JPH02101784A - 量子井戸細線の製造方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線レーザ - Google Patents
量子井戸細線の製造方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線レーザInfo
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- JPH02101784A JPH02101784A JP63255119A JP25511988A JPH02101784A JP H02101784 A JPH02101784 A JP H02101784A JP 63255119 A JP63255119 A JP 63255119A JP 25511988 A JP25511988 A JP 25511988A JP H02101784 A JPH02101784 A JP H02101784A
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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、半導体装置に利用される量子井戸細線の製造
方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線を発光
領域とする量子井戸細線レーザに関するものである。
方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線を発光
領域とする量子井戸細線レーザに関するものである。
従来の技術
近年、半導体レーザのしきい値電流の減少、温度特性の
向上、スペクトルライン幅の減少あるいはＦＥＴ素子の
高速化など半導体装置の特性および機能の向上に対する
要請から、半導体基板上に異なるエネルギーギャップを
有する超薄膜を交互に積層した量子井戸構造（２次元電
子系）を用いた半導体装置の開発が、各方面で盛んに行
なわれている。第５図（−）は量子井戸構造の概念図、
第５図（ｂ）はその状態密度を示す特性図である。量子
井戸構造１はポテンシャル障壁１００と量子井戸１１０
からなる。第５図０は量子井戸細線の概念図、第５図中
）はその状態密度を示す特性図、また第７図（ａ）は量
子井戸箱の概念図、第７図（ｂ）はその状態密度を示す
特性図である。量子井戸構造１から量子井戸細線２．量
子井戸箱３の順に電子の自由度が減少し、状態密度が尖
鋭化してくる。そのため量子井戸構造１の特性１機能を
さらに向上させる量子井戸細線２（１次元電子系）およ
び量子井戸箱３（Ｏ次元電子系）が注目されてきて、こ
れらを用いた半導体レーザ等が提案されている（固体物
理２２（１９８７年）第７１頁から第８２頁）。
向上、スペクトルライン幅の減少あるいはＦＥＴ素子の
高速化など半導体装置の特性および機能の向上に対する
要請から、半導体基板上に異なるエネルギーギャップを
有する超薄膜を交互に積層した量子井戸構造（２次元電
子系）を用いた半導体装置の開発が、各方面で盛んに行
なわれている。第５図（−）は量子井戸構造の概念図、
第５図（ｂ）はその状態密度を示す特性図である。量子
井戸構造１はポテンシャル障壁１００と量子井戸１１０
からなる。第５図０は量子井戸細線の概念図、第５図中
）はその状態密度を示す特性図、また第７図（ａ）は量
子井戸箱の概念図、第７図（ｂ）はその状態密度を示す
特性図である。量子井戸構造１から量子井戸細線２．量
子井戸箱３の順に電子の自由度が減少し、状態密度が尖
鋭化してくる。そのため量子井戸構造１の特性１機能を
さらに向上させる量子井戸細線２（１次元電子系）およ
び量子井戸箱３（Ｏ次元電子系）が注目されてきて、こ
れらを用いた半導体レーザ等が提案されている（固体物
理２２（１９８７年）第７１頁から第８２頁）。
現在、量子井戸細線２および量子井戸箱３の製造方法は
確立されていないが、以下の方法が用いられている。第
８図は、従来の量子井戸細線２の製造方法を示す工程図
である。第８図（、）に示すように、Ｇ ａ Ａ ｓ基
板４上に量子井戸層となるＩｎＡｓ層５とこのＩｎＡｓ
層５よシエネルギーギャップの大きいポテンシャル障壁
層となるＧ ａ Ａ ｓ層６からなる積層構造を形成す
る。次にエツチングによシ第８図（ｂ）に示すように溝
７を形成する。このときｄｌの最小寸法は、リングラフ
ィの最小寸法あるいは直接描画である集束イオンビーム
のビーム径で決まる。この最小寸法は約０．１μｍであ
る。さらに約０．１μｍより小さなｄｌ を得るために
は、ウェットエツチングにおけるサイドエツチングを利
用する方法がある。第８図（Ｃ）に示すように、溝７を
Ｇ ａ Ａ Ｂ層ｅで埋め込み加工により、量子井戸様
な積層構造であり、これをエツチングによシ第９図（ｂ
）に示すように溝７を形成する。このときのｄ２．ｄ３
の最小寸法は、第８図（ｂ）におけるｄｌの最小寸法と
同様に決定され、その最小寸法は約０．１μｍである。
確立されていないが、以下の方法が用いられている。第
８図は、従来の量子井戸細線２の製造方法を示す工程図
である。第８図（、）に示すように、Ｇ ａ Ａ ｓ基
板４上に量子井戸層となるＩｎＡｓ層５とこのＩｎＡｓ
層５よシエネルギーギャップの大きいポテンシャル障壁
層となるＧ ａ Ａ ｓ層６からなる積層構造を形成す
る。次にエツチングによシ第８図（ｂ）に示すように溝
７を形成する。このときｄｌの最小寸法は、リングラフ
ィの最小寸法あるいは直接描画である集束イオンビーム
のビーム径で決まる。この最小寸法は約０．１μｍであ
る。さらに約０．１μｍより小さなｄｌ を得るために
は、ウェットエツチングにおけるサイドエツチングを利
用する方法がある。第８図（Ｃ）に示すように、溝７を
Ｇ ａ Ａ Ｂ層ｅで埋め込み加工により、量子井戸様
な積層構造であり、これをエツチングによシ第９図（ｂ
）に示すように溝７を形成する。このときのｄ２．ｄ３
の最小寸法は、第８図（ｂ）におけるｄｌの最小寸法と
同様に決定され、その最小寸法は約０．１μｍである。
次に第９図（Ｃ）に示すように、第８図（Ｃ）と同様な
埋め込み加工によシ量子井戸箱３が得られる。
埋め込み加工によシ量子井戸箱３が得られる。
発明が解決しようとする課題
しかし、従来の量子井戸細線２および量子井戸箱３の製
造方法において、基板上水平方向の最小寸法りがリング
ラフィの最小寸法あるいは直接描画である集束イオンビ
ームのビーム径で決ｔｂ、Ｄ値は約０．１μｍである。
造方法において、基板上水平方向の最小寸法りがリング
ラフィの最小寸法あるいは直接描画である集束イオンビ
ームのビーム径で決ｔｂ、Ｄ値は約０．１μｍである。
量子井戸細線２および量子井戸箱３の特性および機能は
、Ｄ値が小さい（数１００八以下）はど向上するため限
界があった。また約０．１μｍよυ小さい値を得るには
、ウェットエツチングにおけるサイドエツチングを利用
する方法があるが、エツチング液の入シ具合いによって
エツチングむらが生じたシ、１０００八層以下の安定し
たエツチング速度を持つエツチング液が得られにくいと
いった寸法制御性の悪い方法であった。
、Ｄ値が小さい（数１００八以下）はど向上するため限
界があった。また約０．１μｍよυ小さい値を得るには
、ウェットエツチングにおけるサイドエツチングを利用
する方法があるが、エツチング液の入シ具合いによって
エツチングむらが生じたシ、１０００八層以下の安定し
たエツチング速度を持つエツチング液が得られにくいと
いった寸法制御性の悪い方法であった。
本発明は、上述の問題点を鑑みて成されたもので、現行
の最小寸法である約０．１μｍより小さい寸法からなる
量子井戸細線２および量子井戸箱３を制御性良く製造で
きる方法を提出することを目的とする。
の最小寸法である約０．１μｍより小さい寸法からなる
量子井戸細線２および量子井戸箱３を制御性良く製造で
きる方法を提出することを目的とする。
また、量子井戸細線２（１次元電子系）を利用した半導
体レーザについて、具体的かつ製造の容易な量子井戸細
線レーザの提案がなかった。もう一つの本発明は、具体
的かつ製造の容易な量子井戸細線を活性層とする量子井
戸細線レーザを提供することを目的とする。
体レーザについて、具体的かつ製造の容易な量子井戸細
線レーザの提案がなかった。もう一つの本発明は、具体
的かつ製造の容易な量子井戸細線を活性層とする量子井
戸細線レーザを提供することを目的とする。
課題を解決する丸めの手段
本発明は、上述の問題点を解決するため、量子井戸細線
の製造に対して、表面が（１１１）面あるいは前記（１
１１）面と等価な面である第１の半導体よりなる基板上
に（１００）面あるいは前記（１００）面と等価な面か
らなる段差を方向性をもつ粒子線によるエツチングで形
成する工程と、前記基板の前記段差部に前記第１の半導
体と第２の半導体との格子不整合１（第１の半導体の格
子定数）−（第２の半導体の格子定数）｜／（第１の半
導体の格子定数）が１０−２以上である前記第２の半導
体層を成長させる工程と、前記基板上に前記第１の半導
体の層を成長させる工程を備えたものである。
の製造に対して、表面が（１１１）面あるいは前記（１
１１）面と等価な面である第１の半導体よりなる基板上
に（１００）面あるいは前記（１００）面と等価な面か
らなる段差を方向性をもつ粒子線によるエツチングで形
成する工程と、前記基板の前記段差部に前記第１の半導
体と第２の半導体との格子不整合１（第１の半導体の格
子定数）−（第２の半導体の格子定数）｜／（第１の半
導体の格子定数）が１０−２以上である前記第２の半導
体層を成長させる工程と、前記基板上に前記第１の半導
体の層を成長させる工程を備えたものである。
また量子井戸箱の製造に対して、表面が（１１１）面あ
るいは前記（１１１）面と等価な面である第１の半導体
よりなる基板上に（１００）面あるいは前記（１００）
面と等価な面および非（１ＱＯ）面からなる段差を方向
性を持つ粒子線によるエツチングで形成する工程と、前
記基板の前記段差部に前記第１の半導体と第２の半導体
との格子不整合１（第１の半導体の格子定数）−（第２
の半導体の格子定数）｜／（第１の半導体の格子定数）
か１０ 以上である前記第２の半導体の層を成長させる
工程と、前記基板上に前記第１の半導体の層を成長させ
る工程を備えたものである。
るいは前記（１１１）面と等価な面である第１の半導体
よりなる基板上に（１００）面あるいは前記（１００）
面と等価な面および非（１ＱＯ）面からなる段差を方向
性を持つ粒子線によるエツチングで形成する工程と、前
記基板の前記段差部に前記第１の半導体と第２の半導体
との格子不整合１（第１の半導体の格子定数）−（第２
の半導体の格子定数）｜／（第１の半導体の格子定数）
か１０ 以上である前記第２の半導体の層を成長させる
工程と、前記基板上に前記第１の半導体の層を成長させ
る工程を備えたものである。
もう一つの発明は、上述の問題点を解決するため表面が
（１１１）面あるいは前記（１１１）面と等価な面であ
るＧ ａ Ａ ｓ基板と、前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に
形成された第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に
形成され、Ｇ ａ Ａ ｓ層とＩ ｎ Ａ ｓ量子井戸
細線の界面が少なくとも（１００）面あるいは前記（１
００）面と等価な面である前記Ｇ ａ Ａ ｓ層と前記
Ｇ ａ Ａ ｓ層で埋め込まれた前記１ｎＡｓｎＡｓ量
子線からなる活性層と、前記活性層上に形成された第２
クラッド層からなる構成を備えた量子井戸細線レーザで
ある。
（１１１）面あるいは前記（１１１）面と等価な面であ
るＧ ａ Ａ ｓ基板と、前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に
形成された第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に
形成され、Ｇ ａ Ａ ｓ層とＩ ｎ Ａ ｓ量子井戸
細線の界面が少なくとも（１００）面あるいは前記（１
００）面と等価な面である前記Ｇ ａ Ａ ｓ層と前記
Ｇ ａ Ａ ｓ層で埋め込まれた前記１ｎＡｓｎＡｓ量
子線からなる活性層と、前記活性層上に形成された第２
クラッド層からなる構成を備えた量子井戸細線レーザで
ある。
作 用
本発明は、表面が（１１１）而あるいは前記（１１１）
面と等価な面である第１の半導体基板上に（１００）面
あるいは前記（１００）面と等価な面からなる段差の形
成手段として、方向性を持つ粒子線を用いているので、
粒子線の照射方向をある一定角度に保つだけで数百へ以
下の段差が制御性良く得られる。（１００）而あるいは
前記（１００）面と等価な面および非（１００）面から
なる段差に対しても同様に制御性良く得られる。
面と等価な面である第１の半導体基板上に（１００）面
あるいは前記（１００）面と等価な面からなる段差の形
成手段として、方向性を持つ粒子線を用いているので、
粒子線の照射方向をある一定角度に保つだけで数百へ以
下の段差が制御性良く得られる。（１００）而あるいは
前記（１００）面と等価な面および非（１００）面から
なる段差に対しても同様に制御性良く得られる。
また第１の半導体基板上に第１の半導体の層あるいは第
２の半導体の層を成長させる場合、第１の半導体の層の
成長ではいずれの面方位をも・つ前記基板表面に対して
ほぼ同じ成長速度で前記第１の半導体の層の単結晶が成
長するのに対し、第２の半導体の層の成長では格子不整
合が１０−２以上であるため、前記半導体基板表面の（
１００）面上で最も速い成長速度で前記第２の半導体の
層の単結晶が成長し、前記基板表面の面方位が（１００
）面からずれるに従い急速に成長速度が低下するという
現象がある。この現象を利用した本発明は、（１ｏ○）
面からなる段差を設けた（１１１）面をもつ第１の半導
体からなる基板上に第２の半導体の層の成長と第１の半
導体の層の成長を行えば、前記（１００）面上にのみ第
２の半導体の層を選択成長させることができ、前記第２
の半導体の層を前記第１の半導体の層で埋め込むことが
できる。
２の半導体の層を成長させる場合、第１の半導体の層の
成長ではいずれの面方位をも・つ前記基板表面に対して
ほぼ同じ成長速度で前記第１の半導体の層の単結晶が成
長するのに対し、第２の半導体の層の成長では格子不整
合が１０−２以上であるため、前記半導体基板表面の（
１００）面上で最も速い成長速度で前記第２の半導体の
層の単結晶が成長し、前記基板表面の面方位が（１００
）面からずれるに従い急速に成長速度が低下するという
現象がある。この現象を利用した本発明は、（１ｏ○）
面からなる段差を設けた（１１１）面をもつ第１の半導
体からなる基板上に第２の半導体の層の成長と第１の半
導体の層の成長を行えば、前記（１００）面上にのみ第
２の半導体の層を選択成長させることができ、前記第２
の半導体の層を前記第１の半導体の層で埋め込むことが
できる。
もう一つの発明は、上記の量子井戸細線の製造方法を用
いて、数百へ以下の量子井戸細線の幅をもつ活性層が制
御性良く作れる。まだ（１１１）表面からなるＧａＡｓ
基板上には、少なくとも（１００）面からなる段差を有
するため、量子井戸細線の面が（ｏｌｌ）面あるいはこ
れと等価な面となり、共振器を容易にへき開によシ形成
することができる。さらにＩｎＡｓとＧ ａ Ａ ｓの
組合せでは、例えばＧ ａ Ａ ｓとＡＩ ｘＧａ １
−、Ａｓ 等の組合せに比べて１．１ｅＶの大きなエネ
ルギーギャップ差を有するため、量子井戸効果による半
導体レーザの特性がかなり向上し、さらに発光波長領域
を広く取れる。
いて、数百へ以下の量子井戸細線の幅をもつ活性層が制
御性良く作れる。まだ（１１１）表面からなるＧａＡｓ
基板上には、少なくとも（１００）面からなる段差を有
するため、量子井戸細線の面が（ｏｌｌ）面あるいはこ
れと等価な面となり、共振器を容易にへき開によシ形成
することができる。さらにＩｎＡｓとＧ ａ Ａ ｓの
組合せでは、例えばＧ ａ Ａ ｓとＡＩ ｘＧａ １
−、Ａｓ 等の組合せに比べて１．１ｅＶの大きなエネ
ルギーギャップ差を有するため、量子井戸効果による半
導体レーザの特性がかなり向上し、さらに発光波長領域
を広く取れる。
実施例
（実施例１）
第１図に本発明の一実施例における量子井戸細線の製造
方法の工程図を示す。第１図（ａ）に示すように、表面
が（７１１）面からなるＧ ａ Ａ ｓ基板４上に、〔
０１１〕方向に沿って直線からなる開口端を有するエツ
チングマスク８を形成する。マスク８としては、Ｓ １
０２薄膜、レジスト等を用いることができる。次にＣｌ
イオンビーム３００ 等の粒子線によるエツチングを行
なう。第１図中）に示すように、その粒子線の傾き角θ
は、（Ｏｌｌ）面においてＧ ａ Ａ ｓ基板の（１１
１）面の法線方向から第１図紙面上布回りに３６°とす
る。これにより、エッチ側面が（１００）面である段差
２００を前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板４上に形成することが
できる。
方法の工程図を示す。第１図（ａ）に示すように、表面
が（７１１）面からなるＧ ａ Ａ ｓ基板４上に、〔
０１１〕方向に沿って直線からなる開口端を有するエツ
チングマスク８を形成する。マスク８としては、Ｓ １
０２薄膜、レジスト等を用いることができる。次にＣｌ
イオンビーム３００ 等の粒子線によるエツチングを行
なう。第１図中）に示すように、その粒子線の傾き角θ
は、（Ｏｌｌ）面においてＧ ａ Ａ ｓ基板の（１１
１）面の法線方向から第１図紙面上布回りに３６°とす
る。これにより、エッチ側面が（１００）面である段差
２００を前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板４上に形成することが
できる。
後の工程で量子井戸細線の幅となるエッチ側面の幅Ｄ１
は、粒子線によるエツチングにおけるエッチレートから
一義的に決まシ、数百Å以下の値が制御性良く容易に得
られる。例えばＧ ａ Ａ ｓに対して６００人／ｍｍ
のエッチ速度を使用すれば、３０秒のエツチングでＧ
ａ Ａ ｓ基板４上に２５０人の前記幅りが得られた。
は、粒子線によるエツチングにおけるエッチレートから
一義的に決まシ、数百Å以下の値が制御性良く容易に得
られる。例えばＧ ａ Ａ ｓに対して６００人／ｍｍ
のエッチ速度を使用すれば、３０秒のエツチングでＧ
ａ Ａ ｓ基板４上に２５０人の前記幅りが得られた。
第３図に示すように、分子線エピタキシャル成長法を用
いたＧ ａ Ａ ｓとＩｎＡｓ成長速度のＧ ａ Ａ
ｓ基板面方位依存性を示す。Ｇ ａ Ａ ｇ基板面方位
が（１００）面からずれるに従って急速にＩｎＡｓの成
長速度は低下し、（３１１）面。
いたＧ ａ Ａ ｓとＩｎＡｓ成長速度のＧ ａ Ａ
ｓ基板面方位依存性を示す。Ｇ ａ Ａ ｇ基板面方位
が（１００）面からずれるに従って急速にＩｎＡｓの成
長速度は低下し、（３１１）面。
（１１１）面等でにほとんど成長は見られなかった。一
方Ｇ ａ Ａ ｓの成長速度は、いずれの面方位に対し
てもほぼ一定であった。この時の成長条件は、成長温度
５５０℃、Ａ８４／Ｉｎ７ラツクス比６ 、 Ａｓ ４
圧力（フラックス量） ２ Ｘ １０−” Ｔｏｒｒで
ある。
方Ｇ ａ Ａ ｓの成長速度は、いずれの面方位に対し
てもほぼ一定であった。この時の成長条件は、成長温度
５５０℃、Ａ８４／Ｉｎ７ラツクス比６ 、 Ａｓ ４
圧力（フラックス量） ２ Ｘ １０−” Ｔｏｒｒで
ある。
一般に第１の半導体と第２の半導体との格子不整合１（
第１の半導体の格子定数）−（第２の半導体の格子定数
）ｌ／（第１の半導体の格子定数）が１０−２以上であ
る場合、上記の現象が見られる。Ｇ ａ Ａ ｓとＩｎ
Ａｓ成長速度のＧ ａ Ａ ｓ基板面方位依存性を利用
して、第１図（ｃ）に示すように、（１００）面を持つ
段差を設けた前記（１１１）面のＧ ａ Ａ ｓ基板４
上に分子線エピタキシャル成長法によりＩｎＡｇｎＡｇ
全１１部のみに選択成長を行なうことができる。
第１の半導体の格子定数）−（第２の半導体の格子定数
）ｌ／（第１の半導体の格子定数）が１０−２以上であ
る場合、上記の現象が見られる。Ｇ ａ Ａ ｓとＩｎ
Ａｓ成長速度のＧ ａ Ａ ｓ基板面方位依存性を利用
して、第１図（ｃ）に示すように、（１００）面を持つ
段差を設けた前記（１１１）面のＧ ａ Ａ ｓ基板４
上に分子線エピタキシャル成長法によりＩｎＡｇｎＡｇ
全１１部のみに選択成長を行なうことができる。
ＩｎＡｓｎＡｓ全１１成長をするため、原料として金属
Ｉｎから作られる原子線Ｉｎ９と金属砒素から作られる
分子線ＡＢ４１０を用いた。
Ｉｎから作られる原子線Ｉｎ９と金属砒素から作られる
分子線ＡＢ４１０を用いた。
次に第１図（ｄ）に示すように、ＩｎＡｓ成長と同様に
分子線エピタキシャル成長法によ！１ｌＧａＡｓ層１３
をＧ ａ Ａ ｓ基板４上に成長させると、Ｇ ａ Ａ
ｓ層１３は第３図に示したように全ての面のＧ ａ
Ａ ｓ基板に対してほぼ同じ成長速度で成長し、ＩｎＡ
ｓｎＡｓ上にも前記成長速度とほぼ同じ成長速度で成長
するため、ＩｎＡｓ層１１をＧ ａ Ａ ｓ層１３で埋
め込むことができ、層１１よりなる量子井戸細線２を形
成することができる。Ｇ ａ Ａ ｓ層１３を成長する
ため、原料として金属Ｇａから作られる原子線Ｇａ１２
と金属砒素から作られる分子線ＡＢ４１０を用いた。さ
らに第１図（Ｃ）および第１図（ｄ）の工程を繰９返す
ことによシ、量子井戸細線２の多層構造を形成すること
ができ、Ｉ ｎ Ａ ｓはＧ ａ Ａ ｓに比ベエネル
ギーギャップが小さいので、ＩｎＡｓを量子井戸層。
分子線エピタキシャル成長法によ！１ｌＧａＡｓ層１３
をＧ ａ Ａ ｓ基板４上に成長させると、Ｇ ａ Ａ
ｓ層１３は第３図に示したように全ての面のＧ ａ
Ａ ｓ基板に対してほぼ同じ成長速度で成長し、ＩｎＡ
ｓｎＡｓ上にも前記成長速度とほぼ同じ成長速度で成長
するため、ＩｎＡｓ層１１をＧ ａ Ａ ｓ層１３で埋
め込むことができ、層１１よりなる量子井戸細線２を形
成することができる。Ｇ ａ Ａ ｓ層１３を成長する
ため、原料として金属Ｇａから作られる原子線Ｇａ１２
と金属砒素から作られる分子線ＡＢ４１０を用いた。さ
らに第１図（Ｃ）および第１図（ｄ）の工程を繰９返す
ことによシ、量子井戸細線２の多層構造を形成すること
ができ、Ｉ ｎ Ａ ｓはＧ ａ Ａ ｓに比ベエネル
ギーギャップが小さいので、ＩｎＡｓを量子井戸層。
Ｇ ａ Ａ ｓをポテンシャル障壁層としだ量子井戸細
線を形成できる。なお本実施例ではＩｎＡｓ成長。
線を形成できる。なお本実施例ではＩｎＡｓ成長。
Ｇ ａ Ａ ｇ成長を分子線エピタキシャル成長に代表
される粒子線を用いて行なったが、有機金属気相成長に
代表される非平衡気相成長を用いて行なっても良い。ま
た分子線Ａ ｓ ４の代わシにＡ ａ ２を用いても良
い。
される粒子線を用いて行なったが、有機金属気相成長に
代表される非平衡気相成長を用いて行なっても良い。ま
た分子線Ａ ｓ ４の代わシにＡ ａ ２を用いても良
い。
（実施例２）
第２図に本発明の一実施例における量子井戸箱の製造方
法の工程図を示す。第２図（ａ）に示すように、（１１
１）表面からなるＧ ａ Ａ ｇ基板４上に、〔ｏ１１
〕方向妬沿って正弦波状あるいは鋸波状からなる開口端
を有するエツチングマスク１４を形成する。マスク１４
としては、Ｓ １０２薄膜、レジスト等を用いることが
できる。第２図中）に示すように、第１図申）と同様な
Ｃ１イオンビーム３００等の粒子線によるエツチングを
行ない、エッチ側面が（１００）面と非（１０ｏ）とか
らなる段差を前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板４上に形成するこ
とができる。
法の工程図を示す。第２図（ａ）に示すように、（１１
１）表面からなるＧ ａ Ａ ｇ基板４上に、〔ｏ１１
〕方向妬沿って正弦波状あるいは鋸波状からなる開口端
を有するエツチングマスク１４を形成する。マスク１４
としては、Ｓ １０２薄膜、レジスト等を用いることが
できる。第２図中）に示すように、第１図申）と同様な
Ｃ１イオンビーム３００等の粒子線によるエツチングを
行ない、エッチ側面が（１００）面と非（１０ｏ）とか
らなる段差を前記Ｇ ａ Ａ ｓ基板４上に形成するこ
とができる。
後の工程により量子井戸箱の一つの幅となるエッチ側面
の幅Ｄ２は、前記幅Ｄ１ と同様に粒子線によるエツ
チングにおけるエッチレートから一義的に決まり、数百
へ以下の値が制御性良く容易に得られる。一方、量子井
戸箱の幅Ｄ３の方向と垂直に交わるＩｎＡｓ層１１の断
面形状は、マスク１４の開口端形状に決定する。ま量子
井戸箱の幅Ｄ３は例えば（１００）接面Ａにおける曲率
半径に依存し、曲率半径が大きい程Ｄ３は長くなる。量
子井戸箱の幅Ｄ４は、ＩｎＡｓ の成長時間により決
定できる。第２図（ｃ）に示すように、第１図（ｃ）の
工程と同様にＩｎＡｓ層１１の選択成長を行ない。次に
第２図（ｄ）に示すように、第１図（ｄ）の工程と同様
にＧ ａ Ａ ｓ層１３を形成することができる。さら
に第２図（Ｃ）および第２図（ｄ）の工程を繰り返すこ
とにより、量子井戸箱３の多層構造を形成するととがで
きる。
の幅Ｄ２は、前記幅Ｄ１ と同様に粒子線によるエツ
チングにおけるエッチレートから一義的に決まり、数百
へ以下の値が制御性良く容易に得られる。一方、量子井
戸箱の幅Ｄ３の方向と垂直に交わるＩｎＡｓ層１１の断
面形状は、マスク１４の開口端形状に決定する。ま量子
井戸箱の幅Ｄ３は例えば（１００）接面Ａにおける曲率
半径に依存し、曲率半径が大きい程Ｄ３は長くなる。量
子井戸箱の幅Ｄ４は、ＩｎＡｓ の成長時間により決
定できる。第２図（ｃ）に示すように、第１図（ｃ）の
工程と同様にＩｎＡｓ層１１の選択成長を行ない。次に
第２図（ｄ）に示すように、第１図（ｄ）の工程と同様
にＧ ａ Ａ ｓ層１３を形成することができる。さら
に第２図（Ｃ）および第２図（ｄ）の工程を繰り返すこ
とにより、量子井戸箱３の多層構造を形成するととがで
きる。
（実施例３）
第４図に本発明の一実施例における量子井戸細線レーザ
の製造方法の工程図を示す。第４図（ａ）に示すように
、（１１１）表面からなるｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ基板１５
上にｎ形ＡｌＧａＡｓ １６からなる第１のクラッド層
を成長する。第４図（ｂ）に示すように、Ｇ ａ Ａ
ｓ層１７を成長する。次に第１図（ａ）〜（ｄ）の工程
を施すことにより第４図（ｃ）に示すような単一で離散
的なＩｎＡｓ量子井戸細線１８をもつ活性層１９が得ら
れる。さらに第１図（Ｃ）、 （ｄ）の工程を２回縁シ
返すと第４図（ｄ）に示すような群を成し、離散的なＩ
ｎＡｓ量子井戸細線１８をもつ活性層２０が得られる。
の製造方法の工程図を示す。第４図（ａ）に示すように
、（１１１）表面からなるｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ基板１５
上にｎ形ＡｌＧａＡｓ １６からなる第１のクラッド層
を成長する。第４図（ｂ）に示すように、Ｇ ａ Ａ
ｓ層１７を成長する。次に第１図（ａ）〜（ｄ）の工程
を施すことにより第４図（ｃ）に示すような単一で離散
的なＩｎＡｓ量子井戸細線１８をもつ活性層１９が得ら
れる。さらに第１図（Ｃ）、 （ｄ）の工程を２回縁シ
返すと第４図（ｄ）に示すような群を成し、離散的なＩ
ｎＡｓ量子井戸細線１８をもつ活性層２０が得られる。
次に第４図（、）に示すようにｐ形Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ
ｓ２１からなる第２のクラッド層を成長し、ＡｌＺｎ
２２からなるｐ形電極およびＡｕＧｅ２３からなるｎ形
電極を形成するとｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ基板１６上に第１
のクラッド層、ＩｎＡｓ量子井戸細線１８およびＧ ａ
Ａ ｓ層１７からなる活性層１９．第２のクラッド層
を積層した量子井戸細線レーザが得られる。
ｓ２１からなる第２のクラッド層を成長し、ＡｌＺｎ
２２からなるｐ形電極およびＡｕＧｅ２３からなるｎ形
電極を形成するとｎ形Ｇ ａ Ａ ｓ基板１６上に第１
のクラッド層、ＩｎＡｓ量子井戸細線１８およびＧ ａ
Ａ ｓ層１７からなる活性層１９．第２のクラッド層
を積層した量子井戸細線レーザが得られる。
また、（１１１）表面からなるＧ ａ Ａ ｓ基板１５
上には、（１０ｏ）面からなる段差を有するため、Ｉｎ
Ａｓ量子井戸細線１８の段面が（ｏｌｌ）面あるいはこ
れと等価な面となり、共振器を容易にへき開により形成
することができる。なお本実施例ではＧ ａ Ａ ｓ基
板とＩｎＡｓ量子井戸細線とＡｌＧａＡｓクラッド層を
用いたが以下の表の組み合わせでも良い。
上には、（１０ｏ）面からなる段差を有するため、Ｉｎ
Ａｓ量子井戸細線１８の段面が（ｏｌｌ）面あるいはこ
れと等価な面となり、共振器を容易にへき開により形成
することができる。なお本実施例ではＧ ａ Ａ ｓ基
板とＩｎＡｓ量子井戸細線とＡｌＧａＡｓクラッド層を
用いたが以下の表の組み合わせでも良い。
発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明は、基板表面が
（１１１）面である第１の半導体基板上に側面が（１０
ｏ）而からなる段差の形成手段として、方向性を持つ粒
子線を用いているので、粒子線の照射方向をある一定角
度に保つだけで数百へ以下の段差が制御性良く得られる
。（１０ｏ）面あるいは前記（１００）面と特価な面お
よび非（１００）面からなる段差に対しても同様に制御
性良く得られる。また第１の半導体よりなる基板上に第
２の半導体あるいは第１の半導体の層を成長させる場合
、第１の半導体の層成長ではいずれの面方位をもつ前記
基板表面に対して、はぼ同じ成長速度で前記第１の半導
体の層の単結晶が成長するのに対し、第２の半導体の層
成長では格子不整合が１０ 以上であるため、前記基板
表面の（１００）面上で最も速い成長速度で前記第２の
半導体の層の単結晶が成長し、前記基板表面の面方位が
（１００）面からずれるに従い急速に成長速度が低下す
るという現象がある。この現象を利用した本発明は、（
１００）面からなる段差を設けた（１１１）面をもつ第
１の半導体からなる基板上に第２の半導体の層の成長と
第１の半導体の層の成長を行えば、前記（１００）面上
にのみ第２の半導体の層を選択成長させることができ、
前記第２の半導体の層を前記第１の半導体の層で埋め込
むことができる。
（１１１）面である第１の半導体基板上に側面が（１０
ｏ）而からなる段差の形成手段として、方向性を持つ粒
子線を用いているので、粒子線の照射方向をある一定角
度に保つだけで数百へ以下の段差が制御性良く得られる
。（１０ｏ）面あるいは前記（１００）面と特価な面お
よび非（１００）面からなる段差に対しても同様に制御
性良く得られる。また第１の半導体よりなる基板上に第
２の半導体あるいは第１の半導体の層を成長させる場合
、第１の半導体の層成長ではいずれの面方位をもつ前記
基板表面に対して、はぼ同じ成長速度で前記第１の半導
体の層の単結晶が成長するのに対し、第２の半導体の層
成長では格子不整合が１０ 以上であるため、前記基板
表面の（１００）面上で最も速い成長速度で前記第２の
半導体の層の単結晶が成長し、前記基板表面の面方位が
（１００）面からずれるに従い急速に成長速度が低下す
るという現象がある。この現象を利用した本発明は、（
１００）面からなる段差を設けた（１１１）面をもつ第
１の半導体からなる基板上に第２の半導体の層の成長と
第１の半導体の層の成長を行えば、前記（１００）面上
にのみ第２の半導体の層を選択成長させることができ、
前記第２の半導体の層を前記第１の半導体の層で埋め込
むことができる。
明
もう一つの発子は、上記の量子井戸細線の製造方法を用
いて、数百へ以下の量子井戸細線の幅をもつ活性層が制
御性良く作れる。また（１１１）表面からなるＧａＡ
ｓ基板上には、少なくとも（１００）面からなる段差を
有するため、量子井戸細線の断面が（０１１）面あるい
はこれと等価な面となり、共振器を容易にへき開により
形成することができる。さらにＩｎＡｓとＧａＡ ｓの
組合せでは、例えばＧ ａ Ａ ｓとＡ１工Ｇ ａ １
−ｘＡｓ等の組合せに比べて１．１ｅＶの大きなエネル
ギーギャップ差を有するだめ、量子井戸効果による半導
体レーザの特性がかなり向上し、さらに発光波長領域を
広く取れる。
いて、数百へ以下の量子井戸細線の幅をもつ活性層が制
御性良く作れる。また（１１１）表面からなるＧａＡ
ｓ基板上には、少なくとも（１００）面からなる段差を
有するため、量子井戸細線の断面が（０１１）面あるい
はこれと等価な面となり、共振器を容易にへき開により
形成することができる。さらにＩｎＡｓとＧａＡ ｓの
組合せでは、例えばＧ ａ Ａ ｓとＡ１工Ｇ ａ １
−ｘＡｓ等の組合せに比べて１．１ｅＶの大きなエネル
ギーギャップ差を有するだめ、量子井戸効果による半導
体レーザの特性がかなり向上し、さらに発光波長領域を
広く取れる。
第１図（、）〜（ｄ）は本発明の一実施例における量子
井戸細線の製造方法を示す工程図、第２図（ａ）〜（ｄ
）は本発明の一実施例における量子井戸箱の製造方法を
示す工程図、第３図はＧ ａ Ａ ｇとＩｎＡｓ成長速
度のＧ ａ Ａ ｓ基板面方位依存性を示す特性図、第
４図（、）〜（、）は本発明の一実施例における量子井
戸細線レーザの製造方法を示す工程図、第５図（−）は
量子井戸構造の概念図、第５図（ｂ）は量子井戸構造の
状態密度を示す特性図、第５図（、）は量子井戸細線の
概念図、第５図（ｂ）は量子井戸細線の状態密度を示す
特性図、第７図（、）は量子井戸箱の概念図、第７図（
ｂ）は量子井戸箱の状態密度を示す特性図、第８図（ａ
）〜（Ｃ）は従来例の量子井戸細線の製造方法を示す工
程図、第９図（ａ）〜（Ｃ）は従来例の量子井戸箱の製
造方法を示す工程図である。 ２・・・・・・量子井戸細線、３・・・・・・量子井戸
箱、４・・・・・Ｇ ａ Ａ ｓ基板、８，１４・・・
・・・エツチングマスク、９・・・・・・Ｉｎ、１０・
・・・・・Ａｓ４．１１・・・・・・ＩｎＡｓ層、１２
・＋＋−＋＋Ｇａ、 １３．１７＝＝＝ＧａＡｓ層、１
５ ・−・−・−ｎ形ＧａＡｓ基板、１６−・−ｎ形Ａ
ｌＧａＡｓ 、 １８・・・・・・ＩｎＡｇ量子井戸細
線、１９．２０・・・・・・活性層、２１ ＝−−ｐ形
Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ、２２−＝・ＡｕＺｎ 、 ２
３・・・・・・ＡｕＧｅ０ 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名第
１ 因 ２ （Ｉｆ） 量菩斤戸部謀 ｌＺ−Ｑ山 図 ３（ｆυ・−量各庁一箱 ４□−（？ａ、ハＳ基板 ９−１代 ｌθ゛−Ａｓ４ Ｈ・−工ＩＰＬＡ”；Ｍ ／Ｚ−Ｇ山 ４２図 図 （Ｌａｙ ） （１０θ）（７１υＡ （３／ｌ）ハ
（ｆｆｆ）ＡＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ （（ｒａ、ハＳ基板面゛方°侃〕 成長Ａ度：ｓｓｏ’ｃ フラ・ンクスエヒ（八ｓ＋／（ｒａ） −３フラッグス
Ｒ，＜Ａ３４／ ＩｆＬ） ： ５ＡＳ４五力（フラツ
クス量、）：ｚｘｔｏＴρとど４−−− （ｔａ−Ａｓ
Ｚ板 １４− エツチングマス７ ３ρθ゛−イτンヒーム １５ ’−７７’ｔｈｅｎＡｓ基板 １６−ｎ％ ＡＩ （ｒａ、ハＳ ７７−ｔＧαＡ８層 ／８−−１ｍＡＳｉＪ叶戸３目碌 ■〔ｏＩＴ）方向 ｌ５”−７’−杉Ｑ（ＬＡ Ｓ基板 ／６− ｎＷ４ ＡｄｔｋｔＡｓ ／７−６ａＡＳ層 ／Ｂ−１偽ハＳ量＋叶戸３ＴＥ ！＆ ／ＶＺθ−゛り各村り肩 ２／−ＰわＡ）４−ａ Ａ ５ ２２−一′ハＬＬｌＬｒＬ ’１３−ＡＬＬ（３−己 耽幻仄厄２攬 既豹扶旭ｆｆｉ度ρ（す 第 図 第 図
井戸細線の製造方法を示す工程図、第２図（ａ）〜（ｄ
）は本発明の一実施例における量子井戸箱の製造方法を
示す工程図、第３図はＧ ａ Ａ ｇとＩｎＡｓ成長速
度のＧ ａ Ａ ｓ基板面方位依存性を示す特性図、第
４図（、）〜（、）は本発明の一実施例における量子井
戸細線レーザの製造方法を示す工程図、第５図（−）は
量子井戸構造の概念図、第５図（ｂ）は量子井戸構造の
状態密度を示す特性図、第５図（、）は量子井戸細線の
概念図、第５図（ｂ）は量子井戸細線の状態密度を示す
特性図、第７図（、）は量子井戸箱の概念図、第７図（
ｂ）は量子井戸箱の状態密度を示す特性図、第８図（ａ
）〜（Ｃ）は従来例の量子井戸細線の製造方法を示す工
程図、第９図（ａ）〜（Ｃ）は従来例の量子井戸箱の製
造方法を示す工程図である。 ２・・・・・・量子井戸細線、３・・・・・・量子井戸
箱、４・・・・・Ｇ ａ Ａ ｓ基板、８，１４・・・
・・・エツチングマスク、９・・・・・・Ｉｎ、１０・
・・・・・Ａｓ４．１１・・・・・・ＩｎＡｓ層、１２
・＋＋−＋＋Ｇａ、 １３．１７＝＝＝ＧａＡｓ層、１
５ ・−・−・−ｎ形ＧａＡｓ基板、１６−・−ｎ形Ａ
ｌＧａＡｓ 、 １８・・・・・・ＩｎＡｇ量子井戸細
線、１９．２０・・・・・・活性層、２１ ＝−−ｐ形
Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ、２２−＝・ＡｕＺｎ 、 ２
３・・・・・・ＡｕＧｅ０ 代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名第
１ 因 ２ （Ｉｆ） 量菩斤戸部謀 ｌＺ−Ｑ山 図 ３（ｆυ・−量各庁一箱 ４□−（？ａ、ハＳ基板 ９−１代 ｌθ゛−Ａｓ４ Ｈ・−工ＩＰＬＡ”；Ｍ ／Ｚ−Ｇ山 ４２図 図 （Ｌａｙ ） （１０θ）（７１υＡ （３／ｌ）ハ
（ｆｆｆ）ＡＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ （（ｒａ、ハＳ基板面゛方°侃〕 成長Ａ度：ｓｓｏ’ｃ フラ・ンクスエヒ（八ｓ＋／（ｒａ） −３フラッグス
Ｒ，＜Ａ３４／ ＩｆＬ） ： ５ＡＳ４五力（フラツ
クス量、）：ｚｘｔｏＴρとど４−−− （ｔａ−Ａｓ
Ｚ板 １４− エツチングマス７ ３ρθ゛−イτンヒーム １５ ’−７７’ｔｈｅｎＡｓ基板 １６−ｎ％ ＡＩ （ｒａ、ハＳ ７７−ｔＧαＡ８層 ／８−−１ｍＡＳｉＪ叶戸３目碌 ■〔ｏＩＴ）方向 ｌ５”−７’−杉Ｑ（ＬＡ Ｓ基板 ／６− ｎＷ４ ＡｄｔｋｔＡｓ ／７−６ａＡＳ層 ／Ｂ−１偽ハＳ量＋叶戸３ＴＥ ！＆ ／ＶＺθ−゛り各村り肩 ２／−ＰわＡ）４−ａ Ａ ５ ２２−一′ハＬＬｌＬｒＬ ’１３−ＡＬＬ（３−己 耽幻仄厄２攬 既豹扶旭ｆｆｉ度ρ（す 第 図 第 図
Claims (9)
- （１）表面が（１１１）面あるいは前記（１１１）面と
等価な面である第１の半導体よりなる基板上に（１００
）面あるいは前記（１００）面と等価な面からなる段差
を方向性を持つ粒子線によるエッチングで形成する工程
と、前記基板の前記段差部に前記第１の半導体と第２の
半導体との格子不整合｜（第１の半導体の格子定数）−
（第２の半導体の格子定数）｜／（第１の半導体の格子
定数）が１０＾−＾２以上である前記第２の半導体の層
を成長させる工程と、前記基板上に前記第１の半導体の
層を成長させる工程からなる量子井戸細線の製造方法。 - （２）第２の半導体の層を分子線エピタキシャル成長に
代表される粒子線を用いて成長させる工程からなる特許
請求の範囲第１項記載の量子井戸細線の製造方法。 - （３）第２の半導体の層を有機金属気相成長に代表され
る非平衡気相成長を用いて成長させる工程からなる特許
請求の範囲第１項記載の量子井戸細線の製造方法。 - （４）第１の半導体はＧａＡｓであり、第２の半導体は
ＩｎＡｓである特許請求の範囲第１項記載の量子井戸細
線の製造方法。 - （５）表面が（１１１）面あるいは前記（１１１）面と
等価な面である第１の半導体よりなる基板上に（１００
）面あるいは前記（１００）面と等価な面および非（１
００）面からなる段差を方向性を持つ粒子線によるエッ
チングで形成する工程と、前記基板の前記段差部に前記
第１の半導体と第２の半導体との格子不整合｜（第１の
半導体の格子定数）−（第２の半導体の格子定数）｜／
（第１の半導体の格子定数）が１０＾−＾２以上である
前記第２の半導体の層を成長させる工程と、前記基板上
に前記第１の半導体の層を成長させる工程からなる量子
井戸箱の製造方法。 - （６）第２の半導体の層を分子線エピタキシャル成長に
代表される粒子線を用いて成長させる工程からなる特許
請求の範囲第５項記載の量子井戸箱の製造方法。 - （７）第２の半導体の層を有機金属気相成長に代表され
る非平衡気相成長を用いて成長させる工程からなる特許
請求の範囲第５項記載の量子井戸箱の製造方法。 - （８）第１の半導体はＧａＡｓであり、第２の半導体は
ＩｎＡｓであることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の量子井戸箱の製造方法。 - （９）表面が（１１１）面あるいは前記（１１１）面と
等価な面であるＧａＡｓ基板と、前記ＧａＡｓ基板上に
形成された第１クラッド層と、前記第１クラッド層上に
形成され、ＧａＡｓ層とＩｎＡｓ量子井戸細線の界面が
少なくとも（１００）面あるいは前記（１００）面と等
価な面である前記ＧａＡｓ層と前記ＧａＡｓ層で埋め込
まれた前記ＩｎＡｓ量子井戸細線からなる活性層と、前
記活性層上に形成された第２クラッド層からなる量子井
戸細線レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63255119A JPH02101784A (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 量子井戸細線の製造方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63255119A JPH02101784A (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 量子井戸細線の製造方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02101784A true JPH02101784A (ja) | 1990-04-13 |
Family
ID=17274355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63255119A Pending JPH02101784A (ja) | 1988-10-11 | 1988-10-11 | 量子井戸細線の製造方法と量子井戸箱の製造方法および量子井戸細線レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02101784A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04186848A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Nec Corp | 電界効果トランジスタの製造方法 |
| JPH05167187A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JPH06260427A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Nec Corp | 半導体膜の選択成長方法 |
| JPH06283482A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-07 | Nec Corp | 微細構造形成方法 |
| KR100379617B1 (ko) * | 2001-03-26 | 2003-04-10 | 한국과학기술연구원 | 경사진 기판을 이용한 양자점 어레이 형성방법 |
-
1988
- 1988-10-11 JP JP63255119A patent/JPH02101784A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04186848A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Nec Corp | 電界効果トランジスタの製造方法 |
| JPH05167187A (ja) * | 1991-12-13 | 1993-07-02 | Nec Corp | 半導体レーザ |
| JPH06260427A (ja) * | 1993-03-05 | 1994-09-16 | Nec Corp | 半導体膜の選択成長方法 |
| JPH06283482A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-07 | Nec Corp | 微細構造形成方法 |
| KR100379617B1 (ko) * | 2001-03-26 | 2003-04-10 | 한국과학기술연구원 | 경사진 기판을 이용한 양자점 어레이 형성방법 |
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