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JP2705400B2 - Semiconductor fine wire forming method - Google Patents

Semiconductor fine wire forming method

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Publication number
JP2705400B2
JP2705400B2 JP27849691A JP27849691A JP2705400B2 JP 2705400 B2 JP2705400 B2 JP 2705400B2 JP 27849691 A JP27849691 A JP 27849691A JP 27849691 A JP27849691 A JP 27849691A JP 2705400 B2 JP2705400 B2 JP 2705400B2
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JP
Japan
Prior art keywords
etching
multilayer structure
gaas
algaas
semiconductor
Prior art date
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Application number
JP27849691A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0590612A (en
Inventor
満則 杉本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体細線、特に量子
細線の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor wire, particularly a quantum wire.

【0002】[0002]

【従来の技術】量子細線は、量子井戸を越える発光効率
や、移動度が予測されており、盛んに研究開発がなされ
ている。量子細線は、特にその形成が難しく、形成方法
が重要な研究テーマとなっている。
2. Description of the Related Art Quantum wires are expected to have a luminous efficiency exceeding a quantum well and mobility, and are being actively researched and developed. The formation of quantum wires is particularly difficult, and the formation method is an important research theme.

【0003】その一例がIimuraらによってジャパ
ニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
(Jpn.J.Appl.Phys.)28巻 L10
83−1085頁に記載されている。この論文におい
て、Iimuraらは1000Å程度の幅の細線を形成
している。
[0003] One example is Iimura et al., Japanese Journal of Applied Physics (Jpn. J. Appl. Phys.) Vol. 28, L10.
It is described on pages 83-1085. In this paper, Iimura et al. Formed a thin line having a width of about 1000 °.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述の論文において、
Iimuraらは、GaAs/AlAsからなる多層構
造の劈開面に熱エッチングによってグレーティングを形
成した後、GaAsからなる量子細線を選択成長によっ
て凹部のみに形成している。この方法では結晶面(00
1)に対して垂直な劈開面(110)を利用しているた
めに正確に垂直な断面が得られる特長がある。
In the above-mentioned paper,
Have formed a grating on the cleavage surface of a multilayer structure of GaAs / AlAs by thermal etching, and then formed quantum wires of GaAs only in the recesses by selective growth. In this method, the crystal plane (00
Since the cleavage plane (110) perpendicular to 1) is used, there is a feature that an accurate perpendicular cross section can be obtained.

【0005】しかしながら、劈開は、結晶を切断してし
まうため、その後の処理であるホトリソグラフィ等のプ
ロセスが困難であるという欠点があった。又、劈開面を
一度に並べる作業は、人手によって大気中で行なわなけ
ればならないため、大量生産が困難で、又清浄表面が得
にくいという欠点があった。
[0005] However, cleavage has the disadvantage that the subsequent processing such as photolithography is difficult because the crystal is cut. In addition, since the work of arranging the cleavage planes at once must be manually performed in the atmosphere, there is a disadvantage that mass production is difficult and a clean surface is difficult to obtain.

【0006】本発明の目的は、その後の処理のホトリソ
グラフィが容易であり、かつ大量生産が容易で清浄表面
が得やすい半導体細線形成方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of forming a semiconductor fine wire in which subsequent photolithography is easy, mass production is easy, and a clean surface is easily obtained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体細線形成方法においては、組成
の異なる2種類の半導体層を交互に積層して多層構造を
形成する工程と、この多層構造の表面に対しエッチング
ビームを用い、垂直方向から傾斜角θ°(θ>0)の角
度に傾いた方向からドライエッチングを行ない、前記多
層構造の断面を露出させる工程と、前記両半導体層に対
し、異なるエッチング速度を有する選択エッチング方法
を用いて前記半導体層に対応したグレーティングを露出
した多層構造の断面に形成する工程と、このグレーティ
ングを有する多層構造の断面に、半導体細線を結晶成長
する工程とを含むものである。
In order to achieve the above object, a method for forming a semiconductor thin wire according to the present invention comprises the steps of alternately laminating two types of semiconductor layers having different compositions to form a multilayer structure. Using an etching beam on the surface of the structure, performing dry etching from a direction inclined at an angle of inclination θ ° (θ> 0) from a vertical direction to expose a cross section of the multilayer structure; On the other hand, a step of forming a grating corresponding to the semiconductor layer on a cross section of the exposed multilayer structure using a selective etching method having a different etching rate, and a step of crystal-growing a semiconductor thin wire on the cross section of the multilayer structure having the grating. And

【0008】[0008]

【作用】前述のIimuraらの半導体細線方法では、
GaAs/AlAsからなる多層構造の劈開面上に熱エ
ッチングによって凹凸を形成している。これに対して、
本発明ではドライエッチングによる斜めエッチングを用
い、多層構造の断面を露出させる点が特徴である。これ
によって、ウェハーを劈開することなく多数の断面を得
ることができる。
According to the semiconductor thin wire method of Iimura et al.
Irregularities are formed by thermal etching on the cleavage surface of the multilayer structure composed of GaAs / AlAs. On the contrary,
The present invention is characterized in that the cross section of the multilayer structure is exposed by using oblique etching by dry etching. Thus, a large number of cross sections can be obtained without cleaving the wafer.

【0009】又、ウェハーを割ることがないため、その
後のホトリソグラフィ等によるプロセスも容易である。
又、ドライエッチングチェンバーと成長装置を相互に接
続した複合装置を用いることにより、ドライエッチング
による多層構造の断面を大気に曝すことなく、結晶成長
を行なうことが可能となるため、清浄な表面を保ったま
ま次の半導体細線の結晶成長を行なうことができる。
Further, since the wafer is not cracked, a subsequent process by photolithography or the like is easy.
In addition, by using a composite device in which a dry etching chamber and a growth device are connected to each other, it becomes possible to perform crystal growth without exposing the cross-section of the multilayer structure by dry etching to the atmosphere, so that a clean surface can be maintained. The crystal growth of the next semiconductor wire can be performed as it is.

【0010】[0010]

【実施例】次に本発明の実施例について図面を用いて詳
細に説明する。図1は、本発明の一実施例の工程を模式
的に示している。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the steps of one embodiment of the present invention.

【0011】図中、1はGaAs基板、2はAlGaA
s/GaAs多層構造(GaAs厚d1 ≦1000Å,
AlGaAs厚d2 ≦1000Å,Al組成=0.1〜
1)、3は選択マスク(例えばSiO2 膜、厚さ=10
00〜5000Å)、4はエッチングビーム(例えばC
2 +Ar+ ガスビーム)、5はAlGaAs(厚さ≧
30Å、Al組成≧0.1)、6はGaAs(厚さ≦2
00Å)、7はAlGaAs(Al組成≧0.1)であ
る。
In the figure, 1 is a GaAs substrate, 2 is AlGaAs
s / GaAs multilayer structure (GaAs thickness d1 ≤1000 °,
AlGaAs thickness d 2 ≦ 1000 °, Al composition = 0.1 to
1) and 3 are selection masks (for example, SiO 2 film, thickness = 10)
4 is an etching beam (for example, C
l 2 + Ar + gas beam), 5 is AlGaAs (thickness ≧
30 °, Al composition ≧ 0.1, 6 is GaAs (thickness ≦ 2)
00}) and 7 are AlGaAs (Al composition ≧ 0.1).

【0012】本実施例の工程においては、まず図1
(a)に示すようにGaAs基板1上に、AlGaAs
/GaAs多層構造2を結晶成長する。その成長法とし
ては、分子線エピタキー法(MBE法)、有機金属気相
成長法(MOCVD法)、気相MBE法(CBE法)等
の超薄膜の成長に適した成長方法ならば、いずれの成長
方法でも良い。
In the process of this embodiment, first, FIG.
(A) As shown in FIG.
/ The crystal growth of the GaAs multilayer structure 2 is performed. The growth method may be any method suitable for growing an ultrathin film, such as a molecular beam epitaxy method (MBE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), and a vapor phase MBE method (CBE method). A growth method may be used.

【0013】次に図1(b)に示すように、選択マスク
8を従来のホトリソグラフィ技術あるは電子ビーム露光
技術を用いてパターニングを行なう。
Next, as shown in FIG. 1B, the selection mask 8 is patterned by using a conventional photolithography technique or an electron beam exposure technique.

【0014】次にGaAs基板1の法線方向からθの角
度に傾いたエッチングビーム4を用いてAlGaAs/
GaAs多層構造2を斜めにエッチングする。このとき
にできる斜面8においては、AlGaAs/GaAsの
周期構造の断面が露出する。斜面8での周期構造の周期
は、GaAs厚d1 、AlGaAs厚d2 、及び傾斜角
θを用いると以下の様に表わされる。
Next, the etching of the AlGaAs / AlGaAs / AlGaAs / AlGaAs substrate is performed using
The GaAs multilayer structure 2 is obliquely etched. On the slope 8 formed at this time, a cross section of the periodic structure of AlGaAs / GaAs is exposed. The period of the periodic structure on the slope 8 is expressed as follows by using the GaAs thickness d1, the AlGaAs thickness d2, and the inclination angle θ.

【0015】 周期=(1/cosθ)(d1 +d2 ) …(1)Period = (1 / cos θ) (d 1 + d 2) (1)

【0016】上式において、θを15°〜75°まで変
化させると、周期は、d1 +d2 の1.03倍から3.
86倍まで変化させることができる。このように傾斜角
θを変化させることによって任意の周期から得られるこ
とも、本発明の形成方法の利点である。又、膜厚制御性
の優れた結晶成長方法で正確にd1 及びd2 を制御し、
かつビーム指向性の強いドライエッチングを用い、正確
にθを制御することによって正確に周期を制御できる利
点がある。
In the above equation, when θ is changed from 15 ° to 75 °, the period is from 1.03 times d1 + d2 to 3.
It can be changed up to 86 times. It is also an advantage of the forming method of the present invention that the inclination angle θ is changed from an arbitrary period by changing the inclination angle θ. Also, d1 and d2 are accurately controlled by a crystal growth method having excellent film thickness controllability,
In addition, there is an advantage that the cycle can be accurately controlled by accurately controlling θ by using dry etching having high beam directivity.

【0017】ドライエッチング法としては、Cl2 系の
反応性イオンビームエッチング法(RIBE法)や、A
rのイオンビームとCl2 ガスエッチングを用いるイオ
ンビームアシストエッチング法(IBAE法)を用いる
ことによって、平坦性の良好な斜面8を得ることができ
る。
As a dry etching method, a Cl 2 -based reactive ion beam etching method (RIBE method),
By using an ion beam assisted etching method (IBAE method) using an ion beam of r and Cl 2 gas etching, a slope 8 with good flatness can be obtained.

【0018】次に、図1(c)に示すように、選択エッ
チングを用いてGaAsとAlGaAsとの組成の違い
に応じた凹凸を形成する。
Next, as shown in FIG. 1C, irregularities corresponding to the difference in composition between GaAs and AlGaAs are formed using selective etching.

【0019】この選択エッチング方法として、Iimu
raらはMBEチェンバーの中でAsビームを照射しな
がら温度を800℃程度に上げてGaAsのみを選択的
に除去する熱エッチングを行なっている。
As this selective etching method, Iimu
Ra and others perform thermal etching to selectively remove only GaAs by raising the temperature to about 800 ° C. while irradiating an As beam in the MBE chamber.

【0020】本発明では、これに限らず、例えば塩素系
やフッ素系のガスエッチングによる選択エッチングを用
いてもよい。ただし、この場合はAlGaAsの方が選
択的にエッチングされる。
In the present invention, the present invention is not limited to this. For example, selective etching by chlorine-based or fluorine-based gas etching may be used. However, in this case, AlGaAs is selectively etched.

【0021】ガスエッチングによる選択エッチングで
は、熱エッチングに比べて低温でできるため、AlGa
As/GaAsの相互拡散が生じにくく、シャープなプ
ロファイルのグレーティング9を形成することができ
る。
Since selective etching by gas etching can be performed at a lower temperature than thermal etching,
As / GaAs interdiffusion hardly occurs, and the grating 9 having a sharp profile can be formed.

【0022】次に、再びMBE法、MOCVD法、CB
E法等を用いて図1(d)に示すように、AlGaAs
/GaAs/AlGaAsの量子井戸構造を形成する。
このときに斜面8に形成されたグレーティング9を反映
してGaAs6の厚みが周期的に変化したり、場合によ
っては途切れて成長するため、半導体細線が形成され
る。
Next, the MBE method, MOCVD method, CB
As shown in FIG. 1D, the AlGaAs
A quantum well structure of / GaAs / AlGaAs is formed.
At this time, the thickness of the GaAs 6 changes periodically reflecting the grating 9 formed on the slope 8 or grows in some cases, so that a thin semiconductor wire is formed.

【0023】GaAs6が途切れないで成長した場合で
も凹部上には、GaAs6が厚く成長するため、この部
分に電子の波動関数が閉じ込められるため、実質的に途
切れた場合と同様な状況となる。又、Iimuraらの
行なったように、CBE法を用いて凹部のみにGaAs
を選択成長しても半導体細線構造が形成できる。
Even when the GaAs 6 is grown without interruption, the GaAs 6 grows thickly on the concave portion, and the wave function of the electrons is confined in this portion. Also, as performed by Iimura et al., GaAs was formed only in the concave portions using the CBE method.
Can be formed to form a semiconductor thin line structure.

【0024】本実施例の工程を行なう場合に、例えばM
BE装置と、ドライエッチング装置とが真空でつながっ
た複合装置を用いれば、エッチングされた斜面8を大気
に曝すことなく最後の成長(図1(d))まで行なうこ
とができる。この場合には、清浄な界面の半導体細線が
得られるため、高品質の量子細線を実現できる。
When performing the steps of this embodiment, for example, M
If a combined apparatus in which the BE apparatus and the dry etching apparatus are connected by a vacuum is used, it is possible to perform the growth up to the final growth (FIG. 1D) without exposing the etched slope 8 to the atmosphere. In this case, a semiconductor wire having a clean interface can be obtained, so that a high-quality quantum wire can be realized.

【0025】又、以上実施例において、図1(c)の工
程後に、ドライエッチングチェンバーでCF4 ガスを用
いれば、SiO2 からなる選択マスク3を除去すること
ができる。こうすれば図1(d)における結晶成長時に
選択マスク3上の多結晶成長を避けて、全て単結晶のエ
ピタキシャル成長が得られる。
In the above embodiment, if the CF 4 gas is used in the dry etching chamber after the step of FIG. 1C, the selective mask 3 made of SiO 2 can be removed. This avoids polycrystal growth on the selection mask 3 during crystal growth in FIG.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体細線形成後のホトリソグラフィが容易であり、大量
に生産可能で、又、清浄表面を得やすい半導体細線を実
現できる効果を有する。
As described above, according to the present invention, photolithography after the formation of a semiconductor thin line is easy, and the semiconductor thin line which can be mass-produced and which can easily obtain a clean surface can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)〜(d)は、本発明の一実施例の工程を
示す図である。
1 (a) to 1 (d) are views showing steps of one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 AlGaAs/GaAs多層構造 3 選択マスク 4 エッチングビーム 5 AlGaAs 6 GaAs 7 AlGaAs 8 斜面 9 グレーティング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaAs substrate 2 AlGaAs / GaAs multilayer structure 3 Selection mask 4 Etching beam 5 AlGaAs 6 GaAs 7 AlGaAs 8 Slope 9 Grating

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 組成の異なる2種類の半導体層を交互に
積層して多層構造を形成する工程と、 この多層構造の表面に対しエッチングビームを用い、垂
直方向から傾斜角θ°(θ>0)の角度に傾いた方向か
らドライエッチングを行ない、前記多層構造の断面を露
出させる工程と、 前記両半導体層に対し、異なるエッチング速度を有する
選択エッチング方法を用いて前記半導体層に対応したグ
レーティングを露出した多層構造の断面に形成する工程
と、 このグレーティングを有する多層構造の断面に、半導体
細線を結晶成長する工程とを含むことを特徴とする半導
体細線形成方法。
1. A step of alternately laminating two types of semiconductor layers having different compositions to form a multilayer structure, and using an etching beam on the surface of the multilayer structure to tilt from a vertical direction at an angle θ ° (θ> 0). A) a step of performing dry etching from a direction inclined at an angle to expose the cross section of the multilayer structure; and forming a grating corresponding to the semiconductor layer on both the semiconductor layers by using a selective etching method having different etching rates. A method for forming a semiconductor thin line, comprising: forming a cross section of an exposed multilayer structure; and crystal growing a semiconductor thin line on the cross section of the multilayer structure having the grating.
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