JPH02139970A - 半導体量子箱の作製方法 - Google Patents
半導体量子箱の作製方法Info
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- JPH02139970A JPH02139970A JP29400888A JP29400888A JPH02139970A JP H02139970 A JPH02139970 A JP H02139970A JP 29400888 A JP29400888 A JP 29400888A JP 29400888 A JP29400888 A JP 29400888A JP H02139970 A JPH02139970 A JP H02139970A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/341—Structures having reduced dimensionality, e.g. quantum wires
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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、超高速のθ次元電子トランジスタあるいは低
発振しきい値を持つ量子箱構造レーザ等に利用される半
導体量子箱の作製方法に関するものである。
発振しきい値を持つ量子箱構造レーザ等に利用される半
導体量子箱の作製方法に関するものである。
従来、半導体量子箱構造の作製の試みはＧａＡｓ ／Ａ
ｆｆｌａＡｓ量子井戸構造クエ／％に、電りビーム露光
法により作製した金属マスクパターン上からＧａをイオ
ン注入することにより、既になされている（アプライド
フィジックス レターズ ４９巻、１９号、１２７５
〜１２７７頁（１９８６年） Ｊ 、Ｃ１ｂ＊ｒｔ等）
。この方法では、金属マスクの開口部で注入され九〇ｍ
イオンによシ結晶が変質するなめ、イオン注入されない
部分で電子閉じ込めが生じる。
ｆｆｌａＡｓ量子井戸構造クエ／％に、電りビーム露光
法により作製した金属マスクパターン上からＧａをイオ
ン注入することにより、既になされている（アプライド
フィジックス レターズ ４９巻、１９号、１２７５
〜１２７７頁（１９８６年） Ｊ 、Ｃ１ｂ＊ｒｔ等）
。この方法では、金属マスクの開口部で注入され九〇ｍ
イオンによシ結晶が変質するなめ、イオン注入されない
部分で電子閉じ込めが生じる。
そして、２８００オングストロームに閉じ込められ九〇
ａＡ−量子箱からのサブバンドに対応したカンードル建
ネツセンスが観測されている。
ａＡ−量子箱からのサブバンドに対応したカンードル建
ネツセンスが観測されている。
しかし、上述した従来の方法で作製できる半導体量子箱
では、面内の素子寸法を５００オングストローム以下に
することは加工精度の面で難しい。
では、面内の素子寸法を５００オングストローム以下に
することは加工精度の面で難しい。
特に、量子箱レーザを作る場合、活性層の幅は１００オ
ングストローム以下にする必要があるが、上記の理由に
よシ適用することはできず、また、加工にともなうダメ
ージが入るために、発光効率が低下するという問題があ
った。
ングストローム以下にする必要があるが、上記の理由に
よシ適用することはできず、また、加工にともなうダメ
ージが入るために、発光効率が低下するという問題があ
った。
本発明による半導体量子箱の作製方法は上記問題点に鑑
みてなされえもので６１）、結晶面から所定の方位に傾
いた基板結晶表面上に複数の有機金属化合物ガスなどの
原料を順次切シ替えて導き、この原料に応じた半導体を
前記基板結晶表面上に析出する有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）などの結晶成長法を用い、前記有機金属化
合物ガスなどの原料に応じて形成される２種類以上の半
導体を原子ステップに沿って線上に原子１転、１＠屓に
付着させることによ〕、半導体量子箱を形成するもので
ある。ただし、原子ステップに沿りた結晶成長にりいて
は下記の参考文献に詳しく述べられて−る（ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｓｓｕｍ ８ｅｌ＊ｎｅ＠ａｎｄ
Ｔ＠＠ｈｎｏｌｏｇｙ、１６巻、４号、ページ１３７３
から１３７７．１９８８年７〜８月号、Ｔ 、 Ｆｕｋ
ｕｌ等）。
みてなされえもので６１）、結晶面から所定の方位に傾
いた基板結晶表面上に複数の有機金属化合物ガスなどの
原料を順次切シ替えて導き、この原料に応じた半導体を
前記基板結晶表面上に析出する有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＣＶＤ法）などの結晶成長法を用い、前記有機金属化
合物ガスなどの原料に応じて形成される２種類以上の半
導体を原子ステップに沿って線上に原子１転、１＠屓に
付着させることによ〕、半導体量子箱を形成するもので
ある。ただし、原子ステップに沿りた結晶成長にりいて
は下記の参考文献に詳しく述べられて−る（ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｓｓｕｍ ８ｅｌ＊ｎｅ＠ａｎｄ
Ｔ＠＠ｈｎｏｌｏｇｙ、１６巻、４号、ページ１３７３
から１３７７．１９８８年７〜８月号、Ｔ 、 Ｆｕｋ
ｕｌ等）。
したがって、本発明においては、基板結晶の傾き角度お
よび成長時間を変えることＫよシ、任意の寸法の半導体
量子箱を加工ダメージ無しに形成することが可能になる
。
よび成長時間を変えることＫよシ、任意の寸法の半導体
量子箱を加工ダメージ無しに形成することが可能になる
。
以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。
［１図は本発明の一実施例を説明する丸めの模式図であ
る。ここでは、ＧａＡａ（００１）面の（１１０）方位
に対し角度θ＝５度、さらに面内の垂直方位の（１１０
）Ｋ対し角度φ；１度傾ｉた基板結晶つ１１）ＧａＡｓ
基板１ｔ−用い、その上に有機金属気相成長法によシＡ
ｔＡｓ ２に囲まれたＧａＡｓの量子箱３を作製する手
順を順を追って第２図、第３図を参照して説明する。ま
ず、ＧａＡａ基板表面にできる原子ステップの模屋を第
２図に示す。この例の場合、単原子ステップ４の高さｈ
は３オングストローム、（１１０）方向への長さＬは１
６０オングストローム、（１１０）方向への幅Ｗは３２
オンダスト四−ムである。なお、第２図中符号５はテラ
スを示し、セして６と１はそれぞれキング、ステップ部
を示す。
る。ここでは、ＧａＡａ（００１）面の（１１０）方位
に対し角度θ＝５度、さらに面内の垂直方位の（１１０
）Ｋ対し角度φ；１度傾ｉた基板結晶つ１１）ＧａＡｓ
基板１ｔ−用い、その上に有機金属気相成長法によシＡ
ｔＡｓ ２に囲まれたＧａＡｓの量子箱３を作製する手
順を順を追って第２図、第３図を参照して説明する。ま
ず、ＧａＡａ基板表面にできる原子ステップの模屋を第
２図に示す。この例の場合、単原子ステップ４の高さｈ
は３オングストローム、（１１０）方向への長さＬは１
６０オングストローム、（１１０）方向への幅Ｗは３２
オンダスト四−ムである。なお、第２図中符号５はテラ
スを示し、セして６と１はそれぞれキング、ステップ部
を示す。
次に結晶成長条件の詳ｌ＠を示す。高周波加熱の横型炉
を用い、０．１気圧の減圧かで結晶成長を行った。原料
としてトリエチルアル電ニウム（ＴｙｉＡｔ）トリエチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨｌ）を用−た
。反応管内の分圧は、それぞれ９．４ Ｘ １０”’ａ
ｔｍ 、 ２．６Ｘ１０ ａｔｍ 、 ４．７Ｘ１０
ａｔｍであシ、水素キャリアガスも含め全ガス流量
は３リツタ一／分である。また、成長温度は６００℃で
ある。この条件での成長速度は０．１オングストロ一ム
／秒でＴｏ！＞、３０秒間でテラス（平坦部）５の全面
が覆われ、ちょうどｌ原子層の厚さに相当する。
を用い、０．１気圧の減圧かで結晶成長を行った。原料
としてトリエチルアル電ニウム（ＴｙｉＡｔ）トリエチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨｌ）を用−た
。反応管内の分圧は、それぞれ９．４ Ｘ １０”’ａ
ｔｍ 、 ２．６Ｘ１０ ａｔｍ 、 ４．７Ｘ１０
ａｔｍであシ、水素キャリアガスも含め全ガス流量
は３リツタ一／分である。また、成長温度は６００℃で
ある。この条件での成長速度は０．１オングストロ一ム
／秒でＴｏ！＞、３０秒間でテラス（平坦部）５の全面
が覆われ、ちょうどｌ原子層の厚さに相当する。
第３図は本発明によるＧａＡ−量子箱の作製過程を示す
ものであシ、原子の付着してｉ（様子を示す。第３図（
ａ） において、ガス中で加熱分解した原料のアル々エ
クムまたはガリウムは、テラス５上會キンク６（第２図
参照）の位置（第３図中一番実の隅の位置）Ｋ優先的に
付着する。ここから原子は直線状にキンク６の位置に優
先的に付着してｉく。このとき、付着速度は、同図中符
号１Ｇの矢印で示す（１１０）方向が同じく符号１１の
矢印で示す（ＴＩＧ）方向よシはるかく速いため、第３
図（＆）に示すようＫ”（１１０）方向く直線的な結晶
成長が起こる。なお、図中符号１２で示す矢印は成長方
向を示す。そして、−旦テツス５の端まで成長が進むと
隣のキンクサイトからまた結晶成長が始まる。このテラ
スＳ上の実際の原子数は長さ方向に４０個、幅方向に８
個である。したがって、テラス全面が覆われるまでの間
に原料をアルξ二りムからガリウムに切シ替えることＫ
よシ、第３図伽）に示すようにテラスＳ上の一部をＧａ
Ａａ３１に、残シをＡＡＡｓ２ｓ で覆う構造ができる
。ここで、ムＳは常に供給されておシ、Ｇａ、Ａｔの■
族原料が供給されると自動的に化合物ができる。このよ
うな結晶成長を数回繰り返すと第３図（＠）に示すＧａ
Ａ重量子箱３ｓが形成できる。このＧａＡ重量子箱は、
（１１０）方向には１６０オングストロームおきに、（
ＴＩＯ）方向には３２オングストロームおきに全く同じ
サイズのものが得られる。
ものであシ、原子の付着してｉ（様子を示す。第３図（
ａ） において、ガス中で加熱分解した原料のアル々エ
クムまたはガリウムは、テラス５上會キンク６（第２図
参照）の位置（第３図中一番実の隅の位置）Ｋ優先的に
付着する。ここから原子は直線状にキンク６の位置に優
先的に付着してｉく。このとき、付着速度は、同図中符
号１Ｇの矢印で示す（１１０）方向が同じく符号１１の
矢印で示す（ＴＩＧ）方向よシはるかく速いため、第３
図（＆）に示すようＫ”（１１０）方向く直線的な結晶
成長が起こる。なお、図中符号１２で示す矢印は成長方
向を示す。そして、−旦テツス５の端まで成長が進むと
隣のキンクサイトからまた結晶成長が始まる。このテラ
スＳ上の実際の原子数は長さ方向に４０個、幅方向に８
個である。したがって、テラス全面が覆われるまでの間
に原料をアルξ二りムからガリウムに切シ替えることＫ
よシ、第３図伽）に示すようにテラスＳ上の一部をＧａ
Ａａ３１に、残シをＡＡＡｓ２ｓ で覆う構造ができる
。ここで、ムＳは常に供給されておシ、Ｇａ、Ａｔの■
族原料が供給されると自動的に化合物ができる。このよ
うな結晶成長を数回繰り返すと第３図（＠）に示すＧａ
Ａ重量子箱３ｓが形成できる。このＧａＡ重量子箱は、
（１１０）方向には１６０オングストロームおきに、（
ＴＩＯ）方向には３２オングストロームおきに全く同じ
サイズのものが得られる。
したがって、かかる方法で作製されるＧ＆ムＳ量子箱の
大きさく関しては、幅及び長さは２０〜８００ ＃ング
ストローム、高ｉＪは３．ｔン／Ｘ）Ｏ−ムから数ミク
ロンまで、基板の傾き角度及び成長時間を変えることに
よシ任意に得ることが可能になる。
大きさく関しては、幅及び長さは２０〜８００ ＃ング
ストローム、高ｉＪは３．ｔン／Ｘ）Ｏ−ムから数ミク
ロンまで、基板の傾き角度及び成長時間を変えることに
よシ任意に得ることが可能になる。
第４図は本発明の光素子への応用例を示す量子箱構造レ
ーザの断面図である。これは、活性層として本発明によ
るＧａＡ重量子箱を含むＡｔＧａＡｓ活性層２２を用い
、この活性層２２ ｆ ｎ −ＡｔＧａＡｓクラッド層
２１とｐ−ＡｔＧａＡｓクラッド層２３で挾んだ構造と
し、その一方のクラッド層２１側をｎ−ＧａＡｓ ２０
ｔ−介してｎ側電極２５に、他方のクラッド層２３側
ｙｋｐ−ＧａＡｓ中ヤップ層２４ｔ−介してｐ側電極２
６にそれぞれ接続し九ものである。この量子箱構造レー
ザによると、電子及び正孔に対する状態密度がゼロ次元
化することＫよシ、不連続となシ発振しきい値が温度に
対して安定化すると共にスペクトルがシャープになる利
点を有し、その動作原理は例えば下記の参考文献に述べ
られている（アブ２イドフイジツクスレターズ４０巻１
１号９３９−９４１ペ一ジ１９８２年： Ｙ 、 Ａｒ
ａｋ−ａｗａ等）。
ーザの断面図である。これは、活性層として本発明によ
るＧａＡ重量子箱を含むＡｔＧａＡｓ活性層２２を用い
、この活性層２２ ｆ ｎ −ＡｔＧａＡｓクラッド層
２１とｐ−ＡｔＧａＡｓクラッド層２３で挾んだ構造と
し、その一方のクラッド層２１側をｎ−ＧａＡｓ ２０
ｔ−介してｎ側電極２５に、他方のクラッド層２３側
ｙｋｐ−ＧａＡｓ中ヤップ層２４ｔ−介してｐ側電極２
６にそれぞれ接続し九ものである。この量子箱構造レー
ザによると、電子及び正孔に対する状態密度がゼロ次元
化することＫよシ、不連続となシ発振しきい値が温度に
対して安定化すると共にスペクトルがシャープになる利
点を有し、その動作原理は例えば下記の参考文献に述べ
られている（アブ２イドフイジツクスレターズ４０巻１
１号９３９−９４１ペ一ジ１９８２年： Ｙ 、 Ａｒ
ａｋ−ａｗａ等）。
以上の原理に基づく本発明の量子箱作製法は、結晶成長
法としてＭＯＣＶＤ法の他に分子線エピタキシャル成長
法（ＭＢＩ法）を用いても同様である。
法としてＭＯＣＶＤ法の他に分子線エピタキシャル成長
法（ＭＢＩ法）を用いても同様である。
１＆、本実施例では、ＧａＡｓ（００１）の面（ＴＩＯ
）方位に対しθ＝５度、さらに面内の垂直方位の（１１
０）Ｋ対しφ＝１度傾いた基板結晶を用いる場合であっ
たが、この基板結晶表面は、低指数面が（００１）、（
１１１）ｔたは（１１０）であるときに、それぞれ面上
で（１１０）方位（およびＣＴｌ０）方位）、（１１２
）方位または（１１１）方位から面内方向に０．２度か
ら５度、さらに面と垂直方向ＫＯ１２度から５度傾いた
ものであってもよい。また、本実施例以外に８１中にＧ
・の量子箱を作製するとか、他の複数のｍ−ｖ族あるい
はＩＩ−Ｍ族でも同様に成り立つものである。
）方位に対しθ＝５度、さらに面内の垂直方位の（１１
０）Ｋ対しφ＝１度傾いた基板結晶を用いる場合であっ
たが、この基板結晶表面は、低指数面が（００１）、（
１１１）ｔたは（１１０）であるときに、それぞれ面上
で（１１０）方位（およびＣＴｌ０）方位）、（１１２
）方位または（１１１）方位から面内方向に０．２度か
ら５度、さらに面と垂直方向ＫＯ１２度から５度傾いた
ものであってもよい。また、本実施例以外に８１中にＧ
・の量子箱を作製するとか、他の複数のｍ−ｖ族あるい
はＩＩ−Ｍ族でも同様に成り立つものである。
以上説明したように本発明によれば、結晶面から所定の
方位に傾いた基板結晶表面上１ｃ 、 ＭＯＣＶＤ法、
ＭＢＥ法などの結晶成長法を用いてその原料原子ま九は
原料化合物に応じて形成される２種類以上の半導体を原
子ステップに沿って線上に原子１個、１個順に付着させ
て半導体量子箱を形成することによｐ１寸法にして２〜
８０ナノメータの超微細な半導体量子箱が加工ダメージ
無しに得られる。したがって、超高速の０次元電子トラ
ンジスタあるいは低発振しきい値を持つ量子箱構造レー
ザ等に適用して優れた効果がある。
方位に傾いた基板結晶表面上１ｃ 、 ＭＯＣＶＤ法、
ＭＢＥ法などの結晶成長法を用いてその原料原子ま九は
原料化合物に応じて形成される２種類以上の半導体を原
子ステップに沿って線上に原子１個、１個順に付着させ
て半導体量子箱を形成することによｐ１寸法にして２〜
８０ナノメータの超微細な半導体量子箱が加工ダメージ
無しに得られる。したがって、超高速の０次元電子トラ
ンジスタあるいは低発振しきい値を持つ量子箱構造レー
ザ等に適用して優れた効果がある。
第１図は本発明の一実施例を説明する九めの模式図、第
２図は上記実施例の説８ＡＫ供する傾斜基板上に現れる
原子ステップ模型を示す図、第３図は同じく上記実施例
の説明に供する半導体量子箱の作製過程を示す図、第４
図は本発明の応用例を示す量子箱構造レーザの断面図で
ある。 １ ＠ ｅ ＊ ＊ＧａＡ−基板、２，２１・・・・Ａ
ｔＡＴａ１３．３３・・・・ＧａＡａ量子箱、３宜 ・
・−・ＧａＡｓ、４・・・・単原子ステップ、５・・・
・テラス（平坦部）。 特許出願人 日本電信電話株式会社
２図は上記実施例の説８ＡＫ供する傾斜基板上に現れる
原子ステップ模型を示す図、第３図は同じく上記実施例
の説明に供する半導体量子箱の作製過程を示す図、第４
図は本発明の応用例を示す量子箱構造レーザの断面図で
ある。 １ ＠ ｅ ＊ ＊ＧａＡ−基板、２，２１・・・・Ａ
ｔＡＴａ１３．３３・・・・ＧａＡａ量子箱、３宜 ・
・−・ＧａＡｓ、４・・・・単原子ステップ、５・・・
・テラス（平坦部）。 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (1)
- 所定の指数面から所定の方位に傾いた基板結晶表面上に
複数の原料原子または原料化合物を順次切り替えて導き
、前記原料に応じた半導体を前記基板結晶表面上に析出
する結晶成長法を用い、前記原料原子または原料化合物
に応じて形成される２種類以上の半導体を原子ステップ
に沿つて線上に原子１個、１個順に付着させることによ
り、半導体量子箱を形成することを特徴とする半導体量
子箱の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29400888A JPH02139970A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 半導体量子箱の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29400888A JPH02139970A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 半導体量子箱の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02139970A true JPH02139970A (ja) | 1990-05-29 |
Family
ID=17802054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29400888A Pending JPH02139970A (ja) | 1988-11-21 | 1988-11-21 | 半導体量子箱の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02139970A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5293050A (en) * | 1993-03-25 | 1994-03-08 | International Business Machines Corporation | Semiconductor quantum dot light emitting/detecting devices |
| US5436468A (en) * | 1992-03-17 | 1995-07-25 | Fujitsu Limited | Ordered mixed crystal semiconductor superlattice device |
| US5714765A (en) * | 1991-01-29 | 1998-02-03 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Method of fabricating a compositional semiconductor device |
| US8829336B2 (en) | 2006-05-03 | 2014-09-09 | Rochester Institute Of Technology | Nanostructured quantum dots or dashes in photovoltaic devices and methods thereof |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296612A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-30 | Fujitsu Ltd | 半導体結晶の製造方法 |
-
1988
- 1988-11-21 JP JP29400888A patent/JPH02139970A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5714765A (en) * | 1991-01-29 | 1998-02-03 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Method of fabricating a compositional semiconductor device |
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