JPH04192515A - 半導体量子井戸箱の製造方法 - Google Patents
半導体量子井戸箱の製造方法Info
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- JPH04192515A JPH04192515A JP32401990A JP32401990A JPH04192515A JP H04192515 A JPH04192515 A JP H04192515A JP 32401990 A JP32401990 A JP 32401990A JP 32401990 A JP32401990 A JP 32401990A JP H04192515 A JPH04192515 A JP H04192515A
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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〉
本発明は半導体量子井戸箱の製造方法に関するものであ
り、特に高性能の半導体レーザ用材料あるいは超高速の
光スィッチや光論理素子などの非線形光学効果をもちい
た光制御素子の実現に必要となる大きな非線形光学定数
を有する材料に関するものである。
り、特に高性能の半導体レーザ用材料あるいは超高速の
光スィッチや光論理素子などの非線形光学効果をもちい
た光制御素子の実現に必要となる大きな非線形光学定数
を有する材料に関するものである。
〈従来の技術〉
半導体量子井戸箱の製造方法として、ＧａＡｓ（１１１
）基板上に有機金属気相成長法で三角鐘状のＧａＡｓ微
結晶が形成できることが知られている（第３７回応用物
理学会関係連合講演会３１ａ −Ｄ−６）。これはＧａ
Ａｓ （１１１） Ｂ面（Ａｓ面）、またはＡ面（Ｇａ
面）上にＡ Ｉ ＧａＡｓ層を成長させ、ついで条件を
変えて（１１１） Ａ面（またはＢ面）で囲まれた一辺
が数１０ｎｍの正四面体状ＧａＡｓ微結晶を成長させ、
さらにその上にＡｊ２−ＧａＡｓ層を成長させて微結晶
を覆った構造である。
）基板上に有機金属気相成長法で三角鐘状のＧａＡｓ微
結晶が形成できることが知られている（第３７回応用物
理学会関係連合講演会３１ａ −Ｄ−６）。これはＧａ
Ａｓ （１１１） Ｂ面（Ａｓ面）、またはＡ面（Ｇａ
面）上にＡ Ｉ ＧａＡｓ層を成長させ、ついで条件を
変えて（１１１） Ａ面（またはＢ面）で囲まれた一辺
が数１０ｎｍの正四面体状ＧａＡｓ微結晶を成長させ、
さらにその上にＡｊ２−ＧａＡｓ層を成長させて微結晶
を覆った構造である。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかしながら、従来の半導体量子井戸箱の製缶方法にあ
ってはＧａＡｓ（１１１）基板を用いるのであるが、こ
の場合鏡面状態を保った結晶成長の条件範囲が狭く、ま
た基板面上で特定の結晶軸方向を定めにくい。これは特
に複数の異なる素子を同一基板上へ集積化する際には重
大な欠点となる。
ってはＧａＡｓ（１１１）基板を用いるのであるが、こ
の場合鏡面状態を保った結晶成長の条件範囲が狭く、ま
た基板面上で特定の結晶軸方向を定めにくい。これは特
に複数の異なる素子を同一基板上へ集積化する際には重
大な欠点となる。
く課題を解決するための手段〉
前記した欠点を解決するため、本発明では化合物半導体
の層状の結晶成長を行なった際、鏡面状の表面状態が得
られる成長条件の範囲が広く、また導波路を形成する際
、光の伝搬方向と結晶軸の方向とを容易に一致させるこ
とのできる化合物半導体の（１００）面を使用し、これ
に＜１１０＞方向に沿って側面が（１１１）面である段
差もしくは溝の側部を形成し、この側面上に半導体量子
井戸箱を形成する微結晶の成長を行う。すなわち、本発
明は、第１の化合物半導体からなる半導体基板（１００
）面上に閃亜鉛鉱型結晶構造をもつ第２の化合物半導体
の結晶層を成長させる工程と、該第２の化合物半導体の
結晶層の表面にくｌｌＯ〉方向に沿って、その側面が（
１１１）面である段差、もしくは溝状の側部を形成する
工程と、前記段差もしくは溝状の側部位置に直接第２の
化合物半導体よりバンドギャップの小さい第３の化合物
半導体の微結晶を成長させる工程又は、前記段差、もし
くは溝状の側部を形成した結晶層表面に、前記閃亜鉛鉱
型結晶構造をもつ第２の化合物半導体と同じ結晶層を、
その層厚が前記段差、もしくは溝状の側部深さよりも小
さくなるように成長させた後、前記段差もしくは溝状の
側部に対応する位置の第２の化合物半導体と同じ、前記
結晶層上に第２の化合物半導体よりバンドギャップの小
さい第３の化合物半導体の微結晶を成長させる工程のい
ずれかと、第３の化合物半導体の微結晶を覆うように第
３の化合物半導体よりもハンドギヤツブの大きな第４の
化合物半導体の結晶層を成長させる工程とからなる半導
体量子井戸箱の製造方法である。
の層状の結晶成長を行なった際、鏡面状の表面状態が得
られる成長条件の範囲が広く、また導波路を形成する際
、光の伝搬方向と結晶軸の方向とを容易に一致させるこ
とのできる化合物半導体の（１００）面を使用し、これ
に＜１１０＞方向に沿って側面が（１１１）面である段
差もしくは溝の側部を形成し、この側面上に半導体量子
井戸箱を形成する微結晶の成長を行う。すなわち、本発
明は、第１の化合物半導体からなる半導体基板（１００
）面上に閃亜鉛鉱型結晶構造をもつ第２の化合物半導体
の結晶層を成長させる工程と、該第２の化合物半導体の
結晶層の表面にくｌｌＯ〉方向に沿って、その側面が（
１１１）面である段差、もしくは溝状の側部を形成する
工程と、前記段差もしくは溝状の側部位置に直接第２の
化合物半導体よりバンドギャップの小さい第３の化合物
半導体の微結晶を成長させる工程又は、前記段差、もし
くは溝状の側部を形成した結晶層表面に、前記閃亜鉛鉱
型結晶構造をもつ第２の化合物半導体と同じ結晶層を、
その層厚が前記段差、もしくは溝状の側部深さよりも小
さくなるように成長させた後、前記段差もしくは溝状の
側部に対応する位置の第２の化合物半導体と同じ、前記
結晶層上に第２の化合物半導体よりバンドギャップの小
さい第３の化合物半導体の微結晶を成長させる工程のい
ずれかと、第３の化合物半導体の微結晶を覆うように第
３の化合物半導体よりもハンドギヤツブの大きな第４の
化合物半導体の結晶層を成長させる工程とからなる半導
体量子井戸箱の製造方法である。
く作用〉
本発明は化合物半導体基板（１００）面を使用すること
により複数の異なる半導体素子を形成しやすくすると共
に、その化合物半導体の（１１１）面上へ半導体量子井
戸箱を形成する微結晶の成長を行なうことができる。
により複数の異なる半導体素子を形成しやすくすると共
に、その化合物半導体の（１１１）面上へ半導体量子井
戸箱を形成する微結晶の成長を行なうことができる。
〈実施例〉
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
まず第１の化合物半導体からなるＧａＡｓ基板１（１０
０）面（０，５度程度のオフ面でも良い）に有機金属気
相成長によりトリメチルガリウム（Ｔ？ＩＧ）、トリメ
チルアルミニウム を原料として第２の化合物半導体の結晶層であるＡ Ｉ
ＧａＡｓ層（２）を厚さ約２μｍ成長させる。なおＡ
Ｊ組成は０．３とする。このとき成長温度は７５０〜８
００℃の範囲に設定し、ＡｓとＧａ， Ａ１のモル比
（Ｖ−ＩＩＩ比）は２０〜５０とする。ついでこの表面
の一部をその縁が＜０１１＞方向に沿うようにホトレジ
ストで覆う。これをマスクに組成比５：ｌ：１のＨｇＳ
Ｏ４：ＨｚＯ□，Ｈ２０系エツチング液でエツチングす
ると第２図に示すような（１１１）面が側面に露出した
段差が基板面に形成される。段差３をここでは１μｍに
制御した。ホトレジストを除去したのち、この基板を再
度有機金属気相成長装置の炉内に導入し、上記と同様の
条件で第２の化合物半導体と同一組成の結晶層であるＡ
Ｉ ＧａＡｓ層４を０． １μｍ成長させる（第１図
）。これはエツチング処理により、第２の化合物半導体
の結晶層２がエツチング液又は、空気に触れ汚れた表面
となるので、汚れのない第２の化合物半導体の結晶層表
面４を得るためである。従って、結晶層４は省くことも
できる。次に結晶層４の成長後、ＴＭＧ 、 ＴＭＡの
供給を停止し、アルシンのみを流しながら基板温度を７
２０℃まで降下する。この状態で再度ＴＭＧを１０秒間
供給することにより、段差部側面に第３の化合物半導体
の微結晶である正四面体状のＧａＡｓ微結晶５が成長す
る。こののち再度昇温し上記と同様な条件において第４
の化合物半導体の結晶であるＡ Ｉ ＧａＡｓ層６を成
長させる。
０）面（０，５度程度のオフ面でも良い）に有機金属気
相成長によりトリメチルガリウム（Ｔ？ＩＧ）、トリメ
チルアルミニウム を原料として第２の化合物半導体の結晶層であるＡ Ｉ
ＧａＡｓ層（２）を厚さ約２μｍ成長させる。なおＡ
Ｊ組成は０．３とする。このとき成長温度は７５０〜８
００℃の範囲に設定し、ＡｓとＧａ， Ａ１のモル比
（Ｖ−ＩＩＩ比）は２０〜５０とする。ついでこの表面
の一部をその縁が＜０１１＞方向に沿うようにホトレジ
ストで覆う。これをマスクに組成比５：ｌ：１のＨｇＳ
Ｏ４：ＨｚＯ□，Ｈ２０系エツチング液でエツチングす
ると第２図に示すような（１１１）面が側面に露出した
段差が基板面に形成される。段差３をここでは１μｍに
制御した。ホトレジストを除去したのち、この基板を再
度有機金属気相成長装置の炉内に導入し、上記と同様の
条件で第２の化合物半導体と同一組成の結晶層であるＡ
Ｉ ＧａＡｓ層４を０． １μｍ成長させる（第１図
）。これはエツチング処理により、第２の化合物半導体
の結晶層２がエツチング液又は、空気に触れ汚れた表面
となるので、汚れのない第２の化合物半導体の結晶層表
面４を得るためである。従って、結晶層４は省くことも
できる。次に結晶層４の成長後、ＴＭＧ 、 ＴＭＡの
供給を停止し、アルシンのみを流しながら基板温度を７
２０℃まで降下する。この状態で再度ＴＭＧを１０秒間
供給することにより、段差部側面に第３の化合物半導体
の微結晶である正四面体状のＧａＡｓ微結晶５が成長す
る。こののち再度昇温し上記と同様な条件において第４
の化合物半導体の結晶であるＡ Ｉ ＧａＡｓ層６を成
長させる。
以上により第１図のような断面をもつ量子井戸箱構造が
形成された。この構造はそのまま導波路として使用可能
であり、これに電極を形成して半導体レーザや光スィッ
チなどを作製できる。またこの導波路はアレイ化も容易
であり、また段差部以外の（１００）面上に他の素子を
形成し、これと上記素子とを集積化することにも適して
いる。
形成された。この構造はそのまま導波路として使用可能
であり、これに電極を形成して半導体レーザや光スィッ
チなどを作製できる。またこの導波路はアレイ化も容易
であり、また段差部以外の（１００）面上に他の素子を
形成し、これと上記素子とを集積化することにも適して
いる。
以上の工程は一例であって必要に応じて種々変えること
ができる。例えばエツチング液は（１１１）面のエツチ
ング速度が他の面に比べて遅い組成のものを選べば上記
のものに限らない。結晶成長法も条件を適切に設定すれ
ば分子線エピタキシー法など他の方法も利用できる。ま
たここではＧａＡｓ／Ａ Ｉ ＧａＡｓ系について述べ
たが、組成の異なるＡ Ｉ ＧａＡｓ／Ａ Ｉ ＧａＡ
ｓあるいはＩｎＰ／ ＩｎＧａＡｓＰ系などにおいても
適切なエツチング液を選び、結晶成長条件を設定すれば
同様な量子井戸箱の製造が可能である。
ができる。例えばエツチング液は（１１１）面のエツチ
ング速度が他の面に比べて遅い組成のものを選べば上記
のものに限らない。結晶成長法も条件を適切に設定すれ
ば分子線エピタキシー法など他の方法も利用できる。ま
たここではＧａＡｓ／Ａ Ｉ ＧａＡｓ系について述べ
たが、組成の異なるＡ Ｉ ＧａＡｓ／Ａ Ｉ ＧａＡ
ｓあるいはＩｎＰ／ ＩｎＧａＡｓＰ系などにおいても
適切なエツチング液を選び、結晶成長条件を設定すれば
同様な量子井戸箱の製造が可能である。
（実施例２）
第２の実施例を説明する。第４図に示す如くまずＧａＡ
ｓ （１００）基板７上に実施例１と同様な条件テＡ
’ｊｌ （ｙａＡｓＪＬｆ ８を成長させる。この表面
にレジストを塗布し、三光束干渉露光法などの方法を用
いて周期０，２５μｍ程度の縞状のパターンを＜０１１
＞・方向に沿って露光し、パターニングする。ついでこ
れをマスクに実施例１と同様なエツチング液でＡ Ｉ
ＧａＡｓ層表面をエツチングすると第４図のような三角
形状の断面を持つ溝状の構造９が形成できる。このとき
表面には（１１１）面および（１１１）面が露出する。
ｓ （１００）基板７上に実施例１と同様な条件テＡ
’ｊｌ （ｙａＡｓＪＬｆ ８を成長させる。この表面
にレジストを塗布し、三光束干渉露光法などの方法を用
いて周期０，２５μｍ程度の縞状のパターンを＜０１１
＞・方向に沿って露光し、パターニングする。ついでこ
れをマスクに実施例１と同様なエツチング液でＡ Ｉ
ＧａＡｓ層表面をエツチングすると第４図のような三角
形状の断面を持つ溝状の構造９が形成できる。このとき
表面には（１１１）面および（１１１）面が露出する。
この表面に第３図に示すようにＡ Ｉ！ ＧａＡｓ層１
０を厚さ５０ｎｍ成長させる（この層は実施例１と同様
省くことも可能である）。以後は実施例１と同様にＧａ
Ａｓ微結晶１１を溝側面に形成し、さらにＡ Ｉ Ｇａ
Ａｓ層１２を成長させる。Ａ Ｉ ＧａＡｓ層１２を３
μｍ程度の厚さに成長すると表面をほぼ平坦にすること
ができる。最終的に形成される量子井戸箱構造の断面図
を第３図に示す。この平坦な表面に電極を形成したり、
他の素子を積層することも可能である。以上の工程も実
施例１と同様に種々変えることができる。
０を厚さ５０ｎｍ成長させる（この層は実施例１と同様
省くことも可能である）。以後は実施例１と同様にＧａ
Ａｓ微結晶１１を溝側面に形成し、さらにＡ Ｉ Ｇａ
Ａｓ層１２を成長させる。Ａ Ｉ ＧａＡｓ層１２を３
μｍ程度の厚さに成長すると表面をほぼ平坦にすること
ができる。最終的に形成される量子井戸箱構造の断面図
を第３図に示す。この平坦な表面に電極を形成したり、
他の素子を積層することも可能である。以上の工程も実
施例１と同様に種々変えることができる。
〈発明の効果〉
本発明によれば、ＧａＡｓ （１００）基板を利用し、
量子井戸箱を含む導波路構造が容易に作製できる。
量子井戸箱を含む導波路構造が容易に作製できる。
このため量子井戸箱の特性を利用した各種光デバイスの
製造が可能になる。
製造が可能になる。
図面は本発明の実施例を示すものであって、第１図は半
導体量子井戸箱の断面図、第２図は実施例１におけるエ
ツチング加工後の基板の斜視図、第３図は、他の実施態
様を示す半導体量子井戸箱の断面図、第４図は、実施例
２におけるエツチング加工後の基板の斜視図である。 １．７：ＧａＡｓ基板、２．８ｒＡＩＧａＡｓ層、４，
１０： Ａ Ｉ ＧａＡｓ層、５． １１ ：ＧａＡ
ｓ１ｉ結晶、６．１２： Ａ ｊ！ ＧａＡｓ層 （０’ｌＴ）面 第１図 第２図
導体量子井戸箱の断面図、第２図は実施例１におけるエ
ツチング加工後の基板の斜視図、第３図は、他の実施態
様を示す半導体量子井戸箱の断面図、第４図は、実施例
２におけるエツチング加工後の基板の斜視図である。 １．７：ＧａＡｓ基板、２．８ｒＡＩＧａＡｓ層、４，
１０： Ａ Ｉ ＧａＡｓ層、５． １１ ：ＧａＡ
ｓ１ｉ結晶、６．１２： Ａ ｊ！ ＧａＡｓ層 （０’ｌＴ）面 第１図 第２図
Claims (1)
- （１）第１の化合物半導体からなる半導体基板（１００
）面上に閃亜鉛鉱型結晶構造をもつ第２の化合物半導体
の結晶層を成長させる工程と、該第２の化合物半導体の
結晶層の表面に＜１１０＞方向に沿って、その側面が（
１１１）面である段差、もしくは溝状の側部を形成する
工程と、前記段差もしくは溝状の側部位置に直接第２の
化合物半導体よりバンドギャップの小さい第３の化合物
半導体の微結晶を成長させる工程又は、前記段差、もし
くは溝状の側部を形成した結晶層表面に、前記閃亜鉛鉱
型結晶構造をもつ第２の化合物半導体と同じ結晶層を、
その層厚が前記段差、もしくは溝状の側部深さよりも小
さくなるように成長させた後、前記段差もしくは溝状の
側部に対応する位置の第２の化合物半導体と同じ前記結
晶層上に第２の化合物半導体よりバンドギャップの小さ
い第３の化合物半導体の微結晶を成長させる工程のいず
れかと、第３の化合物半導体の微結晶を覆うように第３
の化合物半導体よりもバンドギヤツプの大きな第４の化
合物半導体の結晶層を成長させる工程とからなる半導体
量子井戸箱の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32401990A JPH04192515A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体量子井戸箱の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32401990A JPH04192515A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体量子井戸箱の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04192515A true JPH04192515A (ja) | 1992-07-10 |
Family
ID=18161237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32401990A Pending JPH04192515A (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 半導体量子井戸箱の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04192515A (ja) |
-
1990
- 1990-11-27 JP JP32401990A patent/JPH04192515A/ja active Pending
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