JPH07240380A - 量子細線構造の作製方法 - Google Patents
量子細線構造の作製方法Info
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- JPH07240380A JPH07240380A JP3218294A JP3218294A JPH07240380A JP H07240380 A JPH07240380 A JP H07240380A JP 3218294 A JP3218294 A JP 3218294A JP 3218294 A JP3218294 A JP 3218294A JP H07240380 A JPH07240380 A JP H07240380A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 （ｎ１１）Ａ面（ただし、ｎは２〜７の整
数）ＧａＡｓ基板１１上に、有機金属気相成長法を用い
て半導体キャリア閉じ込め層１２を形成する工程とを含
む。 【効果】 量子細線構造の周期を制御することができ
る。
数）ＧａＡｓ基板１１上に、有機金属気相成長法を用い
て半導体キャリア閉じ込め層１２を形成する工程とを含
む。 【効果】 量子細線構造の周期を制御することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体光電子デバイス
分野で利用される量子細線構造の新しい作製法に関する
ものである。
分野で利用される量子細線構造の新しい作製法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体微細構造の寸法が、半導体結晶中
の電子のドブロイ波長程度になると、１次元あるいは０
次元に閉じ込められたキャリアによる量子効果が現われ
る。このような量子細線、量子ドット中の量子効果を利
用して、従来にない高性能な光デバイスや電子デバイス
の実現が期待されている。
の電子のドブロイ波長程度になると、１次元あるいは０
次元に閉じ込められたキャリアによる量子効果が現われ
る。このような量子細線、量子ドット中の量子効果を利
用して、従来にない高性能な光デバイスや電子デバイス
の実現が期待されている。
【０００３】半導体低次元構造の作製法として、２次元
の量子井戸膜を、電子ビーム露光法を用いて微細パタン
を形成しエッチング法により加工する手法、集束イオン
ビームにより直接パタンを形成する方法などが知られて
いる。これらは、いずれも半導体エピタキシャル成長を
用いて、厚さ方向の組成を制御し極薄膜を形成し、その
後、加工により、面内横方向のサイズ制御を行ってい
る。従って、横方向の構造の寸法は加工技術の精度で制
限される。
の量子井戸膜を、電子ビーム露光法を用いて微細パタン
を形成しエッチング法により加工する手法、集束イオン
ビームにより直接パタンを形成する方法などが知られて
いる。これらは、いずれも半導体エピタキシャル成長を
用いて、厚さ方向の組成を制御し極薄膜を形成し、その
後、加工により、面内横方向のサイズ制御を行ってい
る。従って、横方向の構造の寸法は加工技術の精度で制
限される。
【０００４】これに対し、キャリアの閉じ込め領域を、
有機金属気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）や
分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）等の成長技術を利用
して作製する試みもなされている。結晶成長の化学的な
性質を利用して、ある加工を施した基板結晶上へ薄膜を
成長すると、成長条件、成長法によって、安定なファセ
ット面を持つ立体構造を持つ結晶が作製できる。２種類
以上の結晶を条件を変えて連続面に成長すれば、特定の
結晶を他の結晶で立体的に閉じ込めることができる。こ
の方法の特長は、キャリアの存在する領域を直接加工し
ていないため、加工ダメージ、汚染がないことである。
成長技術を利用する場合は、ＳｉＯ2 のような絶縁膜で
半導体表面をパタン状に覆い、開口部分に細線または箱
の構造を成長させる場合と、Ｖ溝のような結晶面上にフ
ァセットを形成し、この定部に細線構造を形成する方
法、微傾斜基板上に形成されているステップを基にし
て、縦方向に細線構造を形成させる方法が知られてい
る。絶縁膜マスク上の選択成長を利用する際、細線の幅
や密度は選択成長マスクを加工する技術に依存し、極微
細な構造を高密度で形成することが困難で、デバイス化
にあたっては選択マスクを除去する必要があることが問
題であった。一方、（３１１）Ａ面等の高指数面基板上
でＭＢＥ成長を行うと、（３１１）Ａ面の特異な表面状
態により、周期構造が形成されることが知られている。
しかしながら、この方法では周期を制御することが困難
であるため、量子効果が発現しやすい所望の周期構造の
形成が困難である。
有機金属気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）や
分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）等の成長技術を利用
して作製する試みもなされている。結晶成長の化学的な
性質を利用して、ある加工を施した基板結晶上へ薄膜を
成長すると、成長条件、成長法によって、安定なファセ
ット面を持つ立体構造を持つ結晶が作製できる。２種類
以上の結晶を条件を変えて連続面に成長すれば、特定の
結晶を他の結晶で立体的に閉じ込めることができる。こ
の方法の特長は、キャリアの存在する領域を直接加工し
ていないため、加工ダメージ、汚染がないことである。
成長技術を利用する場合は、ＳｉＯ2 のような絶縁膜で
半導体表面をパタン状に覆い、開口部分に細線または箱
の構造を成長させる場合と、Ｖ溝のような結晶面上にフ
ァセットを形成し、この定部に細線構造を形成する方
法、微傾斜基板上に形成されているステップを基にし
て、縦方向に細線構造を形成させる方法が知られてい
る。絶縁膜マスク上の選択成長を利用する際、細線の幅
や密度は選択成長マスクを加工する技術に依存し、極微
細な構造を高密度で形成することが困難で、デバイス化
にあたっては選択マスクを除去する必要があることが問
題であった。一方、（３１１）Ａ面等の高指数面基板上
でＭＢＥ成長を行うと、（３１１）Ａ面の特異な表面状
態により、周期構造が形成されることが知られている。
しかしながら、この方法では周期を制御することが困難
であるため、量子効果が発現しやすい所望の周期構造の
形成が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の方法では量子細線構造の横方向の寸法の制御性、マス
ク使用に関連する諸問題および周期の制御性などの問題
があった。
の方法では量子細線構造の横方向の寸法の制御性、マス
ク使用に関連する諸問題および周期の制御性などの問題
があった。
【０００６】本発明は、量子細線構造を実現する際の上
記問題点を克服するために、新しい量子細線構造作製法
を提供することを目的とする。
記問題点を克服するために、新しい量子細線構造作製法
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、（ｎ１１）Ａ面（ただし、ｎは２〜７の
整数）のIII −Ｖ族半導体基板上に、有機金属気相成長
法を用いて半導体バリア層を形成する工程と、有機金属
気相成長法を用いて半導体キャリア閉じ込め層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。
に、本発明は、（ｎ１１）Ａ面（ただし、ｎは２〜７の
整数）のIII −Ｖ族半導体基板上に、有機金属気相成長
法を用いて半導体バリア層を形成する工程と、有機金属
気相成長法を用いて半導体キャリア閉じ込め層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】ここで前記III −Ｖ族半導体がＧａＡｓで
あってもよい。
あってもよい。
【０００９】本発明では、量子細線構造を従来ＭＢＥ法
で採用されていた（３１１）Ａ面を始めとする（ｎ１
１）Ａ面の高指数面基板上で、半導体バリア層と半導体
キャリア閉じ込め層を、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａ
ｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）で形成する。本発
明者等は、（ｎ１１）Ａ面の高指数面基板上で、半導体
バリア層と半導体キャリア閉じ込め層をＭＯＣＶＤで形
成する際、形成条件を種々検討した結果、適切な成長条
件下ではステップバンチングが制御性良く起ることによ
り、一次元方向のファセット成長が起こり、量子細線構
造が周期的に形成すること、さらに、この成長の際、半
導体キャリア閉じ込め層の膜厚、および、キャリア閉じ
込め層を成長する際の成長温度、使用する基板の種類に
より、周期構造の周期を制御できることを見い出し、本
発明に至った。
で採用されていた（３１１）Ａ面を始めとする（ｎ１
１）Ａ面の高指数面基板上で、半導体バリア層と半導体
キャリア閉じ込め層を、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａ
ｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）で形成する。本発
明者等は、（ｎ１１）Ａ面の高指数面基板上で、半導体
バリア層と半導体キャリア閉じ込め層をＭＯＣＶＤで形
成する際、形成条件を種々検討した結果、適切な成長条
件下ではステップバンチングが制御性良く起ることによ
り、一次元方向のファセット成長が起こり、量子細線構
造が周期的に形成すること、さらに、この成長の際、半
導体キャリア閉じ込め層の膜厚、および、キャリア閉じ
込め層を成長する際の成長温度、使用する基板の種類に
より、周期構造の周期を制御できることを見い出し、本
発明に至った。
【００１０】図１に、本発明で作製した量子細線構造の
模式的断面図を示す。この構造は高指数面基板１１と、
その上にある周期的な細線構造を有する半導体キャリア
閉じ込め層１２と、これを取り込んでなる下部半導体バ
リア層１３と上部半導体バリア層１４から構成される。
高指数面基板１１として、ＧａＡｓの（ｎ１１）Ａ基板
（ここで、ｎ＝２，３，４，５，６，７のいずれか）を
用いる。この場合、半導体バリア層１３，１４としてＡ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ、半導体キャリア閉じ込め層１２とし
てＧａＡｓ，Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ、あるいはＧａＡｓz
Ｓｂ1-z を成長すると、図１の量子細線構造が形成でき
た。量子細線構造が形成されていることは、構造の走査
電子顕微鏡観察と発光スペクトルの異方性から確認し
た。
模式的断面図を示す。この構造は高指数面基板１１と、
その上にある周期的な細線構造を有する半導体キャリア
閉じ込め層１２と、これを取り込んでなる下部半導体バ
リア層１３と上部半導体バリア層１４から構成される。
高指数面基板１１として、ＧａＡｓの（ｎ１１）Ａ基板
（ここで、ｎ＝２，３，４，５，６，７のいずれか）を
用いる。この場合、半導体バリア層１３，１４としてＡ
ｌy Ｇａ1-y Ａｓ、半導体キャリア閉じ込め層１２とし
てＧａＡｓ，Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ、あるいはＧａＡｓz
Ｓｂ1-z を成長すると、図１の量子細線構造が形成でき
た。量子細線構造が形成されていることは、構造の走査
電子顕微鏡観察と発光スペクトルの異方性から確認し
た。
【００１１】図２は本発明で作製した量子細線構造の模
式的斜視図であり、高指数面基板２１上に下部半導体バ
リア層２３および周期的な細線構造を有する半導体キャ
リア閉じ込め層２２を順次形成したものである。基板２
１、半導体キャリア閉じ込め層２２および下部半導体バ
リア層２３は、図１で説明した基板１１、キャリア閉じ
込め層１２および下部バリア層１３と同じである。この
構造は図１の上部半導体バリア層を成長していないもの
で、細線構造を表面に持つ状態にして、走査電子顕微鏡
でその表面を観察しやすくしている。この状態では細線
部分が表面に露出しているため、その発光特性は著しく
悪い。
式的斜視図であり、高指数面基板２１上に下部半導体バ
リア層２３および周期的な細線構造を有する半導体キャ
リア閉じ込め層２２を順次形成したものである。基板２
１、半導体キャリア閉じ込め層２２および下部半導体バ
リア層２３は、図１で説明した基板１１、キャリア閉じ
込め層１２および下部バリア層１３と同じである。この
構造は図１の上部半導体バリア層を成長していないもの
で、細線構造を表面に持つ状態にして、走査電子顕微鏡
でその表面を観察しやすくしている。この状態では細線
部分が表面に露出しているため、その発光特性は著しく
悪い。
【００１２】結晶性や光学特性の改善のため、基板と量
子細線構造の中間や量子細線構造上に適当なバッファ層
や量子井戸層、キャップ層を設ける場合がある。
子細線構造の中間や量子細線構造上に適当なバッファ層
や量子井戸層、キャップ層を設ける場合がある。
【００１３】図３は本発明の他の基本的構造の模式的断
面図を示したもので、高指数面基板３１上に順次バッフ
ァ層３２、下部半導体バリア層３３、周期的な細線構造
を有する半導体キャリア閉じ込め層３４、上部半導体バ
リア層３５およびキャップ層３６を形成した構造を示
す。また、半導体バッファ層と半導体キャリア閉じ込め
層を繰り返し成長することにより、量子細線構造を多層
に積層することが可能なことを確認した。これは、ステ
ップ状の周期構造が、半導体バッファ層の成長により平
坦化するためである。
面図を示したもので、高指数面基板３１上に順次バッフ
ァ層３２、下部半導体バリア層３３、周期的な細線構造
を有する半導体キャリア閉じ込め層３４、上部半導体バ
リア層３５およびキャップ層３６を形成した構造を示
す。また、半導体バッファ層と半導体キャリア閉じ込め
層を繰り返し成長することにより、量子細線構造を多層
に積層することが可能なことを確認した。これは、ステ
ップ状の周期構造が、半導体バッファ層の成長により平
坦化するためである。
【００１４】
【作用】本発明で得られる量子細線構造は、成長のみで
バッファ層、バリア層、キャリア閉じ込め層等を連続し
て形成できるため、室温においても強い発光を示す。
バッファ層、バリア層、キャリア閉じ込め層等を連続し
て形成できるため、室温においても強い発光を示す。
【００１５】このような量子細線構造が高指数面基板上
で成長のみで自然に形成し、その周期を人為的に変化で
きるのは、ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ基板が（１００）面と
（１１１）Ａ面の両方の性質を有し、当初平坦であった
量子井戸フィルムがＭＢＥ成長の際見られるように極微
細なファセット構造に変化しやすいことと、ＭＯＣＶＤ
成長でＭＯ分子が拡散してステップバンチングを起こし
やすいこと、および、ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ面上での表
面エネルギーとＭＯ分子の拡散距離との相対関係に起因
しているものと理解される。従って、以下の実施例では
ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ基板を用いた例について説明して
いるが、ＩｎＰの（ｎ１１）Ａ基板を用いても、同様な
構造が形成される。ＩｎＰの（ｎ１１）Ａ基板の場合
は、半導体バリア層としてＩｎＰ、半導体キャリア閉じ
込め層としてＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ
y Ｐ1-y 、あるいは、半導体バリア層としてＩｎz Ｇａ
1-zＡｓv Ｐ1-v 、半導体キャリア閉じ込め層としてＩ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ、または、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y 、あるいは、半導体バリア層としてＩｎz Ａｌv Ｇ
ａ1-z-v Ａｓ、半導体キャリア閉じ込め層としてＩｎx
Ｇａ1-x Ａｓ、または、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y の
組み合わせが可能である。
で成長のみで自然に形成し、その周期を人為的に変化で
きるのは、ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ基板が（１００）面と
（１１１）Ａ面の両方の性質を有し、当初平坦であった
量子井戸フィルムがＭＢＥ成長の際見られるように極微
細なファセット構造に変化しやすいことと、ＭＯＣＶＤ
成長でＭＯ分子が拡散してステップバンチングを起こし
やすいこと、および、ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ面上での表
面エネルギーとＭＯ分子の拡散距離との相対関係に起因
しているものと理解される。従って、以下の実施例では
ＧａＡｓ（ｎ１１）Ａ基板を用いた例について説明して
いるが、ＩｎＰの（ｎ１１）Ａ基板を用いても、同様な
構造が形成される。ＩｎＰの（ｎ１１）Ａ基板の場合
は、半導体バリア層としてＩｎＰ、半導体キャリア閉じ
込め層としてＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓ
y Ｐ1-y 、あるいは、半導体バリア層としてＩｎz Ｇａ
1-zＡｓv Ｐ1-v 、半導体キャリア閉じ込め層としてＩ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ、または、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ
1-y 、あるいは、半導体バリア層としてＩｎz Ａｌv Ｇ
ａ1-z-v Ａｓ、半導体キャリア閉じ込め層としてＩｎx
Ｇａ1-x Ａｓ、または、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓy Ｐ1-y の
組み合わせが可能である。
【００１６】
【実施例】以下、具体的実施例によって、本発明を詳し
く説明する。
く説明する。
【００１７】［実施例１］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ成長した後、ＧａＡｓ
量子井戸層を５ｎｍ成長して、図２に示した構造を作製
した。ここで成長温度を６５０℃、７００℃、７５０
℃、８００℃と変化させた。比較のため、全く同一な手
順で、（１００）面ＧａＡｓ基板を用いた試料を作製
し、走査電子顕微鏡でこれらの試料表面を観察した。そ
の結果、（１００）面ＧａＡｓ基板を用いた試料では成
長温度にかかわらず完全に平坦な量子井戸が得られたの
に対し、（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板では表面に擬周期
的なステップを有する、いわゆるセルフファセッティン
グが［２３３］方向に沿って生じている量子細線構造が
得られた。しかも、その周期（細線幅）は成長温度によ
り変化し、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃で
それぞれ、２５ｎｍ，３７ｎｍ，７５ｎｍ，８０ｎｍで
あった。このような成長温度によるセルフファセッティ
ングの周期の制御性は、従来のＭＢＥ法では実現できな
いものであった。
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ成長した後、ＧａＡｓ
量子井戸層を５ｎｍ成長して、図２に示した構造を作製
した。ここで成長温度を６５０℃、７００℃、７５０
℃、８００℃と変化させた。比較のため、全く同一な手
順で、（１００）面ＧａＡｓ基板を用いた試料を作製
し、走査電子顕微鏡でこれらの試料表面を観察した。そ
の結果、（１００）面ＧａＡｓ基板を用いた試料では成
長温度にかかわらず完全に平坦な量子井戸が得られたの
に対し、（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板では表面に擬周期
的なステップを有する、いわゆるセルフファセッティン
グが［２３３］方向に沿って生じている量子細線構造が
得られた。しかも、その周期（細線幅）は成長温度によ
り変化し、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃で
それぞれ、２５ｎｍ，３７ｎｍ，７５ｎｍ，８０ｎｍで
あった。このような成長温度によるセルフファセッティ
ングの周期の制御性は、従来のＭＢＥ法では実現できな
いものであった。
【００１８】［実施例２］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、ここで成
長温度７００℃で、先ず、ＧａＡｓバッファ層を１５ｎ
ｍ成長し、続いて、Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下部バリア層を
３０ｎｍ、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ成長、Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓ上部バリア層を３０ｎｍ、ＧａＡｓキャッ
プ層を３ｎｍ成長して、図３に示した構造を作製した。
この試料の断面をステインエッチ後、走査電子顕微鏡で
観察したところ、実施例１と同様な、周期約４０ｎｍの
セルフファセッティングが［２３３］方向に生じてい
た。この試料をアルゴンレーザを光源として発光スペク
トル、細線方向と平行および垂直な方向の励起スペクト
ルを測定した結果、図４のように、［２３３］方向とそ
れに垂直な方向で明瞭な光学的異方性が観測され、量子
細線構造が得られていることが確かめられた。
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、ここで成
長温度７００℃で、先ず、ＧａＡｓバッファ層を１５ｎ
ｍ成長し、続いて、Ａｌ0.Ｇａ0.5 Ａｓ下部バリア層を
３０ｎｍ、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ成長、Ａｌ0.5
Ｇａ0.5 Ａｓ上部バリア層を３０ｎｍ、ＧａＡｓキャッ
プ層を３ｎｍ成長して、図３に示した構造を作製した。
この試料の断面をステインエッチ後、走査電子顕微鏡で
観察したところ、実施例１と同様な、周期約４０ｎｍの
セルフファセッティングが［２３３］方向に生じてい
た。この試料をアルゴンレーザを光源として発光スペク
トル、細線方向と平行および垂直な方向の励起スペクト
ルを測定した結果、図４のように、［２３３］方向とそ
れに垂直な方向で明瞭な光学的異方性が観測され、量子
細線構造が得られていることが確かめられた。
【００１９】［実施例３］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ，１０ｎｍ，
３０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ成長した試料を作製し
た。それぞれの試料について、走査電子顕微鏡でこれら
の試料表面を観察した結果、全ての試料について、表面
に擬周期的なステップを有する、いわゆるセルフファセ
ッティングが生じた量子細線構造が得られた。その周期
は成長膜厚により変化し、それぞれ、３７ｎｍ，５２ｎ
ｍ，６０ｎｍ，６２ｎｍ，６５ｎｍであった。このよう
に成長膜厚を変えることによっても、セルフファセッテ
ィングの周期の制御が可能であった。
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ，１０ｎｍ，
３０ｎｍ，５０ｎｍ，１００ｎｍ成長した試料を作製し
た。それぞれの試料について、走査電子顕微鏡でこれら
の試料表面を観察した結果、全ての試料について、表面
に擬周期的なステップを有する、いわゆるセルフファセ
ッティングが生じた量子細線構造が得られた。その周期
は成長膜厚により変化し、それぞれ、３７ｎｍ，５２ｎ
ｍ，６０ｎｍ，６２ｎｍ，６５ｎｍであった。このよう
に成長膜厚を変えることによっても、セルフファセッテ
ィングの周期の制御が可能であった。
【００２０】［実施例４］（２１１）Ａ面ＧａＡｓ基
板，（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板，（４１１）Ａ面Ｇａ
Ａｓ基板、（５１１）Ａ面ＧａＡｓ基板，（６１１）Ａ
面ＧａＡｓ基板，（７１１）Ａ面ＧａＡｓ基板の各基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ成長した試料
を作製した。それぞれの試料について、走査電子顕微鏡
でこれらの試料表面を観察した結果、全ての試料につい
て、表面に擬周期的なステップを有する、いわゆるセル
フファセッティングが生じた量子細線構造が得られた。
その周期は基板により変化し、（２１１）Ａ〜（７１
１）Ａ基板について、それぞれ、３０ｎｍ，３７ｎｍ，
４５ｎｍ，７５ｎｍ，７８ｎｍ，８２ｎｍであった。こ
のように使用する基板を変えることによっても、セルフ
ファセッティングの周期の制御が可能であった。
板，（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板，（４１１）Ａ面Ｇａ
Ａｓ基板、（５１１）Ａ面ＧａＡｓ基板，（６１１）Ａ
面ＧａＡｓ基板，（７１１）Ａ面ＧａＡｓ基板の各基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層を５ｎｍ成長した試料
を作製した。それぞれの試料について、走査電子顕微鏡
でこれらの試料表面を観察した結果、全ての試料につい
て、表面に擬周期的なステップを有する、いわゆるセル
フファセッティングが生じた量子細線構造が得られた。
その周期は基板により変化し、（２１１）Ａ〜（７１
１）Ａ基板について、それぞれ、３０ｎｍ，３７ｎｍ，
４５ｎｍ，７５ｎｍ，７８ｎｍ，８２ｎｍであった。こ
のように使用する基板を変えることによっても、セルフ
ファセッティングの周期の制御が可能であった。
【００２１】［実施例５］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
５１上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長
温度を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層５２を
３０ｎｍ成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層５３を５ｎｍ
成長する工程を３回繰り返し、最後にＡｌ0.5 Ｇａ0.5
Ａｓ上部バリア層５３を３０ｎｍ成長した試料を作製し
た。この試料について、その断面をステインエッチした
後、走査電子顕微鏡で観察した結果、図５のような多層
の量子細線構造が観測された。
５１上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長
温度を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層５２を
３０ｎｍ成長した後、ＧａＡｓ量子井戸層５３を５ｎｍ
成長する工程を３回繰り返し、最後にＡｌ0.5 Ｇａ0.5
Ａｓ上部バリア層５３を３０ｎｍ成長した試料を作製し
た。この試料について、その断面をステインエッチした
後、走査電子顕微鏡で観察した結果、図５のような多層
の量子細線構造が観測された。
【００２２】［実施例６］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層を５ｎ
ｍ成長した試料を作製した。この試料について、その表
面を走査電子顕微鏡で観察した結果、周期７５ｎｍのセ
ルフファセッティングが生じた量子細線構造が観測され
た。
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ歪量子井戸層を５ｎ
ｍ成長した試料を作製した。この試料について、その表
面を走査電子顕微鏡で観察した結果、周期７５ｎｍのセ
ルフファセッティングが生じた量子細線構造が観測され
た。
【００２３】［実施例７］（３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 歪量子井戸層を５ｎ
ｍ成長した試料を作製した。この試料について、その表
面を走査電子顕微鏡で観察した結果、周期８０ｎｍのセ
ルフファセッティングが生じた量子細線構造が観測され
た。
上へ、縦型減圧ＭＯＶＰＥ成長装置を用いて、成長温度
を７００℃でＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓバリア層を３０ｎｍ
成長した後、ＧａＡｓ0.7 Ｓｂ0.3 歪量子井戸層を５ｎ
ｍ成長した試料を作製した。この試料について、その表
面を走査電子顕微鏡で観察した結果、周期８０ｎｍのセ
ルフファセッティングが生じた量子細線構造が観測され
た。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、（ｎ１１）Ａ面Ｇ
ａＡｓ（ｎは２〜７の整数）のいずれかの半導体基板上
に、有機金属気相成長法を用いて半導体バリア層を形成
する工程と、有機金属気相成長法を用いて半導体キャリ
ア閉じ込め層を成長すると、半導体キャリア閉じ込め層
がステップバンチングによるセルフファセッティングを
起こして、周期的な量子細線構造が得られる。本発明は
（ｎ１１）Ａ面ＩｎＰ基板にも適用できる。この量子細
線構造の周期は成長条件や膜厚、基板の種類により変化
できるため、量子細線構造の作製方法として非常に有効
で、光学的にも活性なので、半導体レーザや半導体光非
線形デバイスへの応用としてその特性を向上することが
可能である。
ａＡｓ（ｎは２〜７の整数）のいずれかの半導体基板上
に、有機金属気相成長法を用いて半導体バリア層を形成
する工程と、有機金属気相成長法を用いて半導体キャリ
ア閉じ込め層を成長すると、半導体キャリア閉じ込め層
がステップバンチングによるセルフファセッティングを
起こして、周期的な量子細線構造が得られる。本発明は
（ｎ１１）Ａ面ＩｎＰ基板にも適用できる。この量子細
線構造の周期は成長条件や膜厚、基板の種類により変化
できるため、量子細線構造の作製方法として非常に有効
で、光学的にも活性なので、半導体レーザや半導体光非
線形デバイスへの応用としてその特性を向上することが
可能である。
【図１】本発明で作製した基本的な量子細線構造の模式
的断面図である。
的断面図である。
【図２】本発明で作製した量子細線構造の一形態を示す
模式的斜視図である。
模式的斜視図である。
【図３】本発明で作製した量子細線構造の一例の模式的
断面図である。
断面図である。
【図４】実施例２で示した本発明で作製した量子細線構
造の発光スペクトルの異方性を示した特性図である。
造の発光スペクトルの異方性を示した特性図である。
【図５】実施例５で示した多層量子細線構造の模式的断
面図である。
面図である。
１１ 高指数面基板 １２ 周期的な細線構造を有する半導体キャリア閉じ込
め層 １３ 下部半導体バリア層 １４ 上部半導体バリア層 ２１ 高指数面基板 ２２ 周期的な細線構造を有する半導体キャリア閉じ込
め層 ２３ 下部半導体バリア層 ３１ 高指数面基板 ３２ バッファ層 ３３ 下部半導体バリア層 ３４ 周期的な細線構造を有する半導体キャリア閉じ込
め層 ３５ 上部半導体バリア層 ３６ キャップ層 ５１ （３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板 ５２ ３０ｎｍ膜厚のＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下部バリア
層 ５３ ５ｎｍ膜厚の細線構造ＧａＡｓキャリア閉じ込め
層
め層 １３ 下部半導体バリア層 １４ 上部半導体バリア層 ２１ 高指数面基板 ２２ 周期的な細線構造を有する半導体キャリア閉じ込
め層 ２３ 下部半導体バリア層 ３１ 高指数面基板 ３２ バッファ層 ３３ 下部半導体バリア層 ３４ 周期的な細線構造を有する半導体キャリア閉じ込
め層 ３５ 上部半導体バリア層 ３６ キャップ層 ５１ （３１１）Ａ面ＧａＡｓ基板 ５２ ３０ｎｍ膜厚のＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓ下部バリア
層 ５３ ５ｎｍ膜厚の細線構造ＧａＡｓキャリア閉じ込め
層
Claims (5)
- 【請求項１】 （ｎ１１）Ａ面（ただし、ｎは２〜７の
整数）のIII −Ｖ族半導体基板上に、有機金属気相成長
法を用いて半導体バリア層を形成する工程と、有機金属
気相成長法を用いて半導体キャリア閉じ込め層を形成す
る工程とを含むことを特徴とする量子細線構造の作製方
法。 - 【請求項２】 前記III −Ｖ族半導体がＧａＡｓである
ことを特徴とする請求項１に記載の量子細線構造の作製
方法。 - 【請求項３】 前記半導体キャリア閉じ込め層の形成温
度によって量子細線構造の周期を制御することを特徴と
する請求項１または２に記載の量子細線構造の作製方
法。 - 【請求項４】 前記半導体キャリア閉じ込め層の膜厚に
よって量子細線構造の周期を制御することを特徴とする
請求項１または２に記載の量子細線構造の作製方法。 - 【請求項５】 前記（ｎ１１）Ａ面のｎの値を選ぶこと
によって量子細線構造の周期を制御することを特徴とす
る請求項１または２に記載の量子細線構造の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3218294A JPH07240380A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 量子細線構造の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3218294A JPH07240380A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 量子細線構造の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07240380A true JPH07240380A (ja) | 1995-09-12 |
Family
ID=12351787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3218294A Pending JPH07240380A (ja) | 1994-03-02 | 1994-03-02 | 量子細線構造の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07240380A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100379617B1 (ko) * | 2001-03-26 | 2003-04-10 | 한국과학기술연구원 | 경사진 기판을 이용한 양자점 어레이 형성방법 |
| JP2016046334A (ja) * | 2014-08-21 | 2016-04-04 | 日本電信電話株式会社 | 量子細線構造 |
-
1994
- 1994-03-02 JP JP3218294A patent/JPH07240380A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100379617B1 (ko) * | 2001-03-26 | 2003-04-10 | 한국과학기술연구원 | 경사진 기판을 이용한 양자점 어레이 형성방법 |
| JP2016046334A (ja) * | 2014-08-21 | 2016-04-04 | 日本電信電話株式会社 | 量子細線構造 |
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