JPH09298290A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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- JPH09298290A JPH09298290A JP11338996A JP11338996A JPH09298290A JP H09298290 A JPH09298290 A JP H09298290A JP 11338996 A JP11338996 A JP 11338996A JP 11338996 A JP11338996 A JP 11338996A JP H09298290 A JPH09298290 A JP H09298290A
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- quantum
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Abstract
(57)【要約】
【課題】量子箱の製造方法における微細化、高密度化、
低欠陥化の達成。 【解決手段】多重量子井戸構造を作成後、液滴もしくは
微結晶をマスクとし、成長炉内において塩素系のガスで
エッチングを行い、微細構造を形成、さらに成長炉内で
埋め込むことにより、量子箱を作製する。 【効果】微細化については、積層方向、および面内のサ
イズを数ｎｍに、高密度化については積層方向について
多周期化、低欠陥化については成長炉内におけるエッチ
ングにより再成長界面の欠陥を除去できた。
低欠陥化の達成。 【解決手段】多重量子井戸構造を作成後、液滴もしくは
微結晶をマスクとし、成長炉内において塩素系のガスで
エッチングを行い、微細構造を形成、さらに成長炉内で
埋め込むことにより、量子箱を作製する。 【効果】微細化については、積層方向、および面内のサ
イズを数ｎｍに、高密度化については積層方向について
多周期化、低欠陥化については成長炉内におけるエッチ
ングにより再成長界面の欠陥を除去できた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は量子箱等の製造方法
と量子箱を有する半導体素子に関する。
と量子箱を有する半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上部に量子井戸構造を含む半導体層
の積層構造を形成した半導体素子のうち、この量子井戸
構造が基板主面の面内方向に複数個の所謂「量子箱」に
分割された構造を有する半導体素子は、特に次世代の光
素子として有望視されている。
の積層構造を形成した半導体素子のうち、この量子井戸
構造が基板主面の面内方向に複数個の所謂「量子箱」に
分割された構造を有する半導体素子は、特に次世代の光
素子として有望視されている。
【０００３】これまでの量子箱等の微細構造の形成方法
としては、例えばジャーナル オブクリスタル グロー
ス 第１４５巻 ７０７−７１３ペ−ジ １９９４年
（Journal of Crystal Growth, vol.145, pp707-713, 1
994）に記載の半導体基板上におけるIII族原料のドロプ
レット（液滴）から微結晶を成長する方法がある。この
方法は、例えばＧａＡｓの場合、まずIII族原料のＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）のみを供給することによ
り、Ｇａの液滴を基板上に析出（deposite）させ、次に
ＡｓＨ3（アルシン）を流すことにより、液滴から微結
晶へと変化させる方法である。この時、微結晶のサイズ
は量子効果的な閉じ込めを受ける数十ｎｍ程度にまで低
減することができる。尚、通常の薄膜成長ではＴＭＧａ
とＡｓＨ3は同時に供給しており、この論文に記載のよ
うな液滴はできない。またＡｓＨ3等のＶ族ガスのみを
先に供給したとしても、Ｖ族元素の液滴はできない。
としては、例えばジャーナル オブクリスタル グロー
ス 第１４５巻 ７０７−７１３ペ−ジ １９９４年
（Journal of Crystal Growth, vol.145, pp707-713, 1
994）に記載の半導体基板上におけるIII族原料のドロプ
レット（液滴）から微結晶を成長する方法がある。この
方法は、例えばＧａＡｓの場合、まずIII族原料のＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）のみを供給することによ
り、Ｇａの液滴を基板上に析出（deposite）させ、次に
ＡｓＨ3（アルシン）を流すことにより、液滴から微結
晶へと変化させる方法である。この時、微結晶のサイズ
は量子効果的な閉じ込めを受ける数十ｎｍ程度にまで低
減することができる。尚、通常の薄膜成長ではＴＭＧａ
とＡｓＨ3は同時に供給しており、この論文に記載のよ
うな液滴はできない。またＡｓＨ3等のＶ族ガスのみを
先に供給したとしても、Ｖ族元素の液滴はできない。
【０００４】別の微細構造の作成方法としてはジャーナ
ル オブ バキューム サイエンスアンド テクノロジ
ー Ｂ４ ３５６ページ １９８６年（Journal of Vac
uum Science and Technology, vol.B4, pp356, 1986）
に記載の多重量子井戸構造を形成後、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）で面内を部分的にエッチングし、微細
構造を形成する方法や特開平５−１８３２３８号公報等
に記載の多重量子井戸構造を形成後、表面層に酸化膜を
デポし、電子線描画（ＥＢ）で酸化膜の微細パターンを
作製し、酸化膜をマスクとして選択成長やウエットエッ
チング（例えば塩酸系のエッチング液）により、微細構
造を形成する方法がある。
ル オブ バキューム サイエンスアンド テクノロジ
ー Ｂ４ ３５６ページ １９８６年（Journal of Vac
uum Science and Technology, vol.B4, pp356, 1986）
に記載の多重量子井戸構造を形成後、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）で面内を部分的にエッチングし、微細
構造を形成する方法や特開平５−１８３２３８号公報等
に記載の多重量子井戸構造を形成後、表面層に酸化膜を
デポし、電子線描画（ＥＢ）で酸化膜の微細パターンを
作製し、酸化膜をマスクとして選択成長やウエットエッ
チング（例えば塩酸系のエッチング液）により、微細構
造を形成する方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】光デバイスや電子デバ
イスの性能は量子サイズ効果に依存しており、量子箱デ
バイスは現在の量子井戸デバイスに比べ素子特性を飛躍
的に向上できると予想されている。しかしながら、上記
従来技術を含めたこれまでの作製方法では良好な量子箱
が製造できず、素子特性の改善は図られていない。量子
箱作製の技術課題としては、微細化（縦、横、高さが１
０ｎｍ以下、もしくは高さが数ｎｍ、縦、横が数１０ｎ
ｍ以下のサイズ）、高集積化、低欠陥化が重要であり、
上記従来技術の液滴を用いた作製方法においては、面内
（基板主面又は量子箱の成長面）での高集積化は可能で
あるが、積層方向への多層化は困難である。また、多重
量子井戸構造を先に形成する場合には積層方向の高集積
化は可能であるが、ＲＩＥでエッチングした場合、エッ
チング後の欠陥が問題である。さらにＥＢでマスクを形
成後、選択成長やウエットエッチングで微細化する場
合、低欠陥ではあるが、面内における微細化や積層方向
への高密度化が困難である。
イスの性能は量子サイズ効果に依存しており、量子箱デ
バイスは現在の量子井戸デバイスに比べ素子特性を飛躍
的に向上できると予想されている。しかしながら、上記
従来技術を含めたこれまでの作製方法では良好な量子箱
が製造できず、素子特性の改善は図られていない。量子
箱作製の技術課題としては、微細化（縦、横、高さが１
０ｎｍ以下、もしくは高さが数ｎｍ、縦、横が数１０ｎ
ｍ以下のサイズ）、高集積化、低欠陥化が重要であり、
上記従来技術の液滴を用いた作製方法においては、面内
（基板主面又は量子箱の成長面）での高集積化は可能で
あるが、積層方向への多層化は困難である。また、多重
量子井戸構造を先に形成する場合には積層方向の高集積
化は可能であるが、ＲＩＥでエッチングした場合、エッ
チング後の欠陥が問題である。さらにＥＢでマスクを形
成後、選択成長やウエットエッチングで微細化する場
合、低欠陥ではあるが、面内における微細化や積層方向
への高密度化が困難である。
【０００６】本発明は以上の量子箱作成上の技術課題で
ある微細化、高密度化、低欠陥化を同時に解決し、量子
箱デバイス（即ち、量子箱構造を有する半導体素子）の
特性を向上するものである。
ある微細化、高密度化、低欠陥化を同時に解決し、量子
箱デバイス（即ち、量子箱構造を有する半導体素子）の
特性を向上するものである。
【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、本発明は量子箱構造を含む半導体素子の製造方法に
おいて、半導体基板の上部（基板主面上を含む）に量子
井戸構造（多重量子井戸構造を含めて）を成長後、量子
井戸構造又はこれを含む半導体膜の積層構造の成長表面
に上記従来技術である液滴もしくは液滴による微結晶を
成長し、この液滴又は微結晶をマスクとし、成長炉内に
おけるエッチングにより多重量子井戸構造（又は、これ
を含む半導体膜の積層構造）を数１０ｎｍから数ｎｍの
寸法に分割し、さらに成長炉内で埋め込むことにより良
好な量子箱を作製する。即ち本発明では、基板上に複数
の半導体層を順次積層させて量子井戸構造（多重量子井
戸構造をも含む）を含む積層構造領域を形成する第１の
工程と、この積層構造領域の上面にIII族の有機金属原
料のみを供給することにより液滴を形成、もしくはこの
液滴形成後にＶ族ガスの供給により液滴を基に結晶（微
結晶）を形成する第２の工程（マスク領域形成工程）
と、この液滴又は微結晶をマスクとして成長炉内のガス
エッチングによりマスクの無い積層構造領域（但し、量
子井戸構造を含む）をエッチングし、量子井戸構造又は
多重量子井戸構造を複数の量子箱へと分離（分割）する
第３の工程と、このガスエッチングにより形成された量
子箱（又は量子箱を含む分割された積層構造領域）を望
ましくは第３の工程で用いた成長炉と同じ成長炉内にお
いて量子井戸構造の井戸層のバンドギャップ波長よりも
短いバンドギャップ波長を有する半導体層で埋め込む第
４の工程を含む製造方法により、量子箱を有する半導体
素子を形成する。
に、本発明は量子箱構造を含む半導体素子の製造方法に
おいて、半導体基板の上部（基板主面上を含む）に量子
井戸構造（多重量子井戸構造を含めて）を成長後、量子
井戸構造又はこれを含む半導体膜の積層構造の成長表面
に上記従来技術である液滴もしくは液滴による微結晶を
成長し、この液滴又は微結晶をマスクとし、成長炉内に
おけるエッチングにより多重量子井戸構造（又は、これ
を含む半導体膜の積層構造）を数１０ｎｍから数ｎｍの
寸法に分割し、さらに成長炉内で埋め込むことにより良
好な量子箱を作製する。即ち本発明では、基板上に複数
の半導体層を順次積層させて量子井戸構造（多重量子井
戸構造をも含む）を含む積層構造領域を形成する第１の
工程と、この積層構造領域の上面にIII族の有機金属原
料のみを供給することにより液滴を形成、もしくはこの
液滴形成後にＶ族ガスの供給により液滴を基に結晶（微
結晶）を形成する第２の工程（マスク領域形成工程）
と、この液滴又は微結晶をマスクとして成長炉内のガス
エッチングによりマスクの無い積層構造領域（但し、量
子井戸構造を含む）をエッチングし、量子井戸構造又は
多重量子井戸構造を複数の量子箱へと分離（分割）する
第３の工程と、このガスエッチングにより形成された量
子箱（又は量子箱を含む分割された積層構造領域）を望
ましくは第３の工程で用いた成長炉と同じ成長炉内にお
いて量子井戸構造の井戸層のバンドギャップ波長よりも
短いバンドギャップ波長を有する半導体層で埋め込む第
４の工程を含む製造方法により、量子箱を有する半導体
素子を形成する。
【０００８】上述の第２の工程において、液滴、もしく
は微結晶の面内における直径、或いは一方向の長さが数
十ｎｍ以下、可能ならば１０ｎｍ以下であり、多重量子
井戸構造における井戸層の膜厚が１０ｎｍ以下とするこ
のが望ましい。即ち、本発明で従来技術では寸法上作製
が不可能な量子箱を実現するには、このような条件をさ
らに配慮することが望まれるためである。このような条
件を満たすことで、量子箱は積層構造領域の成長方向の
長さ及び成長面内における最大長さ（円形断面場合、直
径）が夫々１０ｎｍ以下となるように形成できる。ま
た、上述の第３の工程において、エッチングに用いるガ
スにＨＣｌ等の塩素を含むガスを用いるとよい。さら
に、量子箱がその主面上に作製される基板の面方位は、
＜１００＞方向から０.１度以上傾けるとよい。
は微結晶の面内における直径、或いは一方向の長さが数
十ｎｍ以下、可能ならば１０ｎｍ以下であり、多重量子
井戸構造における井戸層の膜厚が１０ｎｍ以下とするこ
のが望ましい。即ち、本発明で従来技術では寸法上作製
が不可能な量子箱を実現するには、このような条件をさ
らに配慮することが望まれるためである。このような条
件を満たすことで、量子箱は積層構造領域の成長方向の
長さ及び成長面内における最大長さ（円形断面場合、直
径）が夫々１０ｎｍ以下となるように形成できる。ま
た、上述の第３の工程において、エッチングに用いるガ
スにＨＣｌ等の塩素を含むガスを用いるとよい。さら
に、量子箱がその主面上に作製される基板の面方位は、
＜１００＞方向から０.１度以上傾けるとよい。
【０００９】本発明の具体的な理解の為に、本発明によ
る半導体素子の製造プロセスを図１乃至３を用いて説明
する。図１はこの時の作成プロセスである。まず多重量
子井戸構造（例えば、障壁層１、膜厚：１０ｎｍ、井戸
層２、膜厚：６ｎｍ）を成長することにより、積層方向
の高集積化と微細化を図った（図１（ａ））。次に成長
表面に３族の有機金属原料のみ、例えばＴＭＩｎ、ＴＥ
Ｇａ等を供給し、数ｎｍから数十ｎｍサイズの液滴３を
成長、もしくは液滴成長後にＡｓＨ3、ＰＨ3（ホスフィ
ン）等のＶ族ガスを供給し、数ｎｍから数十ｎｍサイズ
の微結晶３を成長した（図１（ｂ））。次に成長炉内に
て、液滴もしくは液滴後の微結晶をマスクとして多重量
子井戸構造をＨＣｌ等のガスによりエッチングし、多重
量子井戸構造を数ｎｍから数１０ｎｍサイズに分割する
（図１（ｃ））。ＨＣｌ等のガスエッチングの場合、Ｒ
ＩＢなどの物理的なエッチングではなく、化学的なエッ
チングであり、エッチングによるダメージは無く低欠陥
である。また、液滴もしくは液滴による微結晶の密度と
サイズの関係は図２に示すようにサイズの減少に伴い増
大することができ、高密度化と微細化を同時に満たすこ
とができる。尚、液滴をマスクとした場合、図３に示す
ように液滴のエッチングレートは結晶に比べ非常に遅い
ためマスクとなる。また微結晶の場合、エッチングによ
り微結晶の膜厚は減少するが、マスク外の多重量子井戸
構造もエッチングされるため、多重量子井戸構造を面内
で分割できる。さらに、エッチング後の構造を成長炉内
において、量子井戸層のバンドギャップエネルギーより
も大きなバンドギャップエネルギーを持つ層４で埋め込
むことにより、面内方向においても量子効果的な閉じ込
めを設け、量子箱を形成した（図１（ｄ））。本発明で
は、エッチングから埋め込みまでの全てを同じ成長炉内
で行うため再成長界面における欠陥や不純物による汚染
が無く高品質の量子箱を製造できる。また、微結晶や液
滴を用いることにより高密度化と微細化を同時に満たす
ことができる。
る半導体素子の製造プロセスを図１乃至３を用いて説明
する。図１はこの時の作成プロセスである。まず多重量
子井戸構造（例えば、障壁層１、膜厚：１０ｎｍ、井戸
層２、膜厚：６ｎｍ）を成長することにより、積層方向
の高集積化と微細化を図った（図１（ａ））。次に成長
表面に３族の有機金属原料のみ、例えばＴＭＩｎ、ＴＥ
Ｇａ等を供給し、数ｎｍから数十ｎｍサイズの液滴３を
成長、もしくは液滴成長後にＡｓＨ3、ＰＨ3（ホスフィ
ン）等のＶ族ガスを供給し、数ｎｍから数十ｎｍサイズ
の微結晶３を成長した（図１（ｂ））。次に成長炉内に
て、液滴もしくは液滴後の微結晶をマスクとして多重量
子井戸構造をＨＣｌ等のガスによりエッチングし、多重
量子井戸構造を数ｎｍから数１０ｎｍサイズに分割する
（図１（ｃ））。ＨＣｌ等のガスエッチングの場合、Ｒ
ＩＢなどの物理的なエッチングではなく、化学的なエッ
チングであり、エッチングによるダメージは無く低欠陥
である。また、液滴もしくは液滴による微結晶の密度と
サイズの関係は図２に示すようにサイズの減少に伴い増
大することができ、高密度化と微細化を同時に満たすこ
とができる。尚、液滴をマスクとした場合、図３に示す
ように液滴のエッチングレートは結晶に比べ非常に遅い
ためマスクとなる。また微結晶の場合、エッチングによ
り微結晶の膜厚は減少するが、マスク外の多重量子井戸
構造もエッチングされるため、多重量子井戸構造を面内
で分割できる。さらに、エッチング後の構造を成長炉内
において、量子井戸層のバンドギャップエネルギーより
も大きなバンドギャップエネルギーを持つ層４で埋め込
むことにより、面内方向においても量子効果的な閉じ込
めを設け、量子箱を形成した（図１（ｄ））。本発明で
は、エッチングから埋め込みまでの全てを同じ成長炉内
で行うため再成長界面における欠陥や不純物による汚染
が無く高品質の量子箱を製造できる。また、微結晶や液
滴を用いることにより高密度化と微細化を同時に満たす
ことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、その望ま
しき実施の形態として以下に挙げる５つの実施例と関連
図面により説明する。
しき実施の形態として以下に挙げる５つの実施例と関連
図面により説明する。
【００１１】＜実施例１＞図４を用いて本発明の第１の
実施例を説明する。第１の実施例は半導体レーザの多層
構造図であり、ｎ型ＩｎＰ基板５の上に有機金属気相成
長法により、ｎ型ＩｎＰバッファ層６（キャリア濃度１
〜２×１０~18ｃｍ~3、膜厚０.３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰガイド層７（バンドギャップエネルギー波長１.
１０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度１×１
０~18ｃｍ~3、膜厚０.１μｍ）を積層した後、アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ障壁層８（バンドギャップエネルギー
波長１.１５μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、膜厚１０ｎ
ｍ）とアンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸層９（バンドギ
ャップエネルギー波長１.６７μｍ、ＩｎＰ基板に格子
整合、膜厚６ｎｍ）を交互に５周期積層した後、アンド
ープＩｎＧａＡｓＰ障壁層８を成長したのと同流量のＴ
ＭＩｎ、ＴＥＧａのみを流して作成した半円球状の液滴
１０、もしくはその後ＡｓＨ3、ＰＨ3を加えて作成した
円柱状、あるいは円錐状の微結晶１１（バンドギャップ
エネルギー波長１.１５μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、
直径６ｎｍ、高さ１０ｎｍ、密度１×１０10ｃｍ~2）を
積層した後、０．１％濃度のＨＣｌガスを１００ｓｃｃ
ｍ流し、マスク外の多重量子井戸構造をエッチングし
た。次にアンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層８と同組成の
結晶で埋込層１２を成長し、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド
層１３（バンドギャップエネルギー波長１.１０μｍ、
ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度３×１０17ｃｍ
~3、膜厚０.１μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４（キ
ャリア濃度７×１０17ｃｍ~3、膜厚２μｍ）、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層１５（バンドギャップエネルギー波
長１.６７μm、ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度３
×１０19ｃｍ~3、膜厚０.３μm）を順次成長した。尚、
本発明では液滴もしくは微結晶のサイズを８ｎｍ、１×
１０10ｃｍ~2としたが数ｎｍから数１０ｎｍなら他の大
きさでも良い。尚、本実施例では液滴や微結晶の面内形
状を円形としたが、三角形や四角形等の多角形でも良
い。また、本実施例では有機金属原料にＴＭＩｎ、ＴＥ
Ｇａを用いたが、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）、
ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）等の他の有機金属でも
良い。またエッチングガスとしてはＨＣｌを用いたがＡ
ｓＣｌ3や（クロライドアルシン）、ＰＣｌ3（クロライ
ドホスフィン）、ＣＨ3Ｃｌ4（塩化メチル）等の他の塩
素系エッチングガスでも良い。尚、本発明により製造し
た半導体レーザは従来の量子井戸構造に比べて閾電流値
において約３割低減することができた。
実施例を説明する。第１の実施例は半導体レーザの多層
構造図であり、ｎ型ＩｎＰ基板５の上に有機金属気相成
長法により、ｎ型ＩｎＰバッファ層６（キャリア濃度１
〜２×１０~18ｃｍ~3、膜厚０.３μｍ）、ｎ型ＩｎＧａ
ＡｓＰガイド層７（バンドギャップエネルギー波長１.
１０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度１×１
０~18ｃｍ~3、膜厚０.１μｍ）を積層した後、アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ障壁層８（バンドギャップエネルギー
波長１.１５μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、膜厚１０ｎ
ｍ）とアンドープＩｎＧａＡｓ量子井戸層９（バンドギ
ャップエネルギー波長１.６７μｍ、ＩｎＰ基板に格子
整合、膜厚６ｎｍ）を交互に５周期積層した後、アンド
ープＩｎＧａＡｓＰ障壁層８を成長したのと同流量のＴ
ＭＩｎ、ＴＥＧａのみを流して作成した半円球状の液滴
１０、もしくはその後ＡｓＨ3、ＰＨ3を加えて作成した
円柱状、あるいは円錐状の微結晶１１（バンドギャップ
エネルギー波長１.１５μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合、
直径６ｎｍ、高さ１０ｎｍ、密度１×１０10ｃｍ~2）を
積層した後、０．１％濃度のＨＣｌガスを１００ｓｃｃ
ｍ流し、マスク外の多重量子井戸構造をエッチングし
た。次にアンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層８と同組成の
結晶で埋込層１２を成長し、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド
層１３（バンドギャップエネルギー波長１.１０μｍ、
ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度３×１０17ｃｍ
~3、膜厚０.１μｍ）、ｐ型ＩｎＰクラッド層１４（キ
ャリア濃度７×１０17ｃｍ~3、膜厚２μｍ）、ｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓキャップ層１５（バンドギャップエネルギー波
長１.６７μm、ＩｎＰ基板に格子整合、キャリア濃度３
×１０19ｃｍ~3、膜厚０.３μm）を順次成長した。尚、
本発明では液滴もしくは微結晶のサイズを８ｎｍ、１×
１０10ｃｍ~2としたが数ｎｍから数１０ｎｍなら他の大
きさでも良い。尚、本実施例では液滴や微結晶の面内形
状を円形としたが、三角形や四角形等の多角形でも良
い。また、本実施例では有機金属原料にＴＭＩｎ、ＴＥ
Ｇａを用いたが、ＴＥＩｎ（トリエチルインジウム）、
ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）等の他の有機金属でも
良い。またエッチングガスとしてはＨＣｌを用いたがＡ
ｓＣｌ3や（クロライドアルシン）、ＰＣｌ3（クロライ
ドホスフィン）、ＣＨ3Ｃｌ4（塩化メチル）等の他の塩
素系エッチングガスでも良い。尚、本発明により製造し
た半導体レーザは従来の量子井戸構造に比べて閾電流値
において約３割低減することができた。
【００１２】＜実施例２＞図５を用いて本発明の第２の
実施例を説明する。第２の実施例は第１の実施例におい
て、埋込層、微結晶、障壁層の組成に限定を加えたもの
であり、特に埋込層のバンドギャップエネルギー波長
（例えば埋込層１６：バンドギャップエネルギー波長
１.０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合）＜微結晶バンドギ
ャップエネルギー波長（例えば微結晶１７：バンドギャ
ップエネルギー波長１．１０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整
合、長径１０ｎｍ、高さ１０ｎｍ、密度１×１０10１０
ｃｍ~2）＜障壁層のバンドギャップエネルギー波長（例
えば障壁層１８：バンドギャップエネルギー波長１.１
５μm、ＩｎＰ基板に格子整合、膜厚１０ｎｍ）の関係
を満たしている場合である。本実施例では量子箱方向に
近ずくに従いバンドギャップエネルギー波長が長くな
る、つまりエネルギーが小さくなることから電子やホー
ルを効率良く量子箱に閉じ込めることができ、さらなる
特性の向上が実現できる。尚、本発明により製造した半
導体レーザは従来の実施例１に比べて閾電流値をさらに
２割低減することができた。
実施例を説明する。第２の実施例は第１の実施例におい
て、埋込層、微結晶、障壁層の組成に限定を加えたもの
であり、特に埋込層のバンドギャップエネルギー波長
（例えば埋込層１６：バンドギャップエネルギー波長
１.０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整合）＜微結晶バンドギ
ャップエネルギー波長（例えば微結晶１７：バンドギャ
ップエネルギー波長１．１０μｍ、ＩｎＰ基板に格子整
合、長径１０ｎｍ、高さ１０ｎｍ、密度１×１０10１０
ｃｍ~2）＜障壁層のバンドギャップエネルギー波長（例
えば障壁層１８：バンドギャップエネルギー波長１.１
５μm、ＩｎＰ基板に格子整合、膜厚１０ｎｍ）の関係
を満たしている場合である。本実施例では量子箱方向に
近ずくに従いバンドギャップエネルギー波長が長くな
る、つまりエネルギーが小さくなることから電子やホー
ルを効率良く量子箱に閉じ込めることができ、さらなる
特性の向上が実現できる。尚、本発明により製造した半
導体レーザは従来の実施例１に比べて閾電流値をさらに
２割低減することができた。
【００１３】＜実施例３＞第３の実施例を図６を用いて
説明する。第１、２の実施例は多重量子井戸構造の上に
液滴、もしくは微結晶を作成したが、第３の実施例では
Ｉｎの液滴もしくはＩｎＰの微結晶１９をガイド層の上
に作成し、アンドープＩｎＰ２０で埋込んだ場合であ
り、本実施例では液滴や微結晶と埋込層がＩｎＰであ
り、混晶系での面方位の違いによる組成変化等が起きな
いため結晶性が向上する。本実施例においても実施例
１、２、３と同等の改善が実現でき、さらに信頼性にお
いて素子の寿命を約３割延ばすことができた。
説明する。第１、２の実施例は多重量子井戸構造の上に
液滴、もしくは微結晶を作成したが、第３の実施例では
Ｉｎの液滴もしくはＩｎＰの微結晶１９をガイド層の上
に作成し、アンドープＩｎＰ２０で埋込んだ場合であ
り、本実施例では液滴や微結晶と埋込層がＩｎＰであ
り、混晶系での面方位の違いによる組成変化等が起きな
いため結晶性が向上する。本実施例においても実施例
１、２、３と同等の改善が実現でき、さらに信頼性にお
いて素子の寿命を約３割延ばすことができた。
【００１４】＜実施例４＞第４の実施例を図７を用いて
説明する。第４の実施例は上記実施例１、２、３におい
て基板の面方位を＜１００＞ジャストから数度傾斜させ
た場合である。本実施例では基板を傾けることにより成
長表面にステップができる。この時、液滴はステップに
吸着されやすいことから液滴もしくは微結晶を規則的に
配列することができ、面内における量子箱の位置を規則
的に制御することができる。例えば＜０１１＞方向に
０．８度傾けたｎ型ＩｎＰ基板２１においては、約２０
ｎｍ間隔でステップができ、従来はランダムであった量
子箱が規則的になり、素子特性をさらに向上することが
できた。尚、本実施例では傾斜方向を＜０１１＞とした
が＜０１-１＞や他の方向でもよい、また傾斜角度も
０．１度以上なら他の角度でも良い。
説明する。第４の実施例は上記実施例１、２、３におい
て基板の面方位を＜１００＞ジャストから数度傾斜させ
た場合である。本実施例では基板を傾けることにより成
長表面にステップができる。この時、液滴はステップに
吸着されやすいことから液滴もしくは微結晶を規則的に
配列することができ、面内における量子箱の位置を規則
的に制御することができる。例えば＜０１１＞方向に
０．８度傾けたｎ型ＩｎＰ基板２１においては、約２０
ｎｍ間隔でステップができ、従来はランダムであった量
子箱が規則的になり、素子特性をさらに向上することが
できた。尚、本実施例では傾斜方向を＜０１１＞とした
が＜０１-１＞や他の方向でもよい、また傾斜角度も
０．１度以上なら他の角度でも良い。
【００１５】＜実施例５＞第５の実施例を図８を用いて
説明する。本実施例では従来の量子井戸では積層方向に
のみ閉じ込めを受けていたためＴＥ、ＴＭの偏光特性に
差があったが、量子箱の形状を等方的な形状にすること
により、ＴＥ、ＴＭの偏光特性の差を低減した。図８
は、本実施例を半導体アンプに応用した例であり、例え
ば面内における量子箱の直径を積層方向の膜厚と等しい
６ｎｍとし、さらに図８に示すようにストライプ方向を
＜０１１＞もしくは＜０１-１＞から５度傾向けてメサ
ストライプ２２を形成した半導体アンプにおいては、Ｔ
Ｅ、ＴＭの偏光特性の差を従来の量子井戸にべ約５０％
にまで低減できた。尚、本実施例では円柱状の量子箱を
示したが形状は液滴の成長条件に依存しており、立方体
形状でも良い。
説明する。本実施例では従来の量子井戸では積層方向に
のみ閉じ込めを受けていたためＴＥ、ＴＭの偏光特性に
差があったが、量子箱の形状を等方的な形状にすること
により、ＴＥ、ＴＭの偏光特性の差を低減した。図８
は、本実施例を半導体アンプに応用した例であり、例え
ば面内における量子箱の直径を積層方向の膜厚と等しい
６ｎｍとし、さらに図８に示すようにストライプ方向を
＜０１１＞もしくは＜０１-１＞から５度傾向けてメサ
ストライプ２２を形成した半導体アンプにおいては、Ｔ
Ｅ、ＴＭの偏光特性の差を従来の量子井戸にべ約５０％
にまで低減できた。尚、本実施例では円柱状の量子箱を
示したが形状は液滴の成長条件に依存しており、立方体
形状でも良い。
【００１６】
【発明の効果】本発明は量子箱作成の技術課題である、
微細化、高密度化、低欠陥化を同時に実現できる技術で
あり、微細化については、数１０ｎｍサイズを数ｎｍサ
イズに、高密度化については積層方向において単層を多
層に、低欠陥化については成長炉内のその場エッチング
により再成長界面を無くすことができ、微細化、高密度
化、低欠陥化を同時に実現できた。また、この製造方法
によって作成した素子特性においては、例えば半導体レ
ーザにおいて、従来の量子井戸構造に比べて閾電流値に
おいて約３割低減することができた。
微細化、高密度化、低欠陥化を同時に実現できる技術で
あり、微細化については、数１０ｎｍサイズを数ｎｍサ
イズに、高密度化については積層方向において単層を多
層に、低欠陥化については成長炉内のその場エッチング
により再成長界面を無くすことができ、微細化、高密度
化、低欠陥化を同時に実現できた。また、この製造方法
によって作成した素子特性においては、例えば半導体レ
ーザにおいて、従来の量子井戸構造に比べて閾電流値に
おいて約３割低減することができた。
【図１】本発明の製造方法を示す図である。
【図２】本発明の効果を示す図である。
【図３】本発明の効果を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施例を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示す図である。
１…障壁層、２…井戸層、３…液滴、もしくは微結晶、
４…埋め込み層、５…ｎ−ＩｎＰ基板、６…ｎ−ＩｎＰ
バッファ層、７…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、８…ア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層、９…アンドープＩｎＧ
ａＡｓ井戸層、１０…液滴、１１…微結晶、１２…埋め
込み層、１３…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、１４…ｐ
型ＩｎＰクラッド層、１５…ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ
層、１６…埋め込み層、１７…微結晶、１８…アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ障壁層、１９…ＩｎＰ微結晶、２０…
ＩｎＰ埋め込み層、２１…傾斜ＩｎＰ基板、２２…メサ
ストライプ。
４…埋め込み層、５…ｎ−ＩｎＰ基板、６…ｎ−ＩｎＰ
バッファ層、７…ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、８…ア
ンドープＩｎＧａＡｓＰ障壁層、９…アンドープＩｎＧ
ａＡｓ井戸層、１０…液滴、１１…微結晶、１２…埋め
込み層、１３…ｐ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層、１４…ｐ
型ＩｎＰクラッド層、１５…ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ
層、１６…埋め込み層、１７…微結晶、１８…アンドー
プＩｎＧａＡｓＰ障壁層、１９…ＩｎＰ微結晶、２０…
ＩｎＰ埋め込み層、２１…傾斜ＩｎＰ基板、２２…メサ
ストライプ。
Claims (3)
- 【請求項１】基板上部に複数の半導体層を順次積層させ
て量子井戸構造を含む積層領域を形成する第１の工程
と、上記積層構造領域上面に部分的にマスク領域を形成
する第２の工程と、上記積層構造領域を上記量子井戸構
造を複数の量子箱に分割するようにガスエッチングする
第３の工程と、上記ガスエッチングにより分割された積
層構造領域を埋め込むように上記量子井戸構造の井戸層
より短いバンドギャップ波長を有する半導体層を形成す
る第４の工程とを含み、上記第２の工程はIII族の有機
金属原料のみの供給により上記積層構造領域上面に形成
された液滴又は該液滴形成後にＶ族ガスを供給して液滴
から形成した結晶を上記マスク領域とすることを特徴と
する半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】上記第３の工程は、上記第４の工程の半導
体層を形成するための成長炉内において行われることを
特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】上記量子箱は、上記積層構造領域の成長方
向の長さ及び成長面内における最大長さが夫々１０ｎｍ
以下となるように形成されていることを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11338996A JPH09298290A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11338996A JPH09298290A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09298290A true JPH09298290A (ja) | 1997-11-18 |
Family
ID=14611081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11338996A Pending JPH09298290A (ja) | 1996-05-08 | 1996-05-08 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09298290A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007035936A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子 |
| JP2007042840A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Fujitsu Ltd | 量子ドット光半導体素子の製造方法 |
| JP2011530829A (ja) * | 2008-08-11 | 2011-12-22 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | 量子ドットナノワイヤーアレイを有する太陽電池及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-05-08 JP JP11338996A patent/JPH09298290A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007035936A (ja) * | 2005-07-27 | 2007-02-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体発光素子 |
| JP2007042840A (ja) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Fujitsu Ltd | 量子ドット光半導体素子の製造方法 |
| JP2011530829A (ja) * | 2008-08-11 | 2011-12-22 | コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス | 量子ドットナノワイヤーアレイを有する太陽電池及びその製造方法 |
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