JPH04315418A - 半導体量子井戸構造製造方法 - Google Patents
半導体量子井戸構造製造方法Info
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- JPH04315418A JPH04315418A JP8215491A JP8215491A JPH04315418A JP H04315418 A JPH04315418 A JP H04315418A JP 8215491 A JP8215491 A JP 8215491A JP 8215491 A JP8215491 A JP 8215491A JP H04315418 A JPH04315418 A JP H04315418A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の結晶成長方
法に関する。
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子井戸構造は半導体レーザなどに広く
用いられており発振閾値電流が小さいなど非常に優れた
特性を有している。この量子井戸構造をさらに小さくし
て量子細線や量子箱にする事により、さらに特性が改善
される事が予測されている。ウェットエッチングと再成
長により、量子箱の作製が行なわれている（ジパニーズ
ジーナル オブ アプライド フィジックス［Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ］第２６巻 Ｌ２２５ペ
ージ １９８７年）。
用いられており発振閾値電流が小さいなど非常に優れた
特性を有している。この量子井戸構造をさらに小さくし
て量子細線や量子箱にする事により、さらに特性が改善
される事が予測されている。ウェットエッチングと再成
長により、量子箱の作製が行なわれている（ジパニーズ
ジーナル オブ アプライド フィジックス［Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ］第２６巻 Ｌ２２５ペ
ージ １９８７年）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、１０ｎｍレベ
ルの微細な加工技術が必要なため従来の方法ではレーザ
ー発振を達成する事はできなかった。
ルの微細な加工技術が必要なため従来の方法ではレーザ
ー発振を達成する事はできなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前述の問題点を解決する
ために本発明が提供する製造方法は、基板上の半導体結
晶成長において、前記基板温度を結晶成長温度より低く
保ち、少なくとも２種類以上の半導体材料を前記基板上
に非結晶状に成長させる第１工程と、前記基板を加熱し
前記半導体材料の一方のみを結晶化させ、直径１０ｎｍ
程度の結晶領域を形成する第２工程とを含むことを特徴
としている。
ために本発明が提供する製造方法は、基板上の半導体結
晶成長において、前記基板温度を結晶成長温度より低く
保ち、少なくとも２種類以上の半導体材料を前記基板上
に非結晶状に成長させる第１工程と、前記基板を加熱し
前記半導体材料の一方のみを結晶化させ、直径１０ｎｍ
程度の結晶領域を形成する第２工程とを含むことを特徴
としている。
【０００５】
【作用】第１工程において、基板温度が低いため、半導
体材料はアモルファス状となる。第２工程において基板
を加熱する事によりこのアモルファス状の半導体材料を
結晶化する事ができる。結晶化する温度は半導体材料に
より異なるため特定の温度に保持する事により一方の半
導体材料のみを結晶化させることができる。また、結晶
化する領域は特定温度に保持する時間の長さに比例する
ため、時間を制御する事により結晶化の領域を１０ｎｍ
程度の量子効果を現われる大きさにする事ができる。ま
たこれにより結晶化したのち急激に基板温度を上昇させ
る事により、前述の結晶化領域のまわりに第２の半導体
材料を結晶化する事もできる。最初の結晶化でできた１
０ｎｍ程度の領域は、そのまわりの領域と物性的に異な
るため、これにより量子箱構造が形成される。
体材料はアモルファス状となる。第２工程において基板
を加熱する事によりこのアモルファス状の半導体材料を
結晶化する事ができる。結晶化する温度は半導体材料に
より異なるため特定の温度に保持する事により一方の半
導体材料のみを結晶化させることができる。また、結晶
化する領域は特定温度に保持する時間の長さに比例する
ため、時間を制御する事により結晶化の領域を１０ｎｍ
程度の量子効果を現われる大きさにする事ができる。ま
たこれにより結晶化したのち急激に基板温度を上昇させ
る事により、前述の結晶化領域のまわりに第２の半導体
材料を結晶化する事もできる。最初の結晶化でできた１
０ｎｍ程度の領域は、そのまわりの領域と物性的に異な
るため、これにより量子箱構造が形成される。
【０００６】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例がＧｅ，Ｓｉ
半導体材料に適用されている例を示す工程図である。結
晶成長装置として分子線結晶成長装置を用いた。第１工
程としてＳｉからなる基板１上に基板温度を１００℃と
し、Ｓｉ２およびＧｅ３の分子線と照射した。分子線の
強度はＧｅ３をＳｉ２の１／１０とした。基板温度が低
いため、Ｓｉ２およびＧｅ３は非結晶状態で基板１上に
たい積した（図１（Ａ））。次に第２工程として基板温
度を４００℃にし１時間保持した。この温度ではＧｅ３
は結晶化するため、Ｇｅ３原子は拡散してＧｅ３の集ま
った領域を形成する。この領域の大きさは時間に依存す
る。基板１を４００℃に１時間保った時の平均的な大き
さは１０ｎｍであり、量子箱領域４が形成された（図１
（Ｂ））。この後急激に基板温度を１０００℃に上げ３
０分間保持した。この温度ではＳｉ２も結晶化するので
量子箱領域４のまわりに結晶化したＳｉＧｅからなる量
子障壁領域５が形成した（図１（Ｃ））。素子障壁領域
５のポテンシャルが量子箱領域４のポテンシャルより高
いため、電子正孔は量子箱領域４に閉じ込められる。こ
の半導体量子井戸構造の光学特性は、非線形屈折率が非
常に大きく、高性能な光論理素子を形成する事が可能と
なった。
ながら説明する。図１は本発明の一実施例がＧｅ，Ｓｉ
半導体材料に適用されている例を示す工程図である。結
晶成長装置として分子線結晶成長装置を用いた。第１工
程としてＳｉからなる基板１上に基板温度を１００℃と
し、Ｓｉ２およびＧｅ３の分子線と照射した。分子線の
強度はＧｅ３をＳｉ２の１／１０とした。基板温度が低
いため、Ｓｉ２およびＧｅ３は非結晶状態で基板１上に
たい積した（図１（Ａ））。次に第２工程として基板温
度を４００℃にし１時間保持した。この温度ではＧｅ３
は結晶化するため、Ｇｅ３原子は拡散してＧｅ３の集ま
った領域を形成する。この領域の大きさは時間に依存す
る。基板１を４００℃に１時間保った時の平均的な大き
さは１０ｎｍであり、量子箱領域４が形成された（図１
（Ｂ））。この後急激に基板温度を１０００℃に上げ３
０分間保持した。この温度ではＳｉ２も結晶化するので
量子箱領域４のまわりに結晶化したＳｉＧｅからなる量
子障壁領域５が形成した（図１（Ｃ））。素子障壁領域
５のポテンシャルが量子箱領域４のポテンシャルより高
いため、電子正孔は量子箱領域４に閉じ込められる。こ
の半導体量子井戸構造の光学特性は、非線形屈折率が非
常に大きく、高性能な光論理素子を形成する事が可能と
なった。
【０００７】図２は本発明がＩｎＡｓ，ＧａＡｓ半導体
材料に適用されている例を示す工程図である。製造は分
子線結晶成長装置を用いて行なった。第１工程として、
ＧａＡｓからなる基板６上に、基板温度を２００℃とし
、Ｇａ７，Ｉｎ８，Ａｓ９分子線を照射した。このとき
のＧａ７とＩｎ８の分子線強度比は１０：１とした。 基板温度が低いことから基板６上には非結晶状にＧａ７
，Ｉｎ８，Ａｓ９がたい積した（図２（Ａ））。第２工
程としてＡｓ９分子線を照射しながら基板６を４５０℃
に加熱し、１時間保持した。この温度ではＩｎが拡散し
てＩｎＡｓ結晶領域が形成されるため、直径約２ｎｍの
量子箱領域１０が形成できる（図２（Ｂ））。この後短
時間で基板温度を上げて６００℃にし、１時間保持した
。この温度ではＧａＡｓも結晶化するため、Ｉｎ８の組
成が１０％以下であるＩｎＧａＡｓからなる量子障壁領
域１１が形成した（図２（Ｃ））。この量子井戸構造を
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの活性層に用いたところ、
発振閾値電流が１ｍＡという高性能な半導体レーザが得
られた。上述の実施例では、半導体材料としてＳｉ，Ｇ
ｅおよびＩｎＡｓ，ＧａＡｓを用いたがこれに限らず他
の元素半導体の組合せ他の化合物半導体の組合せ、また
元素半導体と化合物半導体の組合せを用いることもでき
る。
材料に適用されている例を示す工程図である。製造は分
子線結晶成長装置を用いて行なった。第１工程として、
ＧａＡｓからなる基板６上に、基板温度を２００℃とし
、Ｇａ７，Ｉｎ８，Ａｓ９分子線を照射した。このとき
のＧａ７とＩｎ８の分子線強度比は１０：１とした。 基板温度が低いことから基板６上には非結晶状にＧａ７
，Ｉｎ８，Ａｓ９がたい積した（図２（Ａ））。第２工
程としてＡｓ９分子線を照射しながら基板６を４５０℃
に加熱し、１時間保持した。この温度ではＩｎが拡散し
てＩｎＡｓ結晶領域が形成されるため、直径約２ｎｍの
量子箱領域１０が形成できる（図２（Ｂ））。この後短
時間で基板温度を上げて６００℃にし、１時間保持した
。この温度ではＧａＡｓも結晶化するため、Ｉｎ８の組
成が１０％以下であるＩｎＧａＡｓからなる量子障壁領
域１１が形成した（図２（Ｃ））。この量子井戸構造を
ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの活性層に用いたところ、
発振閾値電流が１ｍＡという高性能な半導体レーザが得
られた。上述の実施例では、半導体材料としてＳｉ，Ｇ
ｅおよびＩｎＡｓ，ＧａＡｓを用いたがこれに限らず他
の元素半導体の組合せ他の化合物半導体の組合せ、また
元素半導体と化合物半導体の組合せを用いることもでき
る。
【０００８】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
量子箱を容易に得る事ができ、高性能な半導体レーザや
、新たな機能を持った光学素子や電気素子が実現できる
。
量子箱を容易に得る事ができ、高性能な半導体レーザや
、新たな機能を持った光学素子や電気素子が実現できる
。
【図１】本発明の一実施例を示す工程図。
【図２】第２の実施例を示す工程図。
１ 基板
２ Ｓｉ
３ Ｇｅ
４ 量子箱領域
５ 量子障壁領域
６ 基板
７ Ｇｕ
８ Ｉｎ
９ Ａｓ
１０ 量子箱領域
１１ 量子障壁領域
Claims (1)
- 【請求項１】 基板温度を結晶成長温度より低く保ち
、少なくとも２種類以上の半導体材料を基板上に非結晶
状に成長させる第１工程と、前記基板を加熱し前記半導
体材料の一方のみを結晶化させ、直径１０ｎｍ程度の結
晶領域を形成する第２工程とを少くとも含むことを特徴
とする半導体量子井戸構造製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8215491A JP3008533B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体量子井戸構造製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8215491A JP3008533B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体量子井戸構造製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315418A true JPH04315418A (ja) | 1992-11-06 |
| JP3008533B2 JP3008533B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=13766521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8215491A Expired - Fee Related JP3008533B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 半導体量子井戸構造製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3008533B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0617472A3 (en) * | 1993-03-25 | 1994-12-21 | Ibm | Semiconductor light emitting / detecting devices. |
| JPH06349736A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 量子井戸箱製造方法 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP8215491A patent/JP3008533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0617472A3 (en) * | 1993-03-25 | 1994-12-21 | Ibm | Semiconductor light emitting / detecting devices. |
| JPH06349736A (ja) * | 1993-06-08 | 1994-12-22 | Nec Corp | 量子井戸箱製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3008533B2 (ja) | 2000-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991102 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |