JPH0228387A - 量子細線構造の製造方法 - Google Patents
量子細線構造の製造方法Info
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- JPH0228387A JPH0228387A JP14724288A JP14724288A JPH0228387A JP H0228387 A JPH0228387 A JP H0228387A JP 14724288 A JP14724288 A JP 14724288A JP 14724288 A JP14724288 A JP 14724288A JP H0228387 A JPH0228387 A JP H0228387A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- 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）
本発明は量子細線構造の製法に関するものである。
（従来の技術）
量子井戸半導体レーザーでは狭線幅、低チャーピング、
広帯域などの特性が実現される。積層方向に量子化され
た半導体層を構成した場合に比べ、２次元的あ・るいは
３次元的に量子化を行った量子細線あるいは量子箱半導
体レーザーではこの特徴がさらに発揮される。従来、量
子細線構造の製作には第３図のように半導体基板３１上
に先ず半導体多層膜からなる量子井戸構造３２を成長し
、その上にレジストを塗布し光干渉露光法によってレジ
ストをパターンニングし前記レジストをマスクとしてウ
ェットエツチングを行いアンダーカットをさせながら量
子井戸層を部分的にエツチング除去し、量子細線構造を
形成する方法が試みられていた。（昭和６３年春季、第
３５回応用物理学関係連合講演会予稿集第３分冊２８ｐ
−ｚｐ−６，ｐ８３１、操らによる”ＯＭ−ＶＰＥ法に
よるＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ細線レーザの作成″） （発明が解決しようとする課題） 以上述べた製法においては、量子細線構造の形成にウェ
ットエツチングによるアンダーカットの方法を用いてい
るが、この方法においてはエッチャントの組成、濃度、
温度、エツチング時間、慣はん方法などの精密な制御が
必要となり、寸法の再現性において難があった。また、
個々の量子細線の大きさは現状では１０００Å以上であ
り、量子サイズ効果は現れていない。
広帯域などの特性が実現される。積層方向に量子化され
た半導体層を構成した場合に比べ、２次元的あ・るいは
３次元的に量子化を行った量子細線あるいは量子箱半導
体レーザーではこの特徴がさらに発揮される。従来、量
子細線構造の製作には第３図のように半導体基板３１上
に先ず半導体多層膜からなる量子井戸構造３２を成長し
、その上にレジストを塗布し光干渉露光法によってレジ
ストをパターンニングし前記レジストをマスクとしてウ
ェットエツチングを行いアンダーカットをさせながら量
子井戸層を部分的にエツチング除去し、量子細線構造を
形成する方法が試みられていた。（昭和６３年春季、第
３５回応用物理学関係連合講演会予稿集第３分冊２８ｐ
−ｚｐ−６，ｐ８３１、操らによる”ＯＭ−ＶＰＥ法に
よるＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ細線レーザの作成″） （発明が解決しようとする課題） 以上述べた製法においては、量子細線構造の形成にウェ
ットエツチングによるアンダーカットの方法を用いてい
るが、この方法においてはエッチャントの組成、濃度、
温度、エツチング時間、慣はん方法などの精密な制御が
必要となり、寸法の再現性において難があった。また、
個々の量子細線の大きさは現状では１０００Å以上であ
り、量子サイズ効果は現れていない。
本発明の目的はこのような従来技術の欠点を除去して、
量子サイズ効果が現れるほど寸法が小さくしかも再現性
および均一性に優れた量子細線構造を製造する方法を提
供することにある。
量子サイズ効果が現れるほど寸法が小さくしかも再現性
および均一性に優れた量子細線構造を製造する方法を提
供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は表面あるいはその近傍に基板より高濃度の不純
物層が形成された半導体基板にグレーティングを形成し
て、グレーティングの山の部分あるいはその近傍に不純
物層を残し、前記基板上にバンドギャップの異なる２種
類の半導体多層膜からなる多重の量子井戸構造を含む半
導体ヘテロ構造を成長し、前記残った不純物層から不純
物を拡散させて、前記多重量子井戸構造を部分的に混晶
化して量子細線構造を形成することを特徴とする量子細
線構造の製造方法である。
物層が形成された半導体基板にグレーティングを形成し
て、グレーティングの山の部分あるいはその近傍に不純
物層を残し、前記基板上にバンドギャップの異なる２種
類の半導体多層膜からなる多重の量子井戸構造を含む半
導体ヘテロ構造を成長し、前記残った不純物層から不純
物を拡散させて、前記多重量子井戸構造を部分的に混晶
化して量子細線構造を形成することを特徴とする量子細
線構造の製造方法である。
（作用）
本発明は、不純物拡散による多重量子井戸構造の混晶化
と、拡散の比較的良好な制御性を利用して量子細線構造
を形成するものである。多重量子井戸構造において不純
物が拡散した部分が混晶化するので組成が均一となり、
ウェル層よりもバンドギャップが大きくなる。従ってこ
の部分はバリヤ層として機能するようになり、電子およ
びポールは不純物の拡散していない極く狭い領域に閉じ
込められる。従って、グレーティングの山あるいはその
近傍の部分にのみ基板より高濃度に不純物をドーピング
しておき、この上に多重量子井戸構造を形成した後グレ
ーティングの山あるいはその近傍の部分から不純物を拡
散させることによって容易に量子細線構造を形成できる
。また、不純物の拡散距離は蒸気圧、温度および拡散時
間によって制御できるが、これらのパラメータは精密に
制御できるので拡散距離の制御は、ウェットエツチング
におけるアンダーカット量の制御に比べて容易であり、
制御性に優れている。従って、従来の方法に比べて量子
サイズ効果が現れるほど寸法が小さい量子細線構造を再
現性良くしかも均一に作製することができる。
と、拡散の比較的良好な制御性を利用して量子細線構造
を形成するものである。多重量子井戸構造において不純
物が拡散した部分が混晶化するので組成が均一となり、
ウェル層よりもバンドギャップが大きくなる。従ってこ
の部分はバリヤ層として機能するようになり、電子およ
びポールは不純物の拡散していない極く狭い領域に閉じ
込められる。従って、グレーティングの山あるいはその
近傍の部分にのみ基板より高濃度に不純物をドーピング
しておき、この上に多重量子井戸構造を形成した後グレ
ーティングの山あるいはその近傍の部分から不純物を拡
散させることによって容易に量子細線構造を形成できる
。また、不純物の拡散距離は蒸気圧、温度および拡散時
間によって制御できるが、これらのパラメータは精密に
制御できるので拡散距離の制御は、ウェットエツチング
におけるアンダーカット量の制御に比べて容易であり、
制御性に優れている。従って、従来の方法に比べて量子
サイズ効果が現れるほど寸法が小さい量子細線構造を再
現性良くしかも均一に作製することができる。
（実施例）
次に第１図、第２図を参照して本発明の実施例について
説明する。
説明する。
第１図は一実施例としての量子細線半導体レーザーを示
す図で、第２図はその製作工程を示すものである。表面
から約０．０１ｐｍの深さまで濃度的Ｉ Ｘ １０２θ
ｃｍ−３のＺｎ拡散層２２を形成したｎ−ＧａＡｓ基板
２１にレーザによる干渉露光法で２４０ＯＡピツチのグ
レーティングを形成し、この基板上にｎ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２３、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸
層２４（ウェル幅１００Ａ／バリヤ幅１００人、ウェル
数８層）、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５、ｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ層２７をＭＯＶＰＥ法によって成長させる
。次にアルシンの蒸気圧および温度の制御のもとにグレ
ーティングの山の部分のＺｎを一定時間拡散させる。Ｚ
ｎが拡散した部分２６は量子井戸構造が破壊され混晶化
する。
す図で、第２図はその製作工程を示すものである。表面
から約０．０１ｐｍの深さまで濃度的Ｉ Ｘ １０２θ
ｃｍ−３のＺｎ拡散層２２を形成したｎ−ＧａＡｓ基板
２１にレーザによる干渉露光法で２４０ＯＡピツチのグ
レーティングを形成し、この基板上にｎ−ＡｌＧａＡｓ
クラッド層２３、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重量子井戸
層２４（ウェル幅１００Ａ／バリヤ幅１００人、ウェル
数８層）、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層２５、ｐ−Ｇａ
Ａｓキャップ層２７をＭＯＶＰＥ法によって成長させる
。次にアルシンの蒸気圧および温度の制御のもとにグレ
ーティングの山の部分のＺｎを一定時間拡散させる。Ｚ
ｎが拡散した部分２６は量子井戸構造が破壊され混晶化
する。
このようにして量子細線構造の作製を行い第１図の量子
細線半導体レーザを作製した。試作した量子細線構造を
ＴＥＭ！ｌ！察したところ、量子細線の大きさの均一性
は縦横共に１００人±２０人と良好であった。また、素
子の作製における歩留まりにおいては、従来の製法に比
べて約５０％の改善が成された。
細線半導体レーザを作製した。試作した量子細線構造を
ＴＥＭ！ｌ！察したところ、量子細線の大きさの均一性
は縦横共に１００人±２０人と良好であった。また、素
子の作製における歩留まりにおいては、従来の製法に比
べて約５０％の改善が成された。
本実施例では基板より高濃度の不純物層を表面がらの拡
散によって形成したが、エピタキシャル成長で形成して
もよい。またエピタキシャル成長したあとその上に膜厚
が薄くドーピングの少ないキャップ層を形成してがらグ
レーティングを作って、グレーティングの山の近傍から
不純物を拡散させてもよい。
散によって形成したが、エピタキシャル成長で形成して
もよい。またエピタキシャル成長したあとその上に膜厚
が薄くドーピングの少ないキャップ層を形成してがらグ
レーティングを作って、グレーティングの山の近傍から
不純物を拡散させてもよい。
（発明の効果）
本発明の製法によって量子細線を作製すると量子サイズ
効果が現れるほど寸法が小さくなり、しかも再現性、均
一性が向上する。この量子細線を用いた半導体レーザー
は室温動作において良好な発振特性を示し、しきい値電
流密度Ｊｔｈは１００Ａ／ｃｍ２で、１次元量子井戸型
レーザーのベストデータに匹敵する値が得られた。作製
プロセスの改良によりさらに特性向上が期待できる。
効果が現れるほど寸法が小さくなり、しかも再現性、均
一性が向上する。この量子細線を用いた半導体レーザー
は室温動作において良好な発振特性を示し、しきい値電
流密度Ｊｔｈは１００Ａ／ｃｍ２で、１次元量子井戸型
レーザーのベストデータに匹敵する値が得られた。作製
プロセスの改良によりさらに特性向上が期待できる。
第１図は本発明の一実施例としての量子細線半導体レー
ザを示す図、第２図（ａ）〜（ｄ）はその製作工程を示
す図である。第３図は従来の方法によって作製した量子
細線構造を示す図である。 図において １１、２１．３１ ｎ−ＧａＡｓ基板、１２．２２
高濃度Ｚｎ拡散層、１３ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
量子細線、１４ ｐ側電極、１５ ｎ側電極、２３
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２４ＧａＡｓ／ＡＩ
ＧａＡｓＭＱＷ層、２５ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層２６ Ｚｎが拡散した部分、３２ ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ量子細線
ザを示す図、第２図（ａ）〜（ｄ）はその製作工程を示
す図である。第３図は従来の方法によって作製した量子
細線構造を示す図である。 図において １１、２１．３１ ｎ−ＧａＡｓ基板、１２．２２
高濃度Ｚｎ拡散層、１３ ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ
量子細線、１４ ｐ側電極、１５ ｎ側電極、２３
ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、２４ＧａＡｓ／ＡＩ
ＧａＡｓＭＱＷ層、２５ ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド
層２６ Ｚｎが拡散した部分、３２ ＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ量子細線
Claims (1)
- 表面あるいはその近傍に基板より高濃度の不純物層が
形成された半導体基板にグレーティングを形成して、グ
レーティングの山の部分あるいはその近傍に不純物層を
残し、前記基板上にバンドギャップの異なる２種類の半
導体の多層膜からなる多重量子井戸構造を含む半導体ヘ
テロ構造を成長し、前記残った不純物層から不純物を拡
散させて、前記多重量子井戸構造を部分的に混晶化して
量子細線構造を形成することを特徴とする量子細線構造
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14724288A JPH0228387A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 量子細線構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14724288A JPH0228387A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 量子細線構造の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0228387A true JPH0228387A (ja) | 1990-01-30 |
Family
ID=15425794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14724288A Pending JPH0228387A (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | 量子細線構造の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0228387A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296719A (en) * | 1991-07-22 | 1994-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Quantum device and fabrication method thereof |
-
1988
- 1988-06-14 JP JP14724288A patent/JPH0228387A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5296719A (en) * | 1991-07-22 | 1994-03-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Quantum device and fabrication method thereof |
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