JP2682414B2 - 半導体量子微細構造の形成方法 - Google Patents
半導体量子微細構造の形成方法Info
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザや電界効果
トランジスタなどの半導体デバイスに使用される量子細
線や量子箱のような半導体量子微細構造の形成方法に関
する。
トランジスタなどの半導体デバイスに使用される量子細
線や量子箱のような半導体量子微細構造の形成方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、グレーティング状に加工した半導
体基板上に量子細線を作る方法としては、ジャーナル・
オブ・クリスタル・グロース誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）、第１０４巻，第７
６６頁〜第７７２頁に記載されているように、サブミク
ロン周期のグレーティングをＧａＡｓ基板上にフォトリ
ソグラフィーとウエットエッチングにより加工し、その
上にＡｌt Ｇａ1-t Ａｓ、ＧａＡｓ層を分子線エピタキ
シャル成長法（ＭＢＥ）により成長して、グレーティン
グ溝部に微細ＧａＡｓ層を設けた量子細線構造を形成す
ることが知られている。
体基板上に量子細線を作る方法としては、ジャーナル・
オブ・クリスタル・グロース誌（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）、第１０４巻，第７
６６頁〜第７７２頁に記載されているように、サブミク
ロン周期のグレーティングをＧａＡｓ基板上にフォトリ
ソグラフィーとウエットエッチングにより加工し、その
上にＡｌt Ｇａ1-t Ａｓ、ＧａＡｓ層を分子線エピタキ
シャル成長法（ＭＢＥ）により成長して、グレーティン
グ溝部に微細ＧａＡｓ層を設けた量子細線構造を形成す
ることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例では以下のような欠点があった。グレーティン
グ基板上に半導体量子細線構造を形成する場合、通常の
サーマルクリーニング程度では、グレーティング基板表
面のクリーニングが充分でないので高品質のものが得ら
れない。従って、例えば半導体量子細線構造を使用した
半導体レーザの発光効率が充分でない。また、グレーテ
ィングが鋭く、揺らぎの少ない形状のものが得にくいた
めに、この上に成長した微細半導体層が、一部で隣接す
るもの同志がつながって成長しやすく、多数の半導体量
子微細構造を高密度に集積することができない。
た従来例では以下のような欠点があった。グレーティン
グ基板上に半導体量子細線構造を形成する場合、通常の
サーマルクリーニング程度では、グレーティング基板表
面のクリーニングが充分でないので高品質のものが得ら
れない。従って、例えば半導体量子細線構造を使用した
半導体レーザの発光効率が充分でない。また、グレーテ
ィングが鋭く、揺らぎの少ない形状のものが得にくいた
めに、この上に成長した微細半導体層が、一部で隣接す
るもの同志がつながって成長しやすく、多数の半導体量
子微細構造を高密度に集積することができない。
【０００４】そこで本発明の目的は、成長室でのサーマ
ルエッチングを利用して高品質の半導体量子微細構造が
得られる形成方法を提供することにある。また本発明の
他の目的は、高密度に集積できる半導体量子微細構造の
形成方法を提供することにある。
ルエッチングを利用して高品質の半導体量子微細構造が
得られる形成方法を提供することにある。また本発明の
他の目的は、高密度に集積できる半導体量子微細構造の
形成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の半導体量
子微細構造の形成方法は、第１の化合物半導体からなり
所定温度でサーマルエッチング可能な半導体基板の表面
に前記所定温度でサーマルエッチングされないエッチン
グ停止層および前記所定温度でサーマルエッチング可能
な第２の化合物半導体からなる保護層を順次にエピタキ
シャル成長する工程と、リソグラフィー法により形成し
たマスクを用いて前記保護層と前記エッチング停止層を
選択的に除去して前記半導体基板に達する凹部を形成す
る工程と、前記所定温度でサーマルエッチングを行い前
記保護層を除去するとともに前記エッチング停止層をマ
スクに前記半導体基板を所定の深さまで除去することに
より前記半導体基板の表面に上面が前記エッチング停止
層で覆われた突起部を形成する工程と、前記エッチング
停止層上を含む前記半導体基板の全面に所定のバンドギ
ャップを有する第３の化合物半導体からなり前記突起部
の間の凹部に対応した凹部を有する第１の閉じ込め層を
エピタキシャル成長し、前記第１の閉じ込め層の凹部に
前記第１の閉じ込め層よりバンドギャップの小さい第４
の化合物半導体からなる微細半導体層をエピタキシャル
成長し、前記微細半導体層上を含む前記第１の閉じ込め
層上に前記微細半導体層よりバンドギャップの大きい第
５の化合物半導体よりなる第２の閉じ込め層をエピタキ
シャル成長する工程とを有し、前記第１の閉じ込め層、
微細半導体層および第２の閉じ込め層からなる量子細線
または量子箱を形成するというものである。
子微細構造の形成方法は、第１の化合物半導体からなり
所定温度でサーマルエッチング可能な半導体基板の表面
に前記所定温度でサーマルエッチングされないエッチン
グ停止層および前記所定温度でサーマルエッチング可能
な第２の化合物半導体からなる保護層を順次にエピタキ
シャル成長する工程と、リソグラフィー法により形成し
たマスクを用いて前記保護層と前記エッチング停止層を
選択的に除去して前記半導体基板に達する凹部を形成す
る工程と、前記所定温度でサーマルエッチングを行い前
記保護層を除去するとともに前記エッチング停止層をマ
スクに前記半導体基板を所定の深さまで除去することに
より前記半導体基板の表面に上面が前記エッチング停止
層で覆われた突起部を形成する工程と、前記エッチング
停止層上を含む前記半導体基板の全面に所定のバンドギ
ャップを有する第３の化合物半導体からなり前記突起部
の間の凹部に対応した凹部を有する第１の閉じ込め層を
エピタキシャル成長し、前記第１の閉じ込め層の凹部に
前記第１の閉じ込め層よりバンドギャップの小さい第４
の化合物半導体からなる微細半導体層をエピタキシャル
成長し、前記微細半導体層上を含む前記第１の閉じ込め
層上に前記微細半導体層よりバンドギャップの大きい第
５の化合物半導体よりなる第２の閉じ込め層をエピタキ
シャル成長する工程とを有し、前記第１の閉じ込め層、
微細半導体層および第２の閉じ込め層からなる量子細線
または量子箱を形成するというものである。
【０００６】また本発明の第２の半導体量子微細構造の
形成方法は、第１の化合物半導体からなる基板の表面に
所定のバンドギャップを有し所定温度でサーマルエッチ
ングされない第２の化合物半導体からなる第１のエッチ
ング停止層、前記第２の化合物半導体よりバンドギャッ
プが小さい第３の化合物半導体からなり前記所定温度で
サーマルエッチング可能な半導体層、前記第３の化合物
半導体よりバンドギャップが大きい第４の化合物半導体
からなり前記所定温度でサーマルエッチングされない第
２のエッチング停止層および前記所定温度でサーマルエ
ッチング可能な第５の化合物半導体からなる保護層を順
次にエピタキシャル成長する工程と、リソグラフィー法
により形成したマスクを用いて前記保護層と前記第２の
エッチング停止層を選択的に除去して前記半導体層に達
する凹部を設けることにより前記凹部で囲まれた突起部
を形成する工程と、前記所定温度でサーマルエッチング
を行い前記保護層を除去するとともに前記第２のエッチ
ング停止層をマスクに前記半導体層を除去して前記凹部
で第１のエッチング停止層を露出させることにより上面
が前記第２のエッチング停止層で覆われた突起状微細半
導体層を形成する工程と、前記第３の化合物半導体より
バンドギャップの大きな第６の化合物半導体からなり前
記突起状微細半導体層の間の溝を埋める埋め込み層をエ
ピタキシャル成長する工程とを有し、前記突起状微細半
導体層と、その底面、側面および上面でそれぞれ接合す
る前記第１のエッチング停止層、埋め込み層および第２
のエッチング停止層からなる閉じ込め層とを有する量子
細線もしくは量子箱を形成するというものである。
形成方法は、第１の化合物半導体からなる基板の表面に
所定のバンドギャップを有し所定温度でサーマルエッチ
ングされない第２の化合物半導体からなる第１のエッチ
ング停止層、前記第２の化合物半導体よりバンドギャッ
プが小さい第３の化合物半導体からなり前記所定温度で
サーマルエッチング可能な半導体層、前記第３の化合物
半導体よりバンドギャップが大きい第４の化合物半導体
からなり前記所定温度でサーマルエッチングされない第
２のエッチング停止層および前記所定温度でサーマルエ
ッチング可能な第５の化合物半導体からなる保護層を順
次にエピタキシャル成長する工程と、リソグラフィー法
により形成したマスクを用いて前記保護層と前記第２の
エッチング停止層を選択的に除去して前記半導体層に達
する凹部を設けることにより前記凹部で囲まれた突起部
を形成する工程と、前記所定温度でサーマルエッチング
を行い前記保護層を除去するとともに前記第２のエッチ
ング停止層をマスクに前記半導体層を除去して前記凹部
で第１のエッチング停止層を露出させることにより上面
が前記第２のエッチング停止層で覆われた突起状微細半
導体層を形成する工程と、前記第３の化合物半導体より
バンドギャップの大きな第６の化合物半導体からなり前
記突起状微細半導体層の間の溝を埋める埋め込み層をエ
ピタキシャル成長する工程とを有し、前記突起状微細半
導体層と、その底面、側面および上面でそれぞれ接合す
る前記第１のエッチング停止層、埋め込み層および第２
のエッチング停止層からなる閉じ込め層とを有する量子
細線もしくは量子箱を形成するというものである。
【０００７】
【作用】エッチング停止層の表面に保護層を設けること
により、凹部または突起部形成時に前述のエッチング停
止層の表面が酸化されるのを防ぐ。そして、サーマルエ
ッチングにより、酸化物や炭化物のない清浄な表面を出
してから閉じ込め層等を成長させるので良好な結晶性が
得られるようになる。
により、凹部または突起部形成時に前述のエッチング停
止層の表面が酸化されるのを防ぐ。そして、サーマルエ
ッチングにより、酸化物や炭化物のない清浄な表面を出
してから閉じ込め層等を成長させるので良好な結晶性が
得られるようになる。
【０００８】また、サーマルエッチングの際、凹部の半
導体基板又は突起部の半導体層がエッチングされるた
め、凹部または突起部と複数隣接してグレーティングを
形成する場合アンダーカットを含むシャープなグレーテ
ィングプロファイルが得られる。
導体基板又は突起部の半導体層がエッチングされるた
め、凹部または突起部と複数隣接してグレーティングを
形成する場合アンダーカットを含むシャープなグレーテ
ィングプロファイルが得られる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
【００１０】図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施
例について説明するための工程順断面図である。
例について説明するための工程順断面図である。
【００１１】まず、図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ
基板１の（１００）面に、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．１
≦ｘ≦１，例えばｘ＝０．３）からなるエッチング停止
層２（厚さ１０ｎｍ）とＧａＡｓ保護層３（厚さ１０ｎ
ｍ）を順次にエピタキシャル成長する。次に、サンプル
を成長室より取り出し、電子線リソグラフィーとウエッ
トエッチングにより、図１（ｂ）に示すように、ピッチ
１００ｎｍのグレーティング（ストライプ方向［０−１
１］）を形成する。この時、グレーティング溝部のみエ
ッチング停止層２の下のＧａＡｓ結晶までエッチングを
行う。このグレーティングサンプルを再び成長室に導入
し、Ａｓを照射しながら７５０℃でサーマルエッチを行
なう。Ａｓ照射前の真空度は１．３×１０-8Ｐａ程度の
超高真空状態とし、Ａｓにより真空度を１．３×１０-3
Ｐａ程度にする。この温度ではＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓは
エッチングされずＧａＡｓのみがエッチングされる。し
たがって、グレーティング山部の保護層３と溝部のＧａ
Ａｓ結晶がエッチングされ、山部では酸化物や炭化物が
ない清浄なＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ表面、谷部では同様に
清浄なＧａＡｓ表面が得られる。７５０℃でのエッチン
グ速度は６ｎｍ／ｍｉｎなので、エッチング時間は２分
あれば１０ｎｍの保護層３は十分除去できる。グレーテ
ィング山部にはエッチング停止層２があってこれはエッ
チングされないので、図１（ｃ）に示すように、溝部は
深くなりよりシャープなプロファイルのグレーティング
が得られる。その後、量子細線構造形成のための２回目
のエピタキシャル成長を即座に開始する。図１（ｄ）に
示すように、第１の閉じ込め層４としてＡｌＡｓ層（厚
さ３０ｎｍ）、微細ＧａＡｓ層５（厚さ１０ｎｍ、幅２
０ｎｍ）、第２の閉じ込め層６としてＡｌＡｓ層（厚さ
３０ｎｍ）、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓキャップ層７（厚さ
１００ｎｍ）を形成する。ＡｌＡｓはグレーティング形
状を保存し、ＧａＡｓは溝底部にたまるように成長する
ので、グレーティング溝部に微細ＧａＡｓ層５がＡｌＡ
ｓに埋め込まれた構造ができる。これらの層はサーマル
エッチング後の清浄なグレーティング基板上に成長する
ので、結晶性が良好な高品質の半導体量子細線構造が得
られ、例えば半導体レーザアレーをつくると高い発光効
率が得られる。また、サーマルエッチングによりシャー
プなグレーティングプロファイルが得られるため、その
上で成長した複数の量子細線構造の形状は揺らぎがなく
なる。
基板１の（１００）面に、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０．１
≦ｘ≦１，例えばｘ＝０．３）からなるエッチング停止
層２（厚さ１０ｎｍ）とＧａＡｓ保護層３（厚さ１０ｎ
ｍ）を順次にエピタキシャル成長する。次に、サンプル
を成長室より取り出し、電子線リソグラフィーとウエッ
トエッチングにより、図１（ｂ）に示すように、ピッチ
１００ｎｍのグレーティング（ストライプ方向［０−１
１］）を形成する。この時、グレーティング溝部のみエ
ッチング停止層２の下のＧａＡｓ結晶までエッチングを
行う。このグレーティングサンプルを再び成長室に導入
し、Ａｓを照射しながら７５０℃でサーマルエッチを行
なう。Ａｓ照射前の真空度は１．３×１０-8Ｐａ程度の
超高真空状態とし、Ａｓにより真空度を１．３×１０-3
Ｐａ程度にする。この温度ではＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓは
エッチングされずＧａＡｓのみがエッチングされる。し
たがって、グレーティング山部の保護層３と溝部のＧａ
Ａｓ結晶がエッチングされ、山部では酸化物や炭化物が
ない清浄なＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ表面、谷部では同様に
清浄なＧａＡｓ表面が得られる。７５０℃でのエッチン
グ速度は６ｎｍ／ｍｉｎなので、エッチング時間は２分
あれば１０ｎｍの保護層３は十分除去できる。グレーテ
ィング山部にはエッチング停止層２があってこれはエッ
チングされないので、図１（ｃ）に示すように、溝部は
深くなりよりシャープなプロファイルのグレーティング
が得られる。その後、量子細線構造形成のための２回目
のエピタキシャル成長を即座に開始する。図１（ｄ）に
示すように、第１の閉じ込め層４としてＡｌＡｓ層（厚
さ３０ｎｍ）、微細ＧａＡｓ層５（厚さ１０ｎｍ、幅２
０ｎｍ）、第２の閉じ込め層６としてＡｌＡｓ層（厚さ
３０ｎｍ）、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓキャップ層７（厚さ
１００ｎｍ）を形成する。ＡｌＡｓはグレーティング形
状を保存し、ＧａＡｓは溝底部にたまるように成長する
ので、グレーティング溝部に微細ＧａＡｓ層５がＡｌＡ
ｓに埋め込まれた構造ができる。これらの層はサーマル
エッチング後の清浄なグレーティング基板上に成長する
ので、結晶性が良好な高品質の半導体量子細線構造が得
られ、例えば半導体レーザアレーをつくると高い発光効
率が得られる。また、サーマルエッチングによりシャー
プなグレーティングプロファイルが得られるため、その
上で成長した複数の量子細線構造の形状は揺らぎがなく
なる。
【００１２】グレーティング基板上の分子線エピタキシ
ャル成長（ＭＢＥ）で量子細線構造ができるのは、Ｇａ
ＡｓとＡｌq Ｇａ1-q Ａｓで成長形態が違うためであ
る。溝形状を持つ基板上にＧａＡｓ層を成長すると、Ｇ
ａ原子のマイグレーションが大きいため、溝底部にたま
るようにＧａＡｓ層が形成される。一方、Ａｌq Ｇａ
1-q Ａｓを成長するとＡｌ原子のマイグレーションが小
さいため、Ａｌq Ｇａ1-qＡｓ層は溝の形状を保存す
る。したがって、グレーティング上にＧａＡｓ層をＡｌ
q Ｇａ1-q Ａｓ層で挟むように成長すると、微細ＧａＡ
ｓ層がＡｌq Ｇａ1-qＡｓ（本実施例ではＡｌＡｓ）で
埋め込まれた構造ができる。
ャル成長（ＭＢＥ）で量子細線構造ができるのは、Ｇａ
ＡｓとＡｌq Ｇａ1-q Ａｓで成長形態が違うためであ
る。溝形状を持つ基板上にＧａＡｓ層を成長すると、Ｇ
ａ原子のマイグレーションが大きいため、溝底部にたま
るようにＧａＡｓ層が形成される。一方、Ａｌq Ｇａ
1-q Ａｓを成長するとＡｌ原子のマイグレーションが小
さいため、Ａｌq Ｇａ1-qＡｓ層は溝の形状を保存す
る。したがって、グレーティング上にＧａＡｓ層をＡｌ
q Ｇａ1-q Ａｓ層で挟むように成長すると、微細ＧａＡ
ｓ層がＡｌq Ｇａ1-qＡｓ（本実施例ではＡｌＡｓ）で
埋め込まれた構造ができる。
【００１３】本実施例では量子細線構造形成のために複
数のストライプ状溝を所定のピッチで平行配置したグレ
ーティング基板を用いたが単独のストライプ状溝を設け
てもよいし、量子箱構造形成のために、１つの凹部また
複数の凹部を配置したドット状のパターン基板上にＭＢ
Ｅ成長しても良い。この場合は、同様の成長条件でＧａ
ＡｓがＡｌq Ｇａ1-q Ａｓに３次元で囲まれた構造が形
成される。
数のストライプ状溝を所定のピッチで平行配置したグレ
ーティング基板を用いたが単独のストライプ状溝を設け
てもよいし、量子箱構造形成のために、１つの凹部また
複数の凹部を配置したドット状のパターン基板上にＭＢ
Ｅ成長しても良い。この場合は、同様の成長条件でＧａ
ＡｓがＡｌq Ｇａ1-q Ａｓに３次元で囲まれた構造が形
成される。
【００１４】また、材料系はＧａＡｓの替わりにＩｎp
Ｇａ1-p Ａｓなどの他の化合物半導体を用いてもよい。
Ｇａ1-p Ａｓなどの他の化合物半導体を用いてもよい。
【００１５】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施
例について説明するための工程順断面図である。
例について説明するための工程順断面図である。
【００１６】まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ
基板１の（１００）面に第１のエッチング停止層４Ａ
（第１の閉じ込め層となる）としてＡｌＡｓ層（厚さ３
０ｎｍ）、ＧａＡｓ層８（厚さ１０ｎｍ）、第２エッチ
ング停止層９（第２の閉じ込み層となる）としてＡｌＡ
ｓ層（厚さ３０ｎｍ）、保護層１０としてＧａＡｓ層
（厚さ１０ｎｍ）を順次成長する。このサンプルを成長
室より取り出し、電子線リソグラフィーとウエットエッ
チングで、図２（ｂ）に示すように、ピッチ１００ｎｍ
のグレーティング状に加工する。この時、グレーティン
グ溝部のみ保護層１０と第２のエッチング停止層９を除
去する。また、グレーティング山部の幅は３０ｎｍとす
る。次に、このグレーティング基板を成長室に再導入
し、７５０℃でサーマルエッチングを行う。このサーマ
ルエッチングではＧａＡｓのみがエッチングされるた
め、図２（ｃ）に示すように、グレーティング山部の保
護層１０と溝部のＧａＡｓ層８がエッチング除去され、
その下の清浄なＡｌＡｓ層（９）表面が出現する。ま
た、グレーティング山部（突起部）のＧａＡｓ層８はサ
ーマルエッチングによって、溝部でのエッチングと共に
側面からエッチングが進行する。このアンダーカットエ
ッチングにより、ＧａＡｓ層８は幅およよ２０ｎｍの細
い突起状微細ＧａＡｓ層１１となる。この突起状微細Ｇ
ａＡｓ層１１の側面はサーマルエッチングにより得られ
たものなので、やはり清浄な表面を持つ。続いて、２回
目のエピタキシャル成長を行う。図２（ｄ）に示すよう
に、ＡｌＡｓ埋め込み層１２（厚さ３０ｎｍ、第３の閉
じ込め層となる）、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓキャップ層７
Ａ（厚さ１００ｎｍ）を順次に成長する。ＡｌＡｓ埋め
込み層１２は突起状微細ＧａＡｓ層１１の側面を埋める
ものである。このように、サーマルエッチングによりク
リーニングされたグレーティング上に成長された埋め込
み層１２とその界面は、結晶性が良好となり、突起状微
細ＧａＡｓ層側面での非発光再結合ができない。こうし
て突起状微細ＧａＡｓ層をＡｌＡｓ層（閉じ込め層）で
囲んだ高品質の量子細線構造が得られる。
基板１の（１００）面に第１のエッチング停止層４Ａ
（第１の閉じ込め層となる）としてＡｌＡｓ層（厚さ３
０ｎｍ）、ＧａＡｓ層８（厚さ１０ｎｍ）、第２エッチ
ング停止層９（第２の閉じ込み層となる）としてＡｌＡ
ｓ層（厚さ３０ｎｍ）、保護層１０としてＧａＡｓ層
（厚さ１０ｎｍ）を順次成長する。このサンプルを成長
室より取り出し、電子線リソグラフィーとウエットエッ
チングで、図２（ｂ）に示すように、ピッチ１００ｎｍ
のグレーティング状に加工する。この時、グレーティン
グ溝部のみ保護層１０と第２のエッチング停止層９を除
去する。また、グレーティング山部の幅は３０ｎｍとす
る。次に、このグレーティング基板を成長室に再導入
し、７５０℃でサーマルエッチングを行う。このサーマ
ルエッチングではＧａＡｓのみがエッチングされるた
め、図２（ｃ）に示すように、グレーティング山部の保
護層１０と溝部のＧａＡｓ層８がエッチング除去され、
その下の清浄なＡｌＡｓ層（９）表面が出現する。ま
た、グレーティング山部（突起部）のＧａＡｓ層８はサ
ーマルエッチングによって、溝部でのエッチングと共に
側面からエッチングが進行する。このアンダーカットエ
ッチングにより、ＧａＡｓ層８は幅およよ２０ｎｍの細
い突起状微細ＧａＡｓ層１１となる。この突起状微細Ｇ
ａＡｓ層１１の側面はサーマルエッチングにより得られ
たものなので、やはり清浄な表面を持つ。続いて、２回
目のエピタキシャル成長を行う。図２（ｄ）に示すよう
に、ＡｌＡｓ埋め込み層１２（厚さ３０ｎｍ、第３の閉
じ込め層となる）、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓキャップ層７
Ａ（厚さ１００ｎｍ）を順次に成長する。ＡｌＡｓ埋め
込み層１２は突起状微細ＧａＡｓ層１１の側面を埋める
ものである。このように、サーマルエッチングによりク
リーニングされたグレーティング上に成長された埋め込
み層１２とその界面は、結晶性が良好となり、突起状微
細ＧａＡｓ層側面での非発光再結合ができない。こうし
て突起状微細ＧａＡｓ層をＡｌＡｓ層（閉じ込め層）で
囲んだ高品質の量子細線構造が得られる。
【００１７】本実施例は、リソグラフィーおよびサーマ
ルエッチングにより複数の突起状微細ＧａＡｓ層を確実
に分離して形成でき、清浄な面に埋め込み層を堆積する
ので確実に良好な量子細線構造を実現できる。
ルエッチングにより複数の突起状微細ＧａＡｓ層を確実
に分離して形成でき、清浄な面に埋め込み層を堆積する
ので確実に良好な量子細線構造を実現できる。
【００１８】第１の実施例と同様に、単一のストライプ
状の突起状微細ＧａＡｓ層を形成してもよいし、単一ま
たは複数のドット状にして量子箱を形成してもよい。更
に、ＧａＡｓの代りにＩｎp Ｇａ1-p Ａｓなどの他の化
合物半導体を用いてもよい。
状の突起状微細ＧａＡｓ層を形成してもよいし、単一ま
たは複数のドット状にして量子箱を形成してもよい。更
に、ＧａＡｓの代りにＩｎp Ｇａ1-p Ａｓなどの他の化
合物半導体を用いてもよい。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、リソグラフィー法でパ
ターニングしたのち、サーマルエッチングを利用してク
リーニングを行った後に、同一の成長室内で連続してエ
ピタキシャル成長を行なうことによって半導体量子微細
構造を高品質に形成できる。これにより、例えば、量子
細線構造を活性層に用いた高性能な半導体レーザもしく
はレーザアレーが容易に製造できる。
ターニングしたのち、サーマルエッチングを利用してク
リーニングを行った後に、同一の成長室内で連続してエ
ピタキシャル成長を行なうことによって半導体量子微細
構造を高品質に形成できる。これにより、例えば、量子
細線構造を活性層に用いた高性能な半導体レーザもしく
はレーザアレーが容易に製造できる。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するため（ａ）〜
（ｄ）に分図して示す工程順断面図である。
（ｄ）に分図して示す工程順断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明するため（ａ）〜
（ｄ）に分図して示す工程順断面図である。
（ｄ）に分図して示す工程順断面図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ エッチング停止層 ３ 保護層 ４ 第１の閉じ込め層 ５ 微細ＧａＡｓ層 ６ 第２の閉じ込め層 ７，７Ａ Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓキャップ層 ４Ａ 第１のエッチング停止層 ８ ＧａＡｓ層 ９ 第２のエッチング停止層 １０ 保護層 １１ 突起状微細ＧａＡｓ層 １２ 埋め込み層
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の化合物半導体からなり所定温度で
サーマルエッチング可能な半導体基板の表面に前記所定
温度でサーマルエッチングされないエッチング停止層お
よび前記所定温度でサーマルエッチング可能な第２の化
合物半導体からなる保護層を順次にエピタキシャル成長
する工程と、リソグラフィー法により形成したマスクを
用いて前記保護層と前記エッチング停止層を選択的に除
去して前記半導体基板に達する凹部を形成する工程と、
前記所定温度でサーマルエッチングを行い前記保護層を
除去するとともに前記エッチング停止層をマスクに前記
半導体基板を所定の深さまで除去することにより前記半
導体基板の表面に上面が前記エッチング停止層で覆われ
た突起部を形成する工程と、前記エッチング停止層上を
含む前記半導体基板の全面に所定のバンドギャップを有
する第３の化合物半導体からなり前記突起部の間の凹部
に対応した凹部を有する第１の閉じ込め層をエピタキシ
ャル成長し、前記第１の閉じ込め層の凹部に前記第１の
閉じ込め層よりバンドギャップの小さい第４の化合物半
導体からなる微細半導体層をエピタキシャル成長し、前
記微細半導体層上を含む前記第１の閉じ込め層上に前記
微細半導体層よりバンドギャップの大きい第５の化合物
半導体よりなる第２の閉じ込め層をエピタキシャル成長
する工程とを有し、前記第１の閉じ込め層、微細半導体
層および第２の閉じ込め層からなる量子細線または量子
箱を形成することを特徴とする半導体量子微細構造の形
成方法。 - 【請求項２】 第１の化合物半導体、第２の化合物半導
体および第４の化合物半導体がＧａＡｓであり、第３の
化合物半導体がＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）、第
５の化合物半導体がＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ（０＜ｙ≦１）
である請求項１記載の半導体量子微細構造の形成方法。 - 【請求項３】 エッチング停止層がＡｌz Ｇａ1-z Ａｓ
（０＜ｚ≦１）である請求項２記載の半導体量子微細構
造の形成方法。 - 【請求項４】 第１の化合物半導体からなる基板の表面
に所定のバンドギャップを有し所定温度でサーマルエッ
チングされない第２の化合物半導体からなる第１のエッ
チング停止層、前記第２の化合物半導体よりバンドギャ
ップが小さい第３の化合物半導体からなり前記所定温度
でサーマルエッチング可能な半導体層、前記第３の化合
物半導体よりバンドギャップが大きい第４の化合物半導
体からなり前記所定温度でサーマルエッチングされない
第２のエッチング停止層および前記所定温度でサーマル
エッチング可能な第５の化合物半導体からなる保護層を
順次にエピタキシャル成長する工程と、リソグラフィー
法により形成したマスクを用いて前記保護層と前記第２
のエッチング停止層を選択的に除去して前記半導体層に
達する凹部を設けることにより前記凹部で囲まれた突起
部を形成する工程と、前記所定温度でサーマルエッチン
グを行い前記保護層を除去するとともに前記第２のエッ
チング停止層をマスクに前記半導体層を除去して前記凹
部で第１のエッチング停止層を露出させることにより上
面が前記第２のエッチング停止層で覆われた突起状微細
半導体層を形成する工程と、前記第３の化合物半導体よ
りバンドギャップの大きな第６の化合物半導体からなり
前記突起状微細半導体層の間の溝を埋める埋め込み層を
エピタキシャル成長する工程とを有し、前記突起状微細
半導体層と、その底面、側面および上面でそれぞれ接合
する前記第１のエッチング停止層、埋め込み層および第
２のエッチング停止層からなる閉じ込め層とを有する量
子細線もしくは量子箱を形成することを特徴とする半導
体量子微細構造の形成方法。 - 【請求項５】 第１の化合物半導体、第３の化合物半導
体および第５の化合物半導体がＧａＡｓであり、第２の
化合物半導体がＡｌu Ｇａ1-u Ａｓ（０＜ｕ≦１）、第
４の化合物半導体がＡｌv Ｇａ1-v Ａｓ（０＜ｖ≦
１）、第６の化合物半導体がＡｌw Ｇａ1-w Ａｓ（０＜
ｗ≦１）である請求項４記載の半導体量子微細構造の形
成方法。 - 【請求項６】 ｕ＝ｖ＝ｗ＝１である請求項５記載の半
導体量子微細構造の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5322504A JP2682414B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 半導体量子微細構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5322504A JP2682414B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 半導体量子微細構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176523A JPH07176523A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2682414B2 true JP2682414B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=18144394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5322504A Expired - Fee Related JP2682414B2 (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 半導体量子微細構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2682414B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2411520A (en) * | 2004-02-25 | 2005-08-31 | Agilent Technologies Inc | Method of forming laser mesa by reactive ion etching followed by in situ etching in regrowth reactor |
| CN109205549A (zh) * | 2017-07-03 | 2019-01-15 | 无锡华润上华科技有限公司 | 双空腔结构的制备方法 |
-
1993
- 1993-12-21 JP JP5322504A patent/JP2682414B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07176523A (ja) | 1995-07-14 |
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