JPH06313911A - 非線形光学材料およびその製造方法 - Google Patents
非線形光学材料およびその製造方法Info
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- JPH06313911A JPH06313911A JP10405093A JP10405093A JPH06313911A JP H06313911 A JPH06313911 A JP H06313911A JP 10405093 A JP10405093 A JP 10405093A JP 10405093 A JP10405093 A JP 10405093A JP H06313911 A JPH06313911 A JP H06313911A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３次の非線形光学感受率の大きい非線形光学
材料およびその製造方法を提供する。 【構成】 GaAs基板15上にＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バッファ
ー層14を１μｍ成長した後、膜厚8nm のＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層13と膜厚20nmのＺｎＳ0.05
Ｓｅ0.95バリア層12を交互に１０層ずつ成長させ、Ｚｎ
Ｓ0.05Ｓｅ0.95キャップ層11を200nm 成長させたものを
試料とし、線幅50nm、線間隔200nm のレジストパターン
を形成し、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオンエッ
チングにより、バリア層12、ウエル層13の１０層からな
る線幅約50nmの細線を形成する。この試料を、325 ℃に
設定した恒温炉にいれ、硫化水素ガスを2sccm 流して、
５秒間放置する。
材料およびその製造方法を提供する。 【構成】 GaAs基板15上にＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バッファ
ー層14を１μｍ成長した後、膜厚8nm のＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層13と膜厚20nmのＺｎＳ0.05
Ｓｅ0.95バリア層12を交互に１０層ずつ成長させ、Ｚｎ
Ｓ0.05Ｓｅ0.95キャップ層11を200nm 成長させたものを
試料とし、線幅50nm、線間隔200nm のレジストパターン
を形成し、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオンエッ
チングにより、バリア層12、ウエル層13の１０層からな
る線幅約50nmの細線を形成する。この試料を、325 ℃に
設定した恒温炉にいれ、硫化水素ガスを2sccm 流して、
５秒間放置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非線形光学効果を利用
した光デバイスに用いるための非線形光学材料およびそ
の製造方法に関するものであり、特に三次の非線形光学
感受率が大きい非線形光学材料およびその製造方法に関
する。
した光デバイスに用いるための非線形光学材料およびそ
の製造方法に関するものであり、特に三次の非線形光学
感受率が大きい非線形光学材料およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、非線形光学材料としては、光学フ
ィルターとして利用されているＣｄＳ x Ｓｅ1-x （Ｘは
０ないし１）などの微粒子をガラス中に分散させた半導
体微粒子分散ガラス材料、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ系（Ｘは
０ないし１）などの半導体超格子材料、ポリジアセチレ
ンなどの有機高分子材料があげられる。
ィルターとして利用されているＣｄＳ x Ｓｅ1-x （Ｘは
０ないし１）などの微粒子をガラス中に分散させた半導
体微粒子分散ガラス材料、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ系（Ｘは
０ないし１）などの半導体超格子材料、ポリジアセチレ
ンなどの有機高分子材料があげられる。
【０００３】その中で、半導体超格子材料あるいは半導
体微粒子分散ガラス材料は、量子閉じ込め効果により、
大きな非線形光学効果が期待されている。さらに、半導
体超格子材料を量子細線あるいは量子箱構造に加工する
ことにより、２次元的、３次元的に量子閉じ込めを行
い、大きな非線形光学効果を持たせる試みもなされてい
る。
体微粒子分散ガラス材料は、量子閉じ込め効果により、
大きな非線形光学効果が期待されている。さらに、半導
体超格子材料を量子細線あるいは量子箱構造に加工する
ことにより、２次元的、３次元的に量子閉じ込めを行
い、大きな非線形光学効果を持たせる試みもなされてい
る。
【０００４】従来の量子細線の製造方法を図２を用いて
説明する。図２は量子細線の製造方法の製造工程を示す
断面図である。まず、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）あ
るいは有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法のような気相
成長法で、図２（ａ）に示されるように半導体基板21上
にバリア層22とウエル層23をもつ多層構造の薄膜を積層
させる。次に図２（ｂ）に示されるように薄膜表面にレ
ジスト24を塗布し、電子ビーム、集束イオンビームなど
でレジスト24を線状に露光する（図示せず。）。レジス
ト24を現像すると、この例では図２（ｃ）に示されるよ
うに、線状に露光された部分のレジスト24が残る。この
線状に残されたレジスト24をマスクとして垂直エッチン
グが可能な、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）などによる
ドライエッチングによりレジストのない部分を選択的に
エッチングすることにより、図２（ｄ）に示されるよう
に、量子細線25を形成する。
説明する。図２は量子細線の製造方法の製造工程を示す
断面図である。まず、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）あ
るいは有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法のような気相
成長法で、図２（ａ）に示されるように半導体基板21上
にバリア層22とウエル層23をもつ多層構造の薄膜を積層
させる。次に図２（ｂ）に示されるように薄膜表面にレ
ジスト24を塗布し、電子ビーム、集束イオンビームなど
でレジスト24を線状に露光する（図示せず。）。レジス
ト24を現像すると、この例では図２（ｃ）に示されるよ
うに、線状に露光された部分のレジスト24が残る。この
線状に残されたレジスト24をマスクとして垂直エッチン
グが可能な、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または
反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）などによる
ドライエッチングによりレジストのない部分を選択的に
エッチングすることにより、図２（ｄ）に示されるよう
に、量子細線25を形成する。
【０００５】加工サイズは電子ビーム、集束イオンビー
ムのビーム径、ビームプロファイル、レジストの解像度
などで決定されており、線幅５０ｎｍ以下の量子細線の
形成が可能になっている。
ムのビーム径、ビームプロファイル、レジストの解像度
などで決定されており、線幅５０ｎｍ以下の量子細線の
形成が可能になっている。
【０００６】また、量子箱を形成する場合は、図２
（ｂ）に於いて、電子ビーム、集束イオンビームなどで
レジスト24を線状に露光する代わりに、ドット状に露光
して、ドット状のレジストをマスクとし、同様にエッチ
ングによりレジストでマスクされていない部分のII−VI
族化合物半導体の交互に積層された層を除去する事によ
り得られる。
（ｂ）に於いて、電子ビーム、集束イオンビームなどで
レジスト24を線状に露光する代わりに、ドット状に露光
して、ドット状のレジストをマスクとし、同様にエッチ
ングによりレジストでマスクされていない部分のII−VI
族化合物半導体の交互に積層された層を除去する事によ
り得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】特に、半導体微粒子分
散ガラス材料は３次元的な量子閉じ込め効果により、大
きな非線形光学効果が期待されるが、現在のところ、３
次の非線形光学感受率としては十分大きな値が得られて
いない。これは、ガラス中に含まれる半導体微粒子の量
が少ないことや半導体微粒子の粒径が均一でないこと及
び半導体微粒子とガラスとの界面において、半導体とガ
ラスが混ざりあった遷移層が存在すると推定され、バン
ドが不連続になっておらず連続的に変化しており、量子
閉じ込め効果が不十分であるためと考えられる。
散ガラス材料は３次元的な量子閉じ込め効果により、大
きな非線形光学効果が期待されるが、現在のところ、３
次の非線形光学感受率としては十分大きな値が得られて
いない。これは、ガラス中に含まれる半導体微粒子の量
が少ないことや半導体微粒子の粒径が均一でないこと及
び半導体微粒子とガラスとの界面において、半導体とガ
ラスが混ざりあった遷移層が存在すると推定され、バン
ドが不連続になっておらず連続的に変化しており、量子
閉じ込め効果が不十分であるためと考えられる。
【０００８】一方、半導体超格子では界面が急峻に変化
するため、障壁層（バッファー層）と井戸層（ウェル
層）の不連続性が大きくなり、電子と正孔を井戸層に閉
じ込めることができる。さらに、微細加工技術を用いて
量子細線あるいは量子箱構造にすることにより、電子、
正孔を２次元、３次元的に閉じ込めることができる。し
かしながらプラズマを用いたドライエッチングの際に、
表面に損傷領域が形成される。このような損傷により量
子細線、量子箱に加工することにより、３次の非線形光
学感受率は極端に減少することが問題となっていた。
するため、障壁層（バッファー層）と井戸層（ウェル
層）の不連続性が大きくなり、電子と正孔を井戸層に閉
じ込めることができる。さらに、微細加工技術を用いて
量子細線あるいは量子箱構造にすることにより、電子、
正孔を２次元、３次元的に閉じ込めることができる。し
かしながらプラズマを用いたドライエッチングの際に、
表面に損傷領域が形成される。このような損傷により量
子細線、量子箱に加工することにより、３次の非線形光
学感受率は極端に減少することが問題となっていた。
【０００９】本発明は、かかる従来の量子細線あるいは
量子箱構造の欠点を改良し、３次の非線形光学感受率の
大きな非線形光学材料およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
量子箱構造の欠点を改良し、３次の非線形光学感受率の
大きな非線形光学材料およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の非線形光学材料は、半導体基板上に、禁制帯
幅の異なる２種のII−VI族化合物半導体が交互に積層さ
れてなる超格子構造において、禁制帯幅の狭い方の半導
体の各層の厚さが２０ｎｍ以下であり、超格子構造の形
状が量子細線構造または量子箱構造であり、禁制帯幅の
狭い方の半導体の組成が、その内部よりも表面の方が硫
黄元素を含む量が多いことを特徴とする。
に本発明の非線形光学材料は、半導体基板上に、禁制帯
幅の異なる２種のII−VI族化合物半導体が交互に積層さ
れてなる超格子構造において、禁制帯幅の狭い方の半導
体の各層の厚さが２０ｎｍ以下であり、超格子構造の形
状が量子細線構造または量子箱構造であり、禁制帯幅の
狭い方の半導体の組成が、その内部よりも表面の方が硫
黄元素を含む量が多いことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の非線形光学材料の製造方法
は、半導体基板上に、禁制帯幅の異なる２種のII−VI族
化合物半導体を交互に積層して超格子構造を形成する工
程と、前記超格子構造の上部にエッチング用マスクを形
成する工程と、ドライエッチングにより前記超格子構造
の形状を量子細線構造または量子箱構造に加工する工程
と、前記量子細線構造または量子箱構造を硫黄を含む雰
囲気中で、１００℃以上５００℃以下の温度で熱処理す
る工程を備えたことを特徴とする。
は、半導体基板上に、禁制帯幅の異なる２種のII−VI族
化合物半導体を交互に積層して超格子構造を形成する工
程と、前記超格子構造の上部にエッチング用マスクを形
成する工程と、ドライエッチングにより前記超格子構造
の形状を量子細線構造または量子箱構造に加工する工程
と、前記量子細線構造または量子箱構造を硫黄を含む雰
囲気中で、１００℃以上５００℃以下の温度で熱処理す
る工程を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】反応性イオンエッチング、反応性イオンビーム
エッチングなどのドライエッチングを用いた加工プロセ
スでは、エッチングされないで残された部分の側壁にイ
オンによる損傷が残る。損傷は結晶格子の乱れや空孔と
して存在する。この損傷領域はエッチングの条件により
制御することができる。結晶格子の乱れは熱処理するこ
とにより、ある程度回復する。この際、硫黄を含む雰囲
気中で熱処理することにより、セレンあるいはテルルの
空孔に硫黄が置換される効果が生じて、局所的に置換さ
れた部分の禁制帯幅が大きくなり、電子、正孔が有効に
閉じ込められ、損傷により減少した光学的非線形性が回
復し、３次の非線形光学感受率が増大する。また、前記
硫黄を含む雰囲気中で熱処理の結果として、半導体を構
成するVI族元素のセレンあるいはテルルの空孔に硫黄が
置換され、結局、禁制帯幅の狭い方の半導体の組成が、
その内部よりも表面の方が硫黄元素を含む量が多い構造
となる。禁制帯幅のより広い方の半導体の組成について
は、その内部よりも表面の方が硫黄元素を含む量が多く
なっても差支えないが、禁制帯幅のより広い方の半導体
の組成の硫黄元素の分布については特に本発明の作用と
直接関係がない。
エッチングなどのドライエッチングを用いた加工プロセ
スでは、エッチングされないで残された部分の側壁にイ
オンによる損傷が残る。損傷は結晶格子の乱れや空孔と
して存在する。この損傷領域はエッチングの条件により
制御することができる。結晶格子の乱れは熱処理するこ
とにより、ある程度回復する。この際、硫黄を含む雰囲
気中で熱処理することにより、セレンあるいはテルルの
空孔に硫黄が置換される効果が生じて、局所的に置換さ
れた部分の禁制帯幅が大きくなり、電子、正孔が有効に
閉じ込められ、損傷により減少した光学的非線形性が回
復し、３次の非線形光学感受率が増大する。また、前記
硫黄を含む雰囲気中で熱処理の結果として、半導体を構
成するVI族元素のセレンあるいはテルルの空孔に硫黄が
置換され、結局、禁制帯幅の狭い方の半導体の組成が、
その内部よりも表面の方が硫黄元素を含む量が多い構造
となる。禁制帯幅のより広い方の半導体の組成について
は、その内部よりも表面の方が硫黄元素を含む量が多く
なっても差支えないが、禁制帯幅のより広い方の半導体
の組成の硫黄元素の分布については特に本発明の作用と
直接関係がない。
【００１３】
【実施例】半導体基板上に禁制帯幅の異なる２種のII−
VI族化合物半導体が交互に積層されてなる超格子構造、
即ち、バリア層−ウエル層−バリア層を形成して量子細
線や量子箱を製造する場合、半導体基板、バリア層、ウ
エル層については、すでによく知られているので、これ
らの詳細な説明は省略するが、一般に、半導体基板とし
ては、その上に超格子が形成できる材料が用いられ、そ
の上に製膜する材料と格子整合できる材料が好ましく用
いられる。例えば、少数の例を挙げて説明すれば、Ｚｎ
ＳyＳｅ1-y−ＺｎxＣｄ1-xＳｅ（但し、ここで0＜ｘ≦
１、0＜ｙ≦１）系の超格子であれば、例えばＧａＡｓ
基板がミスフィットが小さくて望ましい。
VI族化合物半導体が交互に積層されてなる超格子構造、
即ち、バリア層−ウエル層−バリア層を形成して量子細
線や量子箱を製造する場合、半導体基板、バリア層、ウ
エル層については、すでによく知られているので、これ
らの詳細な説明は省略するが、一般に、半導体基板とし
ては、その上に超格子が形成できる材料が用いられ、そ
の上に製膜する材料と格子整合できる材料が好ましく用
いられる。例えば、少数の例を挙げて説明すれば、Ｚｎ
ＳyＳｅ1-y−ＺｎxＣｄ1-xＳｅ（但し、ここで0＜ｘ≦
１、0＜ｙ≦１）系の超格子であれば、例えばＧａＡｓ
基板がミスフィットが小さくて望ましい。
【００１４】また、ウエル層（井戸層）は、バリア層
（障壁層）で挟まれていることが必要であるが、ウエル
層としてはバリア層に用いられる半導体層よりもより禁
制帯幅の狭い材料が、従って、バリア層としてはウエル
層に用いられる半導体層よりもより禁制帯幅の広い材料
が用いられる。尚、半導体基板上にバリア層、ウエル層
を形成する前に、格子整合をより良好にするため、必要
に応じて、半導体基板上に適宜のバッファー層を設けて
もよいことは勿論である。また、バッファー層がバリア
層をかねているものがより好ましい。ウエル層はバリア
層で挟まれていることが必要であるが、この構造を保持
する限りバリア層とウエル層は、交互に多数層積層した
層であってもよい。
（障壁層）で挟まれていることが必要であるが、ウエル
層としてはバリア層に用いられる半導体層よりもより禁
制帯幅の狭い材料が、従って、バリア層としてはウエル
層に用いられる半導体層よりもより禁制帯幅の広い材料
が用いられる。尚、半導体基板上にバリア層、ウエル層
を形成する前に、格子整合をより良好にするため、必要
に応じて、半導体基板上に適宜のバッファー層を設けて
もよいことは勿論である。また、バッファー層がバリア
層をかねているものがより好ましい。ウエル層はバリア
層で挟まれていることが必要であるが、この構造を保持
する限りバリア層とウエル層は、交互に多数層積層した
層であってもよい。
【００１５】この場合、禁制帯幅の狭い材料の層、すな
わち電子、正孔を閉じ込めるためのウエル層の厚さは材
料の組合せによって異なるが、おおよそ２０ｎｍ以下が
量子閉じ込め効果を発揮する上で適当である。
わち電子、正孔を閉じ込めるためのウエル層の厚さは材
料の組合せによって異なるが、おおよそ２０ｎｍ以下が
量子閉じ込め効果を発揮する上で適当である。
【００１６】半導体基板上に、禁制帯幅の異なる２種の
II−VI族化合物半導体が交互に積層されてた超格子層を
エッチング用マスクを用いてエッチングを行うが、エッ
チングの方法としては、異方性エッチングのしやすいド
ライエッチングで行うことが好ましい。ドライエッチン
グとしては、例えば、反応性ガスを用いた反応性イオン
エッチングまたは反応性イオンビームエッチングなどに
よるドライエッチングが好ましい。
II−VI族化合物半導体が交互に積層されてた超格子層を
エッチング用マスクを用いてエッチングを行うが、エッ
チングの方法としては、異方性エッチングのしやすいド
ライエッチングで行うことが好ましい。ドライエッチン
グとしては、例えば、反応性ガスを用いた反応性イオン
エッチングまたは反応性イオンビームエッチングなどに
よるドライエッチングが好ましい。
【００１７】反応性イオンエッチングとしては、特に限
定するものではないが、例えば三塩化ホウ素ガスや塩素
ガスなどの塩素系のガスを用いるか、あるいは、メタン
やエタンあるいはその他の炭化水素系ガスなどと水素ガ
スとの混合ガスを添加した雰囲気で、平行平板形の電極
に高周波電力を印加してプラズマ状態にして、プラズマ
中のイオンやラジカルによってエッチングが行われる。
通常、ガス圧は１０〜１００ｍＴｏｒｒ程度の範囲であ
る。また、反応性イオンビームエッチングとしては、特
に限定するものではないが、例えば三塩化ホウ素ガスや
塩素ガスなどの塩素系のガスを用いるか、あるいは、メ
タンやエタンあるいはその他の炭化水素系ガスなどと水
素ガスとの混合ガスを添加して放電させたプラズマ中か
らイオンやラジカルを引き出して試料に当てることによ
ってエッチングが行われる。この場合、通常、ガス圧は
０．１〜１０ｍＴｏｒｒ程度の範囲である。
定するものではないが、例えば三塩化ホウ素ガスや塩素
ガスなどの塩素系のガスを用いるか、あるいは、メタン
やエタンあるいはその他の炭化水素系ガスなどと水素ガ
スとの混合ガスを添加した雰囲気で、平行平板形の電極
に高周波電力を印加してプラズマ状態にして、プラズマ
中のイオンやラジカルによってエッチングが行われる。
通常、ガス圧は１０〜１００ｍＴｏｒｒ程度の範囲であ
る。また、反応性イオンビームエッチングとしては、特
に限定するものではないが、例えば三塩化ホウ素ガスや
塩素ガスなどの塩素系のガスを用いるか、あるいは、メ
タンやエタンあるいはその他の炭化水素系ガスなどと水
素ガスとの混合ガスを添加して放電させたプラズマ中か
らイオンやラジカルを引き出して試料に当てることによ
ってエッチングが行われる。この場合、通常、ガス圧は
０．１〜１０ｍＴｏｒｒ程度の範囲である。
【００１８】次に、形成された量子細線構造または量子
箱構造を硫黄を含む雰囲気中で、１００℃以上５００℃
以下の温度で熱処理する。硫黄を含む雰囲気としては好
ましくは硫黄単体やＨ2 Ｓ、（ＮＨ4）2Ｓなどの雰囲気
が挙げられる。熱処理の温度を１００℃以上５００℃以
下とすることにより、硫黄が超格子構造の表面には入り
込むが、超格子構造の内部まで侵入しないので好まし
い。硫黄の含有量は、特に限定するものではないが、禁
制帯幅の狭い方の半導体層の表面における半導体を構成
するVI族元素の合計の２０原子％以下程度にしておくこ
とが、超格子構造に悪影響を及ぼさないので好ましい。
箱構造を硫黄を含む雰囲気中で、１００℃以上５００℃
以下の温度で熱処理する。硫黄を含む雰囲気としては好
ましくは硫黄単体やＨ2 Ｓ、（ＮＨ4）2Ｓなどの雰囲気
が挙げられる。熱処理の温度を１００℃以上５００℃以
下とすることにより、硫黄が超格子構造の表面には入り
込むが、超格子構造の内部まで侵入しないので好まし
い。硫黄の含有量は、特に限定するものではないが、禁
制帯幅の狭い方の半導体層の表面における半導体を構成
するVI族元素の合計の２０原子％以下程度にしておくこ
とが、超格子構造に悪影響を及ぼさないので好ましい。
【００１９】超格子構造を構成するII-VI 族化合物半導
体は、ＺｎＳx Ｓｅ1-x 系、ＣｄＳ x Ｓｅ1-x 系、Ｚｎ
x Ｃｄ1-x Ｓｅ系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｔｅ系、Ｚｎx Ｍｎ
1-xＳｅ系、Ｚｎx Ｍｎ1-x Ｔｅ系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓ
ｅ系、およびＣｄx Ｍｎ1-xＴｅ系、（ｘは０ないし
１）のいずれかあるいは、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｓｅ1-y
系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓ
ｅy Ｔｅ1-y 系、ＺｎxＭｎ1-x Ｓy Ｓｅ1-y 系、Ｚｎ
x Ｍｎ1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｚｎx Ｍｎ1-x Ｓｅ y Ｔｅ
1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓy Ｓｅ1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ
1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 系
（ｘは０ないし１、ｙは０ないし１）が適当である。
体は、ＺｎＳx Ｓｅ1-x 系、ＣｄＳ x Ｓｅ1-x 系、Ｚｎ
x Ｃｄ1-x Ｓｅ系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｔｅ系、Ｚｎx Ｍｎ
1-xＳｅ系、Ｚｎx Ｍｎ1-x Ｔｅ系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓ
ｅ系、およびＣｄx Ｍｎ1-xＴｅ系、（ｘは０ないし
１）のいずれかあるいは、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｓｅ1-y
系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｚｎx Ｃｄ1-x Ｓ
ｅy Ｔｅ1-y 系、ＺｎxＭｎ1-x Ｓy Ｓｅ1-y 系、Ｚｎ
x Ｍｎ1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｚｎx Ｍｎ1-x Ｓｅ y Ｔｅ
1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓy Ｓｅ1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ
1-x Ｓy Ｔｅ1-y 系、Ｃｄx Ｍｎ1-x Ｓｅy Ｔｅ1-y 系
（ｘは０ないし１、ｙは０ないし１）が適当である。
【００２０】以下、本発明の具体的実施例について説明
する。図１は本発明の一実施例による量子細線構造の断
面を示す図で12はＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バリア層、13はＺ
ｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層、11はＺｎＳ
0.05Ｓｅ0.95キャップ層、14はＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バッ
ファー層、15はGaAs基板である。16は硫黄（Ｓ）を含む
雰囲気中で熱処理したことによって形成された硫黄量の
多い部分である。材料の組合せによって電子、正孔を閉
じ込めるためのウエル層の厚みは異なるが、おおよそ２
０ｎｍ以下が適当である。
する。図１は本発明の一実施例による量子細線構造の断
面を示す図で12はＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バリア層、13はＺ
ｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層、11はＺｎＳ
0.05Ｓｅ0.95キャップ層、14はＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バッ
ファー層、15はGaAs基板である。16は硫黄（Ｓ）を含む
雰囲気中で熱処理したことによって形成された硫黄量の
多い部分である。材料の組合せによって電子、正孔を閉
じ込めるためのウエル層の厚みは異なるが、おおよそ２
０ｎｍ以下が適当である。
【００２１】以下、図１に示した本発明の一実施例によ
る量子細線構造からなる非線形光学材料の製造方法を説
明する。まず、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により
GaAs基板上にＺｎＳ0.05Ｓｅ0. 95バッファー層を基板温
度325 ℃で１μｍ成長した後、膜厚8nm のＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層と膜厚20nmのＺｎＳ0.05Ｓ
ｅ0.95バリア層を交互に１０層ずつ成長させ、ＺｎＳ
0.05Ｓｅ0.95キャップ層を200nm 成長させたものを試料
とした。
る量子細線構造からなる非線形光学材料の製造方法を説
明する。まず、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により
GaAs基板上にＺｎＳ0.05Ｓｅ0. 95バッファー層を基板温
度325 ℃で１μｍ成長した後、膜厚8nm のＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層と膜厚20nmのＺｎＳ0.05Ｓ
ｅ0.95バリア層を交互に１０層ずつ成長させ、ＺｎＳ
0.05Ｓｅ0.95キャップ層を200nm 成長させたものを試料
とした。
【００２２】試料上にノボラック系のネガレジストを0.
1 μｍ塗布し、電子ビーム露光により、線幅50nm、線間
隔200nm のレジストパターンを形成した。次に、この薄
膜を反応性イオンエッチング装置のカソード電極上に設
置し、三塩化ほう素ガスを装置に導入した。このときの
圧力は10mTorr とした。13.56MHzの高周波を印加して放
電を起こした。高周波電力密度は１W/cm2 とした。放電
中カソード電極を水冷し、GaAs基板の温度が高くならな
いようにした。ZnSSe バッファー層が0.1 μｍエッチン
グされるまでエッチングを行った。この時、ＺｎＳ0.05
Ｓｅ0.95バリア層、Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウ
エル層１０層からなる線幅約50nmの細線が形成された。
得られた細線は、アンダーカットのほとんどない垂直な
側壁形状であった。
1 μｍ塗布し、電子ビーム露光により、線幅50nm、線間
隔200nm のレジストパターンを形成した。次に、この薄
膜を反応性イオンエッチング装置のカソード電極上に設
置し、三塩化ほう素ガスを装置に導入した。このときの
圧力は10mTorr とした。13.56MHzの高周波を印加して放
電を起こした。高周波電力密度は１W/cm2 とした。放電
中カソード電極を水冷し、GaAs基板の温度が高くならな
いようにした。ZnSSe バッファー層が0.1 μｍエッチン
グされるまでエッチングを行った。この時、ＺｎＳ0.05
Ｓｅ0.95バリア層、Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウ
エル層１０層からなる線幅約50nmの細線が形成された。
得られた細線は、アンダーカットのほとんどない垂直な
側壁形状であった。
【００２３】この細線に加工した薄膜の非線形光学感受
率を測定するために、裏面のＧａＡｓ基板を化学エッチ
ングにより取り除いた。波長490nm のレーザ光線を用い
た縮退４光波混合法により、３次の非線形光学感受率χ
(3) を室温で測定した。χ(3 ) は１．２×１０-6esu の
値を示した。
率を測定するために、裏面のＧａＡｓ基板を化学エッチ
ングにより取り除いた。波長490nm のレーザ光線を用い
た縮退４光波混合法により、３次の非線形光学感受率χ
(3) を室温で測定した。χ(3 ) は１．２×１０-6esu の
値を示した。
【００２４】次に、ＧａＡｓ基板を取り除く前の試料
を、325 ℃に設定した恒温炉にいれ、硫化水素ガス（Ｈ
2 Ｓ）を2sccm 流して、５秒間放置した。この細線状の
薄膜の裏面のＧａＡｓ基板を化学エッチングにより取り
除き、波長490nm のレーザ光線を用いた縮退４光波混合
法により、３次の非線形光学感受率χ(3) を室温で測定
した。このとき、χ(3) は２．０×１０-5esu の値を示
した。硫黄を含む雰囲気中で熱処理することによりχ
(3) の値が増大した。硫黄を含む雰囲気中で熱処理する
温度は１００℃から５００℃の間が適当であった。
を、325 ℃に設定した恒温炉にいれ、硫化水素ガス（Ｈ
2 Ｓ）を2sccm 流して、５秒間放置した。この細線状の
薄膜の裏面のＧａＡｓ基板を化学エッチングにより取り
除き、波長490nm のレーザ光線を用いた縮退４光波混合
法により、３次の非線形光学感受率χ(3) を室温で測定
した。このとき、χ(3) は２．０×１０-5esu の値を示
した。硫黄を含む雰囲気中で熱処理することによりχ
(3) の値が増大した。硫黄を含む雰囲気中で熱処理する
温度は１００℃から５００℃の間が適当であった。
【００２５】なお、レジストパターンを点状（ドット
状）にすることにより、量子箱構造の非線形光学材料を
製造することができる。
状）にすることにより、量子箱構造の非線形光学材料を
製造することができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明の非線形光学材料は、３次の非線
形光学感受率の大きな非線形光学材料を提供できる。
形光学感受率の大きな非線形光学材料を提供できる。
【００２７】また、本発明の非線形光学材料の製造方法
は、３次の非線形光学感受率の大きな非線形光学材料を
容易に製造する方法を提供できる。
は、３次の非線形光学感受率の大きな非線形光学材料を
容易に製造する方法を提供できる。
【図１】本発明の非線形光学材料の一実施例の断面図で
ある。
ある。
【図２】従来の量子細線の製造方法の工程を示す断面図
である。
である。
１１ ＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95キャップ層 １２ ＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バリア層 １３ Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.05Ｓｅ0.95ウエル層 １４ ＺｎＳ0.05Ｓｅ0.95バッファー層 １５ GaAs基板 １６ 硫黄量の多い部分 ２１ 半導体基板 ２２ バリア層 ２３ ウエル層 ２４ レジスト ２５ 量子細線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に、禁制帯幅の異なる２種
のII−VI族化合物半導体が交互に積層されてなる超格子
構造において、禁制帯幅の狭い方の半導体の各層の厚さ
が２０ｎｍ以下であり、超格子構造の形状が量子細線構
造または量子箱構造であり、禁制帯幅の狭い方の半導体
の組成が、その内部よりも表面の方が硫黄元素を含む量
が多いことを特徴とする非線形光学材料。 - 【請求項２】 半導体基板上に、禁制帯幅の異なる２種
のII−VI族化合物半導体を交互に積層して超格子構造を
形成する工程と、前記超格子構造の上部にエッチング用
マスクを形成する工程と、ドライエッチングにより前記
超格子構造の形状を量子細線構造または量子箱構造に加
工する工程と、前記量子細線構造または量子箱構造を硫
黄を含む雰囲気中で、１００℃以上５００℃以下の温度
で熱処理する工程を備えたことを特徴とする非線形光学
材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10405093A JPH06313911A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10405093A JPH06313911A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06313911A true JPH06313911A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14370389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10405093A Pending JPH06313911A (ja) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | 非線形光学材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06313911A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104637783A (zh) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Imec公司 | 用于清洁和钝化硫属化物层的方法 |
-
1993
- 1993-04-30 JP JP10405093A patent/JPH06313911A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104637783A (zh) * | 2013-11-07 | 2015-05-20 | Imec公司 | 用于清洁和钝化硫属化物层的方法 |
| JP2015111658A (ja) * | 2013-11-07 | 2015-06-18 | アイメックＩｍｅｃ | カルコゲニド層を洗浄およびパッシベーションする方法 |
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