JPH1126888A - 化合物半導体の量子細線形成方法 - Google Patents

化合物半導体の量子細線形成方法

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JPH1126888A JP35012197A JP35012197A JPH1126888A JP H1126888 A JPH1126888 A JP H1126888A JP 35012197 A JP35012197 A JP 35012197A JP 35012197 A JP35012197 A JP 35012197A JP H1126888 A JPH1126888 A JP H1126888A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量に量子細線が形成できる化合物半導体の
量子細線形成方法を提供する。 【解決手段】 化合物半導体基板が提供され、この基板
上にＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層とが順次的に所
定の層数だけ交互に形成されて量子井戸が形成される。
次いで、最上部のＧａＡｓ層に一定間隔に離隔する溝が
所定の深さに形成され、前記量子井戸に応力を加えて転
移現象を発生させ、これによりＧａＡｓ層がＡ１X Ｇａ
1-X Ａｓ層で囲まれて、多数の量子細線が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信分野等で用い
られる化合物半導体の量子細線形成方法の技術に関し、
特に量子井戸を用いて多数の量子細線の形成が可能な化
合物半導体の量子細線形成方法の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】多層化合物半導体構造は、隣接層が異な
るエネルギーギャップを有する連続的な単結晶体にする
ことができる。例えば、非常に狭いＧａＡｓ(gallium a
rsendi) 層が、それより広いエネルギーギャップを有す
る二層のＡ１ＧａＡｓ(aluminum gallium arsendi)で囲
まれている多層構造においてＧａＡｓ層の伝導帯域(con
duction band) 及び価電子帯域(valence band)の空間的
な変化が起こる。即ち、ＧａＡｓ層の伝導帯域で、電子
が、正常的な伝導帯域準位でなく、電位井戸(potential
well)での量子準位に存在する。このような量子井戸(q
uantum well)をレーザーダイオードに適用すれば、レー
ザーダイオードのしきい値(threshold) 電流が低くなる
効果がある。
【０００３】最近は、量子井戸構造を有する化合物半導
体デバイスの効率を高めるために、量子細線(quantum w
ire)または、量子点(quantum dot) 構造に関する研究が
進められている。前記量子細線は、ＧａＡｓ基板に、溝
(groove)または、メサ(mesa)が形成されてから選択的な
エピタキシャル成長方法によって形成される。
【０００４】図５ないし図７は、従来の量子細線の形成
方法を示す断面図である。図５に示すように、ＧａＡｓ
基板１０上にＧａＡｓバッファ層１１が形成される。こ
のＧａＡｓバッファ層１１上に、Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとＧａＡｓ層１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが、順次交互に形成される。次
いで、最上部のＧａＡｓ層１３ｄ上にフォトリソグラフ
ィによってフォトレジスト膜パターン１４が形成され
る。
【０００５】図６に示すように、フォトレジスト膜パタ
ーン１４をエッチングマスクとしてＧａＡｓ層１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ，１３ｄとＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層１２
ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがメサ型にエッチングされ
る。この場合、最下部のＡ１XＧａ1-X Ａｓ層１２ａは
所定の厚さだけエッチングされる。次いで図７に示すよ
うに、周知の方法により前記フォトレジスト膜パターン
１４が除去される。次に、エピタキシャル成長方法によ
ってメサエッチング部位上にＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層１５
が形成され、ＧａＡｓ層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３
ｄがＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１
２ｄ，１５により囲まれるように量子細線が形成され
る。
【０００６】しかし、前記従来の量子細線形成方法は、
複雑な成長条件が必要であるエピタキシャル成長方法に
よる工程上の難しさがあった。また、量子細線からなる
アクチブ層は、その体積がメサ、または、溝、の密度に
よって制限されるので、量子井戸に比べてアクチブ層の
体積が少なくて低いしきい値電流を有する反面、レーザ
ーの強度が弱いので、光素子としての適合性に問題があ
った。また、メサ、あるいは、溝、を用いて形成してい
るので、多数の量子細線を形成しにくいという問題があ
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題点
に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところ
は、量子井戸を用いて量子細線の体積を増加させるとと
もに、多数の量子細線を形成できる化合物半導体の量子
細線形成方法の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明においては、化合物半導体基板を提供する段階
と、前記化合物半導体基板上にＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層と
ＧａＡｓ層とを順次，所定の層数だけ交互に形成して量
子井戸を形成する段階と、前記最上部のＧａＡｓ層に一
定間隔毎に離隔して所定の深さの溝を形成する段階と、
前記量子井戸に応力を加えることにより転移現象を発生
させ、これにより前記ＧａＡｓ層がＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ
層で囲まれるようにして多数の量子細線を形成する段階
とを備えるものである。
【０００９】また、前記溝を形成する段階は、前記最上
部のＧａＡｓ層上に前記ＧａＡｓ層の表面を所定部分露
出させるフォトレジスト膜パターンを形成する段階と、
前記フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクと
し、前記露出されたＧａＡｓ層を所定の深さにエッチン
グする段階と、前記フォトレジスト膜パターンを除去す
る段階とを備えることを特徴とし、前記Ａ１X Ｇａ1-X
Ａｓ層とＧａＡｓ層は、ＭＢＥ方法で形成することを特
徴とし、前記Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層は、Ｍ
ＯＣＶＤ方法で形成することを特徴とし、前記応力は引
張応力であることを特徴とし、前記Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ
層とＧａＡｓ層は３回以上順次的に交互に形成すること
を特徴とし、前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ基板上
にＧａＡｓバッファ層が形成されることを特徴とするも
のである。
【００１０】前記の本発明によると、所定層数だけＡ１
X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層が順次的に形成されて量
子井戸が形成される。この量子井戸に所定の深さに溝が
形成され、この量子井戸に加えられる引張応力が溝に集
中する。これにより、量子井戸構造が量子細線に変形さ
れることにより多数の量子細線が形成され、量子細線の
体積が増加する。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して説明する。図１ないし図４は、本発明の一
実施の形態による化合物半導体の量子細線形成方法を示
す断面図である。図１に示すとおり、ＧａＡｓ基板２０
上にＧａＡｓバッファ層２１が形成される。このＧａＡ
ｓバッファ層２１上にＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ（Ｘ＝０．１
〜０．９）層２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、ＧａＡｓ層２
３ａ，２３ｂ，２３ｃが、 順次所望の層数だけ交互に積
層され、量子井戸構造が形成される。本実施の形態にお
いては、Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層は３層にわ
たって形成される。前記化合物半導体層は、ＭＢＥ（Mo
lecular Beam Epitaxy）またはＭＯＣＶＤ（Metal Orga
nic Chemical Vapor Deposition)方法で形成される。
【００１２】図２に示すとおり、最上部のＧａＡｓ層２
３ｃ上に、フォトリソグラフィによりＧａＡｓ層２３ｃ
の表面を一定間隔に所定部分を露出させるフォトレジス
ト膜パターン２４が形成される。次いで、図３に示すと
おり、フォトレジスト膜パターン２４をエッチングマス
クとして、露出されたＧａＡｓ層２３ｃが所定の深さだ
けエッチングされ、このＧａＡｓ層２３ｃに、一定間隔
毎にそれぞれ離隔して溝２５が形成される。この溝２５
は、以後の量子細線形成時に加えられる応力を集中させ
るためのものである。
【００１３】次に、周知の方法によりフォトレジスト膜
パターン２４が除去される。図４に示すように、前記量
子井戸にＡとＢ方向に引張応力（Tensile stress）を加
えると、ＧａＡｓ層２３ａ，２３ｂがＡ１X Ｇａ1-X Ａ
ｓ層２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより囲まれ、多数の量子
細線が形成される。即ち、量子井戸に引張応力を加える
と、前記溝２５の周囲に応力が集中し、結晶質固体内で
線状部を中心としてその周囲の格子がずれる転位（disl
ocation ；２６）の現象が生ずる。このような転位２６
は、移動面（glide plane ；２７）に沿って移動し、こ
の移動面２７を基準として結晶の移動を起こす。その結
果、相対的な結晶移動により量子井戸が量子細線に変形
される。
【００１４】なお、本発明は前記説明の一実施の形態に
限定されず、本発明の技術的思想から外れない範囲にお
いて多様な実施の形態を採りうるのは当然である。
【００１５】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、所定
の層数だけＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層を順次、
交互に積層して量子井戸を形成し、この形成された量子
井戸に所定の深さの溝を形成し、当該量子井戸に引張応
力を加えることにより、この引張応力が前記溝に集中
し、これにより量子井戸が変形して多数の量子細線が形
成されて量子細線の体積が増加する化合物半導体の量子
素子形成方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による化合物半導体の量
子細線形成方法を示す断面図であり、量子井戸構造の形
成過程を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態による化合物半導体の量
子細線形成方法を示す断面図であり、最上層にフォトレ
ジスト膜パターンが形成される状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態による化合物半導体の量
子細線形成方法を示す断面図であり、フォトレジスト膜
パターンをエッチングマスクとして一定間隔毎に溝が形
成される状態を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態による化合物半導体の量
子細線形成方法を示す断面図であり、量子井戸に引張応
力を加えて多数の量子細線が形成される状態を示す図で
ある。
【図５】従来の化合物半導体の量子細線形成方法を示す
断面図である。
【図６】従来の化合物半導体の量子細線形成方法を示す
断面図である。
【図７】従来の化合物半導体の量子細線形成方法を示す
断面図である。
【符号の説明】
２０ ＧａＡｓ基板 ２１ ＧａＡｓバッファ層 ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層 ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ ＧａＡｓ層 ２４ フォトレジスト膜パターン ２５ 溝 ２６ 転位 ２７ 移動面

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化合物半導体基板を提供する段階と、 前記化合物半導体基板上にＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａ
    Ａｓ層とを順次，所定の層数だけ交互に形成して量子井
    戸を形成する段階と、 前記最上部のＧａＡｓ層に一定間隔毎に離隔して所定の
    深さの溝を形成する段階と、 前記量子井戸に応力を加えることにより転移現象を発生
    させ、これにより前記ＧａＡｓ層がＡ１X Ｇａ1-X Ａｓ
    層で囲まれるようにして多数の量子細線を形成する段階
    とを備えることを特徴とする化合物半導体の量子細線形
    成方法。
  2. 【請求項２】 前記溝を形成する段階は、 前記最上部のＧａＡｓ層上に前記ＧａＡｓ層の表面を所
    定部分露出させるフォトレジスト膜パターンを形成する
    段階と、 前記フォトレジスト膜パターンをエッチングマスクと
    し、前記露出されたＧａＡｓ層を所定の深さにエッチン
    グする段階と、 前記フォトレジスト膜パターンを除去する段階とを備え
    ることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の量子
    細線形成方法。
  3. 【請求項３】 前記Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層
    は、ＭＢＥ方法で形成することを特徴とする請求項１記
    載の化合物半導体の量子細線形成方法。
  4. 【請求項４】 前記Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層
    は、ＭＯＣＶＤ方法で形成することを特徴とする請求項
    １記載の化合物半導体の量子細線形成方法。
  5. 【請求項５】 前記応力は引張応力であることを特徴と
    する請求項１記載の化合物半導体の量子細線形成方法。
  6. 【請求項６】 前記Ａ１X Ｇａ1-X Ａｓ層とＧａＡｓ層
    は３回以上順次的に交互に形成することを特徴とする請
    求項１記載の化合物半導体の量子細線形成方法。
  7. 【請求項７】 前記化合物半導体基板は、ＧａＡｓ基板
    上にＧａＡｓバッファ層が形成されることを特徴とする
    請求項１記載の化合物半導体の量子細線形成方法。
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