JPH0332087A - 量子細線の形成方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は量子細線の形成方法に関し、特に数１００Å以
下の量子細線を容易に形成できる量子ｍｌ線の形成方法
に関するものである。

（従来の技術） 従来、量子細線により半導体レーザの発振しきい値の低
減、温度特性の改善等多くのデバイスの特性改善が図ら
れている。

（発明が解決しようとする課ＩＩ） しかしながら、従来のリソグラフィーの技術では量子効
果を生じるに必要な数１００Å以下の半導体Ａ１１ｌ線
を作製することは簡単でなく、その形成方法に関する研
究が活発になされている。

量子細線はｘ、ｙ、ｚの３次元のうち、２次元を量子化
するものであるが、１次元だけを量子化するものは多重
８Ｍよりなる量子井戸構造として気相エピタキシャル成
長によりほぼ確立されている。

本発明の目的は数１００Å以下の量子細線を容易に形成
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） 前述の課題を解決するために本発明の量子細線の形成方
法は、（１００）面あるいは（１００）面より数度傾い
た面を表面としく０１１〉方向に直線状にのびる逆メサ
形状の段差を有する半導体基板上に多重の薄膜半導体層
でなる量子井戸ｎｖｔを含む多重半導体薄膜をエピタキ
シャル成長する工程と、前記段差上にエピタキシャル成
長により形成され露出された単一または多重量子井戸構
造の側面を、前記単一または多１量子井戸構造を形成す
る半導体層の結晶組成の違いを利用して選択エツチング
し、前記単一または多重量子井戸構造の測面に単一また
は複数の湧を形成する工程と、前記選択エツチングを施
した半導体ウェハ上に量子ＭＡ線を形成する半導体とそ
の量子細線を被覆する半導体層をエピタキシャル成長す
る工程とを含む。

（作用） 量子細線は３次元の内、２次元を量子化するものであり
、数１００Å以下に制御すべき長さは２つ（量子細線の
断面の縦と横）ある。

本発明においては、気相エピタキシャル成長等における
面方位による結晶成長の停止と選択エツチングを活用し
ている。以下、図面を用いて詳細に説明する６図を用い
た説明では、量子井戸構造が多重量子井戸ｆｉｌｌ造で
あるときについて述べる。

単一量子井戸の場合の作用も全く同じである。

第１図（ａ）、（ｂ）には、結晶成長の工程により形成
される多重半導体膜の断面図が、第２図（ａ）〜（ｃ）
と第３図には量子、ｍｌＫが形成される部分の拡大図が
選択エツチングの工程を含めて示されている。

本発明の量子細線の形成工程には第１図（ａ）と（ｂ）
に示すように２回の結晶成長の工程が含まれる。

最初に第１図（ａ）に示すように、（１００）面あるい
は（１００）面より数度傾いた面を表面とし、＜０１１
＞方向の逆メサ形状の段差を有する半導体基板４上に多
重量子井戸構造１を第１と第２の半導体１ｍ２．３によ
り挟み込んだ多重半導体薄膜を気相エピタキシャル成長
する。このとき前記段差により前記多重半導体薄膜は分
断され段差上面では（１１１）Ｂ面が側面に現れ、多重
量子井戸Ｗ４造１は開面を露出する。第２図（ａ）にそ
のときの多重量子井戸ｖ４造１の側面部分の拡大図を示
す。

多重量子井戸構造１は、第１の薄膜半導体層１０と第２
の薄膜半導体層２０が交互に積層されたものであり、そ
の厚さはそれぞれ数１００Å以下とする。その厚さの制
御は気相エピタキシャル成長により容易に行える。

次に、第１の薄膜半導体７Ｗ１０と第２の薄膜半導体層
２０の結晶組成の差を利用し選択エツチングを行う、エ
ツチング後の多重量子井戸構造１の側面の形状を第２図
（ｂ）に示す、第１の薄膜半導体層１０のみがサイドエ
ツチングされ側面に幅数１００人の清が複数形成される
。深さはエツチング液のエツチングレートおよびエツチ
ング時間を制御し数１００Å以下とする。この制御は低
速度のエツチングレートを用いれば十分に制御可能であ
る。

その後、前述した選択エツチングを施した半導体ウェハ
上に２回目の気相エピタキシャル成長を行う、第１図（
ｂ）に２回目の気相エピタキシャル成長後の断面を示す
、この成長で最初に積層する半導体結晶は量子細線を形
成する半導体とする。

前記多重量子井戸Ｉｌ造の開面でのこの半導体の成長は
サイドエツチングされた第１の薄膜半導体開面にしか起
こらず、さらにその成長もサイドエツチングされた分だ
け成長し、側面を再び平坦な（１１１）Ｂ面に復帰させ
、そこで自動的に停止する。

段差上面および下面には当然成長が生じており、第１図
（ｂ）での第３の半導体層５となる。このときの多重量
子井戸１３ｆｌｌの曲面を拡大して第２図（ｃ）に示す
、多重量子井戸構造１の側面に形成された複数の清が半
導体により埋め込まれ、量子細線６を形成する。この状
態を第３図の拡大斜視図に示す。

さらに量子細線６を形成した半導体と組成の異なる半導
体を続けて成長して第１図（ｂ）の第４の半導体層７を
形成する。

この半導体は、初期には段差の上面と下面とに分離成長
するが、全成長層の厚さが半導体基板４に形成した段差
の高さと等しくなるにつれて側面への成長が始まり、量
子細線６は半導体中に埋め込まれ、すべての界面を半導
体へテロ接合とする量子細線が形成される６以上のよう
にして直接にリソグラフィーの技術を用いることなく量
子細線を形成することができる。

（実施例） 以下、具体的実作例について説明する。

先ず、３μｍの高さの逆メサ形状の段差を形成したＧａ
Ａｓ基板４上に、Ａ　ｌ　ｏ、ｓ　Ｇ　ａｏ、ｙ　Ａ　
ｓでなる厚さ０．５μｍの第１の半導体層２とＡ　Ｉ　
ｏ、ｓ　Ｇ　ａｏ、ｙ　Ａ　ＳとＧａｏ、ｓ　Ｉ　ｎｏ
、ｓ　Ｐよりなる多重量子井戸構造１とＡ　Ｉ　ｏ、ｓ
　Ｇ　ａｏ７Ａ　ｓでなる厚さ０．５μｍの第２の半導
体層３を有機金属分解成長法（ＭＯＶＰＥ法）により順
次積層する。この成長は７０Ｔｏｒｒの減圧下において
行なわれる。このとき成長は段差の上面と下面とに分離
成長し、多重量子井戸構造１は開面が露出される。

第２図（ａ）において、第１の薄膜半導体層１０はＧａ
ａ、ｓ　Ｉ　ｎｏ、ｓ　ｐＮＪであり、第２の薄膜半導
体Ｎｌ２０はＡＩｏ、、Ｇａ０．ｔ　Ａｓで、それぞれ
の膜厚は１００人とする。

次に、塩酸と水の混液によりエツチングを０℃で１０秒
行う、このエツチング液によりエツチングされる半導体
層はＧａｏ、ｓ　Ｉ　ｎｏ、ｓ　Ｐであり、Ａ　Ｉ　ｏ
、ｓ　Ｇａｏ７Ａｓｌはエツチングされないので、エツ
チングされる部分は多重量子井戸構造１の段差による側
面でかつ第１の薄膜半導体Ｎ１０のみである。

その後、再び７０Ｔｏｒｒの減圧ＭＯＶＰＥ法によりＧ
ａＡｓを５００人積層し、続いてＡ　Ｉｏ、ｓ　Ｇａｏ
、ｙ　ＡｓＦＩ３ｊ１２μｍｐ９するっここで、透過電
子顕微鏡による評価によれば、ＧａＡｓ層の前述開面で
の戒長はＧ　ａ　。

ｒｎａ５Ｐでなる第１の薄膜半導体層のエツチングされ
た測面にのみ戒長し、１００人〜２００人を一辺の長さ
とする台形断面を有する量子細線が形成されていること
が観測された。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、リソグラフィーを
直接量子ｌ５ＩＩＩ線の形成に用いることなく、すべて
の界面をヘテロ接合とする量子細線を形成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）と（ｂ）は本発明の量子細線の形成方法の
中での結晶成長による半導体薄膜の積層を示す断面図、
第２図（ａ）〜（ｃ）および第３図は量子ＭＪ線影形成
部拡大図である。 １・・・多重量子井戸構造、２・・・第１の半導体層、
３・・・第２の半導体層、４・・・半導体基板、５・・
・第３の半導体層、６・・・量子４Ｉ線、７・・・第４
の半導体層、０・・・第１の薄膜半導体層、 ２０・・・第２の薄膜率 導体層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１００）面あるいは（１００）面より数度傾いた面を
   表面とし〈０１１〉方向に直線状にのびる逆メサ形状の
   段差を有する半導体基板上に多重の薄膜半導体層でなる
   量子井戸構造を含む多重半導体薄膜をエピタキシャル成
   長する工程と、前記段差上にエピタキシャル成長により
   形成され露出された単一または多重量子井戸構造の側面
   を、前記単一または多重量子井戸構造を形成する半導体
   層の結晶組成の違いを利用して選択エッチングし、前記
   単一または多重量子井戸構造の側面に単一または複数の
   溝を形成する工程と、前記選択エッチングを施した半導
   体ウェハ上に量子細線を形成する半導体とその量子細線
   を被覆する半導体層をエピタキシャル成長する工程とを
   含むことを特徴とする量子細線の形成方法。