JPH04239789A - Fabrication of fine structure - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】0001
【産業上の利用分野】光通信および光情報処理用半導体
レーザの分野および高速電子デバイスの分野等で用いら
れる微細構造の製造方法に関する。[Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing fine structures used in the fields of semiconductor lasers for optical communications and optical information processing, and the fields of high-speed electronic devices.
【０００２】0002
【従来の技術】２方向に量子効果が生じる微細な構造（
量子細線構造）の製造方法としては、大別すると、以下
に示す２通りの方向がある。
■オフ基板上に成長のみで形成する方法例えば、図７ａ
に示すように、（１００）面より傾斜した基板表面２１
に存在する原子ステップを成長の核とし、ＧａＡｓ２２
とＡｌＡｓ２３とから成る一化合物層（図中○と△とに
より形成される層）を成長させる。この際、ＧａＡｓ２
２とＡｌＡｓ２３とは、量子効果が生じる原子数だけ成
長したところで切換える（ラテラル成長）。次に、図７
ｂに示すように、厚み方向〔＜１００＞方向〕に同様の
操作を行い、ＧａＡｓ２２とＡｌＡｓ２３とを形成する
。このような操作を繰り返して、厚み方向にも量子効果
が生じる原子数だけ成長させる。この後、ＧａＡｓ２２
上にはＡｌＡｓ２３を、ＡｌＡｓ２３上にはＧａＡｓ２
２を、上記と同様の厚さに形成するような操作を繰り返
し行う。[Prior Art] A fine structure in which quantum effects occur in two directions (
Roughly speaking, there are two methods of manufacturing quantum wire structures as shown below. ■Method of forming only by growth on an off-substrate For example, Fig. 7a
As shown in the figure, the substrate surface 21 is inclined from the (100) plane.
The atomic step existing in GaAs22 is used as a growth nucleus.
A single compound layer (the layer formed by ◯ and △ in the figure) consisting of and AlAs23 is grown. At this time, GaAs2
2 and AlAs23 are switched when the number of atoms that causes a quantum effect has grown (lateral growth). Next, Figure 7
As shown in b, the same operation is performed in the thickness direction [<100> direction] to form GaAs 22 and AlAs 23. By repeating these operations, the number of atoms that causes a quantum effect in the thickness direction is increased. After this, GaAs22
AlAs23 on top, GaAs2 on AlAs23
2 is repeatedly formed to the same thickness as above.
【０００３】このようにすれば、ＧａＡｓ２２がバンド
ギャップの大きな層（ＡｌＡｓから成る）に囲まれるこ
とになるので、厚み方向のみならず、基板表面２１に沿
った方向〔＜０１１＞方向〕にも量子井戸構造が形成さ
れることになる。〔Ｐ．Ｍ． Ｐｅｔｒｏｆｆ ｅｔ
ａｌ．； Ａ．Ｐ．Ｌ． ４５ （１９８４） ６２０
参照〕。
■量子井戸構造形成技術と短周期リソグラフィ技術とを
組み合わせて形成する方法
例えば、図８に示すように、基板２５上にＧａＡｓ層２
６…とＡｌＡｓ層２７…とから成る量子井戸構造２８を
成長させた後、Ｇａ集束イオンビーム３０を微細周期（
数百Å）で上記基板に打ち込む。このようなイオンが打
ち込まれた領域では、ＧａＡｓ層２６とＡｌＡｓ層２７
とが混合し（即ち、無秩序化し）、ＧａＡｓ層２６がＡ
ｌＧａＡｓ層２９となる。このため、イオンが打ち込ま
れた領域と、イオンが打ち込まれていない領域との界面
にヘテロ界面が形成されることになる。[0003] In this way, the GaAs 22 is surrounded by a layer (made of AlAs) with a large band gap, so that the GaAs 22 is surrounded not only in the thickness direction but also in the direction along the substrate surface 21 [<011> direction]. A quantum well structure will be formed. [P. M. Petroffet
al. ;A. P. L. 45 (1984) 620
reference〕. ■A method of forming a quantum well structure by combining a quantum well structure formation technique and a short period lithography technique For example, as shown in FIG.
After growing the quantum well structure 28 consisting of the AlAs layer 27 and the AlAs layer 27, the Ga focused ion beam 30 is
(several hundred Å) into the above substrate. In the region where such ions are implanted, the GaAs layer 26 and the AlAs layer 27
are mixed (that is, disordered), and the GaAs layer 26 becomes A
This becomes the lGaAs layer 29. Therefore, a heterointerface is formed at the interface between the region where ions are implanted and the region where ions are not implanted.
【０００４】このようにすれば、ＧａＡｓ層２６がバン
ドギャップの大きな層（ＡｌＡｓ層２７及びＡｌＧａＡ
ｓ層２９）に囲まれることになるので、厚み方向のみな
らず、基板表面に沿った方向にも量子井戸構造が形成さ
れることになる〔Ｙ． Ｈｉｒａｙａｍａ ｅｔ ａｌ
．； Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｂ３７ （１９８８）
２２７４参照〕。[0004] In this way, the GaAs layer 26 becomes a layer with a large band gap (the AlAs layer 27 and the AlGaAs layer 27).
Since it is surrounded by the s layer 29), a quantum well structure is formed not only in the thickness direction but also in the direction along the substrate surface [Y. Hirayama et al.
．． ; Phys. Rev. B37 (1988)
2274].
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、■の方
法では、基板表面２１に沿った方向〔＜０１１＞方向〕
に量子井戸構造を形成すべく、基板表面２１の原子ステ
ップＬ１ が原子オーダで周期的（約１００Å）となる
必要がある。また、厚み方向の制御も確実に行う必要が
ある。しかしながら、現実には、このような条件を満た
すような基板を作成するのは著しく困難である。加えて
、一原子層成長中に材料の種類を切り換える制御技術が
必要となるが、これはやはり困難であるという課題もあ
る。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the method (2), the direction along the substrate surface 21 [<011> direction]
In order to form a quantum well structure, the atomic steps L1 on the substrate surface 21 must be periodic (approximately 100 Å) on the order of atoms. It is also necessary to reliably control the thickness direction. However, in reality, it is extremely difficult to create a substrate that satisfies these conditions. In addition, control technology is required to switch the type of material during single atomic layer growth, which is also difficult.
【０００６】一方、■の方法では、基板表面に沿った方
向に量子井戸構造を形成すべく、原子オーダの精度で周
期的にイオンを打ち込む必要がある。しかしながら、装
置の振動や、電気的安定度（イオン量の増加によってイ
オンを絞り込むことができなくなる等の問題）の点等か
ら、極めて加工が困難となる。加えて、イオン損傷によ
る非発光センターが生じる可能性が大きく、性能が著し
く劣化するおそれがある等の課題もある。On the other hand, in method (2), it is necessary to implant ions periodically with precision on the order of atoms in order to form a quantum well structure in the direction along the substrate surface. However, processing becomes extremely difficult due to vibration of the device and electrical stability (problems such as inability to narrow down ions due to an increase in the amount of ions). In addition, there is a high possibility that non-light-emitting centers will occur due to ion damage, and there is also a problem that the performance may deteriorate significantly.
【０００７】本発明はかかる現状に鑑みてなされたもの
であり、上記諸欠点を解消できることになる微細構造の
製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the current situation, and it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fine structure that can eliminate the above-mentioned drawbacks.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、材料Ａと材料Ｂとから成る多重量子井戸構
造を形成する第１工程と、上記多重量子井戸構造の断面
を取り出す第２工程と、上記断面上に、材料Ｃと材料Ｄ
とから成る単一量子井戸構造を形成する第３工程とを有
すると共に、上記材料Ａ〜Ｄの選択と各材料から成る層
の厚みとを、下記の２つの条件を満たすよう構成したこ
とを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a first step of forming a multiple quantum well structure made of material A and material B, and a step of taking out a cross section of the multiple quantum well structure. 2 steps and material C and material D on the above cross section.
A third step of forming a single quantum well structure consisting of shall be.
【０００９】■各々の材料から成る層のバンドギャップ
エネルギーの関係は、下記３つの式を満たしている。
ＥＡ ＞ＥＢ …（１）
ＥＣ ＞ＥＤ …（２）
ＥＢ ＞ＥＤ ＋ＥＬ …（３）
尚、ＥＡ 〜ＥＤ は、それぞれ、材料Ａ〜材料Ｄから
成る層のバンドギャップエネルギーであり、ＥＬ は単
一量子井戸内で量子レベルが形成されたことによるエネ
ルギーギャップの増分である。(2) The relationship between the band gap energies of layers made of each material satisfies the following three equations. EA > EB ... (1) EC > ED ... (2) EB > ED + EL ... (3) In addition, EA - ED are the band gap energies of the layers consisting of materials A to D, respectively, and EL is a single This is the increase in the energy gap due to the formation of quantum levels within the quantum well.
【００１０】■単一量子井戸内に形成される量子レベル
の高さが、材料Ｃ、材料Ｄのみのパラメータ（バンドギ
ャップエネルギーや層の厚み）で決定されるのではなく
、材料Ａ及び材料Ｂの影響を受けるようにする。即ち、
単一量子井戸内の波動関数の拡がりが、材料Ａ及び材料
Ｂに接する所では異なるように、材料のパラメータを設
定する。■The height of the quantum level formed in a single quantum well is not determined only by the parameters (band gap energy and layer thickness) of materials C and D, but by the parameters of materials A and B. be influenced by That is,
The parameters of the material are set so that the spread of the wave function within a single quantum well is different where it touches material A and material B.
【００１１】[0011]
【作用】上記構成において、単一量子井戸構造に着目す
れば、単一量子井戸構造成長方向にキャリアが量子化さ
れる。一方、単一量子井戸構造の側面には多重量子井戸
構造が形成されており、この多重量子井戸構造の周期は
結晶成長で作製するので、原子オーダの周期性を有する
。ここで、上記の如く、このような原子オーダの周期性
を有する多重量子井戸構造が形成されている部分まで、
単一量子井戸内のキャリア波動関数が入り込むように構
成すれば、単一量子井戸内に多重量子井戸構造の成長方
向にも短期ポテンシャル変調によるバンド構造の変化（
量子化）が生じる。[Operation] In the above structure, focusing on the single quantum well structure, carriers are quantized in the direction of growth of the single quantum well structure. On the other hand, a multiple quantum well structure is formed on the side surface of the single quantum well structure, and since the multiple quantum well structure is produced by crystal growth, it has periodicity on the atomic order. Here, as mentioned above, up to the part where the multi-quantum well structure having such atomic-order periodicity is formed,
If the structure is configured so that the carrier wave function in the single quantum well enters, changes in the band structure due to short-term potential modulation (
quantization) occurs.
【００１２】これらのことから、単一量子井戸構造成長
方向の量子化と、ポテンシャル変調を受ける方向の量子
化とが達成される。即ち、２方向の量子化が実現できる
ことになる。具体的に、図５及び図６に基づいて、以下
に説明する。即ち、波動関数ψは、障壁（ポテンシャル
Ｖ）中では減衰関数であり、数１で表される。From these facts, quantization in the single quantum well structure growth direction and quantization in the direction subject to potential modulation are achieved. That is, quantization in two directions can be realized. Specifically, this will be explained below based on FIGS. 5 and 6. That is, the wave function ψ is an attenuation function in the barrier (potential V), and is expressed by Equation 1.
【００１３】[0013]
【数１】[Math 1]
【００１４】数１より、キャリアのエネルギーＥとポテ
ンシャルＶとの差が小さい程、波動関数が障壁中に拡が
る一方〔図５の断面ｙ１ （Ａｌの比率が少ない部分）
参照〕、キャリアのエネルギーＥとポテンシャルＶとの
差が大きい程、波動関数が障壁中に拡がることがない〔
図５の断面ｙ２ （Ａｌの比率が多い部分）参照〕こと
がわかる。From Equation 1, the smaller the difference between the carrier energy E and the potential V, the more the wave function spreads in the barrier [cross section y1 in FIG. 5 (portion with a small Al ratio)]
[Refer to], the larger the difference between carrier energy E and potential V, the less the wave function will spread into the barrier [
See cross section y2 (portion with a high Al ratio) in FIG.
【００１５】また、量子レベルＥと波動関数の拡がりＬ
との関係は、概略、数２の如く表される。[0015] Also, the quantum level E and the wave function spread L
The relationship with is roughly expressed as shown in Equation 2.
【００１６】[0016]
【数２】[Math 2]
【００１７】数２より、波動関数が拡がると量子レベル
は下がる一方（図６の断面ｙ１ でのポテンシャル参照
）、波動関数が拡がらなければ量子レベルは上がる（図
６の断面ｙ２ でのポテンシャル参照）。これにより、
多重量子井戸構造を構成する材料Ａと材料Ｂ（ポテンシ
ャルが異なる）とにより、波動関数の拡がりＬを周期Ω
（材料Ａと材料Ｂの断面方向の厚みの和）で変調をかけ
ることができるので、この方向のバンド構造も変化する
ことになる。From Equation 2, when the wave function expands, the quantum level decreases (see the potential at the cross section y1 in FIG. 6), but if the wave function does not expand, the quantum level increases (see the potential at the cross section y2 in FIG. 6). ). This results in
Material A and material B (different potentials) constituting the multi-quantum well structure change the wave function spread L to a period Ω.
(The sum of the thicknesses of material A and material B in the cross-sectional direction) can be modulated, so the band structure in this direction will also change.
【００１８】[0018]
【実施例】本発明の一実施例を、図１〜図４に基づいて
、以下に説明する。
〔実施例〕本発明の微細構造の製造方法は、以下に示す
多重量子井戸構造成長工程と、エッチング処理工程と、
単一量子井戸構造成長工程という３つの工程を有してい
る。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below based on FIGS. 1 to 4. [Example] The method for manufacturing a microstructure of the present invention includes the following multiple quantum well structure growth step, an etching treatment step,
It has three steps: a single quantum well structure growth step.
【００１９】＜多重量子井戸構造成長工程＞先ず、図１
に示すように、ＧａＡｓ基板１の（１００）面上に、分
子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）を用いて、下記に示
す（ａ）〜（ｃ）層を順次形成させる。尚、これらの層
形成においては、基板温度６５０℃、成長速度〜１．２
μｍ／ｈで行った。
（ａ）ＧａＡｓ層２（厚み：０．５μｍ）（ｂ）Ａｌ０
．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層３（厚み：５０Å）（ｃ）Ａ
ｌ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ層４（厚み：１５０Å）尚
、上記Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層３は特許請求の
範囲のＡ層に該当し、Ａｌ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ層
４は特許請求の範囲のＢ層に該当する。<Multiple quantum well structure growth process> First, FIG.
As shown in FIG. 1, layers (a) to (c) shown below are sequentially formed on the (100) plane of a GaAs substrate 1 using a molecular beam epitaxial method (MBE method). In addition, in forming these layers, the substrate temperature was 650°C, and the growth rate was ~1.2
It was performed at μm/h. (a) GaAs layer 2 (thickness: 0.5 μm) (b) Al0
．． 5 Ga0.5 As layer 3 (thickness: 50 Å) (c) A
l0.2 Ga0.8 As layer 4 (thickness: 150 Å) The above Al0.5 Ga0.5 As layer 3 corresponds to layer A in the claims, and the Al0.2 Ga0.8 As layer 4 corresponds to the claim It falls under the B tier of the range.
【００２０】ここで、Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層
３のバンドギャップエネルギーをＥＡ とし、Ａｌ０．
２ Ｇａ０．８ Ａｓ層４のバンドギャップエネルギー
をＥＢ とすると、Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層３
の方がＡｌ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ層４よりＡｌの比
率が高いので、ＥＡ＞ＥＢ となる。次に、上記Ａｌ０
．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層３と上記Ａｌ０．２ Ｇａ０
．８ Ａｓ層４とを、交互に１００組成長させた後、そ
の表面にＧａＡｓ層５を３μｍ（キャリア濃度３×１０
１７ｃｍ−３）形成した。Here, the bandgap energy of the Al0.5 Ga0.5 As layer 3 is EA, and Al0.
2 If the band gap energy of the Ga0.8 As layer 4 is EB, then the Al0.5 Ga0.5 As layer 3
Since the Al0.2 Ga0.8 As layer 4 has a higher Al ratio than the Al0.2 Ga0.8 As layer 4, EA>EB. Next, the above Al0
．． 5 Ga0.5 As layer 3 and the above Al0.2 Ga0
．． 8 After growing 100 sets of As layers 4 alternately, a GaAs layer 5 with a thickness of 3 μm (carrier concentration 3×10
17 cm-3) was formed.
【００２１】＜エッチング処理工程＞先ず、上記成長基
板のＧａＡｓ層５をホトリソ・エッチング法でエッチン
グし、数３方向に幅２００μｍ，深さ２．５μｍの溝を
形成した。<Etching process> First, the GaAs layer 5 of the growth substrate was etched by photolithography etching to form grooves with a width of 200 μm and a depth of 2.5 μm in several three directions.
【００２２】[0022]
【数３】[Math 3]
【００２３】尚、エッチング液としては４Ｈ３ ＰＯ４
＋Ｈ２ Ｏ２ ＋ＣＨ３ ＯＨを用い、且つエッチン
グ条件は室温で４０秒間行うという条件である。次いで
、上記表面加工を施したウェハーを、真空状態で連続的
にエッチングと結晶成長とを行うことができる真空装置
内に配置する。次に、上記真空装置内が１×１０−８Ｔ
ｏｒｒ以下の高真空状態となるまで真空引きした後、上
記真空装置内の圧力が６×１０−４Ｔｏｒｒの真空度と
なるまで、真空装置内に塩素ガスを導入する。この状態
で基板温度３００℃とし、３０分間保持した。これによ
り、ウェハーの表面から３．０μｍだけＡｌ０．５ Ｇ
ａ０．５ Ａｓ層３、Ａｌ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ層
４及びＧａＡｓ層５がエッチングされ、その結果図２に
示すようなエッチング処理がなされたウェハーが作製さ
れる。[0023]The etching solution is 4H3PO4.
+H2 O2 +CH3 OH was used, and the etching conditions were that the etching was performed at room temperature for 40 seconds. Next, the wafer subjected to the above-mentioned surface processing is placed in a vacuum apparatus capable of continuously performing etching and crystal growth in a vacuum state. Next, the inside of the vacuum device is 1×10-8T.
After evacuation is carried out until a high vacuum state of less than orr is achieved, chlorine gas is introduced into the vacuum apparatus until the pressure within the vacuum apparatus reaches a degree of vacuum of 6 x 10-4 Torr. In this state, the substrate temperature was raised to 300° C. and held for 30 minutes. As a result, Al0.5G is removed only 3.0μm from the surface of the wafer.
The a0.5 As layer 3, the Al0.2 Ga0.8 As layer 4, and the GaAs layer 5 are etched, and as a result, an etched wafer as shown in FIG. 2 is produced.
【００２４】＜単一量子井戸構造成長工程＞先ず、真空
装置内が再度１×１０−８Ｔｏｒｒ以下の高真空状態と
なるまで真空引きした後、上記エッチング処理がなされ
たウェハーを成長室へ搬送し、以下の（ｄ）〜（ｈ）層
を６５０℃で成長させた。これにより図３に示すウェハ
ーが作製される。
（ｄ）Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層６（厚み：１０
〜１５Å）
（ｅ）ＧａＡｓ層７（厚み：５０Å）
（ｆ）Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層８（厚み：１０
０Å）（ｇ）Ａｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層９（厚み：０
．１μｍであって、Ｘは０．５→０．７に徐々に変化さ
せる）（ｈ）Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層１０（厚
み：１μｍ）尚、上記Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層
６とＡｌ０．７Ｇａ０．３ Ａｓ層１０とは特許請求の
範囲のＣ層に該当し、ＧａＡｓ層７は特許請求の範囲の
Ｄ層に該当する。<Single quantum well structure growth process> First, the inside of the vacuum apparatus is again evacuated to a high vacuum state of 1×10 −8 Torr or less, and then the wafer subjected to the above etching treatment is transferred to the growth chamber. , the following layers (d) to (h) were grown at 650°C. As a result, the wafer shown in FIG. 3 is manufactured. (d) Al0.7 Ga0.3 As layer 6 (thickness: 10
~15 Å) (e) GaAs layer 7 (thickness: 50 Å) (f) Al0.5 Ga0.5 As layer 8 (thickness: 10
0 Å) (g) Alx Ga1-x As layer 9 (thickness: 0
．． (h) Al0.7 Ga0.3 As layer 10 (thickness: 1 μm) Note that the Al0.7 Ga0.3 As layer 6 and The Al0.7Ga0.3 As layer 10 corresponds to the C layer in the claims, and the GaAs layer 7 corresponds to the D layer in the claims.
【００２５】ここで、Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層
６・１０のバンドギャップエネルギーをＥＣ とし、Ｇ
ａＡｓ層７のバンドギャップエネルギーをＥＤ とする
と、Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層６・１０の方がＧ
ａＡｓ層７よりＡｌの比率が高いのでＥＣ ＞ＥＤ と
なり、且つＥＢ ＞ＥＤ ＋ＥＬ （ＥＬ は単一量子
井戸内で量子レベルが形成されたことによるエネルギー
ギャップの増分）となるように設定している。Here, the band gap energy of the Al0.7 Ga0.3 As layers 6 and 10 is EC, and G
If the bandgap energy of the aAs layer 7 is ED, then the Al0.7 Ga0.3 As layers 6 and 10 have a higher G
Since the ratio of Al is higher than that of the aAs layer 7, it is set so that EC > ED and EB > ED + EL (EL is the increase in energy gap due to the formation of a quantum level in a single quantum well). .
【００２６】この後、溝側面以外の成長層を除去して、
試料を作製した。このようにして作製した試料を、以下
（Ａ）試料と称する。
〔比較例１〕ＧａＡｓ基板に、ホトリソ・エッチング法
で、幅２００μｍ，深さ２．５μｍの溝を形成した後、
下記に示す（ｉ）〜（ｋ）層を成長させた。
（ｉ）Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層（厚み：１００
Å）（ｊ）ＧａＡｓ層（厚み：５０Å）
（ｋ）Ａｌ０．７ Ｇａ０．３ Ａｓ層（厚み：１００
Å）次いで、溝側面以外の成長層を除去して、試料を作
製した。After that, the grown layer other than the groove side surfaces is removed, and
A sample was prepared. The sample prepared in this manner is hereinafter referred to as the (A) sample. [Comparative Example 1] After forming a groove with a width of 200 μm and a depth of 2.5 μm on a GaAs substrate by photolithography and etching,
Layers (i) to (k) shown below were grown. (i) Al0.7 Ga0.3 As layer (thickness: 100
Å) (j) GaAs layer (thickness: 50 Å) (k) Al0.7 Ga0.3 As layer (thickness: 100
Å) Next, the grown layer other than the side surfaces of the groove was removed to prepare a sample.
【００２７】このようにして作製した試料を、以下（Ｘ
１ ）試料と称する。
〔比較例２，３〕上記ＧａＡｓ層の厚みを、１００Å、
１５０Åとする他は、上記比較例１と同様にして試料を
作製した。このようにして作製した試料を、以下それぞ
れ（Ｘ２ ）試料，（Ｘ３ ）試料と称する。[0027] The sample prepared in this way is shown below (X
1) Referred to as a sample. [Comparative Examples 2 and 3] The thickness of the GaAs layer was 100 Å,
A sample was prepared in the same manner as in Comparative Example 1, except that the thickness was 150 Å. The samples prepared in this manner are hereinafter referred to as (X2) sample and (X3) sample, respectively.
【００２８】〔実験〕上記本発明の（Ａ）試料と、比較
例の（Ｘ１ ）試料〜（Ｘ３ ）試料とのフォトミル測
定を行い、それぞれの半値幅を調べたので、その結果を
図４に示す。図４より明らかなように、本発明の（Ａ）
試料は単一量子井戸幅が１００Å，１５０Åの（Ｘ２
）試料，（Ｘ３ ）試料と比べるとエネルギー半値幅が
大きいが、単一量子井戸幅が同一（５０Å）の（Ｘ１
）試料に比べると、明らかに狭くなっていることが認め
られる。
これは、本発明の（Ａ）試料では、２方向に量子化が生
じている可能性があると考えられる。[Experiment] Photomill measurements were performed on the sample (A) of the present invention and samples (X1) to (X3) of the comparative example, and the half-width of each was investigated. The results are shown in FIG. show. As is clear from FIG. 4, (A) of the present invention
The sample has single quantum well widths of 100 Å and 150 Å (X2
) sample and (X3) sample, the energy half-width is larger, but the single quantum well width is the same (50 Å) (X1
) It can be seen that it is clearly narrower than the sample. This is considered to be due to the possibility that quantization occurs in two directions in the sample (A) of the present invention.
【００２９】尚、上記実施例においては、Ａｌ０．５
Ｇａ０．５Ａｓ層８とＡｌｘ Ｇａ１−ｘ Ａｓ層９と
を形成しているが、これらの層がなくとも本発明の効果
を得ることができる。[0029] In the above embodiment, Al0.5
Although the Ga0.5As layer 8 and the Alx Ga1-x As layer 9 are formed, the effects of the present invention can be obtained even without these layers.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、素
子の発光半値巾が狭いので、例えば半導体レーザに適用
した場合には、一次元量子井戸構造のものと比べて同じ
励起条件で発振し易くなる。この結果、低しきい値レー
ザを容易に作製することが可能となる。As explained above, according to the present invention, since the half-width of light emission of the device is narrow, when applied to a semiconductor laser, for example, it oscillates under the same excitation conditions as compared to a one-dimensional quantum well structure. It becomes easier to do. As a result, it becomes possible to easily manufacture a low threshold laser.
【００３１】加えて、２次元量子井戸構造が作製できて
いると考えられるので、量子レベル間隔をフォトンエネ
ルギー以上に設定することにより、格子振動の影響を受
けないデバイスを容易に作製することができるといった
効果を奏する。In addition, since it is considered that a two-dimensional quantum well structure has been fabricated, it is possible to easily fabricate a device that is not affected by lattice vibration by setting the quantum level spacing to be greater than the photon energy. It produces such effects.
【図１】本発明の微細構造の製造方法における多重量子
井戸構造成長工程を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a multiple quantum well structure growth step in the microstructure manufacturing method of the present invention.
【図２】本発明の微細構造の製造方法におけるエッチン
グ処理工程を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing an etching process in the microstructure manufacturing method of the present invention.
【図３】本発明の微細構造の製造方法における単一量子
井戸構造成長工程を示す側面図である。FIG. 3 is a side view showing a single quantum well structure growth step in the method for manufacturing a fine structure of the present invention.
【図４】本発明の（Ａ）試料及び比較例の（Ｘ１ ）試
料〜（Ｘ３）試料における単一量子井戸巾とエネルギー
半値幅との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the single quantum well width and the energy half-width in the (A) sample of the present invention and the (X1) to (X3) samples of the comparative example.
【図５】本発明の原理を説明するための図であって、波
動関数の拡がり変化を示す説明図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of the present invention, and is an explanatory diagram showing a change in the spread of a wave function.
【図６】本発明の原理を説明するための図であって、波
動関数の拡がりと量子レベル変化との関係を示す説明図
である。FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of the present invention, and is an explanatory diagram showing the relationship between the spread of a wave function and a quantum level change.
【図７】ａ 従来の微細構造を作製する場合の製造工
程を示す説明図である。
ｂ 従来の微細構造を作製する場合の製造工程を示す
説明図である。FIG. 7a is an explanatory diagram showing a manufacturing process when manufacturing a conventional microstructure. b It is an explanatory view showing a manufacturing process when producing a conventional microstructure.
【図８】従来の微細構造を作製する場合の製造工程を示
す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a manufacturing process when manufacturing a conventional microstructure.
１ ＧａＡｓ基板
３ Ａｌ０．５ Ｇａ０．５ Ａｓ層４
Ａｌ０．２ Ｇａ０．８ Ａｓ層６ Ａｌ０．７
Ｇａ０．３ Ａｓ層７ ＧａＡｓ層1 GaAs substrate 3 Al0.5 Ga0.5 As layer 4
Al0.2 Ga0.8 As layer 6 Al0.7
Ga0.3 As layer 7 GaAs layer
Claims (1)
戸構造を形成する第１工程と、上記多重量子井戸構造の
断面を取り出す第２工程と、上記断面上に、材料Ｃと材
料Ｄとから成る単一量子井戸構造を形成する第３工程と
を有すると共に、上記材料Ａ〜Ｄの選択と各材料から成
る層の厚みとを、下記の２つの条件を満たすよう構成し
たことを特徴とする微細構造の製造方法。 ■各々の材料から成る層のバンドギャップエネルギーの
関係は、下記３つの式を満たしている。 ＥＡ ＞ＥＢ …（１） ＥＣ ＞ＥＤ …（２） ＥＢ ＞ＥＤ ＋ＥＬ …（３） 尚、ＥＡ 〜ＥＤ は、それぞれ、材料Ａ〜材料Ｄから
成る層のバンドギャップエネルギーであり、ＥＬ は単
一量子井戸内で量子レベルが形成されたことによるエネ
ルギーギャップの増分である。 ■単一量子井戸内に形成される量子レベルの高さが、材
料Ｃ、材料Ｄのみのパラメータ（バンドギャップエネル
ギーや層の厚み）で決定されるのではなく、材料Ａ及び
材料Ｂの影響を受けるようにする。即ち、単一量子井戸
内の波動関数のすそが、材料Ａ及び材料Ｂの所でも存在
するように単一量子井戸のパラメータを設定する。1. A first step of forming a multiple quantum well structure made of material A and material B, a second step of taking out a cross section of the multiple quantum well structure, and forming a material C and a material D on the cross section. A third step of forming a single quantum well structure consisting of A method for manufacturing microstructures. ■The relationship between the band gap energies of layers made of each material satisfies the following three equations. EA > EB ... (1) EC > ED ... (2) EB > ED + EL ... (3) In addition, EA - ED are the band gap energies of the layers consisting of materials A to D, respectively, and EL is a single This is the increase in the energy gap due to the formation of quantum levels within the quantum well. ■The height of the quantum level formed in a single quantum well is not determined only by the parameters of materials C and D (band gap energy and layer thickness), but is determined by the effects of materials A and B. Make sure you receive it. That is, the parameters of the single quantum well are set so that the base of the wave function within the single quantum well also exists in material A and material B.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP607591A JPH04239789A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Fabrication of fine structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP607591A JPH04239789A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Fabrication of fine structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04239789A true JPH04239789A (en) | 1992-08-27 |
Family
ID=11628455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP607591A Pending JPH04239789A (en) | 1991-01-23 | 1991-01-23 | Fabrication of fine structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04239789A (en) |
-
1991
- 1991-01-23 JP JP607591A patent/JPH04239789A/en active Pending
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