JPS62140485A - 半導体構造体およびその製造方法 - Google Patents

半導体構造体およびその製造方法

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JPS62140485A
JPS62140485A JP60280934A JP28093485A JPS62140485A JP S62140485 A JPS62140485 A JP S62140485A JP 60280934 A JP60280934 A JP 60280934A JP 28093485 A JP28093485 A JP 28093485A JP S62140485 A JPS62140485 A JP S62140485A
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electron beam
semiconductor structure
semiconductor
gaas
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Tadashi Fukuzawa
董 福沢
Akira Tonomura
外村　彰
Naoki Kayane
茅根　直樹
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体構造体に係わり、特に従来技術では得
られないような新規な特性を有する半導体構造体および
その製造方法に関する。
〔従来の技術〕
多次元量子井戸構造による量子閉じこめ効果（量子サイ
ズ効果）を利用した半導体レーザは、通常の量子井戸型
レーザに比して優れた特性を有することが理論的解析に
よって知られている（荒用他、「半導体レーザーにおけ
る多次元量子閉じ込め効果」応用物理第５２巻第１０号
（１９８３年）第３４頁参照）。
これを実証するために、超格子をエツチングして、断面
が３角形の量子細線を作製する試みがなされている（ペ
トロフ他、アプライド・フィジックス・レター第４１巻
１９８２年１０月、第６３５頁（Ｐ、Ｍ、Ｐｅｔｒｏｆ
ｆ　ｅｔ　ａｌ、Ａｐｐｌ、、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、Ｖ
ｏｌ、４１゜０ｃｔｏ６ｅｒ　１９８２．Ｐ、６３５）
参照。）また、電子線描画により１０ｎｍ幅の金属細線
が得られている（グレイヘッド他、アップライド・フィ
ジックス・レター第４２巻、　１９８３年１月、第３８
頁（Ｈ，Ｇ、Ｇｒａｉｇｈｅａｄ　ｅｔ　ａｌ、＾ｐｐ
１．ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ。
Ｖｏｌ、　４２　、　Ｊａｕｎａｒｙ　１９８３．Ｐ、
　３８　）参照）。
線幅、直線性、細線間距離が均一な多重量子細線は、特
性の優れた新規な半導体レーザや電子装置に不可欠であ
り、したがって容易かつ再現性の良い製造法の開発が望
まれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は工業的生産に関する配慮がされておらず
、細線幅、直線性、細線間距離が均一な多量子細線の製
作技術を確立するという問題があった。
本発明の目的は可干渉性を有する電子線を用いて形成し
た上記仕様が均一な微細々線を有する半導体構造体およ
びその製造方法に提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、可干渉性を有する電子線を用いて半導体構
造体を形成することにより達成される。
すなわち１本発明は、断面の寸法が１００Ｘ１００Ａ程
度の量子細線を得るために、電子線リソグラフィ、電子
線ホログラフィ技術および半導体プロセス技術を用い、
さらにイオン打込による超格子の■族元素間の相互拡散
を利用して微細へテロ構造の半導体構造体を形成するこ
とにある。
〔作用〕
可干渉性の電子線を用いた、いわゆる電子線ホログラフ
ィ技術は、極めて均質性の優れた微細パターンを有する
半導体構造体の形成に寄与する。
その結果、半導体層の成長方向に対して垂直な方向に光
を閉じこめ、超格子構造により半導体層の成長方向に対
して平行な方向に光を閉じこめることができ、２次元の
量子サイズ効果を有する量子細線となる。
また、このような構造を有する半導体レーザにおいては
、しきい電流値の極めて小さいものとなる。
また、周期的構造の形成のための電子線照射電子線の干
渉によるため、極めて周期性がよく、その周期は電子ビ
ームの照射角度を調整するだけで変更できるので、従来
の電子ビーム露光技術に比し、極めて短時間に行うこと
ができる。
また、本発明によるトランジスタにおいては、構造が超
微細のため、従来にない超高速で動作するとなる。
〔発明の実施例〕
以下、実施例を図を用いて説明する。
実施例１ 第１図および第２図を用いて説明する。
第１図は電子線露光装置内におかれた半導体結晶と、塗
布された多層レジストを示す。
ｎ−ＧａＡｓ基板１上にｎ　−Ｇａｏ、ｓＡ　Ｑ　ｏ、
＋＞Ａｓクラッド層２（厚さ２μｍ）　ｐ　ｎ−Ｇａｏ
、ｅｉｏ、ａＡｓバリア層３　（厚さ１００人）、アン
ドープＧａＡｓ量子井戸層（超格子層）４（厚さ１００
人）ｙｐ　　ｎ−Ｇａｏ、＋Ａ　Ｑ　ｏ、ｅ＾Ｓバリア
層５（厚さ１００人）を分子線エピタキシ法で順次成長
させた後、電子線レジスト層６、Ｇｅ蒸着薄膜７（厚さ
２００人）電子線レジスト層８）厚さ５００人）を形成
する。
次に可干渉性の良い電子ビーム（加速電圧５０ｋＶ）を
プリズムで２分割して重ね合わせ、結晶上に電子密度の
定在波１０を発生させることができる。図中で９は、電
子線レジスト８のうち１強く感光した領域を表わし、そ
の繰返し周期は、２００人である。
電流密度３　Ｘ　１０−Ｉ！Ａ／ｄで１０秒露光後、現
象処理を行い、領域９を除去する。次いでＣＦ４を用い
たプラズマ・エツチング法を用いて、Ｇｅ層７をエツチ
ング（さらにレジスト層６をエツチングする）（第２図
参照）。この多層レジストの微細パターンを用いて、Ｇ
ａイオンを加速電圧５０ｋｅＶで打込み、Ｇａの高濃度
領域１１を形成した。層６，７．９を除去後、分子線成
長装置内で、ｐ　−Ｇａｏ、５Ａ　Ｑ　０．５Ａ８クラ
ッド層１４（厚さ２ｕｍ）　＋　ｐ　　ＧａＡｓキャッ
プ層１５（厚さ０．２ｕｍ）を成長後、Ａｓ雰囲気中で
８５０’Ｃ２時間のアニール処理を行い、領域１１中の
層３，４．５を不純物誘起無秩序化により、混晶１２に
変化させた。
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層４は、これらの操作により、ＧａＡｓ
よりもバンドギャップの大きい混晶１２，３．５でまわ
りを埋込まれ、厚さ１００人１幅１２５人の量子細線１
３となった。キャップ層１５を一部除去し、Ａｒレーザ
を用いて励起し発光スペクトルを測定した。発光波長は
、８１５ｎｍで厚さ１００人の通常の超格子の８４０人
と比べ短波長であったにの結果、量子細線が形成されて
いることが確められた。
実施例２ 第２，３および４図を用いて説明する。
実施例１と同様の方法で、第２図に示した構造体を作製
した。量子細線をレーザの共振器方向に５０００本形成
した。レーザの共振器方向に対し直角方向の長さｄは１
μｍとした。この長さは、ホログラフィック露光後、通
常の電子線描画法により、レジストを露光させることで
決定した。結晶のレーザ共振器方向に対し平行な断面は
、第３図と同様である。以下通常の方法で、ｎ側、ｐ側
の電極を形成し、ＪＪ関する。第４図は、量子細線と平
行な面におけるレーザのカット・モデルである。
１６は、ｎ側電極である。
レーザ共振器長１００μｍ、ストライプ幅１μｍの量子
細線レーザの発振しきい値は１　ｍ　Ａ　。
発振波長は、８１０ｎｍであった。
実施例３ 実施例１及び２では、Ｇａイオン打込み、微細へテロ構
造を混晶化させたが、ここでは、Ｓｉイオンを打込んで
、混晶化し１ｏＯＸ２００人の量子細線レーザを作製し
た。レーザの特性は、しきい電流値２　ｍ　Ａ　ｍ発振
波長８３５人であった。
実施例４ 実施例１で、電子線ホログラフィック露光終了後、試料
を９０°回転し、再度電子線によるホログラフィック露
光を行い、現像することにより、レジストを１５０Ｘ１
５０人のサイコロ状に残すことができる。以下、実施例
１と同様の方法で、処理することで、第５図の様な１０
０人角の立方体状の量子箱が得られた。
実施例５ 第６図を用いて説明する。
電子線ホログラフィによる微細加工法を用いて、第６図
に示す様な、パーミアブル・ベース・トランジスタ（Ｐ
　Ｂ　Ｔ）を作製した。ｎ　　ＧａＡｓ結晶基板上にｎ
−ＧａＡｓ層１９を成長後、厚さ３００人のＷ（２０）
を蒸着後、電子線レジストを塗布し、電子線ホログラフ
ィを用いて、周期 ５００人、幅３００人の電子線レジスト格子を作製し、
ドライエツチング法で、Ｗ層に窓の領域２１を作った。
レジストを除去後ＭＯＣＶＤ法を用いてアンドープＧａ
Ａｓ層２２を成長し、Ｗのない領域２１を埋゛め込み、
ついで、ｎ　　ＧａＡｓ層２３を成長後、オーミック電
極２４，２５を形成した。Ｗ電極２０は、電極２５及び
結晶２２，２３の一部に穴をあけ。
外部と接続し、コントロール電極とした。電流電圧特性
は、３極管特性を示し、変調周波数は、１００ＧＨｚで
あった。
以上の各実施例において、量子細線の周期の変動は±０
．２％以下であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、しきい電流値が従来の１／１０以下、
すなわち、ｍＡ程度の半導体レーザができるので、光デ
ィスクなど半導体レーザ応用機器への適用が容易となり
、したがって、設計が容易となり、また、駆動回路の部
品および消費電力を低減できるので、コストを大幅に低
減する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図および第３図は、電子線ホログラフイと
、イオン打込による微細へテロ構造の混晶化を用いて量
子細線を形成するプロセスを示した結晶の断面図、第４
図は、量子細線レーザのカット・モデル、第５図は、量
子箱の存在する結晶層のみとり出した斜視図、および第
６図は、トランジスタの断面図。 １・・・結晶基板、２，１４・・・クラッド層、３，５
・・・バリア層、４・・・量子井戸層、６，８．９・・
・電子線レジスト層、７・・・選択エツチング用マスク
層、１０・・・電子線の定在波、１１・・・イオン打込
領域、１２・・・混晶化領域、１３・・・量子細線、１
５・・・キャップ層、１６・・・電極、１７・・・量子
箱、１８・・・基板、１９−・・アンドープＧ　ａ　Ａ
　ｓ層、２０・Ｗ層、２１・・・窓、２２−　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ埋込層、２３　・＝　ｎ　−ＧａＡｓキ早　／　
図 第　２　ｇ 第　３　図 第　４２ 早　Ｓ　図 早　６　図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体層が、可干渉性を有する電子線を利用した工
    程により形成された微細な構造を有することを特徴とす
    る半導体構造体。 ２、上記構造が、上記電子線によるホログラフイ像を上
    記半導体層に転写したものであることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の半導体構造体。 ３、上記構造が周期性を有するものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第１もしくは２項に記載の半導体構
    造体。 ４、上記半導体層がダブルヘテロ構造を有していること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項から３項のいずれか
    に記載の半導体構造。 ５、上記周期性構造が上記電子線によるホログラフイ像
    であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半
    導体構造体。 ６、下記工程を含むことを特徴とする半導体構造体の製
    造方法。 イ）半導体基板上に各種半導体膜およびマスク層のうち
    の必要な膜層を形成する成膜工程。 ロ）上記層のいずれかの上に感電子線レジスト膜を形成
    するレジスト膜形成工程。 ハ）上記感電子線レジスト膜に可干渉性を有する電子線
    によるパターンを照射する照射工程。 ニ）上記レジスト膜上に上記パターンを形成するレジス
    トパターン形成工程。 ホ）上記レジスト膜上のパターンを上記膜層のいずれか
    に転写する転写工程。
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