JP3235144B2 - 量子箱列の作製方法 - Google Patents
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- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は量子効果デバイスを得る
ための量子箱列の作製方法に関する。
ための量子箱列の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子箱は、電子の量子力学的な波長程度
のサイズに電子を閉じ込め、或いはそのサイズにおける
トンネル現象を利用するための領域であり、集合的に量
子箱を基板上に形成して配列することにより、新規な物
性を利用した制御や新規なデバイスを実現しようとする
ものである。
のサイズに電子を閉じ込め、或いはそのサイズにおける
トンネル現象を利用するための領域であり、集合的に量
子箱を基板上に形成して配列することにより、新規な物
性を利用した制御や新規なデバイスを実現しようとする
ものである。
【０００３】ところで、このような量子箱を多数配列さ
せた量子箱列を形成する手法の１つとして、電子ビーム
を応用したＥＢＩＲ技術がある。このＥＢＩＲ技術は、
電子ビームの描画によって線状のレジスト層を形成する
技術であり、電子ビームを基板上で集束させて例えば１
００Å程度のレジスト線を描くことができる。
せた量子箱列を形成する手法の１つとして、電子ビーム
を応用したＥＢＩＲ技術がある。このＥＢＩＲ技術は、
電子ビームの描画によって線状のレジスト層を形成する
技術であり、電子ビームを基板上で集束させて例えば１
００Å程度のレジスト線を描くことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のＥＢＩＲ技術に
より、量子箱列を形成する場合では、例えば網目状や格
子状に電子ビームを描画する必要がある。
より、量子箱列を形成する場合では、例えば網目状や格
子状に電子ビームを描画する必要がある。
【０００５】しかしながら、電子ビームを電子の量子力
学的な波長程度の間隔で大規模且つ精密に走査すること
は困難であり、単一の量子箱を形成することはできて
も、大規模の量子箱列の作製には不向きである。また、
電子ビームを走査して複雑なパターンを描画する場合に
は、それだけ走査時間が必要となり、プロセス上も煩瑣
である。
学的な波長程度の間隔で大規模且つ精密に走査すること
は困難であり、単一の量子箱を形成することはできて
も、大規模の量子箱列の作製には不向きである。また、
電子ビームを走査して複雑なパターンを描画する場合に
は、それだけ走査時間が必要となり、プロセス上も煩瑣
である。
【０００６】そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑
み、微細な間隔で配列される量子箱列を一括して精度良
く作製できる量子箱列の作製方法の提供を目的とする。
み、微細な間隔で配列される量子箱列を一括して精度良
く作製できる量子箱列の作製方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る量子箱列の作製方法は、結晶性を有す
る材料を透過した物質波によって回折像を基板上に形成
する工程と、回折像の強度分布に応じた量子箱列を基板
上に形成する工程とを有するものである。
め、本発明に係る量子箱列の作製方法は、結晶性を有す
る材料を透過した物質波によって回折像を基板上に形成
する工程と、回折像の強度分布に応じた量子箱列を基板
上に形成する工程とを有するものである。
【０００８】前記物質波は、例えば電子線やＸ線の如き
エネルギー波であり、結晶材料に入射して回折パターン
を生じ得る波である。結晶材料は、金属材料や半導体材
料の結晶性を有する材料であり、超格子の如き人工的な
ものや一部が非晶質なものも含む。また、単層の膜に限
定されず、回折パターンが得られるような複合的な膜で
もよい。
エネルギー波であり、結晶材料に入射して回折パターン
を生じ得る波である。結晶材料は、金属材料や半導体材
料の結晶性を有する材料であり、超格子の如き人工的な
ものや一部が非晶質なものも含む。また、単層の膜に限
定されず、回折パターンが得られるような複合的な膜で
もよい。
【０００９】さらに、量子箱が形成される基板上には、
この基板とエッチング選択比がとれる結晶材料をエピタ
キシャル成長により形成される。この場合には、エピタ
キシャル成長で薄膜の結晶材料層を基板上に得ると共
に、エッチングの選択比を利用して基板を枠材に加工で
きる。
この基板とエッチング選択比がとれる結晶材料をエピタ
キシャル成長により形成される。この場合には、エピタ
キシャル成長で薄膜の結晶材料層を基板上に得ると共
に、エッチングの選択比を利用して基板を枠材に加工で
きる。
【００１０】また、本発明に係る量子箱列の作製方法
は、結晶性を有する材料を透過した物質波によって回折
像を基板上に形成する工程と、前記回折像の強度分布に
対応する前記基板の所定の位置において選択的に有機金
属化合物を前記物質波のエネルギーによって解離させ、
化合物半導体層をエピタキシャル成長させることにより
量子箱列を形成する工程とを有する。
は、結晶性を有する材料を透過した物質波によって回折
像を基板上に形成する工程と、前記回折像の強度分布に
対応する前記基板の所定の位置において選択的に有機金
属化合物を前記物質波のエネルギーによって解離させ、
化合物半導体層をエピタキシャル成長させることにより
量子箱列を形成する工程とを有する。
【００１１】さらに、本発明に係る量子箱列の作製方法
は、エッチング・ガスを表面に吸着させた基板上に、結
晶性を有する材料を透過した物質波によって回折像を形
成する工程と、前記回折像の強度分布に対応する前記基
板の所定の位置において選択的に前記エッチング・ガス
を前記物質波のエネルギーによって解離させ、生成した
エッチャントを用いて前記基板をエッチングすることに
より量子箱列を形成する工程とを有する。
は、エッチング・ガスを表面に吸着させた基板上に、結
晶性を有する材料を透過した物質波によって回折像を形
成する工程と、前記回折像の強度分布に対応する前記基
板の所定の位置において選択的に前記エッチング・ガス
を前記物質波のエネルギーによって解離させ、生成した
エッチャントを用いて前記基板をエッチングすることに
より量子箱列を形成する工程とを有する。
【００１２】さらにまた、本発明に係る量子箱列の作製
方法は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＡ
ｌＧａＡｓ薄膜を、前記ＧａＡｓ基板を加工して形成さ
れた支持体を介して加工材料板上に固定する工程と、前
記ＡｌＧａＡｓ薄膜を透過した電子線によって回折像を
形成する工程と、前記回折像の強度分布に対応する前記
加工材料板の所定の位置において選択的に前記エッチン
グ・ガスを前記電子線のエネルギーによって解離させ、
生成したエッチャントを用いて前記加工材料板をエッチ
ングすることにより量子箱列を形成する工程とを有す
る。
方法は、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長されたＡ
ｌＧａＡｓ薄膜を、前記ＧａＡｓ基板を加工して形成さ
れた支持体を介して加工材料板上に固定する工程と、前
記ＡｌＧａＡｓ薄膜を透過した電子線によって回折像を
形成する工程と、前記回折像の強度分布に対応する前記
加工材料板の所定の位置において選択的に前記エッチン
グ・ガスを前記電子線のエネルギーによって解離させ、
生成したエッチャントを用いて前記加工材料板をエッチ
ングすることにより量子箱列を形成する工程とを有す
る。
【００１３】
【作用】物質波を結晶材料に入射させた場合には、その
結晶構造に応じた回折パターンが得られる。この回折パ
ターンは、電子波等の物質波の強度分布であって、エネ
ルギー的に高い領域と低い領域が回折像の形で得られ
る。そこで、回折像として低い倍率のものを利用すれ
ば、百Å程度の電子の量子力学的波長程度の間隔で回折
像が得られ、そのエネルギーの分布をマスクの形成、エ
ピタキシャル成長、エッチング等の微細加工技術と組合
わせることで、微細なパターンの量子箱列が得られるこ
とになる。
結晶構造に応じた回折パターンが得られる。この回折パ
ターンは、電子波等の物質波の強度分布であって、エネ
ルギー的に高い領域と低い領域が回折像の形で得られ
る。そこで、回折像として低い倍率のものを利用すれ
ば、百Å程度の電子の量子力学的波長程度の間隔で回折
像が得られ、そのエネルギーの分布をマスクの形成、エ
ピタキシャル成長、エッチング等の微細加工技術と組合
わせることで、微細なパターンの量子箱列が得られるこ
とになる。
【００１４】
【実施例】本発明の好適な実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【００１５】まず、本発明の第１〜第３の実施例に共通
に用いられる電子線回折装置について図１を参照しなが
ら説明する。
に用いられる電子線回折装置について図１を参照しなが
ら説明する。
【００１６】本発明方法に用いられる電子線回折装置
は、図１に模式的にその構造を示すように、透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）とその原理を共通とする。すなわち、
電子源１から電子ビーム（ｅ−）が放射され、レンズ系
２を透過した電子ビームが結晶材料であるＧａＡｓ薄膜
３に入射する。このＧａＡｓ薄膜３は、結晶性を有する
ＧａＡｓ材料からなる薄板である。このＧａＡｓ薄膜３
では、入射した電子ビームが透過すると共に、その透過
した電子ビームは回折像を結ぶ。ＧａＡｓ薄膜３の透過
電子ビームはレンズ系４と対物レンズ５を透過し、これ
らレンズ系４と対物レンズ５で倍率が設定される。ここ
で、本電子線回折装置では通常の透過型電子顕微鏡に比
べて低い倍率とされ、例えばＧａＡｓ薄膜３のＧａＡｓ
の格子間隔をａとし、基板上に形成すべき量子箱列の間
隔をｎａ周期（ｎは自然数）とした場合では、ｎ倍の倍
率に設定される。対物レンズ５は、電子回折ビーム照射
室６の内部に設けられ、その対物レンズ５に対向して量
子箱列を形成すべきウェハー７が配置される。このウェ
ハー７が配置される位置は、電子回折ビームの結像位置
である。
は、図１に模式的にその構造を示すように、透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）とその原理を共通とする。すなわち、
電子源１から電子ビーム（ｅ−）が放射され、レンズ系
２を透過した電子ビームが結晶材料であるＧａＡｓ薄膜
３に入射する。このＧａＡｓ薄膜３は、結晶性を有する
ＧａＡｓ材料からなる薄板である。このＧａＡｓ薄膜３
では、入射した電子ビームが透過すると共に、その透過
した電子ビームは回折像を結ぶ。ＧａＡｓ薄膜３の透過
電子ビームはレンズ系４と対物レンズ５を透過し、これ
らレンズ系４と対物レンズ５で倍率が設定される。ここ
で、本電子線回折装置では通常の透過型電子顕微鏡に比
べて低い倍率とされ、例えばＧａＡｓ薄膜３のＧａＡｓ
の格子間隔をａとし、基板上に形成すべき量子箱列の間
隔をｎａ周期（ｎは自然数）とした場合では、ｎ倍の倍
率に設定される。対物レンズ５は、電子回折ビーム照射
室６の内部に設けられ、その対物レンズ５に対向して量
子箱列を形成すべきウェハー７が配置される。このウェ
ハー７が配置される位置は、電子回折ビームの結像位置
である。
【００１７】このような電子線回折装置は、ＧａＡｓ薄
膜３の回折像によって、微細なパターンのマスクの形
成、エピタキシャル成長、エッチング等が可能である。
以下、各実施例について具体的に説明する。 第１の実施例 本実施例はＧａＡｓ系基板上にカーボンマスクパターン
を形成して量子箱列を作製する方法である。以下、本実
施例を図２〜図５を参照しながら説明する。
膜３の回折像によって、微細なパターンのマスクの形
成、エピタキシャル成長、エッチング等が可能である。
以下、各実施例について具体的に説明する。 第１の実施例 本実施例はＧａＡｓ系基板上にカーボンマスクパターン
を形成して量子箱列を作製する方法である。以下、本実
施例を図２〜図５を参照しながら説明する。
【００１８】まず、ＡｌＧａＡｓ基板若しくはＧａＡｓ
基板上に形成したＡｌＧａＡｓ層１１上に、図２に示す
ように、ＧａＡｓ層１２をエピタキシャル成長させる。
この時のＧａＡｓ層１２の膜厚は、形成する量子箱の高
さとなる。次に、図１に示したような電子線回折装置を
用い、その電子回折ビーム照射室６の内部にＡｌＧａＡ
ｓ層１１とＧａＡｓ層１２を積層させたウェハーをセッ
トする。
基板上に形成したＡｌＧａＡｓ層１１上に、図２に示す
ように、ＧａＡｓ層１２をエピタキシャル成長させる。
この時のＧａＡｓ層１２の膜厚は、形成する量子箱の高
さとなる。次に、図１に示したような電子線回折装置を
用い、その電子回折ビーム照射室６の内部にＡｌＧａＡ
ｓ層１１とＧａＡｓ層１２を積層させたウェハーをセッ
トする。
【００１９】このウェハーをセットした状態で、電子源
１より電子ビームｅ−を引き出し、その電子ビームｅ−
を前記ＧａＡｓ薄膜３によって回折をさせ、電子回折ビ
ーム照射室６の内のウェハーに照射する。すると、図２
に示すように、エピタキシャル成長させたＧａＡｓ層１
２の表面には、ＧａＡｓ薄膜３による回折パターンｄが
形成される。この回折パターンｄは、ＧａＡｓ薄膜３の
結晶による回折強度の分布であり、図２に模式的に図示
するように周期的な分布をなす。
１より電子ビームｅ−を引き出し、その電子ビームｅ−
を前記ＧａＡｓ薄膜３によって回折をさせ、電子回折ビ
ーム照射室６の内のウェハーに照射する。すると、図２
に示すように、エピタキシャル成長させたＧａＡｓ層１
２の表面には、ＧａＡｓ薄膜３による回折パターンｄが
形成される。この回折パターンｄは、ＧａＡｓ薄膜３の
結晶による回折強度の分布であり、図２に模式的に図示
するように周期的な分布をなす。
【００２０】このような回折パターンｄをＧａＡｓ層１
２の表面に結像した後、電子回折ビーム照射室６の内部
に少量のカーボンを導入する。このカーボンは回折パタ
ーンｄの領域で当該回折パターンｄのエネルギーを吸収
してＧａＡｓ層１２の表面に付着する。その結果、図３
に示すようなカーボンからなるマスクパターンＭが得ら
れることになる。ここで、回折パターンｄを反映したマ
スクパターンＭのマスクパターンＭ同士の間隔Ｌ１は、
レンズ系４と対物レンズ５の倍率が低倍率であるため、
例えば５０〜２００Å程度の微細な間隔に設定すること
ができる。
２の表面に結像した後、電子回折ビーム照射室６の内部
に少量のカーボンを導入する。このカーボンは回折パタ
ーンｄの領域で当該回折パターンｄのエネルギーを吸収
してＧａＡｓ層１２の表面に付着する。その結果、図３
に示すようなカーボンからなるマスクパターンＭが得ら
れることになる。ここで、回折パターンｄを反映したマ
スクパターンＭのマスクパターンＭ同士の間隔Ｌ１は、
レンズ系４と対物レンズ５の倍率が低倍率であるため、
例えば５０〜２００Å程度の微細な間隔に設定すること
ができる。
【００２１】このようなマスクパターンＭを形成したと
ころで、前記電子回折ビーム照射室６内或いは他のエッ
チング装置内で、選択的なエッチングを行う。このエッ
チングは、例えばＲＩＥ等により行われ、マスクパター
ンＭをマスクとするため、図４に示すように、マスクパ
ターンＭのない領域のＧａＡｓ層１２が削られる。
ころで、前記電子回折ビーム照射室６内或いは他のエッ
チング装置内で、選択的なエッチングを行う。このエッ
チングは、例えばＲＩＥ等により行われ、マスクパター
ンＭをマスクとするため、図４に示すように、マスクパ
ターンＭのない領域のＧａＡｓ層１２が削られる。
【００２２】マスクパターンＭを用いたエッチングを行
った後、そのマスクパターンＭを除去し、削られてＧａ
Ａｓ層１２がなくなった領域に、ＡｌＧａＡｓ層１３を
エピタキシャル成長により積層する。その結果、図５に
示すように、マスクパターンＭのパターンを反映した位
置にＧａＡｓ層１２からなる複数の量子箱Ｑｂが形成さ
れ、ＡｌＧａＡｓ層１１上に微細なパターンを有する量
子箱列が作製される。 第２の実施例 本実施例は電子線の回折パターンを反映したエピタキシ
ャル成長により量子箱を形成する方法である。以下、本
実施例を図６及び図７を参照して説明する。
った後、そのマスクパターンＭを除去し、削られてＧａ
Ａｓ層１２がなくなった領域に、ＡｌＧａＡｓ層１３を
エピタキシャル成長により積層する。その結果、図５に
示すように、マスクパターンＭのパターンを反映した位
置にＧａＡｓ層１２からなる複数の量子箱Ｑｂが形成さ
れ、ＡｌＧａＡｓ層１１上に微細なパターンを有する量
子箱列が作製される。 第２の実施例 本実施例は電子線の回折パターンを反映したエピタキシ
ャル成長により量子箱を形成する方法である。以下、本
実施例を図６及び図７を参照して説明する。
【００２３】まず、図１に示したような電子線回折装置
を用いて、図６に模式的に示すように、ＧａＡｓ薄膜３
を透過した電子回折ビームをＡｌＧａＡｓ基板２１の表
面に結像させる。
を用いて、図６に模式的に示すように、ＧａＡｓ薄膜３
を透過した電子回折ビームをＡｌＧａＡｓ基板２１の表
面に結像させる。
【００２４】次に、電子回折ビーム照射室６内に、トリ
メチルガリウムやトリメチル砒素などを導入して、図７
に示すように、電子ビーム誘起によるエピタキシャル成
長を行う。このエピタキシャル成長では、ＡｌＧａＡｓ
基板２１上に、第１の実施例の回折パターンｄが形成さ
れ、その回折パターンｄの位置に従って電子ビーム誘起
によるＧａＡｓ層２２が形成される。
メチルガリウムやトリメチル砒素などを導入して、図７
に示すように、電子ビーム誘起によるエピタキシャル成
長を行う。このエピタキシャル成長では、ＡｌＧａＡｓ
基板２１上に、第１の実施例の回折パターンｄが形成さ
れ、その回折パターンｄの位置に従って電子ビーム誘起
によるＧａＡｓ層２２が形成される。
【００２５】このような回折パターンに沿った領域にお
けるＧａＡｓ層２２のエピタキシャル成長後、図示を省
略しているが、ＧａＡｓ層が成長しなかった領域をＡｌ
ＧａＡｓ層で埋めて、量子箱列を形成する。 第３の実施例 本実施例は回折パターンに沿ったエッチングを行う例で
あり、図８及び図９を参照しながら説明する。
けるＧａＡｓ層２２のエピタキシャル成長後、図示を省
略しているが、ＧａＡｓ層が成長しなかった領域をＡｌ
ＧａＡｓ層で埋めて、量子箱列を形成する。 第３の実施例 本実施例は回折パターンに沿ったエッチングを行う例で
あり、図８及び図９を参照しながら説明する。
【００２６】まず、図１に示したような電子線回折装置
の電子回折ビーム照射室６内に、量子箱列を作製すべき
ＧａＡｓ基板３１をセットし、続いて電子回折ビーム照
射室６内にドライエッチング用のエッチングガスを導入
する。導入されたエッチングガスはＧａＡｓ基板３１の
表面に吸着される。
の電子回折ビーム照射室６内に、量子箱列を作製すべき
ＧａＡｓ基板３１をセットし、続いて電子回折ビーム照
射室６内にドライエッチング用のエッチングガスを導入
する。導入されたエッチングガスはＧａＡｓ基板３１の
表面に吸着される。
【００２７】次に、第１，第２の実施例と同様に、第３
の実施例でも電子線回折装置を作動させ、図８に模式的
に示すように、ＧａＡｓ薄膜３を透過した電子回折ビー
ムをエッチングガスが吸着されているＧａＡｓ基板３１
の表面に結像させる。
の実施例でも電子線回折装置を作動させ、図８に模式的
に示すように、ＧａＡｓ薄膜３を透過した電子回折ビー
ムをエッチングガスが吸着されているＧａＡｓ基板３１
の表面に結像させる。
【００２８】すると、図９に示すように、回折パターン
に沿って回折強度の強い部分でのみ、その電子ビームに
よってＧａＡｓ基板３１上に吸着されたエッチングガス
が化学反応を起こし、その結果、ＧａＡｓ基板３１の表
面に微小孔３２を形成することになる。この微小孔３２
は第１の実施例の如き回折パターンｄを反映してなるた
め、極めて精度良く形成することが可能となる。
に沿って回折強度の強い部分でのみ、その電子ビームに
よってＧａＡｓ基板３１上に吸着されたエッチングガス
が化学反応を起こし、その結果、ＧａＡｓ基板３１の表
面に微小孔３２を形成することになる。この微小孔３２
は第１の実施例の如き回折パターンｄを反映してなるた
め、極めて精度良く形成することが可能となる。
【００２９】以下、これら微小孔３２にバンドギャップ
の異なる材料等をエピタキシャル成長させて、量子箱列
を得ることが可能である。
の異なる材料等をエピタキシャル成長させて、量子箱列
を得ることが可能である。
【００３０】なお、上述の第１〜第３の実施例では、回
折される物質波を電子線としたが、Ｘ線やその他の結晶
材料を透過するエネルギー波を用いることも可能であ
る。また、量子箱を構成材料もＧａＡｓ系のものに限定
されず、他の化合物半導体やその他の半導体材料或いは
金属、誘電体材料等を用いることができる。また、マス
クとなる材料もカーボンに限定されず、他の有機膜や無
機膜を用いることができる。 第４の実施例 本実施例は電子ビームが照射される結晶材料自体を加工
して結晶回折格子とし、その結晶回折格子を用いて量子
箱列を作製する方法である。本実施例は図１０〜図１４
に示すような工程に従って進められる。
折される物質波を電子線としたが、Ｘ線やその他の結晶
材料を透過するエネルギー波を用いることも可能であ
る。また、量子箱を構成材料もＧａＡｓ系のものに限定
されず、他の化合物半導体やその他の半導体材料或いは
金属、誘電体材料等を用いることができる。また、マス
クとなる材料もカーボンに限定されず、他の有機膜や無
機膜を用いることができる。 第４の実施例 本実施例は電子ビームが照射される結晶材料自体を加工
して結晶回折格子とし、その結晶回折格子を用いて量子
箱列を作製する方法である。本実施例は図１０〜図１４
に示すような工程に従って進められる。
【００３１】まず、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板
４１上にＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長によって薄
膜のＡｌＧａＡｓ膜４２を成長させる。ＧａＡｓ基板４
１の大きさは、最終的に形成する結晶回折格子のサイズ
に合わせたサイズとされる。また、本実施例では、Ｇａ
Ａｓ基板４１の厚みが回折格子と量子箱列の作製面の距
離とされる。ＡｌＧａＡｓ膜４２の膜厚ｔは、例えば数
十Å程度に制御することができ、電子ビームが回折して
透過するような膜厚とされる。
４１上にＭＯＣＶＤ等のエピタキシャル成長によって薄
膜のＡｌＧａＡｓ膜４２を成長させる。ＧａＡｓ基板４
１の大きさは、最終的に形成する結晶回折格子のサイズ
に合わせたサイズとされる。また、本実施例では、Ｇａ
Ａｓ基板４１の厚みが回折格子と量子箱列の作製面の距
離とされる。ＡｌＧａＡｓ膜４２の膜厚ｔは、例えば数
十Å程度に制御することができ、電子ビームが回折して
透過するような膜厚とされる。
【００３２】次に、薄膜のＡｌＧａＡｓ膜４２をエピタ
キシャル成長させたＧａＡｓ基板４１を裏返しにし、図
１１に示すようなレジスト層４３を形成する。このレジ
スト層４３のパターンは、ＧａＡｓ基板４１の端部を略
コ字状に覆うパターンであり、ＧａＡｓ基板４１の中央
部と一辺側が開口されたパターンとされる。
キシャル成長させたＧａＡｓ基板４１を裏返しにし、図
１１に示すようなレジスト層４３を形成する。このレジ
スト層４３のパターンは、ＧａＡｓ基板４１の端部を略
コ字状に覆うパターンであり、ＧａＡｓ基板４１の中央
部と一辺側が開口されたパターンとされる。
【００３３】次に、そのレジスト層４３をマスクとして
エッチングを行い、ＧａＡｓ基板４１を削る。このエッ
チングは、例えばＣｌ系のエッチャントを用いたＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）である。このエッチングの
際、ＧａＡｓ基板４１の下部のＡｌＧａＡｓ膜４２はス
トッパーとなり、マスクとして用いたレジスト層４３を
除去して、図１２に示すように加工された結晶回折格子
が得られる。略コ字状のパターンに加工されたＧａＡｓ
基板４１は当該結晶回折格子の枠体として機能すること
になる。
エッチングを行い、ＧａＡｓ基板４１を削る。このエッ
チングは、例えばＣｌ系のエッチャントを用いたＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）である。このエッチングの
際、ＧａＡｓ基板４１の下部のＡｌＧａＡｓ膜４２はス
トッパーとなり、マスクとして用いたレジスト層４３を
除去して、図１２に示すように加工された結晶回折格子
が得られる。略コ字状のパターンに加工されたＧａＡｓ
基板４１は当該結晶回折格子の枠体として機能すること
になる。
【００３４】次に、ＡｌＧａＡｓ膜４２をストッパーと
して略コ字状に加工されたＧａＡｓ４１を、図１３に示
すように、量子箱列を形成すべき加工材料板４４の表面
４４ａに密着させて配置する。この時、回折現象を生じ
させるＡｌＧａＡｓ膜４２と表面４４ａの距離は、Ｇａ
Ａｓ基板４１の膜厚で決められる。従って、振動等が加
工材料板４４に伝わった場合でも、該加工材料板４４に
ＧａＡｓ基板４１を介して密着するＡｌＧａＡｓ膜４２
は、加工材料板４４との間の相対的な位置が変化しない
ことになり、その結果、回折パターンも一定のパターン
となって、プロセス上の再現性が高いものとなり、ま
た、長時間の露光も可能である。
して略コ字状に加工されたＧａＡｓ４１を、図１３に示
すように、量子箱列を形成すべき加工材料板４４の表面
４４ａに密着させて配置する。この時、回折現象を生じ
させるＡｌＧａＡｓ膜４２と表面４４ａの距離は、Ｇａ
Ａｓ基板４１の膜厚で決められる。従って、振動等が加
工材料板４４に伝わった場合でも、該加工材料板４４に
ＧａＡｓ基板４１を介して密着するＡｌＧａＡｓ膜４２
は、加工材料板４４との間の相対的な位置が変化しない
ことになり、その結果、回折パターンも一定のパターン
となって、プロセス上の再現性が高いものとなり、ま
た、長時間の露光も可能である。
【００３５】薄膜のＡｌＧａＡｓ膜４２を設けたＧａＡ
ｓ基板４１を加工材料板４４上に密着させた後、ＡｌＧ
ａＡｓ膜４２に向けて電子ビームを照射し、図１４に示
すように、ＡｌＧａＡｓ膜４２からの回折パターン４５
を加工材料板４４の表面４４ａに形成する。この回折パ
ターン４５によって、第１の実施例に説明したように微
小な間隔で配列された量子箱列のマスクパターンが形成
され、或いは第２，３の実施例に説明したように量子箱
列のパターンのエピタキシャル層の形成やエッチングが
行われる。
ｓ基板４１を加工材料板４４上に密着させた後、ＡｌＧ
ａＡｓ膜４２に向けて電子ビームを照射し、図１４に示
すように、ＡｌＧａＡｓ膜４２からの回折パターン４５
を加工材料板４４の表面４４ａに形成する。この回折パ
ターン４５によって、第１の実施例に説明したように微
小な間隔で配列された量子箱列のマスクパターンが形成
され、或いは第２，３の実施例に説明したように量子箱
列のパターンのエピタキシャル層の形成やエッチングが
行われる。
【００３６】この時、ＧａＡｓ基板４１の一辺は既にエ
ッチングによって開口されているため、図１４中の矢印
Ｋに沿ってエッチングガスや有機金属，カーボン等を導
入することで、何らＧａＡｓ基板４１を移動させずに密
着したままの微細加工が実現されることになる。 第５の実施例 本実施例は、第４の実施例の変形例であり、結晶材料膜
であるＡｌＧａＡｓ膜の両面がＧａＡｓ材料からなり機
械的な強度面に優れる結晶回折格子を用いた量子箱列の
作製方法の例である。
ッチングによって開口されているため、図１４中の矢印
Ｋに沿ってエッチングガスや有機金属，カーボン等を導
入することで、何らＧａＡｓ基板４１を移動させずに密
着したままの微細加工が実現されることになる。 第５の実施例 本実施例は、第４の実施例の変形例であり、結晶材料膜
であるＡｌＧａＡｓ膜の両面がＧａＡｓ材料からなり機
械的な強度面に優れる結晶回折格子を用いた量子箱列の
作製方法の例である。
【００３７】まず、図１５に示すように、ＧａＡｓ基板
５１上にエピタキシャル成長によって薄膜のＡｌＧａＡ
ｓ膜５２を形成する。エピタキシャル成長からなるた
め、ＡｌＧａＡｓ膜５２もＧａＡｓ基板５１を反映した
結晶性を有し、その膜厚は例えば百Å〜数十Å程度の膜
厚とされる。
５１上にエピタキシャル成長によって薄膜のＡｌＧａＡ
ｓ膜５２を形成する。エピタキシャル成長からなるた
め、ＡｌＧａＡｓ膜５２もＧａＡｓ基板５１を反映した
結晶性を有し、その膜厚は例えば百Å〜数十Å程度の膜
厚とされる。
【００３８】さらに、本実施例では、そのＡｌＧａＡｓ
膜５２上にＧａＡｓ層５３が形成される。このＧａＡｓ
層５３は後述する微細加工によりＡｌＧａＡｓ膜５２の
機械的な強度を強くするための枠体の一部として機能す
る。
膜５２上にＧａＡｓ層５３が形成される。このＧａＡｓ
層５３は後述する微細加工によりＡｌＧａＡｓ膜５２の
機械的な強度を強くするための枠体の一部として機能す
る。
【００３９】次に、ＧａＡｓ層５３上にレジスト層５４
を形成し、図１６に示すように、このレジスト層５４を
略ロ字状の平面パターンに選択的に露光し現像する。
を形成し、図１６に示すように、このレジスト層５４を
略ロ字状の平面パターンに選択的に露光し現像する。
【００４０】次いで、この略ロ字状のパターンに形成し
たレジスト層５４をマスクとして、ＲＩＥ法によってエ
ッチングを行う。このエッチングは、例えばＣｌ系のエ
ッチャントが使用され、レジスト層５４のパターンを反
映したパターンのＧａＡｓ層５３が形成される。このエ
ッチングの際、ＡｌＧａＡｓ膜５２がエッチングのスト
ッパーとなり、図１７に示すような略ロ字状のパターン
を有するＧａＡｓ層５３が形成されることになる。
たレジスト層５４をマスクとして、ＲＩＥ法によってエ
ッチングを行う。このエッチングは、例えばＣｌ系のエ
ッチャントが使用され、レジスト層５４のパターンを反
映したパターンのＧａＡｓ層５３が形成される。このエ
ッチングの際、ＡｌＧａＡｓ膜５２がエッチングのスト
ッパーとなり、図１７に示すような略ロ字状のパターン
を有するＧａＡｓ層５３が形成されることになる。
【００４１】続いて、第４の実施例と同様なＧａＡｓ基
板５１の微細加工を行って、図１８に示すように、Ｇａ
Ａｓ基板５１を中央部及び一辺側が開口したパターンに
加工する。ＧａＡｓ基板５１の一辺側が開口するため
に、エッチングガスや有機金属等を回折パターン面に供
給できる。
板５１の微細加工を行って、図１８に示すように、Ｇａ
Ａｓ基板５１を中央部及び一辺側が開口したパターンに
加工する。ＧａＡｓ基板５１の一辺側が開口するため
に、エッチングガスや有機金属等を回折パターン面に供
給できる。
【００４２】以下、第４の実施例と同様に、ＧａＡｓ基
板５１の面５１ａを加工材料板の表面に密着させ、電子
ビームを照射して、量子箱列のパターンとなる回折パタ
ーンからなる加工材料板上に描く。そして、この回折パ
ターンを利用して、上述の実施例に説明したようなマス
クパターンの形成や、エピタキシャル層の形成、或いは
エッチングなどが行われる。
板５１の面５１ａを加工材料板の表面に密着させ、電子
ビームを照射して、量子箱列のパターンとなる回折パタ
ーンからなる加工材料板上に描く。そして、この回折パ
ターンを利用して、上述の実施例に説明したようなマス
クパターンの形成や、エピタキシャル層の形成、或いは
エッチングなどが行われる。
【００４３】本実施例のような結晶回折格子では、薄膜
のＡｌＧａＡｓ膜５２の両面に枠体としてのＧａＡｓ基
板５１，ＧａＡｓ層５３が形成され、その機械的な強度
が向上したものとなる。従って、加工材料板の表面に密
着させることが容易となり、また、振動などによって回
折パターンがずれるような問題も抑制されることにな
る。
のＡｌＧａＡｓ膜５２の両面に枠体としてのＧａＡｓ基
板５１，ＧａＡｓ層５３が形成され、その機械的な強度
が向上したものとなる。従って、加工材料板の表面に密
着させることが容易となり、また、振動などによって回
折パターンがずれるような問題も抑制されることにな
る。
【００４４】なお、第４，第５の実施例に説明したそれ
ぞれ結晶回折格子のサイズは、任意であり、例えば数〜
１ｃｍ角程度のサイズからｍｍ単位或いはそれ以下のサ
イズに形成することも自由である。
ぞれ結晶回折格子のサイズは、任意であり、例えば数〜
１ｃｍ角程度のサイズからｍｍ単位或いはそれ以下のサ
イズに形成することも自由である。
【００４５】
【発明の効果】上述したように、本発明に係る量子箱列
の作製方法では、結晶性材料を透過した物質波によって
形成される回折像を用いてマスク形成、エピタキシャル
成長、エッチング等の微細加工がなされる。従って、微
細なパターンの量子箱列が一括して精度良く得られるこ
とになり、量子箱デバイスの製造工程に用いた場合に極
めてその生産性を高くすることができる。
の作製方法では、結晶性材料を透過した物質波によって
形成される回折像を用いてマスク形成、エピタキシャル
成長、エッチング等の微細加工がなされる。従って、微
細なパターンの量子箱列が一括して精度良く得られるこ
とになり、量子箱デバイスの製造工程に用いた場合に極
めてその生産性を高くすることができる。
【００４６】また、エピタキシャル成長され且つエッチ
ング選択性を有する結晶材料を用いた量子箱列の作製方
法では、外部からの振動に影響されない回折パターンの
結像が可能となり、長時間露光が可能であると共に、プ
ロセスの再現性を高くすることができる。また、実施例
に説明したように、大面積の結晶回折格子を得ることも
できる。
ング選択性を有する結晶材料を用いた量子箱列の作製方
法では、外部からの振動に影響されない回折パターンの
結像が可能となり、長時間露光が可能であると共に、プ
ロセスの再現性を高くすることができる。また、実施例
に説明したように、大面積の結晶回折格子を得ることも
できる。
【図１】本発明の第１〜第３の実施例の量子箱列の作製
方法に共通に用いられる電子線回折装置の概略構造を示
す模式図である。
方法に共通に用いられる電子線回折装置の概略構造を示
す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施例の量子箱列の作製方法に
おける回折パターンの結像工程までの工程斜視図であ
る。
おける回折パターンの結像工程までの工程斜視図であ
る。
【図３】本発明の第１の実施例の量子箱列の作製方法に
おけるマスクパターンの付着工程までの工程斜視図であ
る。
おけるマスクパターンの付着工程までの工程斜視図であ
る。
【図４】本発明の第１の実施例の量子箱列の作製方法に
おけるエッチング工程までの工程斜視図である。
おけるエッチング工程までの工程斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例の量子箱列の作製方法に
おけるＡｌＧａＡｓ層の形成工程までの工程斜視図であ
る。
おけるＡｌＧａＡｓ層の形成工程までの工程斜視図であ
る。
【図６】本発明の第２の実施例の量子箱列の作製方法に
おける回折パターンの結像工程までの工程断面図であ
る。
おける回折パターンの結像工程までの工程断面図であ
る。
【図７】本発明の第２の実施例の量子箱列の作製方法に
おけるＧａＡｓ層のエピタキシャル成長工程までの工程
断面図である。
おけるＧａＡｓ層のエピタキシャル成長工程までの工程
断面図である。
【図８】本発明の第３の実施例の量子箱列の作製方法に
おける回折パターンの結像工程までの工程断面図であ
る。
おける回折パターンの結像工程までの工程断面図であ
る。
【図９】本発明の第３の実施例の量子箱列の作製方法に
おけるＧａＡｓ層のエッチング工程までの工程断面図で
ある。
おけるＧａＡｓ層のエッチング工程までの工程断面図で
ある。
【図１０】本発明の第４の実施例の量子箱列の作製方法
におけるＡｌＧａＡｓ膜のエピタキシャル成長工程まで
の工程斜視図である。
におけるＡｌＧａＡｓ膜のエピタキシャル成長工程まで
の工程斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施例の量子箱列の作製方法
におけるレジスト層のパターン形成工程までの工程斜視
図である。
におけるレジスト層のパターン形成工程までの工程斜視
図である。
【図１２】本発明の第４の実施例の量子箱列の作製方法
におけるＧａＡｓ基板のパターニング工程までの工程斜
視図である。
におけるＧａＡｓ基板のパターニング工程までの工程斜
視図である。
【図１３】本発明の第４の実施例の量子箱列の作製方法
における結晶回折格子の密着工程までの工程斜視図であ
る。
における結晶回折格子の密着工程までの工程斜視図であ
る。
【図１４】本発明の第４の実施例の量子箱列の作製方法
における回折パターンの結像工程までの工程斜視図であ
る。
における回折パターンの結像工程までの工程斜視図であ
る。
【図１５】本発明の第５の実施例の量子箱列の作製方法
におけるＡｌＧａＡｓ膜及びＧａＡｓ層のエピタキシャ
ル成長工程までの工程斜視図である。
におけるＡｌＧａＡｓ膜及びＧａＡｓ層のエピタキシャ
ル成長工程までの工程斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施例の量子箱列の作製方法
におけるレジスト層のパターン形成工程までの工程斜視
図である。
におけるレジスト層のパターン形成工程までの工程斜視
図である。
【図１７】本発明の第５の実施例の量子箱列の作製方法
におけるＧａＡｓ層のパターニング工程までの工程斜視
図である。
におけるＧａＡｓ層のパターニング工程までの工程斜視
図である。
【図１８】本発明の第５の実施例の量子箱列の作製方法
におけるＧａＡｓ基板のパターニング工程までの工程斜
視図である。
におけるＧａＡｓ基板のパターニング工程までの工程斜
視図である。
１電子源、 ２，４ レンズ系、 ３ ＧａＡｓ薄膜、
５ 対物レンズ、６ 電子回折ビーム照射室、 ７
ウェハー、 １１ ＡｌＧａＡｓ層、 １２ＧａＡｓ
層、 ｄ 回折パターン、 Ｍ マスクパターン、 Ｑ
ｂ 量子箱
５ 対物レンズ、６ 電子回折ビーム照射室、 ７
ウェハー、 １１ ＡｌＧａＡｓ層、 １２ＧａＡｓ
層、 ｄ 回折パターン、 Ｍ マスクパターン、 Ｑ
ｂ 量子箱
Claims (5)
- 【請求項１】 結晶性を有する材料を透過した物質波に
よって回折像を基板上に形成する工程と、 前記回折像の強度分布に応じた量子箱列を前記基板上に
形成する工程とを有する量子箱列の作製方法。 - 【請求項２】 前記基板上に、当該基板とエッチング選
択比がとれる結晶材料をエピタキシャル成長により形成
したことを特徴とする請求項１記載の量子箱列の作製方
法。 - 【請求項３】 結晶性を有する材料を透過した物質波に
よって回折像を基板上に形成する工程と、 前記回折像の強度分布に対応する前記基板の所定の位置
において選択的に有機金属化合物を前記物質波のエネル
ギーによって解離させ、化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させることにより量子箱列を形成する工程とを有
する量子箱列の作製方法。 - 【請求項４】 エッチング・ガスを表面に吸着させた基
板上に、結晶性を有する材料を透過した物質波によって
回折像を形成する工程と、 前記回折像の強度分布に対応する前記基板の所定の位置
において選択的に前記エッチング・ガスを前記物質波の
エネルギーによって解離させ、生成したエッチャントを
用いて前記基板をエッチングすることにより量子箱列を
形成する工程とを有することを特徴とする量子箱列の作
製方法。 - 【請求項５】 ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長さ
れたＡｌＧａＡｓ薄膜を、前記ＧａＡｓ基板を加工して
形成された支持体を介して加工材料板上に固定する工程
と、 前記ＡｌＧａＡｓ薄膜を透過した電子線によって回折像
を形成する工程と、 前記回折像の強度分布に対応する前記加工材料板の所定
の位置において選択的に前記エッチング・ガスを前記電
子線のエネルギーによって解離させ、生成したエッチャ
ントを用いて前記加工材料板をエッチングすることによ
り量子箱列を形成する工程とを有することを特徴とする
量子箱列の作製方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31377291A JP3235144B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-10-31 | 量子箱列の作製方法 |
| US07/920,845 US5229320A (en) | 1991-08-02 | 1992-07-28 | Method for forming quantum dots |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21621491 | 1991-08-02 | ||
| JP3-216214 | 1991-08-02 | ||
| JP31377291A JP3235144B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-10-31 | 量子箱列の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251338A JPH05251338A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3235144B2 true JP3235144B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=26521299
Family Applications (1)
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