施例に
おいても、蒸着、リフトオフの手法を用いて拡散源を溝
内のみに選択的に形成するので、拡散源を除去するべき
領域には全く拡散源は残らず、従来のように熱処理によ
り残留拡散源から不純物が拡散してデバイス特性に悪影
響を及ぼすということがない。また、拡散源がＭＱＷ構
造上に形成された半導体層に設けられた溝内に形成され
るので、上記第１の実施例と同様、浅い拡散で十分ＭＱ
Ｗ構造を部分的に混晶化することができ、拡散の制御性
を格段に向上できる。
に、島状にレジストパターン１１を残し、このレジスト
パターン１１をマスクにしてウェットエッチングを行
い、図２(b) に示すように、一方向のみならず、これと
直交する方向にも複数のストライプ状の溝を形成する。
即ち、エッチング溝はｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４及
びｐ−ＧａＡｓ層７からなる突起状の島２３を囲むよう
に格子状に配置される。この後、図２(c) に示すよう
に、ウェハ全面にＺｎＯ膜１２をＥＢ蒸着装置で蒸着
し、第１の実施例と同様、リフトオフにより島を取り囲
む溝内のみにＺｎＯ膜１２ａを残す。さらに、この格子
形状のＺｎＯ膜１２ａを拡散源としてアニール炉で熱処
理を行うと、Ｚｎが拡散し、ＭＱＷ活性層の格子に対応
する領域が無秩序化され、この格子形状の無秩序化領域
に囲まれた、ＭＱＷ活性層の無秩序化されていない領域
は、３次元量子井戸構造（量子箱）となる。本実施例に
おいても、蒸着、リフトオフの手法を用いて拡散源を溝
内のみに選択的に形成するので、拡散源を除去するべき
領域には全く拡散源は残らず、従来のように熱処理によ
り残留拡散源から不純物が拡散してデバイス特性に悪影
響を及ぼすということがない。また、拡散源がＭＱＷ構
造上に形成された半導体層に設けられた溝内に形成され
るので、上記第１の実施例と同様、浅い拡散で十分ＭＱ
Ｗ構造を部分的に混晶化することができ、拡散の制御性
を格段に向上できる。
【００２７】このように、本実施例では、半導体基板１
上に、多重量子井戸構造３を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層
４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近接し
たストライプ状の溝からなる格子を形成した後、上記溝
内のみにＺｎＯ膜１２を形成し、この後、このＺｎＯ膜
１２からＺｎを拡散させて上記多重量子井戸構造３を部
分的に混晶化させるようにしたから、量子箱構造を制御
性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製す
ることができる。
上に、多重量子井戸構造３を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層
４，７にウエットエッチングにより複数の相互に近接し
たストライプ状の溝からなる格子を形成した後、上記溝
内のみにＺｎＯ膜１２を形成し、この後、このＺｎＯ膜
１２からＺｎを拡散させて上記多重量子井戸構造３を部
分的に混晶化させるようにしたから、量子箱構造を制御
性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく作製す
ることができる。
【００２８】なお、上記第１，第２の実施例では、Ｇａ
Ａｓ及びＡｌＧａＡｓからなるＭＱＷ構造を無秩序する
ものについて示したが、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓからな
るＭＱＷ構造等、他の材料を用いて構成したＭＱＷ構造
を無秩序して量子細線、量子箱を作製する場合にも本発
明を適用できることは言うまでもない。
Ａｓ及びＡｌＧａＡｓからなるＭＱＷ構造を無秩序する
ものについて示したが、ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓからな
るＭＱＷ構造等、他の材料を用いて構成したＭＱＷ構造
を無秩序して量子細線、量子箱を作製する場合にも本発
明を適用できることは言うまでもない。
【００２９】また、上記第１，第２の実施例では、Ｚｎ
Ｏ／ＳｉＯ2 を用いた固相拡散の例を示したが、Ｓｉ／
ＳｉＯ2 等の別の蒸着膜を用いた固相拡散でもよい。
Ｏ／ＳｉＯ2 を用いた固相拡散の例を示したが、Ｓｉ／
ＳｉＯ2 等の別の蒸着膜を用いた固相拡散でもよい。
【００３０】また、上記第１，第２の実施例では、量子
効果デバイスが、量子細線構造又は量子箱構造の活性層
を備えた半導体レーザである場合について説明したが、
量子細線構造をチャネル領域に備えたトランジスタ等の
他の量子効果デバイスを製造する場合にも本発明を適用
することができることは言うまでもない。
効果デバイスが、量子細線構造又は量子箱構造の活性層
を備えた半導体レーザである場合について説明したが、
量子細線構造をチャネル領域に備えたトランジスタ等の
他の量子効果デバイスを製造する場合にも本発明を適用
することができることは言うまでもない。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体基板上に、バンドギャップの異なる２種類の半導体層
からなる多重量子井戸構造を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層に
ウエットエッチングにより複数の相互に近接したストラ
イプ状の溝を形成した後、上記溝内のみに高濃度の不純
物を含む層を形成し、この後、上記不純物層から不純物
を拡散させて上記多重量子井戸構造を部分的に混晶化さ
せるようにしたから、量子細線構造または量子箱構造を
制御性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく作
製することができる効果がある。
体基板上に、バンドギャップの異なる２種類の半導体層
からなる多重量子井戸構造を含む半導体ヘテロ構造を成
長し、上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層に
ウエットエッチングにより複数の相互に近接したストラ
イプ状の溝を形成した後、上記溝内のみに高濃度の不純
物を含む層を形成し、この後、上記不純物層から不純物
を拡散させて上記多重量子井戸構造を部分的に混晶化さ
せるようにしたから、量子細線構造または量子箱構造を
制御性良く、かつデバイス特性を劣化させることなく作
製することができる効果がある。
【図１】この発明の第１の実施例による量子効果デバイ
スの製造方法を示す断面工程図である。
スの製造方法を示す断面工程図である。
【図２】この発明の第２の実施例による量子効果デバイ
スの製造方法を示す工程斜視図である。
スの製造方法を示す工程斜視図である。
【図３】従来の量子効果デバイス（量子細線）の製造方
法を示す断面工程図である。
法を示す断面工程図である。
【図４】従来の量子効果デバイスの製造方法における問
題点を説明するための図である。
題点を説明するための図である。
１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ３ ＭＱＷ活性層 ４ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ５ Ｚｎ拡散領域 ６ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層 ７ ｐ型ＧａＡｓ層 １１ レジスト １２ ＺｎＯ膜 １３ ＳｉＯ2 膜 ２１ グレーティング ２３ 突起状の島
Claims (1)
- 【請求項１】 量子細線構造または量子箱構造を備えた
量子効果デバイスの製造方法において、 半導体基板上に、バンドギャップの異なる２種類の半導
体層からなる多重量子井戸構造を含む半導体ヘテロ構造
を成長する工程と、 上記多重量子井戸構造上に形成された半導体層にウエッ
トエッチングにより複数の相互に近接したストライプ状
の溝を形成する工程と、 上記溝内のみに高濃度の不純物を含む層を形成する工程
と、 上記不純物層から不純物を拡散させて上記多重量子井戸
構造を部分的に混晶化させる工程とを含むことを特徴と
する量子効果デバイスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32733392A JPH06151881A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 量子効果デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32733392A JPH06151881A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 量子効果デバイスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151881A true JPH06151881A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=18197970
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32733392A Pending JPH06151881A (ja) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | 量子効果デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151881A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100319300B1 (ko) * | 2000-03-23 | 2002-01-04 | 윤종용 | 이종접합구조의 양자점 버퍼층을 가지는 반도체 소자 |
| JP2011086855A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP32733392A patent/JPH06151881A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100319300B1 (ko) * | 2000-03-23 | 2002-01-04 | 윤종용 | 이종접합구조의 양자점 버퍼층을 가지는 반도체 소자 |
| JP2011086855A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Showa Denko Kk | 半導体発光素子の製造方法 |
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