JPH01232715A - 半導体構造体の製造方法 - Google Patents
半導体構造体の製造方法Info
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- JPH01232715A JPH01232715A JP63058263A JP5826388A JPH01232715A JP H01232715 A JPH01232715 A JP H01232715A JP 63058263 A JP63058263 A JP 63058263A JP 5826388 A JP5826388 A JP 5826388A JP H01232715 A JPH01232715 A JP H01232715A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は量子効果の顕著な半導体構造体の製造に係り、
特に、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な
量子細線、量子箱構造の半導体構造体の製造方法に関す
る。
特に、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な
量子細線、量子箱構造の半導体構造体の製造方法に関す
る。
量子細線を作製する方法については、これまでに、結晶
の異方性エツチングを利用した方法についてアプライド
・フィジックス・レター 第４１巻６３５頁（１９８２
年） （Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 ４１１
９８２ｐ、６３５）に、電子ビームリングラフィ法と超
格子の不純物誘起混晶化とを用いた方法について上記誌
第４９巻１２７５頁（１９８６年） （Ａｐｐｌ、Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔ。
の異方性エツチングを利用した方法についてアプライド
・フィジックス・レター 第４１巻６３５頁（１９８２
年） （Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 ４１１
９８２ｐ、６３５）に、電子ビームリングラフィ法と超
格子の不純物誘起混晶化とを用いた方法について上記誌
第４９巻１２７５頁（１９８６年） （Ａｐｐｌ、Ｐｈ
ｙｓ、 Ｌｅｔｔ。
４９１９８６ ｐ、１２７５）に記載がある。
しかしながら、前記従来技術の方法は、細線の幅寸法お
よび均一性の点で不十分であり、量子サイズ効果が顕著
にあられれる２００Å以下の量子井戸構造を得ることは
できなかった。すなわち、これらの方法において、量子
細線のパターンは電子ビームを走査させることによって
形成しているが、その寸法の均一性および線量は量子細
線の幅寸法を決定する重要な因子であり、量子準位と密
接に関連しているにもかかわらず、走査電子線の安定性
の点から、優れた均一性を得ることが難しかった。
よび均一性の点で不十分であり、量子サイズ効果が顕著
にあられれる２００Å以下の量子井戸構造を得ることは
できなかった。すなわち、これらの方法において、量子
細線のパターンは電子ビームを走査させることによって
形成しているが、その寸法の均一性および線量は量子細
線の幅寸法を決定する重要な因子であり、量子準位と密
接に関連しているにもかかわらず、走査電子線の安定性
の点から、優れた均一性を得ることが難しかった。
また、上記の問題点を解決する方法として、電子線ホロ
グラフィを用いることによって均一な周期と幅とを有す
る量子細線を作製する方法が特開昭第６２−１４０４８
５号に開示されているが、この場合、電子線ホログラフ
ィで得られた電子線レジストの微細パターンを化合物半
導体に転写する過程で。
グラフィを用いることによって均一な周期と幅とを有す
る量子細線を作製する方法が特開昭第６２−１４０４８
５号に開示されているが、この場合、電子線ホログラフ
ィで得られた電子線レジストの微細パターンを化合物半
導体に転写する過程で。
結晶を真空の外へ取り出したり、現像処理によりレジス
トを除去して結晶を再成長させる手段を用いるため、最
も重要な量子細線部が不純物によって汚染される可能性
があった。また、電子線レジストの微細パターンを基板
結晶に転写する方法として微細パターンによって形成さ
れたマスクを介してＧａイオンを打ち込み、これをアニ
ールする際に生ずる超格子の混晶化の現象を利用してい
るため、微細パターンがそのまま微細へテロ構造となら
ず、ぼけを生ずる可能性があった。
トを除去して結晶を再成長させる手段を用いるため、最
も重要な量子細線部が不純物によって汚染される可能性
があった。また、電子線レジストの微細パターンを基板
結晶に転写する方法として微細パターンによって形成さ
れたマスクを介してＧａイオンを打ち込み、これをアニ
ールする際に生ずる超格子の混晶化の現象を利用してい
るため、微細パターンがそのまま微細へテロ構造となら
ず、ぼけを生ずる可能性があった。
以上述べたような状況から、従来技術においては、 １
００Å以下の量子細線あるいは量子箱を得ることが極め
て難しい状態にあった。
００Å以下の量子細線あるいは量子箱を得ることが極め
て難しい状態にあった。
本発明の目的は、上記従来技術の有していた課題を解消
し、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な、
微細な量子細線構造の半導体構造体を、容易に、かつ、
極めて高い均一性をもって製造する方法を提供すること
にある。
し、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な、
微細な量子細線構造の半導体構造体を、容易に、かつ、
極めて高い均一性をもって製造する方法を提供すること
にある。
上記目的は、極めて均質性の優れた微細パターンを与え
る電子線ホログラフィによる電子の定在波のパターンを
、そのまま、基板結晶上のへテロ構造に転写し、そのパ
ターンを用いて半導体結晶を選択的に成長させること、
特に、ペテロ構造へのパターン転写の方法として、電子
線を照射した場所だけが化学的に活性化し、選択的な半
導体結晶の成長を生じ得る方法をとること、によって、
達成することができる。
る電子線ホログラフィによる電子の定在波のパターンを
、そのまま、基板結晶上のへテロ構造に転写し、そのパ
ターンを用いて半導体結晶を選択的に成長させること、
特に、ペテロ構造へのパターン転写の方法として、電子
線を照射した場所だけが化学的に活性化し、選択的な半
導体結晶の成長を生じ得る方法をとること、によって、
達成することができる。
具体例を挙げて説明すれば、基板半導体としてＧａＡｓ
を用い、該基板上にＣａＦ、層を設け、該層上に電子線
ホログラフィを照射してパターンを作成した後、Ｇａお
よびＡｓの分子線を照射してパターン状にＧａＡｓの結
晶成長を行わせることによる。
を用い、該基板上にＣａＦ、層を設け、該層上に電子線
ホログラフィを照射してパターンを作成した後、Ｇａお
よびＡｓの分子線を照射してパターン状にＧａＡｓの結
晶成長を行わせることによる。
ＧａＡｓ基板、結晶上に、バッファ層（例えばＡ（ｌＧ
ａＡｓ）を介して、ＣａＦ２を数原子層蒸着すると、格
子定数の差が小さいために、ＣａＦ２は単結晶の層を形
成する。この表面に電子線ホログラフィを照射すると、
電子線ホログラフィの格子状パターンの電子密度の高い
領域に対応するＣａＦ、のふっ素（Ｆ）ｉ子が除去され
、その部分には活性化されたＣａ原子が残存する。得ら
れた表面にＧａおよびＡｓの分子線を照射すると、まず
、上記活性化ＣａとＡｓとが結合し、続いて、その−ヒ
にＧａＡｓ結晶が成長する結果、ＧａＡｓの量子細線が
電子線ホログラフィのパターン状に形成されることにな
る。
ａＡｓ）を介して、ＣａＦ２を数原子層蒸着すると、格
子定数の差が小さいために、ＣａＦ２は単結晶の層を形
成する。この表面に電子線ホログラフィを照射すると、
電子線ホログラフィの格子状パターンの電子密度の高い
領域に対応するＣａＦ、のふっ素（Ｆ）ｉ子が除去され
、その部分には活性化されたＣａ原子が残存する。得ら
れた表面にＧａおよびＡｓの分子線を照射すると、まず
、上記活性化ＣａとＡｓとが結合し、続いて、その−ヒ
にＧａＡｓ結晶が成長する結果、ＧａＡｓの量子細線が
電子線ホログラフィのパターン状に形成されることにな
る。
以下１本発明の製造方法について実施例によって具体的
に説明する。
に説明する。
実施例 １
第７図は、分子線エピタキシ装置に超高真空の搬送路を
介して接続される、本実施例に用いた電子線ホログラフ
ィ照射装置の概略構成を示した図で、非干渉性の良い、
電子ビームを発生する電子線源１、レンズ系２および３
、パイプリズム４からなることを示す。ここで、加速電
圧５０ｋ Ｖをもって電子線源１から取り出された電子
ビームはレンズ系２および３によってコリメートされ、
さらに。
介して接続される、本実施例に用いた電子線ホログラフ
ィ照射装置の概略構成を示した図で、非干渉性の良い、
電子ビームを発生する電子線源１、レンズ系２および３
、パイプリズム４からなることを示す。ここで、加速電
圧５０ｋ Ｖをもって電子線源１から取り出された電子
ビームはレンズ系２および３によってコリメートされ、
さらに。
パイプリズム４によって２分割され、２分割された電子
ビーム５は、交差角を調整することによって、試料６上
に定在波（電子線ホログラム）７を生ずる。本実施例に
おいては、定在波７の周期が１００人となるようにビー
ム交差角を調整した。
ビーム５は、交差角を調整することによって、試料６上
に定在波（電子線ホログラム）７を生ずる。本実施例に
おいては、定在波７の周期が１００人となるようにビー
ム交差角を調整した。
まず、第１図に示すように１分子線エピタキシ装置にお
いて、Ｇ ａ Ａ ｓ結晶基板８上にバッファ層Ａｎ、
、３Ｇａ、、７Ａｓ９を１ｕｒａの厚さに分子線エピタ
キシ成長させた後、ＣａＦ２を数原子層蒸着し。
いて、Ｇ ａ Ａ ｓ結晶基板８上にバッファ層Ａｎ、
、３Ｇａ、、７Ａｓ９を１ｕｒａの厚さに分子線エピタ
キシ成長させた後、ＣａＦ２を数原子層蒸着し。
ＣａＦ２層１０を形成した。次いで、この試料を搬送路
を通して電子線ホログラフィ装置に移し、１ｘ１０−Ｔ
ｏｒｒ以上の高真空中で電子線ホログラフィ照射を行
った。ここで、定在波７の電子密度の高い領域のＣａＦ
２からＦ原子が離脱し、活性なＣａ原子が表面にあられ
れた領域１１が形成される。
を通して電子線ホログラフィ装置に移し、１ｘ１０−Ｔ
ｏｒｒ以上の高真空中で電子線ホログラフィ照射を行
った。ここで、定在波７の電子密度の高い領域のＣａＦ
２からＦ原子が離脱し、活性なＣａ原子が表面にあられ
れた領域１１が形成される。
さらに、試料を、再び１分子線エピタキシ８ＡＩｉ！に
戻し、ＧａおよびＡｓの分子線の照射を行った。ここで
、第２図に示したように、活性化Ｃａ原子が存在する領
域１１のみにＧａＡｓ結晶が成長し、幅１００人、長さ
２Ｉ！ｍの量子細線１２が得られる。次いで、残存する
ＣａＦ、をイオンビームの照射により除去した後、分子
線エピタキシにより ４党。、ＪＧａｏ、、Ａｓ層１３を成長させて量子細線
１２を埋め込み、第３図に示したような完成品を得た。
戻し、ＧａおよびＡｓの分子線の照射を行った。ここで
、第２図に示したように、活性化Ｃａ原子が存在する領
域１１のみにＧａＡｓ結晶が成長し、幅１００人、長さ
２Ｉ！ｍの量子細線１２が得られる。次いで、残存する
ＣａＦ、をイオンビームの照射により除去した後、分子
線エピタキシにより ４党。、ＪＧａｏ、、Ａｓ層１３を成長させて量子細線
１２を埋め込み、第３図に示したような完成品を得た。
得られた量子細線について、ホトルミネセンス法を用い
て、７７にで評価した結果、６８０ｎ＋ａの発光が観測
された。この値は、ＧａＡｓのバルク結晶あるいは結晶
の厚さ方向にのみ量子井戸を形成した試料に比べ短波長
であり、このことから、結晶の成長方向に対して直角方
向に、１００人の幅で量子閉じ込めの生じていることが
知られた。
て、７７にで評価した結果、６８０ｎ＋ａの発光が観測
された。この値は、ＧａＡｓのバルク結晶あるいは結晶
の厚さ方向にのみ量子井戸を形成した試料に比べ短波長
であり、このことから、結晶の成長方向に対して直角方
向に、１００人の幅で量子閉じ込めの生じていることが
知られた。
実施例 ２
実施例１の場合と同様にして、まず１分子線エピタキシ
装置において、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｌｌＡｓを１−の
厚さに成長させ、さらにＢａＦ、を数原子層形成した後
、試料を電子線ホログラフィ装置に移し、ｆｔ！子ホロ
グラフィの照射を行って定在波の電子密度の高い領域の
ＢａＦ、のＦｙＸ子の脱離を行い、周期１５０人の格子
状のパターン１４を作成した（第４図）０次いで、同装
置中で、試料を９０°回転した状態で、再度、電子線ホ
ログラフィ照射を行った。その状態を第５図に示す。次
いで、試料を、再度、分子線エピタキシ装置に戻し、分
子線エピタキシによりＩｎＧａＡｓ結晶の成長を行った
。
装置において、ＩｎＰ基板上にＩｎＡｌｌＡｓを１−の
厚さに成長させ、さらにＢａＦ、を数原子層形成した後
、試料を電子線ホログラフィ装置に移し、ｆｔ！子ホロ
グラフィの照射を行って定在波の電子密度の高い領域の
ＢａＦ、のＦｙＸ子の脱離を行い、周期１５０人の格子
状のパターン１４を作成した（第４図）０次いで、同装
置中で、試料を９０°回転した状態で、再度、電子線ホ
ログラフィ照射を行った。その状態を第５図に示す。次
いで、試料を、再度、分子線エピタキシ装置に戻し、分
子線エピタキシによりＩｎＧａＡｓ結晶の成長を行った
。
このとき、電子線照射が重複して行われた領域１６は、
Ｂａ原子が脱離しているために、ＩｎＧａＡｓ結晶が成
長せず、また、電子線照射が行われなかった領域１７も
またＩｎＧａＡｓ結晶が成長しない１９ため、第６図に
みられるように、市松模様状に分布したＩｎＧａＡｓ結
晶の量子箱１８が得られた。
Ｂａ原子が脱離しているために、ＩｎＧａＡｓ結晶が成
長せず、また、電子線照射が行われなかった領域１７も
またＩｎＧａＡｓ結晶が成長しない１９ため、第６図に
みられるように、市松模様状に分布したＩｎＧａＡｓ結
晶の量子箱１８が得られた。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、量子効果の顕著な半導体構造体
の製造において、本発明の方法、すなわち、半導体結晶
基板表面にイオン結晶を被着させ、電子線ホログラフィ
によって該イオン結晶の構成原子をパターン状に離脱さ
せ、該原子離脱の領域のみに選択的に半導体結晶成長を
行わせる方法。
の製造において、本発明の方法、すなわち、半導体結晶
基板表面にイオン結晶を被着させ、電子線ホログラフィ
によって該イオン結晶の構成原子をパターン状に離脱さ
せ、該原子離脱の領域のみに選択的に半導体結晶成長を
行わせる方法。
をとることによって、従来技術の有していた課題を解消
し、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な量
子細線構造あるいは量子箱を容易に、かつ、極めて高い
均一性をもって製造することができた。
し、超高速の受光素子あるいは半導体レーザに好適な量
子細線構造あるいは量子箱を容易に、かつ、極めて高い
均一性をもって製造することができた。
第１〜３図は本発明の方法により量子細線を作成する工
程を示した試料概略断面図、第４〜６図は本発明の方法
により量子箱を作成する工程を示した試料概略平面図、
第７図は電子線ホログラフィ装置の構成を示す概要図で
ある。 １・・・電子線源 ２，３・・・レンズ系４・
・・パイプリズム ５・・・２分割された電子ビーム ６・・・試料 ７・・・定在波８・・・結
晶基板（ＧａＡｓ） ９・・・バッファ層（ＡＩＬＩＩ １ａ ａｏ、７ Ａ
ｓ）１０・・・ＣａＦ、層 １１・・・Ｆ原子
離脱部１２−＝量子細線（ＧａＡｓ） １３ ・・・埋め込み層（Ａ１１６１Ｇ ａｎ 、 ７
Ａ ９）１４、１５・・・ＦＭ子子離領領 域１６・・Ｃａ離脱領域 １７・・・電子線照射が行われなかった領域１８・・・
量子箱 １９・・・結晶成長の行われない領域 代理人弁理士 中 村 純之助 昂ω 〜−■の 門へ＋Ｃｒ）（１）
程を示した試料概略断面図、第４〜６図は本発明の方法
により量子箱を作成する工程を示した試料概略平面図、
第７図は電子線ホログラフィ装置の構成を示す概要図で
ある。 １・・・電子線源 ２，３・・・レンズ系４・
・・パイプリズム ５・・・２分割された電子ビーム ６・・・試料 ７・・・定在波８・・・結
晶基板（ＧａＡｓ） ９・・・バッファ層（ＡＩＬＩＩ １ａ ａｏ、７ Ａ
ｓ）１０・・・ＣａＦ、層 １１・・・Ｆ原子
離脱部１２−＝量子細線（ＧａＡｓ） １３ ・・・埋め込み層（Ａ１１６１Ｇ ａｎ 、 ７
Ａ ９）１４、１５・・・ＦＭ子子離領領 域１６・・Ｃａ離脱領域 １７・・・電子線照射が行われなかった領域１８・・・
量子箱 １９・・・結晶成長の行われない領域 代理人弁理士 中 村 純之助 昂ω 〜−■の 門へ＋Ｃｒ）（１）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体結晶基板の表面にイオン結晶薄膜を被着させ
、次いで、該イオン結晶の構成原子を電子線ホログラフ
ィ法によりパターン的に離脱させた後、さらに、該表面
に、分子線照射等により、結晶成長を行わせることによ
って、上記原子離脱の生じた領域のみに、選択的に半導
体結晶の成長を行わせることを特徴とする半導体構造体
の製造方法。 ２、上記イオン結晶薄膜がＣａＦ＿２あるいはＢａＦ＿
２からなる薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の半導体構造体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058263A JPH01232715A (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 半導体構造体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63058263A JPH01232715A (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 半導体構造体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01232715A true JPH01232715A (ja) | 1989-09-18 |
Family
ID=13079276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63058263A Pending JPH01232715A (ja) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | 半導体構造体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01232715A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5466548A (en) * | 1993-07-29 | 1995-11-14 | Nec Corporation | Method for producing nanometer order dot pattern by electron holography and drawing apparatus for the same |
-
1988
- 1988-03-14 JP JP63058263A patent/JPH01232715A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5466548A (en) * | 1993-07-29 | 1995-11-14 | Nec Corporation | Method for producing nanometer order dot pattern by electron holography and drawing apparatus for the same |
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