JPS63299111A - 一次元量子細線の製造方法 - Google Patents
一次元量子細線の製造方法Info
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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
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、超高速の一次元電子トランジスタ、あるいは
量子干渉を利用した高変換効率の非線形素子等に利用さ
れる一次元量子細線の製造方法に関するものである。
量子干渉を利用した高変換効率の非線形素子等に利用さ
れる一次元量子細線の製造方法に関するものである。
（従来技術）
材料としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを例にとって従来提
案されている一次元量子細線の構造を第５図に示す。
案されている一次元量子細線の構造を第５図に示す。
これは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓの超格子の側面に変調
ドープによって一次元電子状態を実現するものである。
ドープによって一次元電子状態を実現するものである。
図中点線で囲まれた超格子／ＡｌＧａＡｓ界面の部分が
一次元電子状態になる。
一次元電子状態になる。
この構造の作製方法を次に説明する。まず、分子線エピ
タキシ中ル法あるいは有機金属気相成長法によってノン
ドープのＡＩＧａＡａ ２とＧａＡｓ ３を順次成長さ
せ、超格子を作製する０次に、超格子ウニへ上にエツチ
ングマスク６を〔丁１０〕方向に配しく第６図（ロ））
、化学エツチングあるいはプラズマエッチングによって
段差を造る（第６図（ロ））。
タキシ中ル法あるいは有機金属気相成長法によってノン
ドープのＡＩＧａＡａ ２とＧａＡｓ ３を順次成長さ
せ、超格子を作製する０次に、超格子ウニへ上にエツチ
ングマスク６を〔丁１０〕方向に配しく第６図（ロ））
、化学エツチングあるいはプラズマエッチングによって
段差を造る（第６図（ロ））。
再び分子線エピタキシャル法か有機金属気相成長法でノ
ンドープＡｌＧａＡｓ ４をＩｏｎ−の厚さでエツチン
グ側面に成長させ、引続きＳｔドープ（〜ＩＱ”ｃｍ−
”）ＡＩＧａＡｓ ５を１０Ｏｎ−の厚さで成長させて
、側面に一次元電子状態を実現する（第６図（Ｃ））、
以下の説明では（）を用いた場合は結晶面を表し、〔〕
を用いた場合は結晶軸の方向を表す。
ンドープＡｌＧａＡｓ ４をＩｏｎ−の厚さでエツチン
グ側面に成長させ、引続きＳｔドープ（〜ＩＱ”ｃｍ−
”）ＡＩＧａＡｓ ５を１０Ｏｎ−の厚さで成長させて
、側面に一次元電子状態を実現する（第６図（Ｃ））、
以下の説明では（）を用いた場合は結晶面を表し、〔〕
を用いた場合は結晶軸の方向を表す。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、上記で説明した量子細線の作製方法には、次の
ような問題点がある。化学エツチングによって形成され
た側面（第５図の斜線部分）は、炭素、酸素、シリコン
等で汚染されており、これらの汚染物は電子の散乱要因
や再結合中心となるという問題点がある。さらに化学エ
ツチングでは物質の種類によってエツチング速度が異な
るので、エツチングの側面は凹凸になり、やはり電子の
散乱要因となる。一方、プラズマエツチングによって加
工する場合、加工面（第５図の斜線の部分）にダメージ
層あるいは変質層ができる。それらの層も電子の散乱要
因や再結合中心となり、この量子細線を使ったデバイス
の性能を著しく悪くするという問題点がある。第５図の
構造を持つ量子細線は側面の界面を使うものであるから
、界面の汚染や加工ダメージは致命的な欠陥となる。
ような問題点がある。化学エツチングによって形成され
た側面（第５図の斜線部分）は、炭素、酸素、シリコン
等で汚染されており、これらの汚染物は電子の散乱要因
や再結合中心となるという問題点がある。さらに化学エ
ツチングでは物質の種類によってエツチング速度が異な
るので、エツチングの側面は凹凸になり、やはり電子の
散乱要因となる。一方、プラズマエツチングによって加
工する場合、加工面（第５図の斜線の部分）にダメージ
層あるいは変質層ができる。それらの層も電子の散乱要
因や再結合中心となり、この量子細線を使ったデバイス
の性能を著しく悪くするという問題点がある。第５図の
構造を持つ量子細線は側面の界面を使うものであるから
、界面の汚染や加工ダメージは致命的な欠陥となる。
（問題点を解決するための手段）
本発明の量子細線の製造方法は、エツチング側面の凹凸
や汚染あるいは加工によるダメージを克服するために考
えられたものであり、予め選択マスクを配置した基板上
に、有機金属気相成長法を使って台形状の超格子を成長
させ、引き続く成長によってその台形状の超格子の側面
に高不純物濃度の半導体を形成し、変調ドープによって
一次元電子状態を実現し、量子細線を造ることを主要な
特徴とした製造方法である。
や汚染あるいは加工によるダメージを克服するために考
えられたものであり、予め選択マスクを配置した基板上
に、有機金属気相成長法を使って台形状の超格子を成長
させ、引き続く成長によってその台形状の超格子の側面
に高不純物濃度の半導体を形成し、変調ドープによって
一次元電子状態を実現し、量子細線を造ることを主要な
特徴とした製造方法である。
（作用）
本発明の製造方法は、成長温度によって、選択成長の成
長様式が変わることを巧みに利用したものであり、エツ
チングによる加工工程を用いず全て成長工程のみで量子
細線を形成するものであるから、加工ダメージや汚染か
ら完全に免れることは勿論のこと横方向の界面の急峻性
も単原子オーダで制御可能である。
長様式が変わることを巧みに利用したものであり、エツ
チングによる加工工程を用いず全て成長工程のみで量子
細線を形成するものであるから、加工ダメージや汚染か
ら完全に免れることは勿論のこと横方向の界面の急峻性
も単原子オーダで制御可能である。
（実施例）
以下、材料としてＡＩＧａＡａ／ＧａＡｓを例にとって
本発明の実施例について詳細に説明する。
本発明の実施例について詳細に説明する。
第１図は、本発明の方法によって造られた量子細線の基
本構造であり、量子細線は点線で囲まれた界面の部分に
存在する０図において、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、９
は選択成長マスク、７はノンドープ＾ｌＧａ＾３成長層
、３はノンドープＧａＡａ成長層、２．８はノンドープ
ＡＩＧａＡ龜成長層、４はノンドープＡｌＧａＡｓのス
ペーサ層、５は５１ド一プ＾１Ｇ４Ａａ成長層、２０は
開口部を示す。
本構造であり、量子細線は点線で囲まれた界面の部分に
存在する０図において、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、９
は選択成長マスク、７はノンドープ＾ｌＧａ＾３成長層
、３はノンドープＧａＡａ成長層、２．８はノンドープ
ＡＩＧａＡ龜成長層、４はノンドープＡｌＧａＡｓのス
ペーサ層、５は５１ド一プ＾１Ｇ４Ａａ成長層、２０は
開口部を示す。
第２図は、第１図の構造を作製する手順を示しており、
以下順次説明する。まず、ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＳｔＯ意９をスパッタ法かＣＶＤ法で堆積させ、〔
１１０〕方向に長いストライプ状の開口部２０を造る（
第２図（萄）、この基板上に有機金属気相成長法を使つ
て、７５０℃（少（とも７００℃以上の温度）の成長温
度でノンドープＡＩＧａＡａ ７を１０Ｏｎ−成長させ
た後、ＧａＡｓ ３とＡＩＧａＡｓ２を順次Ｉｏｎ−の
厚さで成長させ超格子を作製し、最後にノンドープ＾ｌ
ＧｍＡｓ ８を１０ｏ ｎ−成長させる。この時、第２
図（ロ）に示すように成長層は台形状になり、その台形
の側壁にはいうさい成長しない、この時の成長条件は後
で詳しく述べる。なお、この場合、ＧａＡｓ成長層の厚
さは１（ｔｏナノメータにすることが好ましい０次に、
６５０℃（７００℃未満の温度）の成長温度でこの台形
状の超格子の上にノンドープＡｌＧａＡｓ ４を１０１
１１Ｉ成長させ、続いてＳｉドープ（〜ｌＯ″ａｍ−”
） ＡｌＧａＡｓ５を全体を覆って１００ ｎｍ成長さ
せる（第２図（Ｃ））、この場合、成長温度は７００℃
未満でないと、台形の側面に成長膜が形成されない。
以下順次説明する。まず、ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＳｔＯ意９をスパッタ法かＣＶＤ法で堆積させ、〔
１１０〕方向に長いストライプ状の開口部２０を造る（
第２図（萄）、この基板上に有機金属気相成長法を使つ
て、７５０℃（少（とも７００℃以上の温度）の成長温
度でノンドープＡＩＧａＡａ ７を１０Ｏｎ−成長させ
た後、ＧａＡｓ ３とＡＩＧａＡｓ２を順次Ｉｏｎ−の
厚さで成長させ超格子を作製し、最後にノンドープ＾ｌ
ＧｍＡｓ ８を１０ｏ ｎ−成長させる。この時、第２
図（ロ）に示すように成長層は台形状になり、その台形
の側壁にはいうさい成長しない、この時の成長条件は後
で詳しく述べる。なお、この場合、ＧａＡｓ成長層の厚
さは１（ｔｏナノメータにすることが好ましい０次に、
６５０℃（７００℃未満の温度）の成長温度でこの台形
状の超格子の上にノンドープＡｌＧａＡｓ ４を１０１
１１Ｉ成長させ、続いてＳｉドープ（〜ｌＯ″ａｍ−”
） ＡｌＧａＡｓ５を全体を覆って１００ ｎｍ成長さ
せる（第２図（Ｃ））、この場合、成長温度は７００℃
未満でないと、台形の側面に成長膜が形成されない。
もしも７００℃以上であると、台形の上面に成長膜が形
成される。なお台形の側面に形成されたノンドープ＾ｌ
ＧａＡｓ膜は必ずしも必要ではない、ここで、Ｓｌドー
プ＾１ＧａＡｓ ５によって台形の側面は有効に変調ド
ープされるが、台形超格子の上面は１００ ｎ−のＡＩ
ＧａＡｓ ８があるため界面に電子は存在しないので、
台形側面のポテンシャルの谷になるＧａＡｓに一次元電
子状態が実現できる０紙面に垂直な方向が一次元方向と
なる。
成される。なお台形の側面に形成されたノンドープ＾ｌ
ＧａＡｓ膜は必ずしも必要ではない、ここで、Ｓｌドー
プ＾１ＧａＡｓ ５によって台形の側面は有効に変調ド
ープされるが、台形超格子の上面は１００ ｎ−のＡＩ
ＧａＡｓ ８があるため界面に電子は存在しないので、
台形側面のポテンシャルの谷になるＧａＡｓに一次元電
子状態が実現できる０紙面に垂直な方向が一次元方向と
なる。
次に、この実施例の結晶成長条件について述べる。高周
波加熱の横型炉を用い、常圧下で成長を行う、原料とし
てトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アル
シンを用いて、第２図（ａ）で示した基板１上に選択成
長させる６選択成長層の側壁と基板面の角度をθとする
と（第４図の挿入図を見よ）、このθと成長温度との関
係を第３図に示す０図から分かるようにθは７００℃以
上の成長温度で、５５度を示す、このことから、台形側
面は（１１１） Ａ面であること、またこの面は原子的
に平坦な面であることが判る。一方、７００℃未満の成
長温度では、θは５５度と１２５度を示し、（１１１）
Ａ面と（１１１） Ｂ面が形成されることが分かる。Ａ
面はＧａ面、Ｂ面はＡ３面である。各各の成長温度での
成長様式を模式的に第４図（６）。
波加熱の横型炉を用い、常圧下で成長を行う、原料とし
てトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アル
シンを用いて、第２図（ａ）で示した基板１上に選択成
長させる６選択成長層の側壁と基板面の角度をθとする
と（第４図の挿入図を見よ）、このθと成長温度との関
係を第３図に示す０図から分かるようにθは７００℃以
上の成長温度で、５５度を示す、このことから、台形側
面は（１１１） Ａ面であること、またこの面は原子的
に平坦な面であることが判る。一方、７００℃未満の成
長温度では、θは５５度と１２５度を示し、（１１１）
Ａ面と（１１１） Ｂ面が形成されることが分かる。Ａ
面はＧａ面、Ｂ面はＡ３面である。各各の成長温度での
成長様式を模式的に第４図（６）。
（ロ）に示す０図から明らかなように、７００℃以上の
成長温度では（第４図ａ）台形の側面にはいつさい成長
しないが、７００℃未満の成長温度では側面にも成長が
起こり、従って成長温度の制御を行うことにより、第１
図で示した構造を育機金属気相成長で容易に作製できる
。
成長温度では（第４図ａ）台形の側面にはいつさい成長
しないが、７００℃未満の成長温度では側面にも成長が
起こり、従って成長温度の制御を行うことにより、第１
図で示した構造を育機金属気相成長で容易に作製できる
。
以上説明したように、本実施例の作製方法によれば、す
べて成長工程だけで作製可能なので、エツチング汚染や
加工ダメージがなく、側面も単原子オーダで平坦な量子
細線となる。
べて成長工程だけで作製可能なので、エツチング汚染や
加工ダメージがなく、側面も単原子オーダで平坦な量子
細線となる。
本実施例では、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料で説明し
たが、Ｇａ［ｎＰ／ＧａＡｓ、 Ｇａ１ｎＡｓ／ＩｎＰ
等のｍ−ｖ族半導体及びその混晶系、Ｚｎ５ｅ／ＧａＡ
ｓ等のｎ−ＩＶ族半導体とその混晶系材料でも実現でき
る。
たが、Ｇａ［ｎＰ／ＧａＡｓ、 Ｇａ１ｎＡｓ／ＩｎＰ
等のｍ−ｖ族半導体及びその混晶系、Ｚｎ５ｅ／ＧａＡ
ｓ等のｎ−ＩＶ族半導体とその混晶系材料でも実現でき
る。
（発明の効果）
本発明の製造方法によれば、エツチング工程を用いるこ
となしに成長工程のみで量子細線を形成するものである
から、加工ダメージや汚染から完全に免れることは勿論
のこと横方向の界面の急峻性も単原子オーダで制御可能
である効果を有する。
となしに成長工程のみで量子細線を形成するものである
から、加工ダメージや汚染から完全に免れることは勿論
のこと横方向の界面の急峻性も単原子オーダで制御可能
である効果を有する。
第１図は本発明の方法によって造られる量子細線の基本
構造、第２図は本発明の作製手順、第３図は成長側壁の
角度と成長条件の関係、第４図は成長様式を示す模式図
、第５図は従来提案されている量子細線構造の断面図で
あり、第６図は従来提案されている作製方法を説明する
図である。 １・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ１板 ２．７．８・ノンドープ＾ｌＧａ＾３成長層３・・・・
・ノンドープＧａ＾３成長層４・・・・・ノンドープＡ
ｌＧａＡｓのスペーサ層５・・・・・Ｓｉドープ＾ｌＧ
ａＡｓ成長層６・・・・・エツチングマスク ９・・・・・選択成長マスク 第１図 第３図 成ｔ−ｘＩＬ 第２図 （ｃ） 第４図 （。） 成長温度７００℃以Ｅ （ｂ） Ａ＆ＷＬ７０ｔ）Ｃ）ｔｉ第
５ 図
構造、第２図は本発明の作製手順、第３図は成長側壁の
角度と成長条件の関係、第４図は成長様式を示す模式図
、第５図は従来提案されている量子細線構造の断面図で
あり、第６図は従来提案されている作製方法を説明する
図である。 １・・・・・半絶縁性ＧａＡｓ１板 ２．７．８・ノンドープ＾ｌＧａ＾３成長層３・・・・
・ノンドープＧａ＾３成長層４・・・・・ノンドープＡ
ｌＧａＡｓのスペーサ層５・・・・・Ｓｉドープ＾ｌＧ
ａＡｓ成長層６・・・・・エツチングマスク ９・・・・・選択成長マスク 第１図 第３図 成ｔ−ｘＩＬ 第２図 （ｃ） 第４図 （。） 成長温度７００℃以Ｅ （ｂ） Ａ＆ＷＬ７０ｔ）Ｃ）ｔｉ第
５ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （００１）化合物半導体基板面上に絶縁膜を堆積し、前
記の絶縁膜に〔＠１＠１０〕方向のストライプ状の開口
部を形成する工程と、 前記の半導体基板の開口面上に２種類似上の低不純物濃
度の半導体層を交互に積層して超格子のストライプの台
形状層を形成するため、有機金属気相成長法により７０
０℃以上の成長温度で夫々の層を成長させ、かつ前記の
同一の種類の成長層の中の少くとも１種類の成長層の厚
さをほぼ１００ナノメータ以下の厚さに形成する工程と
、 次いで台形状の成長層の側面に低不純物濃度の他の半導
体を７００℃未満の温度で、厚さをほぼ５０ナノメータ
以下の厚さに成長させるか、または成長させることなし
に、引続き高不純物濃度の他の半導体で同じ側面を覆い
成長させる工程 とを備え、一次元量子細線を超格子の側面に形成するこ
とを特徴とする一次元量子細線の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62131376A JP2533777B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 一次元量子細線の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62131376A JP2533777B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 一次元量子細線の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63299111A true JPS63299111A (ja) | 1988-12-06 |
| JP2533777B2 JP2533777B2 (ja) | 1996-09-11 |
Family
ID=15056495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62131376A Expired - Fee Related JP2533777B2 (ja) | 1987-05-29 | 1987-05-29 | 一次元量子細線の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2533777B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287969A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH023250A (ja) * | 1988-06-20 | 1990-01-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体装置 |
-
1987
- 1987-05-29 JP JP62131376A patent/JP2533777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01287969A (ja) * | 1988-05-13 | 1989-11-20 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH023250A (ja) * | 1988-06-20 | 1990-01-08 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2533777B2 (ja) | 1996-09-11 |
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