JPH03214618A - 量子細線構造及び量子細線形成方法 - Google Patents
量子細線構造及び量子細線形成方法Info
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- JPH03214618A JPH03214618A JP1006590A JP1006590A JPH03214618A JP H03214618 A JPH03214618 A JP H03214618A JP 1006590 A JP1006590 A JP 1006590A JP 1006590 A JP1006590 A JP 1006590A JP H03214618 A JPH03214618 A JP H03214618A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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および量子細線形成方法に関する
。
。
従来、微細構造に電子や正孔を注入させる構造として、
微細構造をｐ型層とｎ型層で挟み、微細構造を形成する
半導体の禁制帯幅が周りの半導体の禁制帯幅より小さい
構造を有していたくジャパニーズ ジャーナル オブ
アプライド フィジクス ２６巻 Ｌ２２５ページ １
９８７年）。
微細構造をｐ型層とｎ型層で挟み、微細構造を形成する
半導体の禁制帯幅が周りの半導体の禁制帯幅より小さい
構造を有していたくジャパニーズ ジャーナル オブ
アプライド フィジクス ２６巻 Ｌ２２５ページ １
９８７年）。
この構造では、電子や正孔は、ポテンシャルエネルギ７
差だけで微細構造部分に注入される。
差だけで微細構造部分に注入される。
また、従来量子細線形成法の一つとして、数百オングス
トロームの講型構造に埋込み再成長を施し、量子細線を
形成する方法が試みられている（ジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライドフィジクス ２８巻 Ｌ１０８
３ページ １９８９年）。この形成方法では、ますＧａ
Ａｓ （００１）基板上にＧａＡｓとＡＩＡｓとがらな
るＭＱＷを成長した後、＜ １． １． ０ ）面に沿
ってへき開し、超高真空中でサーマルエツヂングンをＧ
ａ ＡＳ層に施し９００オングストロームの溝型構造
を形成した後、ｐ−ＧａＡｓを再成長して埋め込んでい
る。ＭＱＷを形成しているＧ ａ Ａ． ｓ層はｎ型の
導電性を有し、再成長ｐ−ＧａＡｓを電気的にアイソレ
ートしている。
トロームの講型構造に埋込み再成長を施し、量子細線を
形成する方法が試みられている（ジャパニーズ ジャー
ナル オブ アプライドフィジクス ２８巻 Ｌ１０８
３ページ １９８９年）。この形成方法では、ますＧａ
Ａｓ （００１）基板上にＧａＡｓとＡＩＡｓとがらな
るＭＱＷを成長した後、＜ １． １． ０ ）面に沿
ってへき開し、超高真空中でサーマルエツヂングンをＧ
ａ ＡＳ層に施し９００オングストロームの溝型構造
を形成した後、ｐ−ＧａＡｓを再成長して埋め込んでい
る。ＭＱＷを形成しているＧ ａ Ａ． ｓ層はｎ型の
導電性を有し、再成長ｐ−ＧａＡｓを電気的にアイソレ
ートしている。
この量子細線形成方法では、細線の幅がＭＱＷの層厚で
正確に制御出来る特徴を有しており、良好な量子閉じ込
め効果を有ずる量子細線を形成できる可能性がある。
正確に制御出来る特徴を有しており、良好な量子閉じ込
め効果を有ずる量子細線を形成できる可能性がある。
しかしながら、従来の量子細線構造では、量子細線部分
に強制的に電流注入出来ないので電流注入効率は低く、
量子閉じ込め効果を利用した特性、例えば、半導体レー
ザにおいては低閾値発振特性、は期待できない。
に強制的に電流注入出来ないので電流注入効率は低く、
量子閉じ込め効果を利用した特性、例えば、半導体レー
ザにおいては低閾値発振特性、は期待できない。
また従来の量子細線形成法では再成長方向が＜ １ １
． ０ ＞方向であり、再成長層に■族原子のトロップ
レットが形成され易いため良好なエビタキシャル埋込み
成長は困難である。
． ０ ＞方向であり、再成長層に■族原子のトロップ
レットが形成され易いため良好なエビタキシャル埋込み
成長は困難である。
発明による量子細線構造は、電子の平均自由工程程度以
下の幅と深さの溝を有する第一の導電型を有する第一の
半導体において、溝の側面以外の部分に数十オンクスト
ローム程度の絶縁体層を有し、講は、溝側面を構成する
半導体の禁制帯エネルギーより小さな禁制帯エネルキー
を有する第二の半導体で埋め込まれており、更に埋め込
まれた溝の上には第二の半導体の禁制帯エネルギーより
大きな禁制帯エネルギーを有し、且つ第一の導電型と異
なった導電性を有する第三の半導体が積層されているこ
とに特徴がある。
下の幅と深さの溝を有する第一の導電型を有する第一の
半導体において、溝の側面以外の部分に数十オンクスト
ローム程度の絶縁体層を有し、講は、溝側面を構成する
半導体の禁制帯エネルギーより小さな禁制帯エネルキー
を有する第二の半導体で埋め込まれており、更に埋め込
まれた溝の上には第二の半導体の禁制帯エネルギーより
大きな禁制帯エネルギーを有し、且つ第一の導電型と異
なった導電性を有する第三の半導体が積層されているこ
とに特徴がある。
また、本発明による量子細線形成法は、電子の平均自由
工程程度以下の幅と深さの涛を形成する工程と、前記溝
の側面以外の部分に数十オングストローム程度の絶縁体
層を積層する工程と、引続き選択成長により溝を埋め込
む工程とを少くとも有することに特徴がある。
工程程度以下の幅と深さの涛を形成する工程と、前記溝
の側面以外の部分に数十オングストローム程度の絶縁体
層を積層する工程と、引続き選択成長により溝を埋め込
む工程とを少くとも有することに特徴がある。
以下、図面を用いて本発明の作用を説明する。
第１図は、第一の発明による量子細線構造の模式図であ
る。ｍ造は、溝を有する第一の半導体１１に、溝の側面
以外に絶縁体１２が薄く形成されており、溝を埋める第
二の半導体（量子細線層）１３が絶縁体１２の上に形成
され、更にその上に量子細線層］３より大きな禁制帯エ
ネルギーで半導体１１と異なる導電型を有する第三の半
導体１４が積層されている。この構造では、第一の半導
体１工と第三の半導体］４の間に電流を通ずると、電子
及び正孔は絶縁体１２を避けて禁制帯幅の最も小さい量
子ｆｆＡ線層１３へ有効に流れ込むので、電流注入効率
は著しく増大される。更にこの横造では、量子細線層１
ラの大きさが埋込みにより正確に制御されているため形
状揺らぎに基ずく量子閉し込め効果のばらつきにも抑え
られる。
る。ｍ造は、溝を有する第一の半導体１１に、溝の側面
以外に絶縁体１２が薄く形成されており、溝を埋める第
二の半導体（量子細線層）１３が絶縁体１２の上に形成
され、更にその上に量子細線層］３より大きな禁制帯エ
ネルギーで半導体１１と異なる導電型を有する第三の半
導体１４が積層されている。この構造では、第一の半導
体１工と第三の半導体］４の間に電流を通ずると、電子
及び正孔は絶縁体１２を避けて禁制帯幅の最も小さい量
子ｆｆＡ線層１３へ有効に流れ込むので、電流注入効率
は著しく増大される。更にこの横造では、量子細線層１
ラの大きさが埋込みにより正確に制御されているため形
状揺らぎに基ずく量子閉し込め効果のばらつきにも抑え
られる。
５
第２図は、本発明による量子細線形成方法の第三の工程
、すなわち、溝内に第二の半導体を埋込み成長する工程
を示す模式図である。この発明による量子細線形成方法
では、電子の平均自由工程程度以下の幅と深さの溝の側
面以外の部分に薄い絶縁体２１を形成し、溝側面の半導
体面上たけに選択成長する条件で溝を埋め込む。この埋
込み工程の際、絶縁体２１上に物理吸着する原子は、再
説部するかもしくは溝側面の半導体部分まで拡散し取り
込まれ、選択的に横方向にエビタキシャル成長が進行す
る。このため溝部分だけを完全に埋め込むことができる
。まなこの量子細線形成方法は、溝底部の半導体面２３
への直接エビタキシャル成長が困難で且つ溝側面２２へ
の成長が容易な場合には、特に有効な方法である。
、すなわち、溝内に第二の半導体を埋込み成長する工程
を示す模式図である。この発明による量子細線形成方法
では、電子の平均自由工程程度以下の幅と深さの溝の側
面以外の部分に薄い絶縁体２１を形成し、溝側面の半導
体面上たけに選択成長する条件で溝を埋め込む。この埋
込み工程の際、絶縁体２１上に物理吸着する原子は、再
説部するかもしくは溝側面の半導体部分まで拡散し取り
込まれ、選択的に横方向にエビタキシャル成長が進行す
る。このため溝部分だけを完全に埋め込むことができる
。まなこの量子細線形成方法は、溝底部の半導体面２３
への直接エビタキシャル成長が困難で且つ溝側面２２へ
の成長が容易な場合には、特に有効な方法である。
〔実施例〕
第３図は、本発明による量子細線構造の実施例を説明す
る図である。ｎ型（００１）面方位ＧａＡｓ基板３１上
に、ｎ型（Ｓｉドー７５Ｘ１．０１７ｃｍ−’）のＧａ
Ａｓ層３２とＡ １ ０．５ Ｇ ａｏ５Ａ ｓ−６＝ 層３３とで成る多重量子井戸層（１００人／１００人×
３０周期）が形成され、多重量子井戸層に垂直な＜ １
１． Ｏ ＞方向に溝構造が形成されている。溝底部
はＧａＡｓ層からなり、側面はＡ Ｉ．），５ Ｇａ０
５Ａｓ層で構成され、深さは約１５０人である。この溝
構造の側面以外の部分にＳｉ０２膜３４が積層されてい
る。更に溝部分には、ＧａＡｓ量子細線層３５が選択埋
込みされ、その上にｐ型（Ｂｅドープ ５ Ｘ １ ０
１７ｃｍ−３）Ａ １ ０３Ｇ ａＱ，７ Ａ ｓ
Ｎ３ ６が５０００人及び゛ｐ型（Ｂｅドープ５ Ｘ
１ ０ １８ｃｍ−３）のＧ ａ Ａ ｓキャップ層３
７が３０００人積層されている。
る図である。ｎ型（００１）面方位ＧａＡｓ基板３１上
に、ｎ型（Ｓｉドー７５Ｘ１．０１７ｃｍ−’）のＧａ
Ａｓ層３２とＡ １ ０．５ Ｇ ａｏ５Ａ ｓ−６＝ 層３３とで成る多重量子井戸層（１００人／１００人×
３０周期）が形成され、多重量子井戸層に垂直な＜ １
１． Ｏ ＞方向に溝構造が形成されている。溝底部
はＧａＡｓ層からなり、側面はＡ Ｉ．），５ Ｇａ０
５Ａｓ層で構成され、深さは約１５０人である。この溝
構造の側面以外の部分にＳｉ０２膜３４が積層されてい
る。更に溝部分には、ＧａＡｓ量子細線層３５が選択埋
込みされ、その上にｐ型（Ｂｅドープ ５ Ｘ １ ０
１７ｃｍ−３）Ａ １ ０３Ｇ ａＱ，７ Ａ ｓ
Ｎ３ ６が５０００人及び゛ｐ型（Ｂｅドープ５ Ｘ
１ ０ １８ｃｍ−３）のＧ ａ Ａ ｓキャップ層３
７が３０００人積層されている。
３８ ３つは例えばＴｉおよびＡｕ，Ａｕ−Ｇｅ等から
なるｐ型電極、ｎ型電極である。
なるｐ型電極、ｎ型電極である。
しかして、上述した量子細線構造に順方向電圧を印加す
ると、ｐ型電極３８及びｎ型電極３９からそれぞれ注入
された正孔及び電子はＳｉ０２Ｍ３４を避け、ポテンシ
ャルエネルギーの低いＧａＡｓ量子細線層３５に流れ込
む。ＧａＡｓ量子細線層３５では、正孔及び電子とも二
次元的に閉じ込められ、擬一次元状態になっているため
、それぞれの状態密度は、狭いエネルキー領域に集中し
ており、その再結合スペクトルは非常に狭い。このため
、全てのキャリアがレーサ発振に有効に寄与し、発振閾
値電流の非常に小さな半導体レーザが得られる。
ると、ｐ型電極３８及びｎ型電極３９からそれぞれ注入
された正孔及び電子はＳｉ０２Ｍ３４を避け、ポテンシ
ャルエネルギーの低いＧａＡｓ量子細線層３５に流れ込
む。ＧａＡｓ量子細線層３５では、正孔及び電子とも二
次元的に閉じ込められ、擬一次元状態になっているため
、それぞれの状態密度は、狭いエネルキー領域に集中し
ており、その再結合スペクトルは非常に狭い。このため
、全てのキャリアがレーサ発振に有効に寄与し、発振閾
値電流の非常に小さな半導体レーザが得られる。
第４図（ａ＞，（ｂ），（ｃ）は本発明による量子細線
形成方法の実施例の説明図である。
形成方法の実施例の説明図である。
ａ）溝ｔｆｉ３ｊｔは、（ ０ ０ ］． ）面ＧａＡ
ｓ基板４］上にＧ ａ Ａ ＳとＡ Ｉ ０３Ｇ ａＱ
．７ Ａ ｓて成る多重量子井戸構造（１−００人／１
００人×３０周期）をＭＢＥ成長し、これを（ ０ ０
］． ）面でへき開し、趙高真空中でＧＡａｓ層をサ
ーマルエツチンク゛して溝構造４２を構成した。溝の深
さは約１２０人て′ある。
ｓ基板４］上にＧ ａ Ａ ＳとＡ Ｉ ０３Ｇ ａＱ
．７ Ａ ｓて成る多重量子井戸構造（１−００人／１
００人×３０周期）をＭＢＥ成長し、これを（ ０ ０
］． ）面でへき開し、趙高真空中でＧＡａｓ層をサ
ーマルエツチンク゛して溝構造４２を構成した。溝の深
さは約１２０人て′ある。
ｂ）前記渭構造に約２０人のＳｉ０２膜４３を（ １
１． ０ ＞方向から積層した。この際、溝側面上にＳ
ｉＯｚＪＩが積層しないように、指向性のよい成長方法
で積層した。ここでは、Ｓｉは電子銃式蒸着器で、酸素
は０３を含む０２分子線を用いた。
１． ０ ＞方向から積層した。この際、溝側面上にＳ
ｉＯｚＪＩが積層しないように、指向性のよい成長方法
で積層した。ここでは、Ｓｉは電子銃式蒸着器で、酸素
は０３を含む０２分子線を用いた。
ｃ ） Ｇ ａ Ａ ｓ量子細線層４４をＭＢＥ法によ
り基板温度７２０゜Ｃで選択埋込み成長させる。この基
板温度では、Ｓｉ０２膜４３上にはＧａＡｓが堆積せず
溝側面から＜００１＞方向に成長が生じて良好な埋込み
成長が実現できた。特に本実施例の場合、溝底面４５上
への直接エビタキシャル成長はＧａドロッレットが形成
され易く良好な結晶性を得ることが困難であるが、本形
成方法を用いることにより良好な埋込み成長が可能とな
った。
り基板温度７２０゜Ｃで選択埋込み成長させる。この基
板温度では、Ｓｉ０２膜４３上にはＧａＡｓが堆積せず
溝側面から＜００１＞方向に成長が生じて良好な埋込み
成長が実現できた。特に本実施例の場合、溝底面４５上
への直接エビタキシャル成長はＧａドロッレットが形成
され易く良好な結晶性を得ることが困難であるが、本形
成方法を用いることにより良好な埋込み成長が可能とな
った。
この後、量子細線上にＡ Ｉ０．３ Ｇａ（，，７ Ａ
ｓ層（図示省略）を形成して量子細線構造が出来上る。
ｓ層（図示省略）を形成して量子細線構造が出来上る。
本実施例では、ＧａＡｓ系を例にとって説明したが、材
料はこれに限定されない。例えば、ＩｎＰ上のＩｎＧａ
ＡｓＰ系であってもよいし、絶縁体もＳｉＮであっても
よい。渭楕造の形成方法も、ＦＩＢ’？ＥＢエッチング
ンを利用したものでもよい。基板面方位も限定されない
。また成長方法も、選択成長が可能な成長方法ならなん
でもよ９ い。
料はこれに限定されない。例えば、ＩｎＰ上のＩｎＧａ
ＡｓＰ系であってもよいし、絶縁体もＳｉＮであっても
よい。渭楕造の形成方法も、ＦＩＢ’？ＥＢエッチング
ンを利用したものでもよい。基板面方位も限定されない
。また成長方法も、選択成長が可能な成長方法ならなん
でもよ９ い。
本発明によれば、電流注入効率の大きく発振閾値電流の
非常に小さな半導体レーザが得られる。
非常に小さな半導体レーザが得られる。
また本発明の製造方法によれば量子細線幅揺らぎの小さ
な量子細線が作製できる。
な量子細線が作製できる。
第１図は、本発明による量子細線構造を模式的に示した
図である。第２図は、本発明による量子細線形成方法の
模式図である。第３図は、本発明による量子細線構造の
一実施例を説明する図であり、第４図は本発明による量
子細線形成方法の一実施例を説明する図である。 図において、 １１・・・第一の半導体、１２・絶縁体、］３・・・第
二の半導体（量子細線層）、１４・・・第三の半導体、
２】・・・絶縁体、２２・・・溝側面、２３・・・講底
部半導体面、３ １ − ｒｌ型ＧａＡｓ基板、３ ２
− ｎ型ＧａＡｓ層、３ ３ ・ｎ型Ａ Ｉ ６．
５ Ｇ ａ ｏ， ５ Ａ ｓ１０ 層、３４−Ｓｉｎ２膜、３ ５−Ｇ ａ Ａ ｓ量子細
線層、３ ６ ・ｐ型Ａ １ ０．３ Ｇ ａ．０．７
Ａ Ｓ層、３ ７ −・・ＧａＡｓキャップ層、３８
・・・ｐ型電極、３９・・・ｎ型電極、４１・・・Ｇａ
Ａｓ基板、４２・・・溝構造、４３−−−Ｓｉ０２膜、
４ ４ − Ｇ ａ Ａ ｓ量子細線層、４５・・・溝
底面をそれぞれ示す。
図である。第２図は、本発明による量子細線形成方法の
模式図である。第３図は、本発明による量子細線構造の
一実施例を説明する図であり、第４図は本発明による量
子細線形成方法の一実施例を説明する図である。 図において、 １１・・・第一の半導体、１２・絶縁体、］３・・・第
二の半導体（量子細線層）、１４・・・第三の半導体、
２】・・・絶縁体、２２・・・溝側面、２３・・・講底
部半導体面、３ １ − ｒｌ型ＧａＡｓ基板、３ ２
− ｎ型ＧａＡｓ層、３ ３ ・ｎ型Ａ Ｉ ６．
５ Ｇ ａ ｏ， ５ Ａ ｓ１０ 層、３４−Ｓｉｎ２膜、３ ５−Ｇ ａ Ａ ｓ量子細
線層、３ ６ ・ｐ型Ａ １ ０．３ Ｇ ａ．０．７
Ａ Ｓ層、３ ７ −・・ＧａＡｓキャップ層、３８
・・・ｐ型電極、３９・・・ｎ型電極、４１・・・Ｇａ
Ａｓ基板、４２・・・溝構造、４３−−−Ｓｉ０２膜、
４ ４ − Ｇ ａ Ａ ｓ量子細線層、４５・・・溝
底面をそれぞれ示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電子の平均自由工程程度以下の幅と深さの溝を有す
る第一の導電型を有する第一の半導体と、溝の側面以外
の部分に数十オングストローム程度の絶縁体層を有し、
溝は、溝側面を構成する半導体の禁制帯エネルギーより
小さな禁制帯エネルギーを有する第二の半導体で埋め込
まれており、更に埋め込まれた溝の上には第二の半導体
の禁制帯エネルギーより大きな禁制帯エネルギーを有し
、且つ第一の導電型と異なった導電性を有する第三の半
導体が積層されていることを特徴とする量子細線構造。 ２、電子の平均自由工程程度以下の幅と深さの溝を形成
する工程と、前記溝の側面以外の部分に数十オングスト
ローム程度の絶縁体層を積層する工程と、選択成長によ
り溝を埋め込む工程とを少くとも有することを特徴とす
る量子細線形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006590A JPH03214618A (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 量子細線構造及び量子細線形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1006590A JPH03214618A (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 量子細線構造及び量子細線形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214618A true JPH03214618A (ja) | 1991-09-19 |
Family
ID=11739980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1006590A Pending JPH03214618A (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 量子細線構造及び量子細線形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03214618A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5514619A (en) * | 1993-03-19 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of producing a laser device |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP1006590A patent/JPH03214618A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5514619A (en) * | 1993-03-19 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of producing a laser device |
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