JPH0722645A - 非線形光学素子の製造方法 - Google Patents
非線形光学素子の製造方法Info
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- JPH0722645A JPH0722645A JP14600093A JP14600093A JPH0722645A JP H0722645 A JPH0722645 A JP H0722645A JP 14600093 A JP14600093 A JP 14600093A JP 14600093 A JP14600093 A JP 14600093A JP H0722645 A JPH0722645 A JP H0722645A
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- semiconductor layer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 量子井戸構造の半導体層の表面にダメージを
与えずに、側部を垂直にし加工サイズが均一な非線形光
学素子の製造方法および再結合中心の量を制御できる非
線形光学素子の製造方法を提供する。 【構成】 基板１、バッファー層２、量子井戸構造の半
導体層３、その上に半導体キャップ層４を形成して、更
にその上にＳｉＯ2 膜５のマスクを形成し、キャップ層
４、半導体層３、バッファー層２までを連続してドライ
エッチングエッチングし、細線状の側部が垂直形状とな
る複数のパターンを形成する。次に、ＳｉＯ2 膜５のマ
スクを付けた状態で化学エッチング液に浸し、バッファ
ー層２、半導体層３、半導体キャップ層４のエッチング
を行う。
与えずに、側部を垂直にし加工サイズが均一な非線形光
学素子の製造方法および再結合中心の量を制御できる非
線形光学素子の製造方法を提供する。 【構成】 基板１、バッファー層２、量子井戸構造の半
導体層３、その上に半導体キャップ層４を形成して、更
にその上にＳｉＯ2 膜５のマスクを形成し、キャップ層
４、半導体層３、バッファー層２までを連続してドライ
エッチングエッチングし、細線状の側部が垂直形状とな
る複数のパターンを形成する。次に、ＳｉＯ2 膜５のマ
スクを付けた状態で化学エッチング液に浸し、バッファ
ー層２、半導体層３、半導体キャップ層４のエッチング
を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光双安定素子などに適
用可能な半導体超格子材料を用いた非線形光学素子の製
造方法に関するものである。
用可能な半導体超格子材料を用いた非線形光学素子の製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】量子井戸中の励起子が示す大きな非線形
光学効果、即ち光の照射により吸収率や屈折率等の光学
定数が変化する現象は、光スイッチングや光変調素子な
どに利用可能であり、この現象を利用した非線形光学素
子として、たとえば図４に示すような光双安定素子が提
案されている。
光学効果、即ち光の照射により吸収率や屈折率等の光学
定数が変化する現象は、光スイッチングや光変調素子な
どに利用可能であり、この現象を利用した非線形光学素
子として、たとえば図４に示すような光双安定素子が提
案されている。
【０００３】図４は従来の光双安定素子の一例を示す断
面模式図であり、４１が非線形光学素子、４２が誘電体
反射膜であり、４３はレーザ光線の導入方向を示してい
る。しかし、このような素子において、レーザ光の導入
により生じた励起子が再結合で消滅する時間は数ナノ秒
と長く、高速応答が行えないという問題がある。
面模式図であり、４１が非線形光学素子、４２が誘電体
反射膜であり、４３はレーザ光線の導入方向を示してい
る。しかし、このような素子において、レーザ光の導入
により生じた励起子が再結合で消滅する時間は数ナノ秒
と長く、高速応答が行えないという問題がある。
【０００４】そこで、量子井戸を複数の細線状あるいは
ドット状のパターンに加工して、加工側面に於ける励起
子の再結合を促進することにより、応答時間を速くする
方法が提案されている。これは、半導体表面に誘起され
る表面準位やそれに伴う再結合中心による励起子の消滅
を利用したものである。
ドット状のパターンに加工して、加工側面に於ける励起
子の再結合を促進することにより、応答時間を速くする
方法が提案されている。これは、半導体表面に誘起され
る表面準位やそれに伴う再結合中心による励起子の消滅
を利用したものである。
【０００５】さらに、加工寸法の微細化を進めて量子井
戸構造を更に低次元化した量子細線や量子ドットにおい
ては、励起子の自由度が束縛されるため、量子井戸より
もはるかに速い応答速度、高い光学非線形性が期待され
る。
戸構造を更に低次元化した量子細線や量子ドットにおい
ては、励起子の自由度が束縛されるため、量子井戸より
もはるかに速い応答速度、高い光学非線形性が期待され
る。
【０００６】量子井戸を細線状あるいはドット状に加工
する場合には、一般に量子井戸構造の上にマスクを形成
して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、反応性イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法等のドライエッチ
ング法を用いて、マスクのない部分を選択的にエッチン
グする事により行われている。この方法によればイオン
照射の効果により、エッチング表面に再結合中心が多数
形成されるという効果がある。
する場合には、一般に量子井戸構造の上にマスクを形成
して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、反応性イ
オンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法等のドライエッチ
ング法を用いて、マスクのない部分を選択的にエッチン
グする事により行われている。この方法によればイオン
照射の効果により、エッチング表面に再結合中心が多数
形成されるという効果がある。
【０００７】さらに細線あるいはドットの大きさを小さ
くするために、ドライエッチングで加工した後に、エッ
チング液を用いた等方性エッチングにより、マスクの下
の量子井戸構造をエッチングする方法が提案されてい
る。
くするために、ドライエッチングで加工した後に、エッ
チング液を用いた等方性エッチングにより、マスクの下
の量子井戸構造をエッチングする方法が提案されてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、量子井戸構造
を細線状あるいはドット状にパターニングする場合、マ
スク形成時やドライエッチングの際に量子井戸構造の表
面にダメージを与えるのを避ける事は難しい。
を細線状あるいはドット状にパターニングする場合、マ
スク形成時やドライエッチングの際に量子井戸構造の表
面にダメージを与えるのを避ける事は難しい。
【０００９】さらに、細線あるいはドットの大きさを小
さくするために、ドライエッチングで加工した後に、エ
ッチング液を用いた等方性エッチングにより、マスクの
下の量子井戸構造をエッチングすることができるが、こ
の場合、マスクのすぐ下の部分の量子井戸構造はエッチ
ングされにくく、図３に示すようにその部分だけサイズ
が大きくなるという問題がある。
さくするために、ドライエッチングで加工した後に、エ
ッチング液を用いた等方性エッチングにより、マスクの
下の量子井戸構造をエッチングすることができるが、こ
の場合、マスクのすぐ下の部分の量子井戸構造はエッチ
ングされにくく、図３に示すようにその部分だけサイズ
が大きくなるという問題がある。
【００１０】図３は上記従来法によりドライエッチング
と等方性エッチングを併用することによって得られた非
線形光学素子の断面図を示すものであり、図中、３１が
基板、３２が量子井戸構造を有する半導体層、３３がマ
スクを示しており、マスクのすぐ下の部分の量子井戸構
造を有する半導体層３２はサイズが大きくなっている。
と等方性エッチングを併用することによって得られた非
線形光学素子の断面図を示すものであり、図中、３１が
基板、３２が量子井戸構造を有する半導体層、３３がマ
スクを示しており、マスクのすぐ下の部分の量子井戸構
造を有する半導体層３２はサイズが大きくなっている。
【００１１】このようなサイズの不均一性は、量子化エ
ネルギーの揺らぎを生じるため、量子化エネルギーは広
がりを持ったプロファイルとなり、励起子の生成効率が
悪くなり、量子閉じこめ効果が低下するといった問題が
生じる。特に、量子サイズ効果が問題となる大きさ、例
えば約５０ｎｍ以下であればサイズの不均一性は大きな
問題となる。
ネルギーの揺らぎを生じるため、量子化エネルギーは広
がりを持ったプロファイルとなり、励起子の生成効率が
悪くなり、量子閉じこめ効果が低下するといった問題が
生じる。特に、量子サイズ効果が問題となる大きさ、例
えば約５０ｎｍ以下であればサイズの不均一性は大きな
問題となる。
【００１２】本発明の第１の発明はこのような課題に鑑
みてなされたものであり、多重量子井戸からなる半導体
層にダメージを与えずに励起子が効率的に生成され得
る、量子井戸構造を有する半導体層のサイズが均一な非
線形光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、多重量子井戸からなる半導体
層にダメージを与えずに励起子が効率的に生成され得
る、量子井戸構造を有する半導体層のサイズが均一な非
線形光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】また、従来法に於いてＲＩＥ法やＲＩＢＥ
法等のドライエッチング法を用いて加工することによ
り、イオン照射の効果により表面に再結合中心を多数形
成する方法に於いては、エッチングが主たる目的である
ため、イオン照射による再結合中心の量を制御すること
は難しい。
法等のドライエッチング法を用いて加工することによ
り、イオン照射の効果により表面に再結合中心を多数形
成する方法に於いては、エッチングが主たる目的である
ため、イオン照射による再結合中心の量を制御すること
は難しい。
【００１４】本発明の第２の発明はこのような課題に鑑
みてなされたものであり、加工側面に形成されるイオン
照射によって形成される再結合中心の量を制御できる製
造方法を提供することを目的とする。
みてなされたものであり、加工側面に形成されるイオン
照射によって形成される再結合中心の量を制御できる製
造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の第１の非線形光学素子の製造方法の発明は、
半導体基板上に半導体バッファー層を積層する工程と、
前記半導体バッファー層とバンドギャップが同じもしく
は小さい材料によって構成されたバリア層を有する超格
子構造の半導体層を、前記半導体バッファー層の上に積
層する工程と、前記バリア層とバンドギャップが同じも
しくは大きい材料によって構成された半導体キャップ層
を前記超格子構造の半導体層の上に積層する工程と、前
記半導体キャップ層の上に細線状またはドット状のマス
クを形成する工程と、前記半導体キャップ層と超格子構
造の半導体層、或いは、前記半導体キャップ層と超格子
構造の半導体層と半導体バッファー層とを選択的にドラ
イエッチングして前記マスクの下に残存する前記超格子
構造の半導体層の側部を垂直形状にエッチングする工程
と、エッチング液を用いた等方性エッチングにより少な
くとも前記超格子構造の半導体層の側部をエッチングす
る工程からなることを特徴とする。
に本発明の第１の非線形光学素子の製造方法の発明は、
半導体基板上に半導体バッファー層を積層する工程と、
前記半導体バッファー層とバンドギャップが同じもしく
は小さい材料によって構成されたバリア層を有する超格
子構造の半導体層を、前記半導体バッファー層の上に積
層する工程と、前記バリア層とバンドギャップが同じも
しくは大きい材料によって構成された半導体キャップ層
を前記超格子構造の半導体層の上に積層する工程と、前
記半導体キャップ層の上に細線状またはドット状のマス
クを形成する工程と、前記半導体キャップ層と超格子構
造の半導体層、或いは、前記半導体キャップ層と超格子
構造の半導体層と半導体バッファー層とを選択的にドラ
イエッチングして前記マスクの下に残存する前記超格子
構造の半導体層の側部を垂直形状にエッチングする工程
と、エッチング液を用いた等方性エッチングにより少な
くとも前記超格子構造の半導体層の側部をエッチングす
る工程からなることを特徴とする。
【００１６】また、本発明の第２の非線形光学素子の製
造方法の発明は、半導体基板上に、半導体バッファー
層、前記半導体バッファー層とバンドギャップが同じも
しくは小さい材料によって構成されたバリア層を有する
超格子構造の半導体層、前記バリア層とバンドギャップ
が同じもしくは大きい材料によって構成された半導体キ
ャップ層が順次積層されてなり、前記半導体キャップ層
と超格子構造の半導体層と半導体バッファー層、或い
は、前記半導体キャップ層と超格子構造の半導体層とが
その形状が細線状またはドット状である非線形光学素子
であって、前記半導体キャップ層の上に更にマスクが形
成されている非線形光学素子にイオンを照射することに
より前記超格子構造の半導体層の表面近傍に再結合中心
を形成することを特徴とする。
造方法の発明は、半導体基板上に、半導体バッファー
層、前記半導体バッファー層とバンドギャップが同じも
しくは小さい材料によって構成されたバリア層を有する
超格子構造の半導体層、前記バリア層とバンドギャップ
が同じもしくは大きい材料によって構成された半導体キ
ャップ層が順次積層されてなり、前記半導体キャップ層
と超格子構造の半導体層と半導体バッファー層、或い
は、前記半導体キャップ層と超格子構造の半導体層とが
その形状が細線状またはドット状である非線形光学素子
であって、前記半導体キャップ層の上に更にマスクが形
成されている非線形光学素子にイオンを照射することに
より前記超格子構造の半導体層の表面近傍に再結合中心
を形成することを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明の第１の発明によれば、加工される半導
体層の上に、マスク形成時及びドライエッチング時にお
けるダメージを吸収する半導体キャップ層を設けて、キ
ャップ層ならびに超格子構造の半導体層、更に必要に応
じてバッファー層をドライエッチングして例えば細線状
やドット状にエッチングしている。このため、マスク形
成時及びドライエッチング時のダメージはすべて半導体
キャップ層で吸収されるので、多重量子井戸を有する半
導体層の表面にダメージを与える事がない。さらに、エ
ッチング液を用いた等方性エッチングにより、サイズを
小さくする場合、マスクのすぐ下の部分は半導体キャッ
プ層であるから、サイズが不均一になるのはこの部分で
吸収され、多重量子井戸構造を有する半導体層のサイズ
が不均一になるのを防止する事ができる。従って、多重
量子井戸構造を有する半導体層の側部は垂直になり、そ
の量子井戸構造はパターン幅方向に均一なサイズで閉じ
込められることになり、量子化エネルギーの揺らぎが解
消され、エネルギー強度が大きくなる。
体層の上に、マスク形成時及びドライエッチング時にお
けるダメージを吸収する半導体キャップ層を設けて、キ
ャップ層ならびに超格子構造の半導体層、更に必要に応
じてバッファー層をドライエッチングして例えば細線状
やドット状にエッチングしている。このため、マスク形
成時及びドライエッチング時のダメージはすべて半導体
キャップ層で吸収されるので、多重量子井戸を有する半
導体層の表面にダメージを与える事がない。さらに、エ
ッチング液を用いた等方性エッチングにより、サイズを
小さくする場合、マスクのすぐ下の部分は半導体キャッ
プ層であるから、サイズが不均一になるのはこの部分で
吸収され、多重量子井戸構造を有する半導体層のサイズ
が不均一になるのを防止する事ができる。従って、多重
量子井戸構造を有する半導体層の側部は垂直になり、そ
の量子井戸構造はパターン幅方向に均一なサイズで閉じ
込められることになり、量子化エネルギーの揺らぎが解
消され、エネルギー強度が大きくなる。
【００１８】本発明の第２の発明によれば、細線状やド
ット状にエッチングされたキャップ層ならびに超格子構
造の半導体層、更に必要に応じてバッファー層の側面に
イオン注入し、イオン注入のイオンエネルギー及びドー
ズ量を制御することにより、表面近傍にイオン照射によ
って形成される再結合中心の量を制御することができ
る。イオン注入ではイオンエネルギー及びドーズ量を正
確に制御することができるので、再現性よく、再結合中
心の量を制御できる。
ット状にエッチングされたキャップ層ならびに超格子構
造の半導体層、更に必要に応じてバッファー層の側面に
イオン注入し、イオン注入のイオンエネルギー及びドー
ズ量を制御することにより、表面近傍にイオン照射によ
って形成される再結合中心の量を制御することができ
る。イオン注入ではイオンエネルギー及びドーズ量を正
確に制御することができるので、再現性よく、再結合中
心の量を制御できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。本発
明に於いて半導体基板としては、例えばＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐからなる基板などが代表的な例である。バッファー層
としては基板の種類や超格子構造の半導体層に用いられ
る半導体の種類などによって異なるが、例えばIII −Ｖ
族半導体や、II−VI族半導体などが挙げられる。超格子
構造の半導体層に用いられる半導体としては、例えばII
I −Ｖ族半導体や、II−VI族半導体などが好ましい。ま
た、キャップ層としては、用いた超格子構造の半導体層
に用いられる半導体の種類などによって異なるが、例え
ばIII −Ｖ族半導体や、II−VI族半導体などが挙げられ
る。
明に於いて半導体基板としては、例えばＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐからなる基板などが代表的な例である。バッファー層
としては基板の種類や超格子構造の半導体層に用いられ
る半導体の種類などによって異なるが、例えばIII −Ｖ
族半導体や、II−VI族半導体などが挙げられる。超格子
構造の半導体層に用いられる半導体としては、例えばII
I −Ｖ族半導体や、II−VI族半導体などが好ましい。ま
た、キャップ層としては、用いた超格子構造の半導体層
に用いられる半導体の種類などによって異なるが、例え
ばIII −Ｖ族半導体や、II−VI族半導体などが挙げられ
る。
【００２０】細線状またはドット状のマスクの素材とし
ては、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4 、その他の誘電体が好まし
く用いられる。ドライエッチング法としては、特に限定
するものではないが、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法
等のドライエッチング法等が好ましい。本発明に於いて
は、ドライエッチングによりバッファー層までドライエ
ッチングしてもよいし、バッファー層の中間まででもよ
いし、バッファー層はエッチングせずにその上の超格子
構造の半導体層までのドライエッチングでもよい。
ては、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3Ｎ4 、その他の誘電体が好まし
く用いられる。ドライエッチング法としては、特に限定
するものではないが、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法
等のドライエッチング法等が好ましい。本発明に於いて
は、ドライエッチングによりバッファー層までドライエ
ッチングしてもよいし、バッファー層の中間まででもよ
いし、バッファー層はエッチングせずにその上の超格子
構造の半導体層までのドライエッチングでもよい。
【００２１】エッチング液を用いる等方性エッチングの
際のエッチング液としては、等方性エッチングの対象と
される対象物の素材によって等方性エッチングが可能な
エッチング液を適宜選定して用いればよい。特に硫酸は
比較的よく用いられるエッチング液である。
際のエッチング液としては、等方性エッチングの対象と
される対象物の素材によって等方性エッチングが可能な
エッチング液を適宜選定して用いればよい。特に硫酸は
比較的よく用いられるエッチング液である。
【００２２】また、前記第２の発明で用いるイオン照射
によってイオン注入を行う場合の用いられるイオンの種
類については半導体層の内部まで変化（組成とかエネル
ギーギャップを変化）させるようなイオンでない限り特
に限定されないが、半導体層に取り込まれる元素であれ
ば拡散しにくい材料が好ましい。
によってイオン注入を行う場合の用いられるイオンの種
類については半導体層の内部まで変化（組成とかエネル
ギーギャップを変化）させるようなイオンでない限り特
に限定されないが、半導体層に取り込まれる元素であれ
ば拡散しにくい材料が好ましい。
【００２３】照射するイオンのエネルギーについては、
半導体層の表面近傍にのみ照射し、イオン照射によるダ
メージを小さくするために低エネルギーであるほど好ま
しい。従ってイオンのエネルギーの上限は５００ｅＶま
でとし、下限は１ｅＶ以上が好ましい。特に好ましくは
１００ｅＶ以下数ｅＶ以上である。イオンを照射する量
については、再結合中心をどの程度形成するかにより決
定される。あまりに少なすぎると効果が小さく、多すぎ
ると結晶構造を破壊する恐れがあるため、通常はドーズ
量として１０10個／ｃｍ2 〜１０17個／ｃｍ2 の範囲を
用いることが好ましい。
半導体層の表面近傍にのみ照射し、イオン照射によるダ
メージを小さくするために低エネルギーであるほど好ま
しい。従ってイオンのエネルギーの上限は５００ｅＶま
でとし、下限は１ｅＶ以上が好ましい。特に好ましくは
１００ｅＶ以下数ｅＶ以上である。イオンを照射する量
については、再結合中心をどの程度形成するかにより決
定される。あまりに少なすぎると効果が小さく、多すぎ
ると結晶構造を破壊する恐れがあるため、通常はドーズ
量として１０10個／ｃｍ2 〜１０17個／ｃｍ2 の範囲を
用いることが好ましい。
【００２４】図２にイオンを照射することにより超格子
構造の半導体層の表面近傍に再結合中心を形成する方法
を実施する場合の一例の実施方法を示す断面図を示し
た。イオンを照射する際に図２に示したように照射する
イオンの方向８が照射対象物の斜めから照射することに
より、半導体層に均一に注入する事ができる。さらに、
ドライエッチングした方向を軸として基板１を回転させ
ることによってイオンを半導体層に均一に注入させるこ
とができるので好ましい。
構造の半導体層の表面近傍に再結合中心を形成する方法
を実施する場合の一例の実施方法を示す断面図を示し
た。イオンを照射する際に図２に示したように照射する
イオンの方向８が照射対象物の斜めから照射することに
より、半導体層に均一に注入する事ができる。さらに、
ドライエッチングした方向を軸として基板１を回転させ
ることによってイオンを半導体層に均一に注入させるこ
とができるので好ましい。
【００２５】以下、具体的に実施例により、さらに本発
明を説明する。 実施例１ 図１は、本発明の実施例１における製造工程を示す断面
図である。まず、分子線エピタキシー法や有機金属気相
成長法を用いてＧａＡｓ基板１の上にＺｎＳyＳｅ
1-y (y=0.05)バッファー層２を成長させた後、膜厚4nm
のＺｎx Ｃｄ1-x Ｓ y Ｓｅ1-y (x=0.75, y=0.05)ウエル
層と膜厚12nmのＺｎＳy Ｓｅ1-y (y=0.05)バリア層を交
互に10層ずつ積層させた多重量子井戸構造の被加工半導
体層３を形成する。次にＺｎＳy Ｓｅ1-y (y=0.05)キャ
ップ層４を積層させる。（図１の（ａ）参照）。
明を説明する。 実施例１ 図１は、本発明の実施例１における製造工程を示す断面
図である。まず、分子線エピタキシー法や有機金属気相
成長法を用いてＧａＡｓ基板１の上にＺｎＳyＳｅ
1-y (y=0.05)バッファー層２を成長させた後、膜厚4nm
のＺｎx Ｃｄ1-x Ｓ y Ｓｅ1-y (x=0.75, y=0.05)ウエル
層と膜厚12nmのＺｎＳy Ｓｅ1-y (y=0.05)バリア層を交
互に10層ずつ積層させた多重量子井戸構造の被加工半導
体層３を形成する。次にＺｎＳy Ｓｅ1-y (y=0.05)キャ
ップ層４を積層させる。（図１の（ａ）参照）。
【００２６】ここで、バッファー層２の厚みは、基板１
と被加工半導体層３の格子不整合を緩和できる厚みであ
り、例えば５００ｎｍとする。また、キャップ層４の厚
みは、後の工程で必要なマスク作製時やドライエッチン
グの際の表面のダメージをこの部分で吸収し、かつ化学
エッチングの際のサイズの不均一性をこの部分で吸収す
るだけの厚みがあればよいので、例えば１００ｎｍとす
る。
と被加工半導体層３の格子不整合を緩和できる厚みであ
り、例えば５００ｎｍとする。また、キャップ層４の厚
みは、後の工程で必要なマスク作製時やドライエッチン
グの際の表面のダメージをこの部分で吸収し、かつ化学
エッチングの際のサイズの不均一性をこの部分で吸収す
るだけの厚みがあればよいので、例えば１００ｎｍとす
る。
【００２７】この後に、キャップ層４の上にスパッタリ
ング法によってＳｉＯ2 膜５を２００ｎｍの厚さに成長
し、続いてこの上にアルミニウム膜６を真空蒸着によっ
て１００ｎｍの厚さに成長して、続いてこの上に電子ビ
ーム用レジストを塗布してこれを集束イオンビーム露光
法により露光し、例えばピッチ２５０ｎｍ、線幅７０ｎ
ｍの複数の細線状のパターンを露光する。そしてこのレ
ジストを現像して、細線状のレジストパターン７を形成
する。（図１の（ｂ）参照）。
ング法によってＳｉＯ2 膜５を２００ｎｍの厚さに成長
し、続いてこの上にアルミニウム膜６を真空蒸着によっ
て１００ｎｍの厚さに成長して、続いてこの上に電子ビ
ーム用レジストを塗布してこれを集束イオンビーム露光
法により露光し、例えばピッチ２５０ｎｍ、線幅７０ｎ
ｍの複数の細線状のパターンを露光する。そしてこのレ
ジストを現像して、細線状のレジストパターン７を形成
する。（図１の（ｂ）参照）。
【００２８】次に、ＢＣｌ3 ガスを使用した反応性イオ
ンエッチング法により、レジストパターン７から露出し
たアルミニウム膜６をエッチング除去して、アルミニウ
ム膜６を複数の細線状パターンに形成する。（図１の
（ｃ）参照）。
ンエッチング法により、レジストパターン７から露出し
たアルミニウム膜６をエッチング除去して、アルミニウ
ム膜６を複数の細線状パターンに形成する。（図１の
（ｃ）参照）。
【００２９】次に、ＣＦ4 ガスあるいはＣＨＦ3 ガスを
用いた反応性イオンエッチング法により、アルミニウム
６のパターンから露出したＳｉＯ2 膜５をエッチング除
去して、ＳｉＯ2 膜の細線状パターンを形成する。（図
１の（ｄ）参照）。
用いた反応性イオンエッチング法により、アルミニウム
６のパターンから露出したＳｉＯ2 膜５をエッチング除
去して、ＳｉＯ2 膜の細線状パターンを形成する。（図
１の（ｄ）参照）。
【００３０】この後、細線状のＳｉＯ2 膜５のパターン
をマスクにして、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法により、キャップ層４、被加
工半導体層３、バッファー層２までを連続してエッチン
グし、細線状の複数のパターンを形成する。この場合、
被加工半導体層３のパターンの側部が垂直形状となるよ
うなエッチング条件とする。エッチングはここではバッ
ファー層２のまで行なったが、バッファー層２の中間ま
ででもよいし、バッファー層２はエッチングしなくても
よい。（図１の（ｅ）参照）。
をマスクにして、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法により、キャップ層４、被加
工半導体層３、バッファー層２までを連続してエッチン
グし、細線状の複数のパターンを形成する。この場合、
被加工半導体層３のパターンの側部が垂直形状となるよ
うなエッチング条件とする。エッチングはここではバッ
ファー層２のまで行なったが、バッファー層２の中間ま
ででもよいし、バッファー層２はエッチングしなくても
よい。（図１の（ｅ）参照）。
【００３１】次に、ＳｉＯ2 膜５のマスクを付けた状態
で化学エッチング液に浸し、半導体バッファー層２、多
重量子井戸構造の半導体層３、半導体キャップ層４のエ
ッチングを行う。（図１の（ｆ）参照）。
で化学エッチング液に浸し、半導体バッファー層２、多
重量子井戸構造の半導体層３、半導体キャップ層４のエ
ッチングを行う。（図１の（ｆ）参照）。
【００３２】このようにして形成された細線状の多重量
子井戸構造の半導体層３の表面は加工の際にダメージを
受けておらず、その側部は垂直形状を示しており、均一
なサイズで閉じ込められるため、量子化エネルギーの揺
らぎが小さくなる。
子井戸構造の半導体層３の表面は加工の際にダメージを
受けておらず、その側部は垂直形状を示しており、均一
なサイズで閉じ込められるため、量子化エネルギーの揺
らぎが小さくなる。
【００３３】上記した実施例では、量子井戸構造の被加
工半導体層を複数の細線状に加工したが、例えば７０ｎ
ｍの直径を持つドット状に加工できることは言うまでも
ない。この時も量子井戸構造の半導体層の上に半導体バ
ッファー層を設けることにより、量子井戸構造にダメー
ジを与えることなく、化学エッチングの際に側部を垂直
形状に加工できる。
工半導体層を複数の細線状に加工したが、例えば７０ｎ
ｍの直径を持つドット状に加工できることは言うまでも
ない。この時も量子井戸構造の半導体層の上に半導体バ
ッファー層を設けることにより、量子井戸構造にダメー
ジを与えることなく、化学エッチングの際に側部を垂直
形状に加工できる。
【００３４】なお、上記量子井戸構造の半導体は上記し
た材料に限られるものではないし、半導体キャップ層に
用いられる材料も上記した材料に限定されない。半導体
キャップ層の材料は多重量子井戸構造を有する半導体層
のバリア層と同じもしくは大きなバンドギャップを持つ
材料であればよい。また加工の際の多重量子井戸構造の
線幅、ピッチなどの条件も上記実施例に限定されない。
量子井戸構造の積層回数についても一単位以上であれば
特に限定されない。
た材料に限られるものではないし、半導体キャップ層に
用いられる材料も上記した材料に限定されない。半導体
キャップ層の材料は多重量子井戸構造を有する半導体層
のバリア層と同じもしくは大きなバンドギャップを持つ
材料であればよい。また加工の際の多重量子井戸構造の
線幅、ピッチなどの条件も上記実施例に限定されない。
量子井戸構造の積層回数についても一単位以上であれば
特に限定されない。
【００３５】実施例２ 実施例１において、細線状のＳｉＯ2 膜５のパターンを
マスクにして、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）法により、キャップ層４、被加工
半導体層３、バッファー層２までを連続してエッチング
し、細線状の複数のパターンを形成したもの（図１の
（ｅ）参照）を試料とする。次にＳｉＯ2マスク５を付
けた状態で化学エッチング液に浸し、半導体バッファー
層２、多重量子井戸構造の半導体層３、半導体キャップ
層４のエッチングを行う。その後、アルミニウム膜６を
化学エッチングによって取り除く。
マスクにして、三塩化ほう素ガスを用いた反応性イオン
エッチング（ＲＩＥ）法により、キャップ層４、被加工
半導体層３、バッファー層２までを連続してエッチング
し、細線状の複数のパターンを形成したもの（図１の
（ｅ）参照）を試料とする。次にＳｉＯ2マスク５を付
けた状態で化学エッチング液に浸し、半導体バッファー
層２、多重量子井戸構造の半導体層３、半導体キャップ
層４のエッチングを行う。その後、アルミニウム膜６を
化学エッチングによって取り除く。
【００３６】次に、図２に示すように、イオン注入を行
う。すなわち、前記エッング加工によって形成された非
線形光学素子に基板を回転させながら斜め方向からＡｒ
イオンをイオンのエネルギー１００ｅｖでドーズ量とし
て１×１０13個／ｃｍ2 イオン注入した。
う。すなわち、前記エッング加工によって形成された非
線形光学素子に基板を回転させながら斜め方向からＡｒ
イオンをイオンのエネルギー１００ｅｖでドーズ量とし
て１×１０13個／ｃｍ2 イオン注入した。
【００３７】その結果、再結合中心をほぼ目的の程度に
制御できたことを励起子の発光寿命によって確認した。
なお、上記の本実施例では、実施例１で製造した試料を
用いたが、半導体バッファー層、量子井戸構造を含む半
導体層、半導体キャップ層が順次積層されてなる細線状
あるいはドット状の非線形光学材料であって、半導体キ
ャップ層の上にマスクがあれば、試料として用いること
ができる。
制御できたことを励起子の発光寿命によって確認した。
なお、上記の本実施例では、実施例１で製造した試料を
用いたが、半導体バッファー層、量子井戸構造を含む半
導体層、半導体キャップ層が順次積層されてなる細線状
あるいはドット状の非線形光学材料であって、半導体キ
ャップ層の上にマスクがあれば、試料として用いること
ができる。
【００３８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の第１の発明
によれば、ドライエッチングにより半導体層の上部にダ
メージが入らない状態で、半導体層の側部を垂直にする
事ができる。さらに、化学エッチングの際に、その量子
井戸構造はパターン幅方向に均一なサイズで閉じ込めら
れることになり、量子化エネルギーの揺らぎが解消さ
れ、エネルギー強度が大きな非線形光学素子を製造する
ことができる。
によれば、ドライエッチングにより半導体層の上部にダ
メージが入らない状態で、半導体層の側部を垂直にする
事ができる。さらに、化学エッチングの際に、その量子
井戸構造はパターン幅方向に均一なサイズで閉じ込めら
れることになり、量子化エネルギーの揺らぎが解消さ
れ、エネルギー強度が大きな非線形光学素子を製造する
ことができる。
【００３９】さらに、本発明の第２の発明によれば、量
子井戸構造の半導体層の表面近傍にできる再結合中心の
量を制御することができるので、最適な再結合中心の量
を見積もることができるため、高速応答の光スイッチン
グ素子を製造することができる。
子井戸構造の半導体層の表面近傍にできる再結合中心の
量を制御することができるので、最適な再結合中心の量
を見積もることができるため、高速応答の光スイッチン
グ素子を製造することができる。
【図１】本発明の第１の発明の一実施例における製造方
法の工程を示す断面図。
法の工程を示す断面図。
【図２】本発明の第２の発明の一実施例における製造方
法を示す断面図。
法を示す断面図。
【図３】従来の製造方法によって得られた非線形光学素
子の一例を示す断面図。
子の一例を示す断面図。
【図４】従来の光双安定素子の一例を示す断面図。
１ 基板 ２ バッファー層 ３ 多重量子井戸構造を有する被加工半導体層 ４．キャップ層 ５ ＳｉＯ2 膜 ６ アルミニウム膜 ７ レジストパターン ８ 照射するイオンの方向 ３１ 基板 ３２ 量子井戸構造を有する半導体層 ３３ マスク ４１ 非線形光学素子 ４２ 誘電体反射膜 ４３ レーザ光線の導入方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三露 常男 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体基板上に半導体バッファー層を積
層する工程と、前記半導体バッファー層とバンドギャッ
プが同じもしくは小さい材料によって構成されたバリア
層を有する超格子構造の半導体層を、前記半導体バッフ
ァー層の上に積層する工程と、前記バリア層とバンドギ
ャップが同じもしくは大きい材料によって構成された半
導体キャップ層を前記超格子構造の半導体層の上に積層
する工程と、前記半導体キャップ層の上に細線状または
ドット状のマスクを形成する工程と、前記半導体キャッ
プ層と超格子構造の半導体層、或いは、前記半導体キャ
ップ層と超格子構造の半導体層と半導体バッファー層と
を選択的にドライエッチングして前記マスクの下に残存
する前記超格子構造の半導体層の側部を垂直形状にエッ
チングする工程と、エッチング液を用いた等方性エッチ
ングにより少なくとも前記超格子構造の半導体層の側部
をエッチングする工程からなることを特徴とする非線形
光学素子の製造方法。 - 【請求項２】 半導体基板上に、半導体バッファー層、
前記半導体バッファー層とバンドギャップが同じもしく
は小さい材料によって構成されたバリア層を有する超格
子構造の半導体層、前記バリア層とバンドギャップが同
じもしくは大きい材料によって構成された半導体キャッ
プ層が順次積層されてなり、前記半導体キャップ層と超
格子構造の半導体層と半導体バッファー層、或いは、前
記半導体キャップ層と超格子構造の半導体層とがその形
状が細線状またはドット状である非線形光学素子であっ
て、前記半導体キャップ層の上に更にマスクが形成され
ている非線形光学素子にイオンを照射することにより前
記超格子構造の半導体層の表面近傍に再結合中心を形成
することを特徴とする非線形光学素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14600093A JPH0722645A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 非線形光学素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14600093A JPH0722645A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 非線形光学素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722645A true JPH0722645A (ja) | 1995-01-24 |
Family
ID=15397841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14600093A Pending JPH0722645A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 非線形光学素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722645A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100228595B1 (ko) * | 1995-10-04 | 1999-11-01 | 요시토미 마사오 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP14600093A patent/JPH0722645A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100228595B1 (ko) * | 1995-10-04 | 1999-11-01 | 요시토미 마사오 | 반도체장치 및 그 제조방법 |
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