JPH07273084A - 量子細線構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低損傷で高密度、制御性にすぐれた化合物半
導体の量子微細構造の製造方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１０１上にバッファ層１０２、
障壁層１０３、量子井戸層１０４、障壁層１０５を連続
的に結晶成長させる。次に酸化膜１０６を堆積し、リソ
グラフィーでレジストパターン１０７を形成する。酸化
膜１０６をエッチングし、レジストパターン１０７を転
写し、マスクとする。イオンビームエッチングを用いて
障壁層１０５、量子井戸層１０４をエッチングする。ウ
ェットエッチングで、深さ方向に障壁層１０３をエッチ
ングするとともに、横方向にもエッチングは進行し、障
壁層１０５、量子井戸層１０４の線幅をより狭くする。
全体を分子ビームエピタクシー法を用いて、Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ埋め込み層１０９で結晶成長する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信、光情報処理、光
計測の分野で用いられる半導体レーザをはじめとする化
合物半導体デバイス構造における量子細線等の製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理や光通信、光計測等で用いら
れる光デバイス、電子デバイスや光電子集積回路におい
ては、素子の微細化、高機能化のために、発光素子であ
る半導体レーザの活性層へ量子細線や量子箱構造といっ
た超微細加工を施した構造を導入することにより素子特
性の向上を図ることができる。超微細パターンマスクを
用いて量子井戸構造をウェットエッチングを用いること
で量子細線を形成する方法では、エッチング時のマスク
としてレジストや酸化膜、窒化膜等の絶縁膜を用いてい
る方法が一般的で、横方向の量子閉じ込め効果が発現さ
れる程度まで細線化を行う。いっほう、ドライエッチン
グを用いる方法では、同様にマスクとしてレジストや酸
化膜、窒化膜等の絶縁膜を用い、超微細パターンマスク
を用いて量子井戸構造をエッチングして量子細線を形成
する。

【０００３】図６は従来のＧａＡｓ系量子細線のウェッ
トエッチングを用いた形成方法のプロセスの概略図を示
すものであり、以下（ａ）から（ｄ）の工程で量子細線
は形成される。

【０００４】ＧａＡｓ基板６０１にＧａＡｓバッファ層
６０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層６０３、ＧａＡｓ量
子井戸層６０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層６０５を順
次結晶成長させた量子井戸構造をもつにウェハーにマス
ク層となるシリコン酸化膜６０６堆積させ、電子ビーム
リソグラフィー等によるレジストパターン６０７をスト
ライプパターンを形成する（ａ）。

【０００５】弗酸系のエッチャントでシリコン酸化膜６
０６をエッチングし、レジストパターン６０７を転写す
る（ｂ）。

【０００６】硫酸系のエッチャント（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ
2：Ｈ2Ｏ＝１：１：２０）をＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁
層、ＧａＡｓ量子井戸層を順次エッチングしていく。そ
の時、縦方向のエッチングと同時に横方向のエッチング
（オーバーエッチング）が進行し、ＧａＡｓの細線が形
成される（ｃ）。

【０００７】さらにエッチングを進め、ＧａＡｓ量子細
線６０８が形成される。最後に弗酸系のエッチャントで
エッチングマスクであるシリコン酸化膜を除去する
（ｄ）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ようなＧａＡｓ系量子細線のウェットエッチングを用い
た形成方法におけるプロセス構成では、始めのマスクパ
ターンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニン
グのピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ない
という問題を有していた。

【０００９】また、縦方向と横方向のエッチング速度で
決定されるある決まったアスペクト比を持った断面形状
しか形成出来ずに縦方向のエッチング深さを十分に稼ぐ
ことが困難であるという問題を有していた。

【００１０】本発明はかかる点に鑑み、ＡｌxＧａ1ーxＡ
ｓ／ＧａＡｓ系量子細線等の化合物半導体の微細構造を
制御性よく、高密度に形成する方法を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の量子細線構造の製造方法は、 （１）単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に細線形状の第１のエッチングマスクを形成す
る工程と、前記第１のエッチングマスクをマスクとし
て、前記化合物半導体構造を方向性をもつ粒子線によ
り、細線状にエッチングする第１のエッチング工程と、
ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
前記第１のエッチングにより形成した細線形状の前記化
合物半導体構造の線幅を細くする第２のエッチング工程
と、を備えたことを特徴とする。 （２）第１のエッチング工程に、反応性イオンビームエ
ッチングを用いたことを特徴とする（１）に記載の量子
細線構造の製造方法とする。 （３）化合物半導体構造が、基板側から第１の障壁層、
単一もしくは多重量子井戸層、第２の障壁層を有してお
り、第１のエッチング工程で、前記単一もしくは多重量
子井戸層までをエッチング除去することを特徴とする
（１）に記載の量子細線構造の製造方法とする。 （４）第２のエッチング工程により、第１の障壁層を除
去しつつ、単一もしくは多重量子井戸層の線幅を細くす
ることを特徴とする請求項３に記載の量子細線構造の製
造方法とする。 （５）化合物半導体構造上に、連続的に結晶成長させた
化合物半導体層を第１のエッチングマスクとしたことを
特徴とする（１）に記載の量子細線構造の製造方法とす
る。 （６）単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層を選択
的にエッチングして第１のマスクを形成する工程と、前
記第１のマスクの側壁に第２のマスクを形成する工程
と、前記第１のマスクを除去し、前記第２のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体構造をエッチングする工
程と、を備えたことを特徴とする。 （７）単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第１のマスクを形成する工程と、前記第１のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体層の幅を小さくする工程と、前記化合物半導体層を所
定の材料で埋め込む工程と、前記第１のマスクをマスク
として前記所定の材料をエッチング除去する工程と、前
記第１のマスクおよび前記化合物半導体層とを除去する
工程と、前記所定の材料をマスクとして、前記化合物半
導体構造をエッチングして量子細線を形成する工程とを
備えたことを特徴とする。 （８）単一もしくは多重量子井戸層を有する化合物半導
体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化合物半
導体層を成長させる工程と、前記化合物半導体層の上に
第１のマスクを形成する工程と、前記第１のマスクをマ
スクとして、前記化合物半導体層の一部をエッチングす
る工程と、ウエットエッチングにより、前記化合物半導
体の幅を小さくする工程と、前記第１のマスクをマスク
として、前記化合物半導体構造上に第２のマスクを形成
する工程と、前記化合物半導体層と前記第２のマスクと
をマスクとして、前記化合物半導体構造をエッチングし
て量子細線を形成する工程とを備えたことを特徴とす
る。 （９）第１のマスクの間隔をほぼ同じにして、異なる幅
の量子細線を形成することを特徴とする（８）に記載の
量子細線構造の製造方法とする。 （１０）第１のエッチング工程により、化合物半導体構
造の最下端までをエッチング除去することを特徴とする
（１）に記載の量子細線構造の製造方法とする。 （１１）第１のエッチング工程により、化合物半導体構
造の側壁がほぼ垂直になっていることを特徴とする
（１）に記載の量子細線構造の製造方法とする。 （１２）多重量子井戸層を有する化合物半導体構造の第
１のエッチング工程において、前記多重量子井戸層の最
上層と最下層の線幅をほぼ等しくすることを特徴とする
（１）に記載の量子細線構造の製造方法とする。 （１３）化合物半導体構造の上に形成する結晶層の材料
組成と厚さを変化させることにより、第１のエッチング
工程後の前記化合物半導体構造の単一もしくは多重量子
井戸層のエッチング側壁の角度を任意に変化させること
を特徴とする（１）に記載の量子細線構造の製造方法と
する。 （１４）第１のエッチング工程で形成される化合物半導
体構造の断面の角度が順メサ方向であり、逆メサ方向の
断面が形成できる第２のエッチング工程で前記順メサの
化合物半導体構造をエッチングすることを特徴とする
（１）に記載の量子細線構造の製造方法とする。 （１５）第１のエッチング工程で形成される化合物半導
体構造の断面の角度が逆メサ方向であり、順メサ方向の
断面が形成できる第２のエッチング工程で前記逆メサの
化合物半導体構造をエッチングすることを特徴とする請
求項１に記載の量子細線構造の製造方法とする。

【００１２】

【作用】本発明は前記した構成により、量子細線等の超
微細構造をエッチングを用いて形成する手段として、特
定の入射角度を有する方向性をもつ粒子線によりエッチ
ングする第一のエッチング工程と、ウェットエッチング
を用いたサイドエッチングにより線幅を細くする第二の
エッチング工程との２段階のエッチング工程により、量
子細線を形成する化合物半導体量子細線構造の製造方法
である。この方法では低損傷でかつ制御性よく、量子細
線を形成することができる。また所望の深さのエッチン
グが可能となり、量子細線の形成時作製自由度が大きく
なる。さらに、あらかじめパターンを格子状に形成する
ことにより、量子細線だけでなく、量子箱のような微細
パターンの形成も可能となる。

【００１３】また、もう一つの発明は、第一のエッチン
グ工程である方向性をもつ粒子線によるエッチングに引
き続き、エッチング溝側壁を少なくとも含む表面に薄膜
層を形成する工程と、溝側壁部以外の前記薄膜層を異方
性エッチングを用いて除去する工程とで、始めのパター
ン周期の２倍の密度をもつエッチングマスクパターンを
形成できる。この方法では制御性よく、かつ高密度に量
子細線を形成することができる。

【００１４】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程であるウェットエッチングに引き続き、エッチン
グ溝側壁を少なくとも含む表面をエッチングマスクとな
る物質で覆う工程と、第一のエッチングマスク下部以外
の前記物質を異方性エッチングを用いて除去する工程に
よる量子細線構造の製造方法である。始めのパターン周
期の２倍の密度をもつエッチングマスクパターンを形成
できる。この方法では制御性よく、かつ高密度に量子細
線を形成することができる。

【００１５】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程であるウェットエッチングにに引き続き、方向性
をもつ粒子線による蒸着方法で第二のエッチングマスク
を形成する工程と、細線上端部にある第一のエッチング
マスク上を第二のエッチングマスクとともに除去する工
程と、方向性をもつ粒子線によりエッチングする第三の
エッチング工程による量子細線構造の製造方法である。
始めのパターン周期の２倍の密度をもつエッチングマス
クパターンを形成できる。この方法では制御性よく、か
つ高密度に量子細線を形成することができる。

【００１６】また、もう一つの発明は、第二のエッチン
グ工程後に形成された細線幅と第二のエッチングマスク
幅とが異なる工程において作製された量子細線構造を活
性層に持つ半導体レーザである。この構造においては、
２種類の線幅の異なる量子細線が形成されており、その
細線幅で決定される発振波長をもつ半導体レーザが形成
できる。異なる２つの細線幅からなる量子細線構造の活
性層を制御性よく、かつ高密度に形成できる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の第１の実施例における化合
物半導体の量子細線構造の製造方法の工程図を示すもの
である。ここでは単一量子井戸構造へ量子細線を作製す
る工程を示す。

【００１８】図１において、１０１はＧａＡｓ基板、１
０２はＧａＡｓバッファ層、１０３はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａ
ｓ障壁層、１０４はＧａＡｓ量子井戸層、１０５はＡｌ
0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、１０６はエッチングマスクとな
るシリコン酸化膜、１０７はシリコン酸化膜へパターン
を転写するため電子ビームリソグラフィーで形成したレ
ジストパターンである。

【００１９】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図（ａ）から（ｅ）に従って説明する。

【００２０】（ａ）：ＧａＡｓ基板１０１上にＧａＡｓ
バッファ層１０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０３、
ＧａＡｓ量子井戸層１０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層
１０５を連続的に結晶成長させる。ＧａＡｓバッファ層
１０２の厚さは１μｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０
３の厚さは１００ｎｍ、ＧａＡｓ量子井戸層１０４の厚
さは１０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０５の厚さ
は３０ｎｍ程度である。次にシリコン酸化膜１０６を厚
さ１０ｎｍ程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレ
ジストパターン１０７を形成する。ストライプパターン
の方向は結晶方位に対しては任意の方向でよい。パター
ンのラインアンドスペースはそれぞれ１００ｎｍとして
いる。

【００２１】（ｂ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜１０６をエッチングし、レジストパターン１０７
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００２２】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０５、ＧａＡｓ量子井戸層１
０４をエッチングする。およそ１５０ｎｍのエッチング
深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方向に進行
し、横方向へのエッチングはほとんど進行しない。

【００２３】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０３
をエッチングするとともに、横方向にもエッチングは進
行し（アンダーカット）、第一のエッチング工程で細線
化されたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層１０５、ＧａＡｓ量
子井戸層１０４の線幅をより狭くする。エッチングマス
クであるシリコン酸化膜１０６とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障
壁層１０５との密着性により横方向のエッチング速度は
変化するが、縦方向と横方向のエッチング速度はおよそ
２：１となる。ＧａＡｓ量子細線１０８が形成される。

【００２４】（ｅ）：シリコン酸化膜を弗酸系エッチャ
ントでエッチングし、全体を分子ビームエピタクシー法
を用いて、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層１０９で結晶
成長する。このとき成長させる厚さは２００ｎｍであ
る。埋め込まれた構造のＧａＡｓ量子細線１０８が形成
される。

【００２５】このプロセスのように、ほぼ垂直方向のエ
ッチングで量子井戸層をパターニングしたのち（工程
Ｃ）、横方向のエッチングで量子井戸層の幅を小さくし
ているので（工程ｄ）、従来例に示される、「縦方向と
横方向のエッチング速度で決定されるある決まったアス
ペクト比を持った断面形状しか形成出来ず、縦方向のエ
ッチング深さを十分に稼ぐことが困難である」という問
題を克服できる。特に、多重量子井戸のように単一量子
井戸に比べて全体の厚さがあり、エッチング深さを要求
される場合、この２段階のエッチング方法により、断面
形状の制御性に優れた量子細線を形成することができ
る。

【００２６】なお、実施例においては、量子井戸層を１
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。

【００２７】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図２において、２０１はＧ
ａＡｓ基板、２０２はＧａＡｓバッファ層、２０３はＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、２０４はＧａＡｓ量子井戸
層、２０５はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、２０６はＧａ
0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層、２０７はＧａＡｓ
スペーサ層、２０８はエッチングマスクとなるシリコン
酸化膜、２０９はシリコン酸化膜へパターンを転写する
ため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパタ
ーンである。

【００２８】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図（ａ）から（ｇ）に従って説明する。

【００２９】（ａ）：ＧａＡｓ基板２０１上にＧａＡｓ
バッファ層２０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層２０３、
ＧａＡｓ量子井戸層２０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層
２０５、ＧａＩｎＰエッチングストップ層２０６、Ｇａ
Ａｓスペーサ層２０７を連続的に結晶成長させる。Ｇａ
Ａｓバッファ層２０２の厚さは１μｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ障壁層２０３の厚さは１００ｎｍ、ＧａＡｓ量子井
戸層２０４の厚さは１０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁
層２０５の厚さは３０ｎｍ、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチン
グストップ層２０６の厚さは５ｎｍ、ＧａＡｓスペーサ
層２０７の厚さは１００ｎｍ程度である。次にシリコン
酸化膜２０８を厚さ１０ｎｍ程度堆積し、電子ビームリ
ソグラフィーでレジストパターン２０９を形成する。ス
トライプパターンの方向は結晶方位に対しては任意の方
向でよい。パターンのラインアンドスペースはそれぞれ
１００ｎｍとしている。

【００３０】（ｂ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜２０８をエッチングし、レジストパターン２０９
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００３１】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＧ
ａＡｓスペーサ層２０７をエッチングする。およそ１０
０ｎｍのエッチング深さが得られるが、エッチングはほ
ぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど
進行しない。

【００３２】（ｄ）：シリコン酸化膜２０８を弗酸系エ
ッチャントで除去する。 （ｅ）：エッチング溝側壁も含めた露出している表面全
体に厚さ２０ｎｍの窒化シリコン２１０の薄膜層を形成
しする。

【００３３】（ｆ）：溝側壁部以外の薄膜層、すなわち
溝底部と上端部を異方性エッチングを用いて除去し、シ
リコン窒化膜マスク２１１を形成する。

【００３４】（ｇ）：ＧａＡｓのスペーサ層２０７を硫
酸系のエッチャントで除去し、始めに形成されたレジス
トパターンの２倍の周期をもつ窒化シリコンからなるエ
ッチングマスクパターン２１１が形成される。引き続
き、エッチングを行い、下層部にある量子井戸層を加工
し、量子細線を形成する。

【００３５】この量子細線の形成方法には、方向性をも
つ粒子線によるエッチングとして、反応性イオンビーム
エッチングを用いる。このエッチングにより、量子井戸
層をエッチングして量子細線とする。このエッチングは
ほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとん
ど進行しないので、ほぼマスク通りの量子細線が形成で
きる。

【００３６】このプロセスの構成においては、従来例に
示される、始めのマスクパターンのピッチで細線密度は
決定され、そのパターニングのピッチ以上の細線の高密
度化を図ることが出来ないという課題を克服することが
できる。

【００３７】なお、実施例においては、量子井戸層を１
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。

【００３８】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図３において、３０１はＧ
ａＡｓ基板、３０２はＧａＡｓバッファ層、３０３はＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、３０４はＧａＡｓ量子井戸
層、３０５はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、３０６はＧａ
0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層、３０７はＧａＡｓ
スペーサ層、３０８はエッチングマスクとなるシリコン
酸化膜、３０９はシリコン酸化膜へパターンを転写する
ため電子ビームリソグラフィーで形成したレジストパタ
ーンである。

【００３９】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図（ａ）から（ｇ）に従って説明する。

【００４０】（ａ）：ＧａＡｓ基板３０１上にＧａＡｓ
バッファ層３０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層３０３、
ＧａＡｓ量子井戸層３０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層
３０５、ＧａＩｎＰエッチングストップ層３０６、Ｇａ
Ａｓスペーサ層３０７を連続的に結晶成長させる。Ｇａ
Ａｓバッファ層３０２の厚さは１μｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7
Ａｓ障壁層３０３の厚さは１００ｎｍ、ＧａＡｓ量子井
戸層３０４の厚さは１０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁
層３０５の厚さは３０ｎｍ、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチン
グストップ層３０６の厚さは５ｎｍ、ＧａＡｓスペーサ
層３０７の厚さは１５０ｎｍ程度である。次にシリコン
酸化膜３０８を厚さ１０ｎｍ程度堆積し、電子ビームリ
ソグラフィーでレジストパターン３０９を形成する。ス
トライプパターンの方向は結晶方位に対しては任意の方
向でよい。パターンのラインアンドスペースはそれぞれ
１００ｎｍとしている。

【００４１】（ｂ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜３０８をエッチングし、レジストパターン３０９
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００４２】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＧ
ａＡｓスペーサ層３０７を５０ｎｍ程度エッチングす
る。エッチングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエ
ッチングはほとんど進行しない。

【００４３】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＧａＡｓスペーサ層３０７をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
（アンダーカット）、エッチングマスクであるシリコン
酸化膜３０８とＧａＡｓスペーサ層３０７との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ２：１となる。なお、こ
のエッチャントでは深さ方向のエッチングがＧａ0.5Ｉ
ｎ0.5Ｐエッチングストップ層３０６で停止する。

【００４４】（ｅ）：エッチング溝側壁も含めた露出し
ている結晶表面全体をポリイミド３１０で埋め込む。こ
の時厚さははじめのＧａＡｓスペーサ層の厚さ１５０ｎ
ｍ程度である。

【００４５】（ｆ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてポ
リイミド３１０を５０ｎｍ程度エッチングする。エッチ
ングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングは
ほとんど進行しない。

【００４６】（ｇ）：シリコン酸化膜３０８を弗酸系の
エッチャントで除去後、ＧａＡｓのスペーサ層を硫酸系
のエッチャントで除去する。ポリイミドからなるエッチ
ングマスクが形成される。このマスクは始めに形成され
たレジストパターンの２倍の周期をもつ。引き続き、エ
ッチングを行い、下層部にある量子井戸層を加工し、量
子細線を形成する。

【００４７】この量子細線の形成方法には、方向性をも
つ粒子線によるエッチングとして、反応性イオンビーム
エッチングを用いる。このエッチングにより、量子井戸
層をエッチングして量子細線とする。このエッチングは
ほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとん
ど進行しないので、ほぼマスク通りの量子細線が形成で
きる。

【００４８】このプロセスの構成においては、始めのマ
スクパターンの２倍の密度のエッチングマスクパターン
が作製できる。従来例に示される、始めのマスクパター
ンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニングの
ピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ないとい
う課題を克服することができる。

【００４９】なお、実施例においては、量子井戸層を１
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。

【００５０】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは単一量子井戸構造へ量子
細線を作製する工程を示す。図４において、４０１はＧ
ａＡｓ基板、４０２はＧａＡｓバッファ層、４０３はＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、４０４はＧａＡｓ量子井戸
層、４０５はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、４０６はＧａ
Ａｓスペーサ層、４０７はエッチングマスクとなるシリ
コン窒化膜、４０８はシリコン窒化膜へパターンを転写
するため電子ビームリソグラフィーで形成したレジスト
パターンである。

【００５１】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図（ａ）から（ｈ）に従って説明する。

【００５２】（ａ）：ＧａＡｓ基板４０１上にＧａＡｓ
バッファ層４０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４０３、
ＧａＡｓ量子井戸層４０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層
４０５、ＧａＡｓスペーサ層４０６を連続的に結晶成長
させる。ＧａＡｓバッファ層４０２の厚さは１μｍ、Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４０３の厚さは１００ｎｍ、Ｇ
ａＡｓ量子井戸層４０４の厚さは１０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ障壁層４０５の厚さは３０ｎｍ、ＧａＡｓス
ペーサ層４０６の厚さは１５０ｎｍ程度である。次にシ
リコン窒化膜４０７を厚さ１０ｎｍ程度堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン４０８を形成す
る。ストライプパターンの方向は結晶方位に対しては任
意の方向でよい。パターンのライン幅を１００ｎｍ、ス
ペースを３０ｎｍとしている。

【００５３】（ｂ）：りん酸系のエッチャントでシリコ
ン窒化膜４０７をエッチングし、レジストパターン４０
８を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去
する。

【００５４】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＧ
ａＡｓスペーサ層４０６をエッチングする。５０ｎｍの
エッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方
向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進行しな
い。

【００５５】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＧａＡｓスペーサ層４０６をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
（アンダーカット）、エッチングマスクであるシリコン
窒化膜４０７とＧａＡｓスペーサ層４０６との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ２：１となる。細線幅が
３０ｎｍとなるようにエッチング時間を制御する。

【００５６】（ｅ）：電子ビーム蒸着法や、スパッタリ
ング法などの方向性のある方法により、シリコン酸化膜
を堆積する。シリコン酸化膜４０９はシリコン窒化膜４
０７の上部と、シリコン窒化膜４０７のひさし部分によ
って覆われていないＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４０５の
上部に堆積される。

【００５７】（ｆ）：シリコン窒化膜４０７をりん酸系
エッチャントでエッチングすると、シリコン窒化膜４０
７の上部のシリコン酸化膜４０９は除去され、Ａｌ0.3
Ｇａ0.7Ａｓ障壁層４０５上部のみエッチングマスクと
し残る。このエッチングマスクの幅ははじめに形成した
レジストパターンのスペースである （ｇ）：方向性をもつ粒子線によるエッチングとして、
反応性イオンビームエッチングを用いて上部のＧａＡｓ
スペーサ層４０６がすべてエッチングされるまでエッチ
ングを行う。シリコン酸化膜４０９とＧａＡｓスペーサ
層４０６に覆われていない部分のＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障
壁層４０５、ＧａＡｓ量子井戸層４０４、Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ａｓ障壁層４０３はエッチングされ、およそ１５０
ｎｍのエッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ
垂直方向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進
行しない。ＧａＡｓ量子細線４１０が形成される。

【００５８】（ｈ）：シリコン酸化膜４０９を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層４１１
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは２００ｎｍ
である。埋め込まれた構造のＧａＡｓ量子細線４１０が
形成される。

【００５９】このプロセスの構成においては、始めのマ
スクパターンの２倍の密度のエッチングマスクパターン
が作製できる。従来例に示される、始めのマスクパター
ンのピッチで細線密度は決定され、そのパターニングの
ピッチ以上の細線の高密度化を図ることが出来ないとい
う課題を克服することができる。

【００６０】なお、実施例においては、量子井戸層を１
層のみとした単一量子井戸構造となっているが、量子井
戸層を多層とした多重量子井戸構造としてもよい。ま
た、マスクパターンを格子状に形成することにより、量
子細線だけでなく、量子箱のような微細パターンの形成
も可能となることは言うまでもない。

【００６１】（実施例５）図５は本発明の第５の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。半導体レーザの活性層へ導入する
２種類の線幅をもつ量子細線を作製する工程を示す。図
５において、５０１はＧａＡｓ基板、５０２はＧａＡｓ
バッファ層、５０３はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層、５０
４はＧａＡｓ量子井戸層、５０５はＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
障壁層、５０６はＧａＡｓスペーサ層、５０７はエッチ
ングマスクとなるシリコン窒化膜、５０８はシリコン窒
化膜へパターンを転写するため電子ビームリソグラフィ
ーで形成したレジストパターンである。

【００６２】以上のように構成されたこの実施例の微細
構造形成方法の工程において、以下その形成方法を工程
図（ａ）から（ｈ）に従って説明する。

【００６３】（ａ）：ＧａＡｓ基板５０１上にＧａＡｓ
バッファ層５０２、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０３、
ＧａＡｓ量子井戸層５０４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層
５０５、ＧａＡｓスペーサ層５０６を連続的に結晶成長
させる。ＧａＡｓバッファ層５０２の厚さは１μｍ、Ａ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０３の厚さは１００ｎｍ、Ｇ
ａＡｓ量子井戸層５０４の厚さは１０ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓ障壁層５０５の厚さは３０ｎｍ、ＧａＡｓス
ペーサ層５０６の厚さは１５０ｎｍ程度である。次にシ
リコン窒化膜５０７を厚さ１０ｎｍ程度堆積し、電子ビ
ームリソグラフィーでレジストパターン５０８を形成す
る。ストライプパターンの方向は結晶方位に対しては任
意の方向でよい。パターンのラインアンドスペースはそ
れぞれ１００ｎｍとしている。

【００６４】（ｂ）：りん酸系のエッチャントでシリコ
ン窒化膜５０７をエッチングし、レジストパターン５０
８を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去
する。

【００６５】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＧ
ａＡｓスペーサ層５０６をエッチングする。５０ｎｍの
エッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂直方
向に進行し、横方向へのエッチングはほとんど進行しな
い。

【００６６】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＧａＡｓスペーサ層５０６をエッ
チングするとともに、横方向にもエッチングは進行し
（アンダーカット）、エッチングマスクであるシリコン
窒化膜５０７とＧａＡｓスペーサ層５０６との密着性に
より横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横
方向のエッチング速度はおよそ２：１となる。細線幅が
１０ｎｍとなるようにエッチング時間を制御する。

【００６７】（ｅ）：電子ビーム蒸着法や、スパッタリ
ング法などの方向性のある方法により、シリコン酸化膜
を堆積する。シリコン酸化膜５０９はシリコン窒化膜５
０７の上部と、シリコン窒化膜５０７のひさし部分によ
って覆われていないＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０５の
上部に堆積される。

【００６８】（ｆ）：シリコン窒化膜５０７をりん酸系
エッチャントでエッチングすると、シリコン窒化膜５０
７の上部のシリコン酸化膜５０９は除去され、Ａｌ0.3
Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０５上部のみエッチングマスクと
し残る。このエッチングマスクの幅ははじめに形成した
レジストパターンのスペースである１００ｎｍとなって
いる。

【００６９】（ｇ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いて上
部のＧａＡｓスペーサ層５０６がすべてエッチングされ
るまでエッチングを行う。シリコン酸化膜５０９とＧａ
Ａｓスペーサ層５０６に覆われていない部分のＡｌ0.3
Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０５、ＧａＡｓ量子井戸層５０
４、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層５０３はエッチングさ
れ、およそ１５０ｎｍのエッチング深さが得られるが、
エッチングはほぼ垂直方向に進行し、横方向へのエッチ
ングはほとんど進行しない。線幅がそれぞれ３０ｎｍ、
１００ｎｍの異なるＧａＡｓ量子細線５１０、５１１が
形成される。

【００７０】（ｈ）：シリコン酸化膜５０９を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層５１２
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは２００ｎｍ
である。埋め込まれた構造のＧａＡｓ量子細線５１０、
５１１形成される。

【００７１】このプロセスの構成においては、細線幅の
異なる量子細線構造を活性層に持つ半導体レーザが作製
でき、その細線幅で決定される発振波長、すなわち２つ
の異なる発振波長をもつ半導体レーザが形成できる。な
おかつ、それぞれの細線密度は始めのマスクパターン密
度で作製できている。

【００７２】（実施例６）図７は本発明の第６の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。

【００７３】以下、形成方法を工程図（ａ）から（ｅ）
に従って説明する。 （ａ）：ＧａＡｓ基板７０１上にＧａＡｓバッファ層７
０２、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層７０３、Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層７０４、Ａｌ _0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ障壁層７０５を連続的に結晶成長させる。Ｇａ
Ａｓバッファ層７０２の厚さは１μｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ障壁層７０３の厚さは１００ｎｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層７０４の厚さは７５ｎ
ｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層７０５の厚さは３０ｎｍ
程度である。次にシリコン酸化膜７０６を厚さ１０ｎｍ
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン７０７を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ１００ｎｍとしている。

【００７４】（ｂ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜７０６をエッチングし、レジストパターン７０７
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００７５】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＡ
ｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層７０５、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／
ＧａＡｓ多重量子井戸層７０４、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障
壁層７０３を連続的にエッチングする。およそ２００ｎ
ｍのエッチング深さが得られるが、エッチングはほぼ垂
直方向に進行しするような条件を使用し、横方向へのエ
ッチングはほとんど進行しない。

【００７６】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層７０
３、ＧａＡｓバッファ層をエッチングするとともに、横
方向にもエッチングは進行し（アンダーカット）、第一
のエッチング工程で細線化されたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障
壁層７０５、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井
戸層７０４の線幅をより狭くする。エッチングマスクで
あるシリコン酸化膜７０６とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層
７０５との密着性により横方向のエッチング速度は変化
するが、縦方向と横方向のエッチング速度はおよそ２：
１程度となる。ＧａＡｓ多重量子細線７０８が形成され
る。

【００７７】（ｅ）：シリコン酸化膜を弗酸系エッチャ
ントでエッチングし、全体を分子ビームエピタクシー法
を用いて、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層７０９で結晶
成長する。このとき成長させる厚さは３００ｎｍ程度で
ある。埋め込まれた構造のＧａＡｓ多重量子細線７０８
が形成される。

【００７８】このように、ほぼ垂直方向のエッチングに
より多重量子井戸層、障壁層を同時にエッチングして同
じ幅とした後、横方向のエッチングで細線構造としてい
るため、同じにすることができる。

【００７９】またここでは、多重量子細線層が基板に対
してほぼ垂直となっているが、この断面が斜めになって
（断面が平行四辺形）いても、最上層と最下層の幅が同
じである多重量子細線構造でもよい。

【００８０】これにより、従来例に示される、「縦方向
と横方向のエッチング速度で決定されるある決まったア
スペクト比を持った断面形状しか形成出来ず、縦方向の
エッチング深さを十分に稼ぐことが困難である」という
問題を克服できる。特に、多重量子井戸のように単一量
子井戸に比べて全体の厚さがあり、エッチング深さを要
求される場合、この２段階のエッチング方法により、断
面形状、特に縦方向の線幅の均一性に優れた量子細線を
形成することができる。

【００８１】なお、実施例においては、量子細線の作製
としているが、マスクパターンを格子状に形成すること
により、量子細線だけでなく、量子箱のような微細パタ
ーンの形成も可能となることは言うまでもない。

【００８２】（実施例７）図８は本発明の第７の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。

【００８３】以下、その形成方法を工程図（ａ）から
（ｅ）に従って説明する。 （ａ）：ＧａＡｓ基板８０１上にＧａＡｓバッファ層８
０２、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０３、Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層８０４、Ａｌ _0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ障壁層８０５を連続的に結晶成長させる。Ｇａ
Ａｓバッファ層８０２の厚さは１μｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ障壁層８０３の厚さは１００ｎｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層８０４の厚さは７５ｎ
ｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０５の厚さは３０ｎｍ
程度である。次にシリコン酸化膜８０６を厚さ１０ｎｍ
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン８０７を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ１００ｎｍとしている。

【００８４】（ｂ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜８０６をエッチングし、レジストパターン８０７
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００８５】（ｃ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＡ
ｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０５、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／
ＧａＡｓ多重量子井戸層８０４を連続的にエッチングす
る。ここでは、Ａｌ_0.3Ｇａ_{0 .7}Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子
井戸層８０４まででエッチングを停止させる。エッチン
グ時間の制御によってエッチング深さは制御でき、１０
５ｎｍのエッチング深さが得られるが、エッチングはほ
ぼ垂直方向に進行しするような条件を使用し、横方向へ
のエッチングはほとんど進行しない。ここで、Ａｌ_0.3
Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層８０４まででエ
ッチングを停止させるのは、まず、エッチング後の線幅
を均一化するとともに、下層のＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁
層８０３へのダメージを極力低減するためである。

【００８６】（ｄ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝１：１：２０を用いて、ウェットエッチン
グを行う。深さ方向にＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０３
をエッチングするとともに、横方向にもエッチングは進
行し（アンダーカット）、第一のエッチング工程で細線
化されたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０５、Ａｌ_0.3Ｇ
ａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層８０４の線幅をよ
り狭くする。エッチングマスクであるシリコン酸化膜８
０６とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層８０５との密着性によ
り横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横方
向のエッチング速度はおよそ２：１程度となる。ＧａＡ
ｓ多重量子細線８０８が形成される。

【００８７】（ｅ）：シリコン酸化膜８０６を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層８０９
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは３００ｎｍ
程度である。埋め込まれた構造のＧａＡｓ多重量子細線
８０８が形成される。

【００８８】なお、実施例においては、量子細線の作製
としているが、マスクパターンを格子状に形成すること
により、量子細線だけでなく、量子箱のような微細パタ
ーンの形成も可能となることは言うまでもない。

【００８９】（実施例８）図９は本発明の第８の実施例
における化合物半導体の量子細線構造の製造方法の工程
図を示すものである。ここでは多重量子井戸構造から多
重量子細線を作製する工程を示す。

【００９０】以下、その形成方法を工程図（ａ）から
（ｆ）に従って説明する。 （ａ）：ＧａＡｓ基板９０１上にＧａＡｓバッファ層９
０２、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０３、Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層９０４、Ａｌ _0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ障壁層９０５を連続的に結晶成長させる。Ｇａ
Ａｓバッファ層９０２の厚さは１μｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ障壁層９０３の厚さは１００ｎｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層９０４の厚さは７５ｎ
ｍ、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０５の厚さは３０ｎｍ
程度である。次にシリコン酸化膜９０６を厚さ１０ｎｍ
程度堆積し、電子ビームリソグラフィーでレジストパタ
ーン９０７を形成する。ストライプパターンの方向は結
晶方位に対しては任意の方向でよい。パターンのライン
アンドスペースはそれぞれ１００ｎｍとしている。

【００９１】（ｂ）：パターンの形成は、図に示す結晶
方位を満たすような方向に行う。すなわち、ウェットエ
ッチング時に逆メサ断面が形成される条件を満たす方向
にマスクパターンを作製する。つまり、基板は（１０
０）面、側面は（０ -１１）面、断面（レジストパター
ンと垂直な断面）は（０ -１ -１）面である。

【００９２】（ｃ）：弗酸系のエッチャントでシリコン
酸化膜９０６をエッチングし、レジストパターン９０７
を転写し、エッチングマスクとする。レジストを除去す
る。

【００９３】（ｄ）：方向性をもつ粒子線によるエッチ
ングとして、反応性イオンビームエッチングを用いてＡ
ｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０５、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／
ＧａＡｓ多重量子井戸層９０４を連続的にエッチングす
る。ここでは、Ａｌ_0.3Ｇａ_{0 .7}Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子
井戸層８０４まででエッチングを停止させる。エッチン
グ時間の制御によってエッチング深さは制御でき、１０
５ｎｍのエッチング深さが得られるが、エッチングは順
メサ方位が出るような条件を使用する。

【００９４】（ｅ）：エッチャントとして、硫酸：過酸
化水素：水＝３：１：１を用いて、ウェットエッチング
を行う。深さ方向にＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０３を
エッチングするとともに、横方向にもエッチングは進行
し（アンダーカット）、第一のエッチング工程で細線化
されたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０５、Ａｌ_0.3Ｇａ
_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層９０４の線幅をより
狭くする。このとき、逆メサ方位が形成される方向にパ
ターンを形成しているため、第一段階のエッチングで形
成された順メサ形状が逆メサ形状へエッチングの進行と
ともに変化していく。ちょうど断面角度が垂直となった
ところでウェットエッチングを停止させる。ウェットエ
ッチングではエッチングマスクであるシリコン酸化膜９
０６とＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層９０５との密着性によ
り横方向のエッチング速度は変化するが、縦方向と横方
向のエッチング速度はおよそ２：１程度となる。垂直断
面をもつ、すなわち多重量子細線部分で上部と下部の線
幅のそろったＧａＡｓ多重量子細線９０８が形成され
る。

【００９５】（ｆ）：シリコン酸化膜９０６を弗酸系エ
ッチャントでエッチングし、全体を分子ビームエピタク
シー法を用いて、Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層９０９
で結晶成長する。このとき成長させる厚さは３００ｎｍ
程度である。埋め込まれた構造のＧａＡｓ多重量子細線
９０８が形成される。

【００９６】なお、実施例においては、第一のエッチン
グ工程で形成される断面の角度が順メサ方向で、逆メサ
方向の断面が形成されるような第二のエッチング工程で
エッチングしているが、もちろん、第一のエッチング工
程で形成される断面の角度が逆メサ方向で、順メサ方向
の断面が形成されるような第二のエッチング工程でエッ
チングすることでも可能なことは言うまでもない。

【００９７】また、障壁層９０５の上に形成するシリコ
ン酸化膜９０６のを他の材料組成としたり、その膜厚を
変化させることにより、この酸化膜９０６の下にある、
障壁層９０３,９０５、量子井戸層９０５のエッチング
側壁の角度を任意に変化させることができることも実験
的に確かめられている。

【００９８】また、量子細線の作製としているが、マス
クパターンを格子状に形成することにより、量子細線だ
けでなく、量子箱のような微細パターンの形成も可能と
なることは言うまでもない。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
化合物半導体の量子細線構造を低損傷で制御性よく、か
つ高密度に形成する方法を提供することができ、その実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図２】本発明の第２の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図３】本発明の第３の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図４】本発明の第４の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図５】本発明の第５の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図６】従来のGaAs系化合物半導体基板上への量子細線
構造の製造方法の工程断面図

【図７】本発明の第６の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図８】本発明の第７の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【図９】本発明の第８の実施例における量子細線構造の
製造方法の工程断面図

【符号の説明】

１０１ ＧａＡｓ基板 １０２ ＧａＡｓバッファ層 １０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 １０４ ＧａＡｓ量子井戸層 １０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 １０６ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 １０７ レジストパターン １０８ ＧａＡｓ量子細線 １０９ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層 ２０１ ＧａＡｓ基板 ２０２ ＧａＡｓバッファ層 ２０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ２０４ ＧａＡｓ量子井戸層 ２０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ２０６ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層 ２０７ ＧａＡｓスペーサ層 ２０８ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 ２０９ レジストパターン ２１０ シリコン窒化膜 ２１１ シリコン窒化膜マスク ３０１ ＧａＡｓ基板 ３０２ ＧａＡｓバッファ層 ３０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ３０４ ＧａＡｓ量子井戸層 ３０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ３０６ Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐエッチングストップ層 ３０７ ＧａＡｓスペーサ層 ３０８ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 ３０９ レジストパターン ３１０ ポリイミド ３１１ ポリイミドマスク ４０１ ＧａＡｓ基板 ４０２ ＧａＡｓバッファ層 ４０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ４０４ ＧａＡｓ量子井戸層 ４０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ４０６ ＧａＡｓスペーサ層 ４０７ エッチングマスクとなるシリコン窒化膜 ４０８ レジストパターン ４０９ シリコン酸化膜 ４１０ ＧａＡｓ量子細線 ４１１ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層 ５０１ ＧａＡｓ基板 ５０２ ＧａＡｓバッファ層 ５０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ５０４ ＧａＡｓ量子井戸層 ５０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ５０６ ＧａＡｓスペーサ層 ５０７ エッチングマスクとなるシリコン窒化膜 ５０８ レジストパターン ５０９ シリコン酸化膜 ５１０ ＧａＡｓ量子細線 ５１１ ＧａＡｓ量子細線 ５１２ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ埋め込み層 ６０１ ＧａＡｓ基板 ６０２ ＧａＡｓバッファ層 ６０３ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ６０４ ＧａＡｓ量子井戸層 ６０５ Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ障壁層 ６０６ シリコン酸化膜 ６０７ レジストパターン ６０８ ＧａＡｓ量子細線 ７０１ ＧａＡｓ基板 ７０２ ＧａＡｓバッファ層 ７０３ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ７０４ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層 ７０５ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ７０６ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 ７０７ レジストパターン ７０８ ＧａＡ多重ｓ量子細線 ７０９ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層 ８０１ ＧａＡｓ基板 ８０２ ＧａＡｓバッファ層 ８０３ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ８０４ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層 ８０５ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ８０６ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 ８０７ レジストパターン ８０８ ＧａＡｓ多重量子細線 ８０９ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層 ９０１ ＧａＡｓ基板 ９０２ ＧａＡｓバッファ層 ９０３ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ９０４ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸層 ９０５ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ障壁層 ９０６ エッチングマスクとなるシリコン酸化膜 ９０７ レジストパターン ９０８ ＧａＡｓ多重量子細線 ９０９ Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ埋め込み層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊田 幸雄 東京都杉並区梅里１−11−７

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一もしくは多重量子井戸層を有する化合
   物半導体構造上に細線形状の第１のエッチングマスクを
   形成する工程と、 前記第１のエッチングマスクをマスクとして、前記化合
   物半導体構造を方向性をもつ粒子線により、細線状にエ
   ッチングする第１のエッチング工程と、 ウエットエッチングによるオーバーエッチングにより、
   前記第１のエッチングにより形成した細線形状の前記化
   合物半導体構造の線幅を細くする第２のエッチング工程
   と、 を備えたことを特徴とする量子細線構造の製造方法。
2. 【請求項２】第１のエッチング工程に、反応性イオンビ
   ームエッチングを用いたことを特徴とする請求項１に記
   載の量子細線構造の製造方法。
3. 【請求項３】化合物半導体構造が、基板側から第１の障
   壁層、単一もしくは多重量子井戸層、第２の障壁層を有
   しており、 第１のエッチング工程で、前記単一もしくは多重量子井
   戸層までをエッチング除去することを特徴とする請求項
   １に記載の量子細線構造の製造方法。
4. 【請求項４】第２のエッチング工程により、第１の障壁
   層を除去しつつ、単一もしくは多重量子井戸層の線幅を
   細くすることを特徴とする請求項３に記載の量子細線構
   造の製造方法。
5. 【請求項５】化合物半導体構造上に、連続的に結晶成長
   させた化合物半導体層を第１のエッチングマスクとした
   ことを特徴とする請求項１に記載の量子細線構造の製造
   方法。
6. 【請求項６】単一もしくは多重量子井戸層を有する化合
   物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化
   合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層を選択的にエッチングして第１のマ
   スクを形成する工程と、 前記第１のマスクの側壁に第２のマスクを形成する工程
   と、 前記第１のマスクを除去し、前記第２のマスクをマスク
   として、前記化合物半導体構造をエッチングする工程
   と、 を備えたことを特徴とする量子細線構造の製造方法。
7. 【請求項７】単一もしくは多重量子井戸層を有する化合
   物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化
   合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層の上に第１のマスクを形成する工程
   と、 前記第１のマスクをマスクとして、前記化合物半導体層
   の一部をエッチングする工程と、 ウエットエッチングにより、前記化合物半導体層の幅を
   小さくする工程と、 前記化合物半導体層を所定の材料で埋め込む工程と、 前記第１のマスクをマスクとして前記所定の材料をエッ
   チング除去する工程と、 前記第１のマスクおよび前記化合物半導体層とを除去す
   る工程と、 前記所定の材料をマスクとして、前記化合物半導体構造
   をエッチングして量子細線を形成する工程とを備えたこ
   とを特徴とする量子細線構造の製造方法。
8. 【請求項８】単一もしくは多重量子井戸層を有する化合
   物半導体構造上に、この化合物半導体構造と連続的に化
   合物半導体層を成長させる工程と、 前記化合物半導体層の上に第１のマスクを形成する工程
   と、 前記第１のマスクをマスクとして、前記化合物半導体層
   の一部をエッチングする工程と、 ウエットエッチングにより、前記化合物半導体の幅を小
   さくする工程と、 前記第１のマスクをマスクとして、前記化合物半導体構
   造上に第２のマスクを形成する工程と、 前記化合物半導体層と前記第２のマスクとをマスクとし
   て、前記化合物半導体構造をエッチングして量子細線を
   形成する工程とを備えたことを特徴とする量子細線構造
   の製造方法。
9. 【請求項９】第１のマスクの間隔をほぼ同じにして、異
   なる幅の量子細線を形成することを特徴とする請求項８
   に記載の量子細線構造の製造方法。
10. 【請求項１０】第１のエッチング工程により、化合物半
    導体構造の最下端までをエッチング除去することを特徴
    とする請求項１に記載の量子細線構造の製造方法。
11. 【請求項１１】第１のエッチング工程により、化合物半
    導体構造の側壁がほぼ垂直になっていることを特徴とす
    る請求項１に記載の量子細線構造の製造方法。
12. 【請求項１２】多重量子井戸層を有する化合物半導体構
    造の第１のエッチング工程において、前記多重量子井戸
    層の最上層と最下層の線幅をほぼ等しくすることを特徴
    とする請求項１に記載の量子細線構造の製造方法。
13. 【請求項１３】化合物半導体構造の上に形成する結晶層
    の材料組成と厚さを変化させることにより、第１のエッ
    チング工程後の前記化合物半導体構造の単一もしくは多
    重量子井戸層のエッチング側壁の角度を任意に変化させ
    ることを特徴とする請求項１に記載の量子細線構造の製
    造方法。
14. 【請求項１４】第１のエッチング工程で形成される化合
    物半導体構造の断面の角度が順メサ方向であり、 逆メサ方向の断面が形成できる第２のエッチング工程で
    前記順メサの化合物半導体構造をエッチングすることを
    特徴とする請求項１に記載の量子細線構造の製造方法。
15. 【請求項１５】第１のエッチング工程で形成される化合
    物半導体構造の断面の角度が逆メサ方向であり、 順メサ方向の断面が形成できる第２のエッチング工程で
    前記逆メサの化合物半導体構造をエッチングすることを
    特徴とする請求項１に記載の量子細線構造の製造方法。