JPH10172912A - 量子構造の形成方法 - Google Patents
量子構造の形成方法Info
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- JPH10172912A JPH10172912A JP32742296A JP32742296A JPH10172912A JP H10172912 A JPH10172912 A JP H10172912A JP 32742296 A JP32742296 A JP 32742296A JP 32742296 A JP32742296 A JP 32742296A JP H10172912 A JPH10172912 A JP H10172912A
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- Japan
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- mask
- fine
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 微細な量子構造を生産性よく形成する量子構
造の形成方法を提供する。 【解決手段】 加熱分子線セル１から基板８上に設けた
マスク１０に反応性ガスを局所的に照射して、前記マス
ク１０に微細開口部を形成し、次いで、前記開口部に原
料ガスを供給して、前記基板８上に微細な量子構造を形
成する。
造の形成方法を提供する。 【解決手段】 加熱分子線セル１から基板８上に設けた
マスク１０に反応性ガスを局所的に照射して、前記マス
ク１０に微細開口部を形成し、次いで、前記開口部に原
料ガスを供給して、前記基板８上に微細な量子構造を形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、量子細線、量子箱
などの微細な量子構造の形成方法に関する。
などの微細な量子構造の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子細線や量子井戸箱などのナノレベル
の微細な量子構造を利用した素子開発が注目されてい
る。。従来、微細な量子構造の形成方法としては、例え
ば、３−５族化合物半導体基板上にＳｉＯ2 の微細な開
口部を有するマスクを形成し、原子交互供給エピタキシ
ャル成長法により前記微細な開口部のみに選択的に３−
５族化合物半導体を成長させ、量子構造を形成する。こ
こで、原子交互供給エピタキシャル成長法はＭＢＥ法を
基にした成長方法で、例えば３族と５族原料をシャッタ
ー操作により交互にパルス状に基板上に供給し、３−５
族化合物半導体を成長させるものである。この成長方法
では、成長温度を比較的低くしても、完全性の高い結晶
を得ることができるという特徴がある。例えばＧａＡｓ
の場合には、原料としてトリメチルガリウム、アルシン
などを用い、これらのガスをパルス状に交互に供給し、
基板温度を４５０〜５５０℃の比較的低温にして、Ｇａ
とＡｓの原子を交互に基板上に一層づつ積層させること
ができる。
の微細な量子構造を利用した素子開発が注目されてい
る。。従来、微細な量子構造の形成方法としては、例え
ば、３−５族化合物半導体基板上にＳｉＯ2 の微細な開
口部を有するマスクを形成し、原子交互供給エピタキシ
ャル成長法により前記微細な開口部のみに選択的に３−
５族化合物半導体を成長させ、量子構造を形成する。こ
こで、原子交互供給エピタキシャル成長法はＭＢＥ法を
基にした成長方法で、例えば３族と５族原料をシャッタ
ー操作により交互にパルス状に基板上に供給し、３−５
族化合物半導体を成長させるものである。この成長方法
では、成長温度を比較的低くしても、完全性の高い結晶
を得ることができるという特徴がある。例えばＧａＡｓ
の場合には、原料としてトリメチルガリウム、アルシン
などを用い、これらのガスをパルス状に交互に供給し、
基板温度を４５０〜５５０℃の比較的低温にして、Ｇａ
とＡｓの原子を交互に基板上に一層づつ積層させること
ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
微細な量子構造の形成方法には次のような問題があっ
た。即ち、 １）マスクに微細な開口部のパターンを化学エッチング
などにより形成していたが、エッチングによるパターン
の微細化には限界があった。 ２）マスクのパターン形成と結晶成長のプロセスを別個
の装置で行うため、生産性の向上に限界があった。
微細な量子構造の形成方法には次のような問題があっ
た。即ち、 １）マスクに微細な開口部のパターンを化学エッチング
などにより形成していたが、エッチングによるパターン
の微細化には限界があった。 ２）マスクのパターン形成と結晶成長のプロセスを別個
の装置で行うため、生産性の向上に限界があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、基板上に設けたマスクに反応
性ガスを局所的に照射して前記マスクに微細開口部を形
成し、次いで、前記微細開口部に原料ガスを供給し、前
記基板上に微細な量子構造を形成することを特徴とする
量子構造の形成方法である。
決すべくなされたもので、基板上に設けたマスクに反応
性ガスを局所的に照射して前記マスクに微細開口部を形
成し、次いで、前記微細開口部に原料ガスを供給し、前
記基板上に微細な量子構造を形成することを特徴とする
量子構造の形成方法である。
【０００５】本発明は鋭意検討した結果として得られた
ものである。即ち、反応性ガスを基板上のマスクに照射
すると、マスクをエッチングすることができるので、こ
の反応ガスを十分に微細な開口部を通すなどして絞り、
局所的にマスクに照射することにより、マスクに所望の
サイズの微細開口部を形成することができる。反応性ガ
スとしては、ＳｉＯ2 、ＧａＮなどからなるマスクに対
して、例えばＡｓＢｒ3 、ＰＢｒ3 、ＡｓＣｌ3 、ＰＣ
ｌ3 などのガスを高温で熱分解した、腐食性の強いガス
を用いることができる。また、上述のように形成された
マスクの微細開口部に原料ガスを供給すると、前記基板
上に微細な量子構造を気相成長させることができる。気
相成長方法としては、前述の原子交互供給エピタキシャ
ル成長法、ＭＢＥ法などを用いることができる。さら
に、同一超高真空装置内に反応ガス供給源と原料ガス供
給源を設けると、マスクに微細開口部を形成する工程
と、前記微細開口部に量子構造を形成する工程を同一装
置内で連続して行うことができるので、生産性が向上す
る。
ものである。即ち、反応性ガスを基板上のマスクに照射
すると、マスクをエッチングすることができるので、こ
の反応ガスを十分に微細な開口部を通すなどして絞り、
局所的にマスクに照射することにより、マスクに所望の
サイズの微細開口部を形成することができる。反応性ガ
スとしては、ＳｉＯ2 、ＧａＮなどからなるマスクに対
して、例えばＡｓＢｒ3 、ＰＢｒ3 、ＡｓＣｌ3 、ＰＣ
ｌ3 などのガスを高温で熱分解した、腐食性の強いガス
を用いることができる。また、上述のように形成された
マスクの微細開口部に原料ガスを供給すると、前記基板
上に微細な量子構造を気相成長させることができる。気
相成長方法としては、前述の原子交互供給エピタキシャ
ル成長法、ＭＢＥ法などを用いることができる。さら
に、同一超高真空装置内に反応ガス供給源と原料ガス供
給源を設けると、マスクに微細開口部を形成する工程
と、前記微細開口部に量子構造を形成する工程を同一装
置内で連続して行うことができるので、生産性が向上す
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる量
子構造の形成方法の一実施形態に用いた装置の部分説明
図である。この装置は、超高真空装置内に加熱分子線セ
ル１、スキマー２、基板８を載置するサセプタ３を設け
たものである。この装置では、微細構造を形成するため
の反応性ガスと、量子構造を形成するための原料ガスの
供給を同一の加熱分子線セル１を用いて行う。この加熱
分子線セル１は、先端に５００Å径の開口部４ａを有す
る石英ガラス製の細いノズル４と、その外周を覆う熱遮
蔽管５から構成されている。このノズル４の中には供給
されるガスへの熱伝達をよくするための多孔質の棒状セ
ラミックス体６が挿入されており、また、ノズル４の外
側にはノズル４を加熱するためのタングステンのヒータ
ー７が巻かれている。また、スキマー（極細かい穴の開
いた治具）２は５００Å径の開口部２ａを有し、ノズル
４と基板８の間に、基板８に１００Å以下に接近して、
かつ、基板表面の汚染を防止するために基板８に接しな
いように設置されている。スキマー２の開口部２ａとノ
ズル４の開口部４ａの位置合わせは、ノズル４内を供給
ガスの導入方向に（図１において、左方向に）レーザ光
線を照射して、開口部２ａ、４ａを通過する光強度が最
大になるようにして行う。さらに、サセプタ３は基板８
を加熱するためのヒーター９を内蔵している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる量
子構造の形成方法の一実施形態に用いた装置の部分説明
図である。この装置は、超高真空装置内に加熱分子線セ
ル１、スキマー２、基板８を載置するサセプタ３を設け
たものである。この装置では、微細構造を形成するため
の反応性ガスと、量子構造を形成するための原料ガスの
供給を同一の加熱分子線セル１を用いて行う。この加熱
分子線セル１は、先端に５００Å径の開口部４ａを有す
る石英ガラス製の細いノズル４と、その外周を覆う熱遮
蔽管５から構成されている。このノズル４の中には供給
されるガスへの熱伝達をよくするための多孔質の棒状セ
ラミックス体６が挿入されており、また、ノズル４の外
側にはノズル４を加熱するためのタングステンのヒータ
ー７が巻かれている。また、スキマー（極細かい穴の開
いた治具）２は５００Å径の開口部２ａを有し、ノズル
４と基板８の間に、基板８に１００Å以下に接近して、
かつ、基板表面の汚染を防止するために基板８に接しな
いように設置されている。スキマー２の開口部２ａとノ
ズル４の開口部４ａの位置合わせは、ノズル４内を供給
ガスの導入方向に（図１において、左方向に）レーザ光
線を照射して、開口部２ａ、４ａを通過する光強度が最
大になるようにして行う。さらに、サセプタ３は基板８
を加熱するためのヒーター９を内蔵している。
【０００７】この装置を用いて、量子構造は例えば以下
の手順で作製される。即ち、図２に示すように、 １）ＳｉＯ2 あるいはＧａＮからなるマスク１０をつけ
たＧａＡｓなどの半導体基板８をサセプタ３上に設置す
る（図２（ａ））。 ２）ＡｓＢｒ3 を反応性ガスとして加熱分子線セル１の
中に導入し、ノズル４を８００℃以上の温度に加熱し、
ＡｓＢｒ3 をＡｓ2 、Ｂｒ2 、Ｂｒラジカルなどのガス
に加熱分解する。こうして分解した反応性ガスを開口部
２ａ、４ａを通してマスク１０に照射し、マスク１０を
エッチングして、マスク１０に約５００Å径の開口部１
０ａを形成する（図２（ｂ））。このエッチングの際の
基板温度は２００〜４００℃とする。マスク１０が完全
にエッチングされたところで、反応性ガスを止める。 ３）次いで、以下の条件で原子交互供給エピタキシャル
成長法により、ＧａＡｓの結晶成長を行う。即ち、ノズ
ル温度を９００℃にし、３族原料のトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）と５族原料のＡｓＨ3 を交互に加熱分子線セ
ル１に導入し、加熱分解して、４５０〜５５０℃の基板
に照射し、マスクの開口部１０ａにＧａ層とＡｓ層を一
層づつ原子オーダーで結晶成長をし、選択的にＧａＡｓ
層を積層する。次いで、ＴＭＧの代わりにトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）を導入し、Ａｌ層とＡｓ層を一層
づつ原子オーダーで結晶成長をし、選択的にＡｌＡｓ層
を積層する。このような原料供給を繰り返すことによ
り、ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を交互に積層した微細な量
子構造１１を基板８上に成長させる（図２（ｃ））。
の手順で作製される。即ち、図２に示すように、 １）ＳｉＯ2 あるいはＧａＮからなるマスク１０をつけ
たＧａＡｓなどの半導体基板８をサセプタ３上に設置す
る（図２（ａ））。 ２）ＡｓＢｒ3 を反応性ガスとして加熱分子線セル１の
中に導入し、ノズル４を８００℃以上の温度に加熱し、
ＡｓＢｒ3 をＡｓ2 、Ｂｒ2 、Ｂｒラジカルなどのガス
に加熱分解する。こうして分解した反応性ガスを開口部
２ａ、４ａを通してマスク１０に照射し、マスク１０を
エッチングして、マスク１０に約５００Å径の開口部１
０ａを形成する（図２（ｂ））。このエッチングの際の
基板温度は２００〜４００℃とする。マスク１０が完全
にエッチングされたところで、反応性ガスを止める。 ３）次いで、以下の条件で原子交互供給エピタキシャル
成長法により、ＧａＡｓの結晶成長を行う。即ち、ノズ
ル温度を９００℃にし、３族原料のトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）と５族原料のＡｓＨ3 を交互に加熱分子線セ
ル１に導入し、加熱分解して、４５０〜５５０℃の基板
に照射し、マスクの開口部１０ａにＧａ層とＡｓ層を一
層づつ原子オーダーで結晶成長をし、選択的にＧａＡｓ
層を積層する。次いで、ＴＭＧの代わりにトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）を導入し、Ａｌ層とＡｓ層を一層
づつ原子オーダーで結晶成長をし、選択的にＡｌＡｓ層
を積層する。このような原料供給を繰り返すことによ
り、ＧａＡｓ層とＡｌＡｓ層を交互に積層した微細な量
子構造１１を基板８上に成長させる（図２（ｃ））。
【０００８】なお、上記の実施形態は、本発明を具体化
した一例であって、本願発明の技術的範囲を限定するも
のではない。例えば、反応性ガスのみを微細開口部を有
する加熱分子線セルで供給して、マスクに微細開口部を
形成し、量子構造をＭＢＥ法で成長させてもよい。ま
た、反応性ガスとしては、Ａｓ系の量子構造を成長させ
る際には、ＡｓＢｒ 3 の代わりにＡｓＣｌ3 を用いるこ
とができ、Ｐ系の量子構造を成長させる際には、ＰＢｒ
3 、ＰＣｌ3 を用いることができる。また、原料ガスと
しては、Ａｌにはジメチルアルミニウムハライドを用い
てもよい。また、ＩｎＰ／ＧａＰ系量子構造の原料ガス
としてはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とＴＭＧを用
いることができる。さらに、３族原料ガスと反応性ガス
の組み合わせを代えることにより、ＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＧａＡｓＰなどの量子構造を形成することがで
きる。
した一例であって、本願発明の技術的範囲を限定するも
のではない。例えば、反応性ガスのみを微細開口部を有
する加熱分子線セルで供給して、マスクに微細開口部を
形成し、量子構造をＭＢＥ法で成長させてもよい。ま
た、反応性ガスとしては、Ａｓ系の量子構造を成長させ
る際には、ＡｓＢｒ 3 の代わりにＡｓＣｌ3 を用いるこ
とができ、Ｐ系の量子構造を成長させる際には、ＰＢｒ
3 、ＰＣｌ3 を用いることができる。また、原料ガスと
しては、Ａｌにはジメチルアルミニウムハライドを用い
てもよい。また、ＩｎＰ／ＧａＰ系量子構造の原料ガス
としてはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とＴＭＧを用
いることができる。さらに、３族原料ガスと反応性ガス
の組み合わせを代えることにより、ＡｌＧａＡｓ、Ｉｎ
ＧａＰ、ＧａＡｓＰなどの量子構造を形成することがで
きる。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、微細な量子構造を生産
性よく形成することができるという優れた効果がある。
性よく形成することができるという優れた効果がある。
【図１】本発明に係る量子構造の形成方法の一実施形態
に用いた装置の部分説明図である。
に用いた装置の部分説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、上記装置を用いた量子構造
の形成方法の説明図である。
の形成方法の説明図である。
１ 加熱分子線セル ２ スキマー ２ａ、４ａ、１０ａ 開口部 ３ サセプタ ４ ノズル ５ 熱遮蔽管 ６ セラミックス体 ７、９ ヒーター ８ 基板 １０ マスク １１ 量子構造
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上に設けたマスクに反応性ガスを局
所的に照射して前記マスクに微細開口部を形成し、次い
で、前記微細開口部に原料ガスを供給し、前記基板上に
微細な量子構造を形成することを特徴とする量子構造の
形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32742296A JPH10172912A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 量子構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32742296A JPH10172912A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 量子構造の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10172912A true JPH10172912A (ja) | 1998-06-26 |
Family
ID=18198994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32742296A Pending JPH10172912A (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 量子構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10172912A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003015145A1 (en) * | 2001-08-07 | 2003-02-20 | The New Industry Research Organization | Micromachining method using ionbeam |
| WO2006065474A3 (en) * | 2004-12-13 | 2006-10-05 | 3M Innovative Properties Co | Method for patterning by surface modification |
-
1996
- 1996-12-09 JP JP32742296A patent/JPH10172912A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003015145A1 (en) * | 2001-08-07 | 2003-02-20 | The New Industry Research Organization | Micromachining method using ionbeam |
| JP2003051488A (ja) * | 2001-08-07 | 2003-02-21 | New Industry Research Organization | イオンビーム微細加工方法 |
| WO2006065474A3 (en) * | 2004-12-13 | 2006-10-05 | 3M Innovative Properties Co | Method for patterning by surface modification |
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