JPH06275520A - 量子細線作製方法 - Google Patents
量子細線作製方法Info
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- JPH06275520A JPH06275520A JP5831993A JP5831993A JPH06275520A JP H06275520 A JPH06275520 A JP H06275520A JP 5831993 A JP5831993 A JP 5831993A JP 5831993 A JP5831993 A JP 5831993A JP H06275520 A JPH06275520 A JP H06275520A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
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- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 サイズ及び形状を制御することができる量子
細線の作製方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ（１００）基板１１上に、［００
１］方向に延在するメサストライプを形成する。ＧａＡ
ｓ層１３を成長させると、（１１０）及び（１１バー
０）ファセット１４、１５が形成される。ＡｌＧａＡｓ
層１７は、（１００）面、（１１０）及び（１１バー
０）ファセット上に成長する。ＧａＡｓ層１８は、（１
１０）及び（１１バー０）ファセット上には成長せず、
ＡｌＧａＡｓ層１９により埋め込まれる。
細線の作製方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ（１００）基板１１上に、［００
１］方向に延在するメサストライプを形成する。ＧａＡ
ｓ層１３を成長させると、（１１０）及び（１１バー
０）ファセット１４、１５が形成される。ＡｌＧａＡｓ
層１７は、（１００）面、（１１０）及び（１１バー
０）ファセット上に成長する。ＧａＡｓ層１８は、（１
１０）及び（１１バー０）ファセット上には成長せず、
ＡｌＧａＡｓ層１９により埋め込まれる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子細線作製方法に関
し、特に、非平坦ＧａＡｓ（１００）基板を用いて量子
細線を作製する方法に関する。
し、特に、非平坦ＧａＡｓ（１００）基板を用いて量子
細線を作製する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、量子細線構造を利用して、半導体
レーザー、一次元ＨＥＭＴ等の光、電子デバイスの飛躍
的性能向上を図ることが盛んに検討されている。
レーザー、一次元ＨＥＭＴ等の光、電子デバイスの飛躍
的性能向上を図ることが盛んに検討されている。
【０００３】従来、量子細線を作製する方法として、
(i)量子薄膜をドライエッチング等の高精度エッチング
によって加工する方法、(ii)微傾斜基板上への結晶成長
による横方向超格子を利用する作製方法、 (iii)メサス
トライプを形成した基板上へのＭＯＶＰＥ成長による作
製方法、及び(iv)［０１バー１］あるいは［０１バー１
バー］方向のメサストライプを形成したＧａＡｓ（１０
０）基板上への分子線エピタキシャル法による作製方法
などが提案されている。なお、［０１バー１］方向及び
［０１バー１バー］方向は、それぞれ以下の数式１及び
数式２で表わされる方向である。
(i)量子薄膜をドライエッチング等の高精度エッチング
によって加工する方法、(ii)微傾斜基板上への結晶成長
による横方向超格子を利用する作製方法、 (iii)メサス
トライプを形成した基板上へのＭＯＶＰＥ成長による作
製方法、及び(iv)［０１バー１］あるいは［０１バー１
バー］方向のメサストライプを形成したＧａＡｓ（１０
０）基板上への分子線エピタキシャル法による作製方法
などが提案されている。なお、［０１バー１］方向及び
［０１バー１バー］方向は、それぞれ以下の数式１及び
数式２で表わされる方向である。
【０００４】
【数１】
【数２】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の (i)量子薄膜を
ドライエッチング等の高精度エッチングによって加工す
る方法では、イオン照射によってドライエッチングを行
うために、基板及び半導体層に回復不能の損傷が発生す
るという問題点がある。また、(ii)微傾斜基板上への結
晶成長による横方向超格子を利用する作製方法では、量
子細線のサイズを正確に制御することが困難であるとい
う問題点がある。さらに、 (iii)メサストライプを形成
した基板上へのＭＯＶＰＥ成長による作製方法では、結
晶成長前に作製したメサストライプの形状によって、量
子細線のパターンが決まり、加工の自由度が小さいとい
う問題点がある。さらにまた、(iv)［０１バー１］ある
いは［０１バー１バー］方向のメサストライプを形成し
たＧａＡｓ（１００）基板上への分子線エピタキシャル
法による作製方法では、結晶成長に伴って、図３（ａ）
及び（ｂ）に示すように、｛１１１｝Ａ，｛３１１｝
Ａ，｛１１１｝Ｂ，及び｛３１１｝Ｂ等、様々な方位の
ファセット面が発生し、メサの側壁部に凹凸が発生する
という問題点がある。
ドライエッチング等の高精度エッチングによって加工す
る方法では、イオン照射によってドライエッチングを行
うために、基板及び半導体層に回復不能の損傷が発生す
るという問題点がある。また、(ii)微傾斜基板上への結
晶成長による横方向超格子を利用する作製方法では、量
子細線のサイズを正確に制御することが困難であるとい
う問題点がある。さらに、 (iii)メサストライプを形成
した基板上へのＭＯＶＰＥ成長による作製方法では、結
晶成長前に作製したメサストライプの形状によって、量
子細線のパターンが決まり、加工の自由度が小さいとい
う問題点がある。さらにまた、(iv)［０１バー１］ある
いは［０１バー１バー］方向のメサストライプを形成し
たＧａＡｓ（１００）基板上への分子線エピタキシャル
法による作製方法では、結晶成長に伴って、図３（ａ）
及び（ｂ）に示すように、｛１１１｝Ａ，｛３１１｝
Ａ，｛１１１｝Ｂ，及び｛３１１｝Ｂ等、様々な方位の
ファセット面が発生し、メサの側壁部に凹凸が発生する
という問題点がある。
【０００６】本発明は、損傷を引き起こすこと無く、量
子細線のサイズ及び形状を制御することができる量子細
線の作製方法を提供することを目的とする。
子細線のサイズ及び形状を制御することができる量子細
線の作製方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＧａＡ
ｓ（１００）基板上に［００１］方向に延在するメサス
トライプを形成する工程と、前記メサストライプ上に少
なくとも第１の半導体を結晶成長させて（１１０）ファ
セット面、（１１バー０）ファセット面、及び前記（１
１０）ファセット面と前記（１１バー０）ファセット面
とで挟まれるメサトップとを形成する工程と、前記メサ
トップ上に第２の半導体を結晶成長させる工程と、前記
（１１０）ファセット面、前記（１１バー０）ファセッ
ト面、及び前記第２の半導体の表面に前記第１の半導体
と同じ組成の半導体を結晶成長させて前記第２の半導体
を埋め込むことを特徴とする量子細線作製方法が得られ
る。
ｓ（１００）基板上に［００１］方向に延在するメサス
トライプを形成する工程と、前記メサストライプ上に少
なくとも第１の半導体を結晶成長させて（１１０）ファ
セット面、（１１バー０）ファセット面、及び前記（１
１０）ファセット面と前記（１１バー０）ファセット面
とで挟まれるメサトップとを形成する工程と、前記メサ
トップ上に第２の半導体を結晶成長させる工程と、前記
（１１０）ファセット面、前記（１１バー０）ファセッ
ト面、及び前記第２の半導体の表面に前記第１の半導体
と同じ組成の半導体を結晶成長させて前記第２の半導体
を埋め込むことを特徴とする量子細線作製方法が得られ
る。
【０００８】
【作用】ＧａＡｓ（１００）基板に形成された［００
１］方向のメサストライプ上に半導体を結晶成長させる
と｛１１０｝ファセットが形成されやすい。｛１１０｝
面は、一般的な劈開面であり、非常に安定な面である。
それ故、｛１１０｝ファセット上では、Ｇａ原子の拡散
長は長く、成長速度は非常に遅い。従って、成長条件を
コントロールすることにより、メサストライプの幅を制
御することができる。即ち、量子細線のサイズを制御す
ることができる。
１］方向のメサストライプ上に半導体を結晶成長させる
と｛１１０｝ファセットが形成されやすい。｛１１０｝
面は、一般的な劈開面であり、非常に安定な面である。
それ故、｛１１０｝ファセット上では、Ｇａ原子の拡散
長は長く、成長速度は非常に遅い。従って、成長条件を
コントロールすることにより、メサストライプの幅を制
御することができる。即ち、量子細線のサイズを制御す
ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１に本発明の第１の実施例の工程図を示す。ま
ず、図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ（１００）基板
１１の表面に、［００１］方向に延在する幅約１×１０
-6ｍ、高さ約１×１０-6ｍのメサストライプ１２を形成
する。このメサストライプの形成は、例えば、フォトリ
ソグラフィの技術と、ＮＨ4 ＯＨ系エッチャントとを用
いればよい。
する。図１に本発明の第１の実施例の工程図を示す。ま
ず、図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ（１００）基板
１１の表面に、［００１］方向に延在する幅約１×１０
-6ｍ、高さ約１×１０-6ｍのメサストライプ１２を形成
する。このメサストライプの形成は、例えば、フォトリ
ソグラフィの技術と、ＮＨ4 ＯＨ系エッチャントとを用
いればよい。
【００１０】次に、このメサストライプ１２を形成した
ＧａＡｓ（１００）基板１１の表面を、有機溶剤によっ
て洗浄し、Ｈ2 ＳＯ4 でエッチングする。そして、この
ＧａＡｓ（１００）基板１１を分子線エピタキシャル装
置に導入する。続いて、分子線エピタキシャル装置の成
長室において、Ａｓ4 雰囲気中でＧａＡｓ（１００）基
板１１を６００℃に加熱し、表面の酸化膜を除去する。
その後、基板１１の温度を６２０℃に加熱し、ＧａＡｓ
を成長させる。この成長により、基板１１上には、図１
（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層１３が成長する。
ＧａＡｓ（１００）基板１１の表面を、有機溶剤によっ
て洗浄し、Ｈ2 ＳＯ4 でエッチングする。そして、この
ＧａＡｓ（１００）基板１１を分子線エピタキシャル装
置に導入する。続いて、分子線エピタキシャル装置の成
長室において、Ａｓ4 雰囲気中でＧａＡｓ（１００）基
板１１を６００℃に加熱し、表面の酸化膜を除去する。
その後、基板１１の温度を６２０℃に加熱し、ＧａＡｓ
を成長させる。この成長により、基板１１上には、図１
（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層１３が成長する。
【００１１】ここで、図１（ｂ）から明らかなように、
メサストライプ１２上のＧａＡｓ層１３は、その断面が
台形となる。これは、メサストライプ１２上にＧａＡｓ
層１３を成長させると、（１１０）ファセット１４及び
（１１バー０）ファセット１５（以下、双方を合わせて
｛１１０｝ファセットという）が形成されることによ
る。即ち、｛１１０｝ファセット上では、Ｇａ原子の拡
散長が大きく、Ｇａ原子は（１００）面に拡散し、｛１
１０｝ファセット上には、ＧａＡｓはほとんど成長しな
い。なお、（１１バー０）ファセットは、数式３で表わ
される方位を有する面である。
メサストライプ１２上のＧａＡｓ層１３は、その断面が
台形となる。これは、メサストライプ１２上にＧａＡｓ
層１３を成長させると、（１１０）ファセット１４及び
（１１バー０）ファセット１５（以下、双方を合わせて
｛１１０｝ファセットという）が形成されることによ
る。即ち、｛１１０｝ファセット上では、Ｇａ原子の拡
散長が大きく、Ｇａ原子は（１００）面に拡散し、｛１
１０｝ファセット上には、ＧａＡｓはほとんど成長しな
い。なお、（１１バー０）ファセットは、数式３で表わ
される方位を有する面である。
【００１２】
【数３】
【００１３】上記のように、｛１１０｝ファセット上に
は、ＧａＡｓはほとんど成長しない。従って、メサトッ
プ１６の幅（メサストライプ幅）は、ＧａＡｓの成長を
続けるほど狭くなる。即ち、メサストライプ幅は、Ｇａ
Ａｓの成長時間を制御することで制御できる。なお、こ
のメサストライプ幅は、数１０nmまで容易に制御するこ
とができる。
は、ＧａＡｓはほとんど成長しない。従って、メサトッ
プ１６の幅（メサストライプ幅）は、ＧａＡｓの成長を
続けるほど狭くなる。即ち、メサストライプ幅は、Ｇａ
Ａｓの成長時間を制御することで制御できる。なお、こ
のメサストライプ幅は、数１０nmまで容易に制御するこ
とができる。
【００１４】次に、図１（ｃ）に示すように、ＧａＡｓ
層１３上に、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層１７
を成長させる。ここで、Ａｌ原子の拡散長は、Ｇａ原子
の拡散長よりも小さいので、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ層１７
は、（１１０）ファセット及び（１１バー０）ファセッ
ト上にも（１００）面と同じ様に成長する。
層１３上に、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層１７
を成長させる。ここで、Ａｌ原子の拡散長は、Ｇａ原子
の拡散長よりも小さいので、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ層１７
は、（１１０）ファセット及び（１１バー０）ファセッ
ト上にも（１００）面と同じ様に成長する。
【００１５】続いて、再びＧａＡｓ層を成長させると、
図１（ｄ）に示すように（１００）面上にのみＧａＡｓ
層１８は成長する。最後に、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦
ｘ＜１）層１９を成長すると、図１（ｅ）に示すよう
に、メサストライプ１２上のＧａＡｓ層１８は、周囲を
Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層１７及び１９で囲
まれ、量子細線構造となる。
図１（ｄ）に示すように（１００）面上にのみＧａＡｓ
層１８は成長する。最後に、Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦
ｘ＜１）層１９を成長すると、図１（ｅ）に示すよう
に、メサストライプ１２上のＧａＡｓ層１８は、周囲を
Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層１７及び１９で囲
まれ、量子細線構造となる。
【００１６】次に、図２を参照して本発明の第２の実施
例を説明する。ここで、ＧａＡｓ（１００）基板上にメ
サストライプを形成し、ＧａＡｓ層を成長させる工程
は、第１の実施例と同じなので、その説明を省略する。
また、図１と同一のものには、同一番号を付すものとす
る。
例を説明する。ここで、ＧａＡｓ（１００）基板上にメ
サストライプを形成し、ＧａＡｓ層を成長させる工程
は、第１の実施例と同じなので、その説明を省略する。
また、図１と同一のものには、同一番号を付すものとす
る。
【００１７】本実施例では、ＧａＡｓ（１００）基板１
１上にＧａＡｓ層１３を成長させた後、基板温度を５０
０℃に下げ、Ｉｎ1-y Ｇａy Ａｓ層（０＜ｙ＜１）を成
長する。ここで、Ｉｎ原子の拡散長は、Ｇａ原子の拡散
長よりも大きいので、図２（ａ）に示すように、Ｉｎ
1-y Ｇａy Ａｓ層２１は、（１００）面上にのみ成長
し、（１１０）ファセット及び（１１バー０）ファセッ
ト上には成長しない。
１上にＧａＡｓ層１３を成長させた後、基板温度を５０
０℃に下げ、Ｉｎ1-y Ｇａy Ａｓ層（０＜ｙ＜１）を成
長する。ここで、Ｉｎ原子の拡散長は、Ｇａ原子の拡散
長よりも大きいので、図２（ａ）に示すように、Ｉｎ
1-y Ｇａy Ａｓ層２１は、（１００）面上にのみ成長
し、（１１０）ファセット及び（１１バー０）ファセッ
ト上には成長しない。
【００１８】最後に、ＧａＡｓ層を成長させる。このと
き、成長温度はＧａＡｓ層１３を成長させたときに比べ
て低く、図２（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層２２は、
（１１０）及び（１１バー０）ファセット上にも成長す
る。こうして、メサトップ部に幅数１０nmのＩｎ1-y Ｇ
ａy Ａｓ／ＧａＡｓ埋め込み構造を作製することができ
る。
き、成長温度はＧａＡｓ層１３を成長させたときに比べ
て低く、図２（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ層２２は、
（１１０）及び（１１バー０）ファセット上にも成長す
る。こうして、メサトップ部に幅数１０nmのＩｎ1-y Ｇ
ａy Ａｓ／ＧａＡｓ埋め込み構造を作製することができ
る。
【００１９】なお、上記実施例では、メサストライプの
方向を［００１］方向としたが、実質的に［００１］方
向であればよく、数度のずれがあっても、何等問題とな
らない。
方向を［００１］方向としたが、実質的に［００１］方
向であればよく、数度のずれがあっても、何等問題とな
らない。
【００２０】また、上記実施例では、ＡｌＧａＡｓまた
はＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとを組み合わせて量子細線構
造を作製したが、他の混晶、例えば、ＧａＡｓＰ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＡｌＧａＰ等を用いて量子細線構造を作製でき
ることはいうまでもない。
はＩｎＧａＡｓとＧａＡｓとを組み合わせて量子細線構
造を作製したが、他の混晶、例えば、ＧａＡｓＰ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＡｌＧａＰ等を用いて量子細線構造を作製でき
ることはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、ＧａＡｓ（１００）基
板上に［００１］方向に延在するメサストライプを形成
したあと、第１の半導体層を成長させて｛１１０｝ファ
セットを得るようにしたことで、形状に凹凸がなく、容
易にその幅を制御することができる量子細線を得ること
ができる。
板上に［００１］方向に延在するメサストライプを形成
したあと、第１の半導体層を成長させて｛１１０｝ファ
セットを得るようにしたことで、形状に凹凸がなく、容
易にその幅を制御することができる量子細線を得ること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための作製工
程図である。
程図である。
【図２】本発明の第２の実施例を説明するための作製工
程図である。
程図である。
【図３】従来の量子細線作製方法を用いて結晶成長を行
った基板表面を示す図であって、（ａ）は、［０１バー
１］方向のメサストライプを形成した基板、（ｂ）は
［０１バー１バー］方向のメサストライプを形成した基
板を使用したときの図。
った基板表面を示す図であって、（ａ）は、［０１バー
１］方向のメサストライプを形成した基板、（ｂ）は
［０１バー１バー］方向のメサストライプを形成した基
板を使用したときの図。
１１ ＧａＡｓ（１００）基板 １２ メサストライプ １３ ＧａＡｓ層 １４ （１１０）ファセット １５ （１１バー０）ファセット １６ メサトップ １７ Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層 １８ ＧａＡｓ層 １９ Ａｌ1-x Ｇａx Ａｓ（０≦ｘ＜１）層 ２１ Ｉｎ1-y Ｇａy Ａｓ層 ２２ ＧａＡｓ層
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ（１００）基板上に［００１］
方向に延在するメサストライプを形成する工程と、前記
メサストライプ上に少なくとも第１の半導体を結晶成長
させて（１１０）ファセット面、（１１バー０）ファセ
ット面、及び前記（１１０）ファセット面と前記（１１
バー０）ファセット面とで挟まれるメサトップとを形成
する工程と、前記メサトップ上に第２の半導体を結晶成
長させる工程と、前記（１１０）ファセット面、前記
（１１バー０）ファセット面、及び前記第２の半導体の
表面に前記第１の半導体と同じ組成の半導体を結晶成長
させて前記第２の半導体を埋め込むことを特徴とする量
子細線作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5831993A JP2671093B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 量子細線作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5831993A JP2671093B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 量子細線作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275520A true JPH06275520A (ja) | 1994-09-30 |
| JP2671093B2 JP2671093B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=13080959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5831993A Expired - Lifetime JP2671093B2 (ja) | 1993-03-18 | 1993-03-18 | 量子細線作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671093B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105280746A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 李华 | 多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池及其制备方法 |
-
1993
- 1993-03-18 JP JP5831993A patent/JP2671093B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105280746A (zh) * | 2014-07-25 | 2016-01-27 | 李华 | 多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池及其制备方法 |
| CN105280746B (zh) * | 2014-07-25 | 2018-04-13 | 江苏宜兴德融科技有限公司 | 多结太阳能电池外延结构、多结太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2671093B2 (ja) | 1997-10-29 |
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