JPH0697425A

JPH0697425A - 量子細線超格子構造体及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0697425A
Application number: JP4244496A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Haraguchi; 恵一原口; Toshio Katsuyama; 俊夫勝山; Takeyuki Hiruma; 健之比留間; Masamitsu Yazawa; 正光矢沢; Masanari Takaguchi; 雅成高口; Hiroshi Kakibayashi; 博司柿林
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、１次元量子細線超格子を容易
に実現することにある。【構成】針状結晶１は単一の材料のジンクブレンド構造
２とウルツァイト構造３とで１次元量子細線超格子を構
成する。【効果】１次元量子細線超格子を容易に実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１次元量子細線超格子を
持つ構造体、その製造方法、及びそれを用いた光デバイ
ス、電子デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、一般に古典物理のイメージによっ
て設計された半導体素子の性能向上には限界がせまりつ
つあるとみられている。これは微細加工技術そのものに
限界が見え始めていることと、微細構造による様々な困
難の出現によるものである。

【０００３】しかし一方、微細な構造を作製することに
よって、所謂閉じ込め効果などの量子効果が出現し始
め、この効果を積極的に利用することによって、半導体
デバイスの様々な性能の向上が期待されている。すなわ
ち、光デバイスの分野において、半導体量子井戸や量子
細線を用い、キャリアの多次元量子閉じ込め効果によ
り、半導体レーザの発振光の線スペクトル幅の低減や、
しきい値電流密度の低下が実現している。また、電子デ
バイスの分野において、高電子移動度トランジスタ（Ｈ
ＥＭＴ）に代表される電子デバイスにおける変調ドープ
構造の活用により、キャリア移動度の大幅な向上や低雑
音化が実現している。

【０００４】このような量子井戸や量子細線について、
様々な作製法が提案されている。特に、量子細線では、
主にＧａＡｓ等の半導体にリソグラフィとエッチング技
術による微細加工技術を施すことによって作製されてい
る（フィジカル・レビュー・レターズ６４、（１９９
０年）第１１５４ページから第１１５７ページ、(Phys.
Rev.Lett.64,1154-1157(1990))),（アプライド・フィジ
ックス・レターズ５８、（１９９１年）第１４４０ペ
ージから第１４４２ページ、(Appl.Phys.Lett.58,1440-
1442(1991)))。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな微細加工によって作製された量子細線は、細線の表
面あるいは界面に結晶欠陥が多数形成されるという欠点
がある。このような結晶欠陥は発光現象の場合では、非
発光中心を形成し、発光効率を著しく低下させる原因と
なり、キャリア輸送の場合では、捕獲中心を形成してキ
ャリアをトラップし、著しく移動度を低下させる原因と
なる。また、超格子構造の作製という観点からも同様の
ことが指摘できる。

【０００６】一般に従来技術を用いて量子効果によりデ
バイスの性能を向上させるためには、１０００Å以下の
構造を１原子層の狂いもないほどに形成する高度な制御
性と、超格子構造の作製における場合のように複雑で、
かつ多数の工程を必要としている。しかし、これは現在
極めて困難である。すなわち、半導体の微細加工技術は
近年極限にきているといわれており、このような微細加
工を従来技術で行なうことは不可能に近いと考えられて
いる。このため、量子細線構造や１次元超格子構造を採
用することにより、デバイス性能の大幅な改善が期待さ
れているにもかかわらず、いまだ実現にはいたっていな
い。したがって、このような方法で量子細線や１次元超
格子を利用して、例えば半導体レーザや電子デバイスを
作製したとしても、高効率の発振も高い移動度も得られ
ず、実用上致命的な欠点となる。

【０００７】上述したように、従来の方法で作製した量
子細線は実用上重大な欠点があり、本発明は、このよう
な欠点を除いた量子細線を用いたデバイスを提供するも
のである。

【０００８】一般に、量子細線や１次元超格子構造（１
０００Å以下の径を持つ量子細線の長手方向に超格子構
造を形成した構造）を作製するための障害と成る事項
は、次の通りである。（１）量子細線や１次元超格子構造の表面及び界面の揺
らぎ、つまり作製における制御性の困難である。（２）バンド構造を変調するために結晶の材料を変える
ことから生じる捕獲準位、非発光準位の形成である。（３）量子細線や１次元超格子構造をリソグラフィやエ
ッチング技術を用い人工的に形成することから生じる工
程数の多さ、及び複雑さである。（４）また、これらのことから派生する素子の信頼性の
低さ、歩留まりの悪さ、耐久性の低さである。

【０００９】本発明の目的のひとつは、量子細線や１次
元超格子構造の表面及び界面の揺らぎを無くした構造
体、装置、その作製方法と、それを用いた素子を提供す
ることである。本発明の他の目的は、他の材料を用い
ることなく単一の材料を用いて（このため、捕獲準位や
非発光準位の形成を伴わない）バンド構造や誘電率、透
磁率、電気伝導度を変調することが可能な構造体、装
置、その作製方法を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、量子細線や１次元超
格子構造を自然現象を利用して形成するゆえに、工程数
が少なく単純な構造体、装置、その作製方法を提供する
ことである。

【００１１】本発明の他の目的は、上記技術をもとにし
た、信頼性の高い、歩留まりのよい、耐久性の高い構造
体、装置、その作製方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、結晶構造を結晶内の異なる位置に形成することによ
ってポテンシャル分布を形成した構造体を用いることを
基本とする。

【００１３】上記目的を達成するために、本発明では、
半導体基板上に成長した針状結晶を用いることを基本と
する。

【００１４】

【作用】一般に針状結晶はその独特の成長機構のゆえに
結晶欠陥が非常に少ないという特徴を持つ。

【００１５】最近、ＧａＡｓやＩｎＡｓの針状結晶の断
面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観測したところ、その
結晶性は極めて良好であることが分かった。また、針状
結晶の結晶性長の途中でドーパントをｎからｐに切り換
え、ｐ-ｎ接合を針状結晶の内部に形成し、その電流−
電圧特性を評価したところ、その電気特性は極めてよい
ことが分かり、このことから、針状結晶の結晶性が優れ
ていることが分かった。さらに、成長の温度を変えた針
状結晶のＴＥＭ像によれば、その構造は図１（ａ）に示
すようにジンクブレンド構造とウルツァイト構造の双晶
になっており、ＧａＡｓの針状結晶の成長中の基板温度
５００℃のものでは構造の周期が２００Åと、極めて整
然と整列していることが分かった。従って、針状結晶の
長手方向のバンド図は図１（ｂ）に示すような超格子構
造をとっていることが明らかとなった。

【００１６】量子効果を有効に引き出すためには径が１
０００Å以下であることが望ましいが、この時の針状結
晶の直径はおよそ１００Åで（これは結晶の成長時間に
より、容易に制御可能である）、量子細線として用いる
ためにも最適である。また、ＩｎＡｓの針状結晶では、
成長中の基板温度３５０℃で結晶構造の周期がわずか４
０Åのものが作製できた。従って、針状結晶には所謂１
次元超格子を形成することができる。本発明では、人工
的で複雑な工程を用いずに自然現象によって、こうした
構造を単一の材料でも作製できることを利用する。

【００１７】この針状結晶を用いて、例えば発光素子と
して利用しようとすれば、非発光過程が少ないために発
光効率がよい多重量子井戸レーザが容易に作製できる。
また、電子デバイスとして利用しようとすれば、捕獲準
位が少なく、電子と光学フォノンの散乱が少ないという
１次元超格子特有の性質のために、極めて高移動度で低
雑音のトランジスタが容易に作製できる。

【００１８】光素子、例えば上述した多重量子井戸レー
ザ（ＭＱＷレーザ）を実現する場合、針状結晶をｐ層と
ｎ層の間にｉ層として挿入した構造の作製が可能であ
る。また、針状結晶の成長中にｐまたはｎをドープする
こともできるので、もちろんこの方法でもＭＱＷレーザ
を実現可能である。電子デバイスとして用いる場合も、
もちろん、ｐ，ｉ，ｎのいずれのド−ピング構造も実現
できる。

【００１９】針状結晶を用いて閉じ込め効果を引き出す
ためには、針状結晶の周囲の材料が針状結晶の材質と異
なり、例えば、電子を閉じ込める場合であれば、電子親
和力が針状結晶よりも小さいことが必要である。このこ
とから、例えば針状結晶の材料がＧａＡｓであれば、周
囲の材料はＡｌ₀.₃Ｇａ₀.₇Ａｓであればよい。また、周
囲の材料が絶縁体（例えばスピン・オン・グラス：ＳＯ
Ｇ）から形成されれば、量子閉じ込め効果はより効率よ
く発現する。

【００２０】針状結晶の材料は現在、III−Ｖ族化合物
半導体であるＧａＡｓとＩｎＡｓが実現されているが、
針状結晶を形成するものであれば、他のIII−Ｖ族化合
物半導体（応用上、特にＩｎＰ）でもよいし、IVのＳｉ
などでもよい。さらに、針状結晶を形成し、かつバンド
エンジニアリングを適用する材料であれば絶縁体や、超
伝導体でも構わない。

【００２１】針状結晶の基板は現在ＧａＡｓ基板を用い
ているが、ＩｎＰ基板や、Ｓｉの基板でも問題はない。
また、針状結晶は一般に基板の｛１１１｝面に垂直に
（つまり、＜１１１＞軸方向、またはこれと等価な方向
に）成長するので、基板の面方位を変えれば、針状結晶
の軸方向も所望の方向に変えることができる。

【００２２】このような針状結晶の作製方法の有効な一
つの手段を説明する。まず、基板をリアクティブ・イオ
ン・エッチング（ＲＩＥ）装置の中に、作製する半導体
材料と共晶系を形成する金などの金属とともにいれ、同
時にスパッタする。この時、ＲＩＥ装置に一端金などが
付着すれば、次からはいちいち金などをＲＩＥ装置にい
れる必要はない。また、この他にも、フォーカスド・イ
オン・ビーム（ＦＩＢ）により、基板上の所望の位置に
金などを打ち込み、その位置に針状結晶を成長させるこ
ともできる。

【００２３】次に、減圧有機金属気相成長法を用い、実
施例に示すような基板の温度範囲で針状結晶を成長させ
る。針状結晶の長さや太さは、成長時の原料供給量、成
長時間等によって制御でき、針状結晶内部の結晶構造の
周期は成長時の基板温度等によって制御できる。

【００２４】本発明では、直径がほぼ１０００Å以下と
小さく、かつ内部で結晶構造が変調された針状結晶にキ
ャリアを注入することによって、光デバイスや電子デバ
イスとして動作させることを基本とする。

【００２５】針状結晶の製造の際には、いずれにせよ、
作製する半導体材料と共晶系を形成する金などの金属を
基板に埋め込む。針状結晶はこれを種にして成長する。
従って、成長種の位置を操作することによって、針状結
晶の成長する位置を制御することができる。この他、針
状結晶の長さや太さは、成長時の成長時間や原料供給量
で制御できる。この時、針状結晶の直径を１０００Å以
下にすることにより、量子閉じ込め効果を発現すること
ができる。また、針状結晶内部の結晶構造は、ジンクブ
レンド構造とウルツァイト構造でそれぞれエネルギーギ
ャップや電子親和力も異なるため、必然的に１次元超格
子構造を形成する。その分布は成長時の基板温度により
ある程度制御することができる。このような量子細線の
超格子構造は従来技術でも試みられているが、成功にい
たっていない。その理由は、量子細線の表面や界面にお
ける揺らぎや結晶欠陥である。すなわち、注入されたキ
ャリアは、界面の揺らぎによって散乱を受けたり、結晶
欠陥の作る捕獲準位にトラップされたりする。針状結晶
は、自然現象によってこれらの１次元超格子構造を形成
するために、表面や界面の揺らぎや結晶欠陥が本質的に
少なく、そのため、注入されたキャリアを効率よく輸送
したり、再結合させたりすることができる。

【００２６】一般に、径が１０００Å以下の量子細線で
は、周囲の材料の電子親和力が小さい場合には量子井戸
が形成され、そこに量子準位ができる。そこに溜った電
子に外部から電界が印加されるとフェルミレベルに勾配
が生じ、電子は移動するが、この時、電子のフェルミ波
数の選択の範囲がせまく、散乱を受けた場合には大きな
運動量変化を伴うため散乱確率は小さくなり、その分電
子の移動度が通常のバルクの半導体に比べ向上するとい
われている。

【００２７】また、径が１００Å程度の量子細線の長手
方向に超格子構造が形成されると、量子井戸中の量子準
位に閉じ込められた電子の波動関数の重なりによってミ
ニバンドが形成される。この時、量子細線の径と超格子
の周期が適当に設計されていれば、すなわち、量子細線
の径が１００Å程度、超格子の周期１００Å程度、形成
されたミニバンドのバンド幅が２０ｍｅＶ程度よりも小
さく、ミニバンド間のエネルギーギャップが５０ｍｅＶ
程度より大きければ、電子−光学フォノン散乱のエネル
ギー値が存在しないために、電子−光学フォノン散乱そ
のものが抑制され、電子デバイスの電流値が低雑音化す
るといわれている。針状結晶は、これらの諸特性向上実
現の為の条件を十分備えている。

【００２８】

【実施例】（実施例１）ＧａＡｓ基板（キャリア濃度１
０¹⁸ｃｍ~³、面方位（１１１））のひ素面をリアクティ
ブ・イオン・エッチング（ＲＩＥ）装置のプラズマでス
パッタする。ＲＩＥ装置のチャンバ内には、同時に金
（または、鉄、ニッケル、白金等）をいれておき、Ｇａ
Ａｓ基板と同時にスパッタする。（一度ＲＩＥの装置を
このように汚染しておけば、２度目以降、その装置に金
等をいれる必要はない。）次に、減圧有機金属気相成長
法（ＭＯＣＶＤ法）により、ＧａＡｓ針状結晶を形成す
る。III族原料には、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
Ｖ族原料にはアルシン（ＡｓＨ₃）を用いる。この時、
ｎドープをする場合であれば、ジシラン（Ｓ₂Ｈ₆）を同
時に用いる。基板温度５００℃、原料ガス供給時間３０
０秒、Ｖ／III比１００（１〜２００）の条件で成長す
ると、図２に示すようにＧａＡｓの微細な針状結晶１が
成長する。針状結晶の長さは、ほぼ２μｍと均質で、直
径は約１００Åである。

【００２９】上記の条件で作製した試料を透過電子顕微
鏡で観察したところ、図１（ａ）（これは、上記条件で
作製したＧａＡｓの針状結晶の１本を横にして見た図で
ある）に示すように、ジンクブレンド構造２とウルツァ
イト構造３との双晶になっていた。この時、ウルツァイ
ト構造の長さＤ〜１００Å，ジンクブレンド構造の長さ
ｄ〜１００Åであった。

【００３０】ＧａＡｓの針状結晶を成長する際、その基
板温度を４６０℃で成長するとほぼジンクブレンド構造
に、５５０℃で成長するとほぼウルツァイト構造にな
る。

【００３１】従って、４６０℃〜５５０℃の温度範囲で
成長することにより、結晶構造の分布は、およそ図３に
示すようになるので自由に制御することができる。

【００３２】図１（ｂ）はＧａＡｓの針状結晶１の１本
を横にして見た図に対応して描いたバンド図である。上
記の条件で結晶成長した針状結晶は、バンドギャップ
（Ｅg）の変化の周期が１００Åと、超格子として理想
であり、また、結晶構造の違いによるエネルギーギャッ
プの差も、およそ２００ｍｅＶと大きい。このため、針
状結晶の太さやバンド構造の周期を１００Å程度にする
ことはもちろん、サブバンドの幅を２０ｍｅＶ、サブバ
ンド間のバンドギャップを５０ｍｅＶ程度にすることも
可能である。従ってこの結晶は電子デバイスや光デバイ
スとして用いる材料としては理想的である。

【００３３】（実施例２）ＧａＡｓ基板（面方位（１１
１））のひ素面に、実施例１と同様にしてＩｎＡｓの針
状結晶を成長することもできる。この時のIII族原料に
はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料にはアル
シン（ＡｓＨ₃）を用いる。基板温度は３５０℃、原料
ガス供給時間３００秒、Ｖ／III比２００（１２０〜３
６０）の条件で成長すると、図４に示すように、ＧａＡ
ｓの針状結晶と同様の構造を持つＩｎＡｓの針状結晶５
が成長する。

【００３４】上記の条件で成長した試料では、針状結晶
の長さはほぼ２φｍと均質で、直径は１００Åである。
この試料を透過電子顕微鏡で観察したところ、ＧａＡｓ
の場合と同様、ジンクブレンド構造２とウルツァイト構
造３との双晶になっており、バンドの概形図は図１
（ｂ）と同様で、ウルツァイト構造の長さＤ〜１００
Å、ジンクブレンド構造の長さｄ〜１００Åであった。

【００３５】ＩｎＡｓの針状結晶を成長する際、その温
度を３００℃で成長するとほぼジンクブレンド構造に、
４００℃で成長するとほぼウルツァイト構造になる。従
って、３００℃〜４００℃の温度範囲で成長することに
より、結晶構造の分布は、およそ図５に示すようになる
ので自由に制御できる。

【００３６】なお、ＩｎＡｓではＧａＡｓに比べて電子
の移動度がもともと大きいのでさらに大きな量子効果を
引き出すことができる。

【００３７】（実施例３）実施例１、２において、ＲＩ
Ｅ装置を使用せずに、ＧａＡｓ基板にフォーカスド・イ
オン・ビーム（ＦＩＢ）装置により、金等の原子を微小
な種として植え付け、そこに針状結晶を成長させること
によって針状結晶の成長する位置や密度等を制御するこ
ともできる。金等の原子数約１０⁵個程度をある微小な
領域に打ち込むことにより、針状結晶が１本成長するの
で、極めて制御性よく成長させることが可能である。

【００３８】（実施例４）ＧａＡｓの針状結晶を成長さ
せたｎドープの基板の上からスピン・オン・グラス（Ｓ
ｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ：ＳＯＧ）７を塗布しベーク
して、図６に示すように電極６を形成した。針状結晶先
端と電極との電気的特性は、針状結晶先端部分に金原子
が付着し合金状態を形成しているためにオーミック接触
となっていた。図６のような素子を針状結晶を１本含む
ように劈開して切り出し、図７に示すようにリード線を
設ける。

【００３９】図７に示す素子の電気伝導を測定すると、（１）量子細線構造によるキャリアの移動度の向上（２）図１に示すような１次元超格子構造をとるために
電子−光学フォノン散乱の禁止による低雑音特性等、電気特性を著しく改善することができる。

【００４０】なお、ｎ型のみでなく、ｐ型についても同
様のことがいえる。

【００４１】（実施例５）ＧａＡｓの針状結晶を実施例
１と同様にして成長した後、それを通常のエピタキシャ
ル成長によりＡｌ₀.₃Ｇａ₀.₇Ａｓ８で埋め込む。次に、
実施例４と同様に電極を設け劈開すると図８のような素
子を得る。この素子では、ＳＯＧで埋め込んだ場合のよ
うに真空準位にキャリアを閉じ込めている訳ではないの
で閉じ込め効果は減ずるが、針状結晶とＡｌＧａＡｓと
の間の界面準位が少ないためにキャリアが界面付近でト
ラップされる率が少なく、電気的特性をさらに向上させ
ることができる。

【００４２】（実施例６）図９のように、実施例２で作
製した素子において、針状結晶の電極を設けたところと
は異なるＡｌ₀.₃Ｇａ₀.₇Ａｓ８の領域にショットキー電
極９を設けることにより、３端子の電子素子を作製する
ことができる。電極９はゲート電極、電極６はソースま
たはドレイン電極である。

【００４３】動作特性は、実施例１の（１）、（２）の
理由により、低雑音の高周波特性を実現できる。

【００４４】（実施例７）実施例５と同様の方法でＡｌ
₀.₃Ｇａ₀.₇Ａｓ層８で針状結晶を埋め込んだ後、ｐドー
プ（本実施例では炭素ドープ）のＧａＡｓ層１０を通常
の方法で積層し、図１０に示すような素子を作製する。
（ただし、針状結晶の先端に金等の原子が合金状態で付
着しているため、ｐ−ＧａＡｓ層１０は無くとも正孔は
供給される。）針状結晶１は図１に示すような良好な超
格子構造をしているゆえに、多重量子井戸レーザ（ＭＱ
Ｗレーザ）として動作する。従来のＭＱＷレーザでは量
子井戸が多重であるために作製に高度な結晶成長技術
と、作製の為の多大な時間が必要であったが、針状結晶
は適当な条件さえ整えてあげれば自然に成長するので、
作製の為の時間が大幅に短縮できる。

【００４５】（実施例８）ＧａＡｓのオフ基板１２を用
いて、図１１に示すように素子構造を作製すれば、多重
量子細線素子として用いることができる。図１１（ａ）
は断面図、図１１（ｂ）は上から眺めた図である。ＦＩ
Ｂにより、ｎドープの針状結晶をオフ基板の一つのステ
ップ上に並べて成長し、それをｎ−ＡｌＧａＡｓ１３で
埋め込む。針状結晶の直径は成長時間を変えることによ
り調整できるので、ステップをすべて覆うように調整す
る。針状結晶の上の方はエッチングしてゲート電極を設
け（この時、針状結晶の上はすべてゲート電極に覆われ
るようにする）、両側のｎ−ＡｌＧａＡｓ１３の部分に
はソースまたはドレイン電極を設ける。

【００４６】この方法によれば、従来技術ではなかなか
かなわなかった多重量子細線が構築できる。このように
量子細線を多重化することで、電流を大幅に稼ぐことが
可能である。

【００４７】上記実施例では、ｐ型でも同様である。

【００４８】（実施例９）実施例１の方法において、成
長条件を適当に選ぶことによりウルツァイト構造の方が
ひろい針状結晶を作製することも可能である。図１２
は、そのようにして作製した共鳴トンネルダイオードで
ある。従来技術では困難であった障壁ポテンシャルを、
針状結晶の結晶成長の条件をうまく選ぶことで、なんら
加工することなしに作製することができる。

【００４９】この他にも、例えばＩｎＰなどのIII−Ｖ
族化合物半導体でも可能である。また、II−VI族化合物
半導体の中にはジンクブレンド構造やウルツァイト構造
やロックサルト構造をとる材料がしられている。

【００５０】しかし、他の材料においても、例えば、半
導体に限らず絶縁体や超伝導体、金属においても針状結
晶を作製する方法が明らかになれば、その時は上記実施
例と同様の方法でバンドエンジニアリングを実現できる
ことはいうまでもない。その時は、例えば磁場をかけて
電気伝導を変調するとか、従来からある素子と組み合わ
せるなどして素子の多様化を実現することは容易に可能
である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結晶構造を変調した針状結晶を用いて１次元量子細線超
格子を自然現象を利用して容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の針状結晶内部の結晶構造とバンドを説
明する図。

【図２】ＧａＡｓ針状結晶をＧａＡｓ基板上に成長した
図。

【図３】基板温度と結晶構造の関係を示す図。

【図４】ＩｎＡｓ針状結晶をＧａＡｓ基板上に成長した
図。

【図５】基板温度と結晶構造の関係を示す図。

【図６】針状結晶に電極を形成した図。

【図７】針状結晶を絶縁体で埋め込んだ素子を示す図。

【図８】針状結晶を半導体で埋め込んだ素子を示す図。

【図９】針状結晶を用いた３端子素子を示す図。

【図１０】針状結晶を用いた多重量子井戸レーザを示す
図。

【図１１】針状結晶を用いた多重量子細線素子を示す
図。

【図１２】針状結晶を用いた共鳴トンネルダイオード。

【符号の説明】

１…ＧａＡｓ針状結晶、２…ジンクブレンド構造、３…
ウルツァイト構造、４…ＧａＡｓ基板、５…ＩｎＡｓ針
状結晶、６…電極、７…スピン・オン・グラス（ＳＯ
Ｇ）、８…ＡｌＧａＡｓ、９…ショットキー電極、１０
…ｐドープＧａＡｓ層、１１…ｎ−ＧａＡｓ基板、１２
…ｉ−ＧａＡｓオフ基板、１３…ｎ−ＡｌＧａＡｓ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/18 (72)発明者矢沢正光東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者高口雅成東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者柿林博司東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異なる結晶構造を結晶内の異なる位置に形
成することによってポテンシャル分布を形成したことを
特徴とする量子細線超格子構造体。
【請求項２】上記構造体を半導体材料で形成することを
特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項３】上記異なる結晶構造を、上記結晶内の周期
的に異なる位置に形成することによって、上記ポテンシ
ャルに周期的分布を形成したことを特徴とする請求項１
記載の量子細線超格子構造体。
【請求項４】径が１０００Å以下の量子細線内の長手方
向の異なる位置に、上記異なる結晶構造を形成すること
によってポテンシャルを変化させ、１次元超格子構造を
実現していることを特徴とする請求項１記載の量子細線
超格子構造体。
【請求項５】針状結晶を用いて結晶構造を周期的に異な
る位置に形成することによってポテンシャルに周期的分
布を形成したことを特徴とする請求項１記載の量子細線
超格子構造体。
【請求項６】結晶構造の変調の周期が２００Å以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造
体。
【請求項７】上記異なる結晶構造を、それぞれ異種の材
料で形成していることを特徴とする請求項１記載の量子
細線超格子構造体。
【請求項８】上記異なる結晶構造としてジンクブレンド
構造とウルツァイト構造を用いて形成していることを特
徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項９】請求項４記載の構造体の量子細線の長手方
向に電流を流すことを特徴とする量子細線超格子装置。
【請求項１０】請求項１記載の構造体の異なる結晶構造
の接合する部分に電流を流すことを特徴とする量子細線
超格子装置。
【請求項１１】請求項５記載の構造体の周期的に異なる
位置に形成した結晶構造の軸方向に電流を流すこと特徴
とする量子細線超格子装置。
【請求項１２】請求項１記載の構造体の異なる結晶構造
の接合する部分を通過する電流を流すことを特徴とする
量子細線超格子装置。
【請求項１３】請求項１記載の構造体に電界を加えるこ
とによってポテンシャルを制御することを特徴とする量
子細線超格子装置。
【請求項１４】請求項１記載の構造体に磁界を加えるこ
とによってポテンシャルを制御することを特徴とする量
子細線超格子装置。
【請求項１５】請求項６記載の構造体を用いた半導体レ
ーザ。
【請求項１６】針状結晶の長手方向の結晶構造を周期的
に変化させることによって、長手方向に移動する電子ま
たは正孔の光学フォノンによる散乱を低減することを特
徴とする量子細線超格子装置。
【請求項１７】単一の材料において、他の不純物をドー
プすることなく、上記ポテンシャル分布を形成したこと
を特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項１８】単一の材料において、第１の領域と他の
領域にそれぞれ別々のバンド構造を有する結晶を配置す
ることを特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造
体。
【請求項１９】単一の材料において、第１の領域と他の
領域にそれぞれ別々の誘電率を有する結晶を配置するこ
とを特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項２０】単一の材料において、第１の領域と他の
領域にそれぞれ別々の透磁率を有する結晶を配置するこ
とを特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項２１】単一の材料において、第１の領域と他の
領域にそれぞれ別々の電気伝導度を有する結晶を配置す
ることを特徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造
体。
【請求項２２】単一の材料において、第１の領域と他の
領域にそれぞれ別々の超伝導臨界温度を有することを特
徴とする請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項２３】結晶を成長する際、自然現象により決定
される結晶構造を、成長温度や圧力等で制御することを
特徴とする量子細線超格子構造体の製造方法。
【請求項２４】針状結晶を成長する際、その成長種とし
てその結晶材料と共晶を作る材料を用いることを特徴と
する量子細線超格子構造体の製造方法。
【請求項２５】自己組織化作用（自然現象により構造を
形成する作用）により作製されることを特徴とする量子
細線超格子構造体の製造方法。
【請求項２６】上記構造体をIII−Ｖ族化合物半導体を
用いて実現した請求項１記載の量子細線超格子構造体。
【請求項２７】上記構造体をII−VI族化合物半導体を用
いて実現した請求項１記載の量子細線超格子構造体。