JP2643771B2 - Semiconductor embedded structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体埋め込み構造、
特に高効率の半導体レーザなどの活性層の材料となる量
子ドット、量子箱構造とその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor embedded structure,
In particular, the present invention relates to a quantum dot or quantum box structure used as a material for an active layer of a semiconductor laser or the like with high efficiency, and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体レーザなどの特性を飛躍的に改善
すると期待されている、量子細線や量子箱の研究が、活
発に行われている。その一例が、福井らによって、アプ
ライドフィジクスレターズ(Applied Phys
ics Letters)58巻2018−2020頁
(1991年)に記載されている。この論文において、
福井らは有機金属気相成長技術(MO−CVD技術)の
選択成長を用いて、サブμmの四面体からなるGaAs
/AlGaAs埋め込み構造を形成して、その埋め込み
構造の断面評価及び、光学特性を検討している。2. Description of the Related Art Quantum wires and quantum boxes, which are expected to dramatically improve the characteristics of semiconductor lasers and the like, are being actively researched. One example is Applied Physics Letters by Fukui et al.
ics Letters), Vol. 58, 2018-2020 (1991). In this paper,
Fukui et al., Using selective growth of metal organic chemical vapor deposition technology (MO-CVD technology), GaAs composed of sub-μm tetrahedrons.
/ AlGaAs buried structure is formed, and cross-sectional evaluation and optical characteristics of the buried structure are studied.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】従来のMO−CVD技
術による選択成長においては、SiO2 膜を半導体基板
上に形成した後に、三角形の開口部を形成する。その後
に、AlGaAs/GaAs/AlGaAs構造を前記
開口部のみに選択成長技術を用いて形成している。この
SiO2 膜とGaAsとの界面は、非発光中心が多く半
導体レーザとしたときにのレーザ特性を損なうものであ
る。そこで、実際に半導体レーザを試作するためには、
このようなSiO2 マスクを取り除いた後に、GaAs
と良好な界面が得られるAlGaAsで再成長する必要
がある。In the selective growth by the conventional MO-CVD technique, a triangular opening is formed after an SiO 2 film is formed on a semiconductor substrate. Thereafter, an AlGaAs / GaAs / AlGaAs structure is formed only in the opening by using a selective growth technique. The interface between the SiO 2 film and GaAs has many non-emission centers and impairs the laser characteristics of a semiconductor laser. Therefore, in order to actually produce a prototype semiconductor laser,
After removing such SiO 2 mask, GaAs
It is necessary to regrow AlGaAs which provides a good interface.
【0004】また、高いAl組成のAlGaAsの選択
成長はMO−CVD技術では困難であるという問題もあ
る。特に強いキャリアの閉じ込めを必要とする場合に
は、Al組成の高いAlGaAsを閉じ込め層として成
長する必要がある。しかしながら、Al組成の高いAl
GaAsは、選択成長のマスクのSiO2 上に付着し
て、多結晶のAlGaAsが形成されてしまう問題があ
った。Another problem is that selective growth of AlGaAs having a high Al composition is difficult by the MO-CVD technique. When particularly strong carrier confinement is required, it is necessary to grow AlGaAs having a high Al composition as a confinement layer. However, Al having a high Al composition
There is a problem that GaAs adheres to SiO 2 serving as a mask for selective growth, and polycrystalline AlGaAs is formed.
【0005】そこで、本発明の目的は、1回の成長で良
好な埋め込み構造を形成が可能で、また高いAl組成の
AlGaAsの閉じ込め層を用いることが出来る半導体
埋め込み構造の製造方法と、その製造方法によって形成
する半導体埋め込み構造を提供するものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor buried structure capable of forming a good buried structure in a single growth and using an AlGaAs confinement layer having a high Al composition, and a method of manufacturing the same. The present invention provides a semiconductor buried structure formed by the method.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体埋
め込み構造では、III −V族半導体のV族元素が表面原
子となる(−1−1−1)面を主面とする半導体基板
と、この半導体基板上に形成された正三角形の凹部と、
この凹部を含む前記半導体基板上に形成された第1の閉
じ込め層と、この第1の閉じ込め層上に形成された活性
層と、この活性層の上に形成された第2の閉じ込め層と
を備え、前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層
と前記第2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正
三角形の各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10
−1)、(01−1)に平行であり、前記活性層が前記
凹部の側面において不連続となっていることを特徴とす
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a main surface of a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a group III-V semiconductor is a surface atom. And a regular triangular recess formed on the semiconductor substrate,
A first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the recess, an active layer formed on the first confinement layer, and a second confinement layer formed on the active layer; Wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than any of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10), (10).
-1) and (01-1), wherein the active layer is discontinuous on the side surface of the concave portion.
【0007】本発明の第1の半導体埋め込み構造の製造
方法では、III −V族半導体のV族元素が表面原子とな
る(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角形
の凹部を形成する工程と、この凹部を含む前記半導体基
板上に第1の閉じ込め層を結晶成長する工程と、この第
1の閉じ込め層上に活性層を結晶成長する工程と、この
活性層の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程を備
え、前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前
記第2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角
形の各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−
1)、(01−1)に平行であり、前記活性層が前記凹
部の側面において不連続となっていることを特徴とす
る。In the first method of manufacturing a buried semiconductor structure according to the present invention, a positive electrode is formed on a substrate whose main surface is a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom. Forming a triangular recess, crystal growing a first confinement layer on the semiconductor substrate including the recess, crystal growing an active layer on the first confinement layer, and forming the active layer on the first confinement layer. Crystal growth of a second confinement layer on the active layer, wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either the first confinement layer or the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle Are three cleavage planes (1-10), (10-
1) parallel to (01-1), wherein the active layer is discontinuous on the side surface of the concave portion.
【0008】本発明の第2の半導体埋め込み構造では、
III −V族半導体のV族元素が表面原子となる(−1−
1−1)面を主面とする半導体基板と、この半導体基板
上に形成された正三角形の凹部と、この凹部を含む前記
半導体基板上に形成された第1の閉じ込め層と、この第
1の閉じ込め層上に形成されて少なくとも2つ以上のII
I 族元素A,Bを含む活性層と、この活性層の上に形成
された第2の閉じ込め層とを備え、前記活性層の禁制帯
幅が前記第1の閉じ込め層と前記第2の閉じ込め層のい
ずれよりも小さく、前記正三角形の各々の辺が3つの劈
開面(1−10)、(10−1)、(01−1)に垂直
であり、前記凹部の側面上に形成された前記活性層が前
記A,Bの構成元素のうちいずれか一方をほとんど含ま
ないことを特徴とする。In the second semiconductor buried structure of the present invention,
A group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom (-1-
1-1) A semiconductor substrate having a plane as a main surface, a regular triangular concave portion formed on the semiconductor substrate, a first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the concave portion, Formed on a confinement layer of at least two or more II
An active layer containing Group I elements A and B; and a second confinement layer formed on the active layer, wherein the forbidden band width of the active layer is different from the first confinement layer and the second confinement layer. Smaller than any of the layers, each side of the equilateral triangle being perpendicular to the three cleavage planes (1-10), (10-1), (01-1) and formed on the sides of the recess. It is characterized in that the active layer hardly contains any one of the constituent elements A and B.
【0009】本発明の第2の半導体埋め込み構造の製造
方法では、III −V族半導体のV族元素が表面原子とな
る(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角形
の凹部を形成する工程と、この凹部を含む前記半導体基
板上に第1の閉じ込め層を結晶成長する工程と、この第
1の閉じ込め層上に少なくとも2つ以上のIII 族元素
A,Bを含む活性層を結晶成長する工程と、この活性層
の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程を備え、前
記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第2
の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の各
々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記凹部の側面上に形成さ
れた前記活性層が前記A,Bの構成元素の内いずれか一
方をほとんど含まないことを特徴とする。According to the second method of manufacturing a buried semiconductor structure of the present invention, a positive electrode is formed on a substrate whose main surface is a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom. Forming a triangular concave portion, crystal growing a first confinement layer on the semiconductor substrate including the concave portion, and forming at least two or more group III elements A and B on the first confinement layer. And a crystal growth of a second confinement layer on the active layer, wherein the forbidden band width of the active layer is equal to the first confinement layer and the second confinement layer.
, Each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10), (10-1),
It is perpendicular to (01-1) and is characterized in that the active layer formed on the side surface of the concave portion hardly contains any one of the constituent elements A and B.
【0010】本発明の第3の半導体埋め込み構造では、
III −V族半導体のV族元素が表面原子となる(−1−
1−1)面を主面とする半導体基板と、この半導体基板
上に形成された正三角形の突起部と、この突起部を含む
前記半導体基板上に形成された第1の閉じ込め層と、こ
の第1の閉じ込め層上に形成された少なくとも2つ以上
のIII 族元素A,Bを含む活性層と、この活性層の上に
形成された第2の閉じ込め層とを備え、前記活性層の禁
制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第2の閉じ込め層
のいずれよりも小さく、前記正三角形の各々の辺が3つ
の劈開面(1−10)、(10−1)、(01−1)に
垂直であり、前記突起部の側面上に形成された前記活性
層が前記A,Bの構成元素の内いずれか一方をほとんど
含まないことを特徴とする。In the third semiconductor buried structure of the present invention,
A group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom (-1-
1-1) a semiconductor substrate having a main surface as a main surface, a regular triangular protrusion formed on the semiconductor substrate, a first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the protrusion, An active layer containing at least two or more group III elements A and B formed on the first confinement layer; and a second confinement layer formed on the active layer. The band width is smaller than either of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10), (10-1), and (01-1). ), Wherein the active layer formed on the side surface of the protrusion hardly contains any one of the constituent elements A and B.
【0011】本発明の第3の半導体埋め込み構造の製造
方法では、III −V族半導体のV族元素が表面原子とな
る(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角形
の突起部を形成する工程と、この突起部を含む前記半導
体基板上に第1の閉じ込め層を結晶成長する工程と、こ
の第1の閉じ込め層上に少なくとも2つ以上のIII 族元
素A,Bを含む活性層を結晶成長する工程と、この活性
層の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程を備え、
前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記突起部の側面上に形成
された前記活性層が前記A,Bの構成元素の内いずれか
一方をほとんど含まないことを特徴とする。According to the third method of manufacturing a buried semiconductor structure of the present invention, a positive electrode is formed on a substrate whose main surface is a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom. Forming a triangular protrusion, crystal growing a first confinement layer on the semiconductor substrate including the protrusion, and forming at least two or more group III elements A, Crystal growth of an active layer containing B; and crystal growth of a second confinement layer on the active layer.
The forbidden band width of the active layer is smaller than either of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10), (10-1). ,
It is perpendicular to (01-1) and is characterized in that the active layer formed on the side surface of the protrusion hardly contains any one of the constituent elements A and B.
【0012】[0012]
【作用】まず最初に本発明の半導体埋め込み構造につい
て説明する。一例として、GaAs/AlGaAs材料
を用いて、量子箱構造を形成する場合について説明す
る。本発明の半導体構造では、微細な三角形状の凹部や
突起部が形成されたGaAs基板上に、AlGaAs/
GaAs/AlGaAsダブルへテロ構造を形成する。
このときに、成長条件や、三角形パターンの結晶方位を
適当に選ぶことによって、GaAs活性層が凹部側面あ
るいは突起側面で段切れて形成された構造となってい
る。このため、GaAs活性層がAlGaAs閉じ込め
層で埋め込まれた埋め込み構造が形成される。この様な
埋め込み構造の形成では、SiO2 の選択マスクなどを
用いる必要がないために、一回の結晶成長で良好な埋め
込み構造を得ることが出来る。また、Al組成の高いA
lGaAs閉じ込め層も容易に形成できるため、強いキ
ャリアの閉じ込めも容易に得られる特徴がある。First, the semiconductor buried structure of the present invention will be described. As an example, a case where a quantum box structure is formed using a GaAs / AlGaAs material will be described. In the semiconductor structure of the present invention, AlGaAs / AlGaAs is formed on a GaAs substrate on which fine triangular concave portions and protrusions are formed.
A GaAs / AlGaAs double hetero structure is formed.
At this time, by appropriately selecting the growth conditions and the crystal orientation of the triangular pattern, the structure is such that the GaAs active layer is formed to be stepped at the side surface of the concave portion or the side surface of the protrusion. Therefore, a buried structure in which the GaAs active layer is buried with the AlGaAs confinement layer is formed. In forming such a buried structure, it is not necessary to use a selection mask of SiO 2 or the like, so that a good buried structure can be obtained by one crystal growth. In addition, A having a high Al composition
Since an lGaAs confinement layer can be easily formed, strong carrier confinement can be easily obtained.
【0013】次に本発明の半導体埋め込み構造の製造方
法について説明する。本発明者が、分子線エピタクシー
法(MBE法)で検討したところ、(111)A面等の
A面の結晶面と、A面でない結晶面(例えば、(11
1)B面、(100)面など)が混在する非平坦基板上
の成長では、A面でのGaAsの成長速度が遅くなる。
特に、GaAsの再蒸発が顕著となる725゜C以上で
成長すると、(111)A面等のA面でのGaAsの成
長速度が零となることが判明した。この理由としては、
(111)A面と(111)B面などのGa原子の表面
マイグレーションの違いが考えられる。すなわち、表面
マイグレーション距離が、他の面に比べて、(111)
A面が長いため、あるGa原子は、(111)A面から
(111)B底面にGa原子が移動してGaAsが積層
し、あるGa原子は、(111)A面上をマイグレーシ
ョンしている間に再蒸発してしまうためと考えられる。Next, a method of manufacturing a semiconductor buried structure according to the present invention will be described. The present inventor has studied by molecular beam epitaxy method (MBE method). As a result, a crystal plane of A plane such as (111) A plane and a crystal plane other than A plane (for example, (11)
1) In the growth on a non-planar substrate in which B-plane and (100) -plane are mixed, the growth rate of GaAs on A-plane becomes slow.
In particular, it was found that the growth rate of GaAs on the A-plane such as the (111) A-plane becomes zero when the GaAs is grown at 725 ° C. or more where re-evaporation of GaAs becomes remarkable. This is because
The difference in the surface migration of Ga atoms such as the (111) A plane and the (111) B plane is considered. That is, the surface migration distance is (111) compared to other surfaces.
Because the A-plane is long, some Ga atoms are moved from the (111) A plane to the (111) B bottom surface and GaAs is stacked, and some Ga atoms migrate on the (111) A plane. It is thought to be due to re-evaporation in between.
【0014】本発明の半導体埋め込み構造の製造方法で
は、この実験事実に基づいて、量子箱の様な微細な半導
体埋め込み構造を形成する方法を提供するものである。
すなわち、本発明では、(111)B面を半導体基板に
選び、この半導体基板の3つの異なる劈開面に垂直な方
向の3辺を有する正三角形の凹部および、突起を形成す
る。このときに、マスクの向きを適当に選ぶことによっ
て、順メサの(111)A面あるいは(1nn)A面
(ただし、n≧2、n:整数)を側面に有する三角形凹
部や三角形突起が得られる。つぎに、MBE法によっ
て、AlGaAs/GaAs/AlGaAsダブルへテ
ロ構造を形成する。このときに、GaAsの再蒸発が顕
著となる725゜C以上の成長温度でMBE成長する
と、(111)A面などのA面でのGaAsの成長速度
が零となる。このため、三角形凹部においては、凹部の
底部と平坦部でGaAsが途切れて成長する。また、三
角形突起では、突起頂部と平坦部でGaAsが途切れて
成長する。一方、AlGaAsは、非平坦基板の基板形
状を保存するように側面でも一様な厚さで成長する。こ
のような成長上の特性を利用することによって、三角形
突起の頂部、または三角形凹部の底部にGaAs/Al
GaAs埋め込み構造が形成される。また、AlGaA
sの成長では、Al組成が高いほど、非平坦基板の基板
形状保存の性質が強いために、埋め込み構造を形成する
のに適している。この理由として、Al原子の表面マイ
グレーション距離がGa原子よりも小さいために、Al
組成が高いほど凹凸を保存する傾向が強くなると考えら
れる。このため、高いAl組成のAlGaAsを用い
て、容易にGaAs/AlGaAs埋め込み構造を形成
することが出来る。また、本発明を用いれば、このよう
な埋め込み構造を一度の結晶成長で形成できる特長があ
る。The method of manufacturing a semiconductor buried structure according to the present invention provides a method for forming a fine semiconductor buried structure such as a quantum box based on the experimental facts.
That is, in the present invention, the (111) B plane is selected as a semiconductor substrate, and a regular triangular concave portion and a projection having three sides perpendicular to three different cleavage planes of the semiconductor substrate are formed. At this time, by appropriately selecting the direction of the mask, a triangular concave portion or a triangular protrusion having a (111) A plane or a (1nn) A plane (n ≧ 2, n: an integer) on the side surface of the forward mesa can be obtained. Can be Next, an AlGaAs / GaAs / AlGaAs double heterostructure is formed by MBE. At this time, if MBE growth is performed at a growth temperature of 725 ° C. or more at which re-evaporation of GaAs becomes remarkable, the growth rate of GaAs on A-plane such as (111) A-plane becomes zero. For this reason, in the triangular concave portion, GaAs grows discontinuously at the bottom and the flat portion of the concave portion. In the triangular projection, GaAs grows at the top of the projection and at the flat portion. On the other hand, AlGaAs grows with a uniform thickness on the side surface so as to preserve the shape of the non-flat substrate. By utilizing such growth characteristics, GaAs / Al is formed at the top of the triangular protrusion or at the bottom of the triangular recess.
A GaAs buried structure is formed. Also, AlGaAs
In the growth of s, the higher the Al composition, the stronger the property of preserving the substrate shape of the non-planar substrate, so that it is suitable for forming a buried structure. This is because the surface migration distance of Al atoms is smaller than that of Ga atoms.
It is considered that the higher the composition, the stronger the tendency to preserve the irregularities. Therefore, a GaAs / AlGaAs buried structure can be easily formed using AlGaAs having a high Al composition. Further, according to the present invention, there is a feature that such a buried structure can be formed by a single crystal growth.
【0015】[0015]
【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。Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0016】図1(a),(b)は、本発明の第1の実
施例の半導体埋め込み構造の平面図及び断面構造を示し
ている。なお図1(b)は、図1(a)のA−A′断面
である。FIGS. 1A and 1B show a plan view and a sectional structure of a semiconductor buried structure according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
【0017】本実施例は、三角形凹部上に、GaAsか
らなる活性層を形成する場合である。図中、1はGaA
s基板、2は第1閉じ込め層(Alx Ga1-x As、
0.2≦x≦1、典型的には0.8≦x≦1)、3は活
性層(GaAs)、4は第2閉じ込め層(Al組成は第
1閉じ込め層と同じ範囲)、5は(111)B底面、
6,7は(111)A側面、8は(011)劈開面(A
−A′断面)、9は埋め込み活性層、10は三角形凹
部、dは三角形凹部10の深さ、θ1 は(111)A側
面6と(111)B底面5とのなす角、θ2 は(11
1)A側面7と(011)劈開面8との交線が(11
1)B底面5とのなす角である。この場合に、埋め込み
活性層9の1辺の長さWB と、三角形凹部10の上辺の
長さWM との間には、以下の関係がある。In this embodiment, an active layer made of GaAs is formed on a triangular concave portion. In the figure, 1 is GaAs
s substrate 2 is a first confinement layer (Al x Ga 1 -x As,
0.2 ≦ x ≦ 1, typically 0.8 ≦ x ≦ 1), 3 is an active layer (GaAs), 4 is a second confinement layer (Al composition is in the same range as the first confinement layer), 5 is (111) B bottom,
6 and 7 are (111) A side surfaces, and 8 is a (011) cleavage surface (A
-A 'section), 9 is a buried active layer, 10 is a triangular recess, d is the depth of the triangular recess 10, θ 1 is the angle between the (111) A side surface 6 and the (111) B bottom surface 5, and θ 2 is (11
1) The intersection line between the A side surface 7 and the (011) cleavage plane 8 is (11)
1) An angle formed with the B bottom surface 5. In this case, the length of one side of the buried active layer 9 W B, between the upper side length W M of the triangular recesses 10, the following relationship.
【0018】 WB =WM −C・d (1) C=2・√3/tanθ1 (2) 実際のC及びθ1 の値を、一例として表1に示す。[0018] The W B = W M -C · d (1) C = 2 · √3 / tanθ 1 (2) Actual C and theta 1 values shown in Table 1 as an example.
【0019】[0019]
【表1】 [Table 1]
【0020】量子箱のような小さな幅のWB の、埋め込
み活性層9を形成する場合には、C・dの分だけ幅が小
さくなるため有利である。例えば、側面が(111)A
面で、WM が1μm、dが0.3μmの場合にはWB が
0.63μmとなる。また、側面が(111)A面で、
WM が100nm、dが50nmの場合には、WB が3
9nmとなる。第1閉じ込め層2の厚さは、三角形凹部
10の断面形状を保存できる範囲内で、任意に決めるこ
とが出来る。ただし、三角形凹部10の深さdに比べ
て、非常に厚い第1閉じ込め層2の形成は、三角形凹部
10の断面形状が崩れる可能性があるため、余り好まし
くない。また、活性層3の厚みに関しては、(111)
A側面6,7で段切れて成長する範囲内で任意に決める
ことが出来る。上限の厚さとして、三角形凹部10の深
さdが目安となる。dよりも薄い活性層3では、成長の
技術的な問題は少ない。例えば量子箱などを狙ってWM
を100nm、dを50nmとした場合には、活性層3
の厚さも薄くして、20nm以下が好ましいと考えられ
る。第2の閉じ込め層4の厚さは、任意の厚みで形成す
ることが出来るが、充分厚く成長した方が、表面の平坦
化の観点からは好ましい。以上説明した、三角形凹部1
0上に形成された、半導体構造においては、SiO2 な
どが内在しないために、半導体通しの良好な界面を有
し、発光特性の優れたGaAs/AlGaAs埋め込み
構造を実現できる。[0020] of W B small width, such as quantum box, in the case of forming a buried active layer 9 is advantageous for an amount corresponding width of the C · d becomes smaller. For example, if the side surface is (111) A
In terms, W M is 1 [mu] m, d is the W B becomes 0.63μm in the case of 0.3 [mu] m. Also, the side surface is the (111) A surface,
W M is 100nm, in the case d is 50nm is, W B is 3
9 nm. The thickness of the first confinement layer 2 can be arbitrarily determined as long as the cross-sectional shape of the triangular recess 10 can be preserved. However, the formation of the first confinement layer 2 which is extremely thicker than the depth d of the triangular concave portion 10 is not preferable because the cross-sectional shape of the triangular concave portion 10 may be lost. Further, regarding the thickness of the active layer 3, (111)
It can be arbitrarily determined within a range where the A side faces 6 and 7 grow stepwise. As an upper limit thickness, the depth d of the triangular concave portion 10 is a guide. With the active layer 3 thinner than d, there are few technical problems of growth. For example, W M aimed at, such as the quantum box
Is 100 nm and d is 50 nm, the active layer 3
Is considered to be preferable, and the thickness is preferably 20 nm or less. The thickness of the second confinement layer 4 can be formed at any thickness, but it is preferable that the second confinement layer 4 is grown sufficiently thick from the viewpoint of flattening the surface. The triangular recess 1 described above
Since the semiconductor structure formed on the substrate 0 does not contain SiO 2 or the like, it has a good interface for passing through the semiconductor and can realize a GaAs / AlGaAs buried structure having excellent emission characteristics.
【0021】次に、第1の実施例の半導体埋め込み構造
の製造方法について、図2を用いて説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor buried structure according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
【0022】まず図2(a)に示すように、(111)
B面を主面に有するGaAs基板1を用意する。このG
aAs基板1の面方位は、必ずしも(111)B面JU
STである必要はない。(111)B面からわずかに
(0.5〜5゜)オフ角をつけた方が、成長表面形態が
良好となることが知られている。First, as shown in FIG.
A GaAs substrate 1 having a B surface on a main surface is prepared. This G
The plane orientation of the aAs substrate 1 is not necessarily the (111) B plane JU
It need not be ST. It is known that a slightly (0.5 to 5 °) off-angle from the (111) B plane results in better growth surface morphology.
【0023】次に、図2(b)に示すように、このGa
As基板1上に、通常のホトリソグラフィ技術、あるい
は電子ビーム露光技術を用いて、三角形の開口部22を
有するエッチングマスク21を形成する。エッチングマ
スク21の材料としては、ホトレジストや、電子ビーム
露光用レジスト等のレジスト材料の他に、SiO2 ,S
iNなどの材料を用いることが出来る。ここで、SiO
2 やSiNの材料は、熱CVD技術やプラズマCVD技
術で成膜するために、GaAs基板1との密着性がレジ
スト材料よりも良好である。このため、サイドエツチン
グが小さく、大きな側面角θ1 が得られやすい。一方、
小さなθ1 を必要とする場合には、レジスト材料がマス
クとして適している。この場合には、(111)Aの側
面ではなく、もっと高次のA面の(122)A面や(1
33)A面などが出現する。このように、三角形凹部や
三角形突起の側面の結晶面については、(111)A面
の他に(122)A面、(133)A面などの高次の面
も利用できる。高次の面を利用した場合には、表1に示
す係数Cの値が大きくなるために、大きなWM で小さな
WB を容易に得られる利点がある。しかしながら、MB
E成長上の特性から、この高次の面での成長速度は(1
11)A面よりもやや早くなるという問題もある。Next, as shown in FIG.
An etching mask 21 having a triangular opening 22 is formed on the As substrate 1 by using a usual photolithography technique or an electron beam exposure technique. As a material of the etching mask 21, in addition to a resist material such as a photoresist and a resist for electron beam exposure, SiO 2 , S
A material such as iN can be used. Where SiO
Since materials such as 2 and SiN are formed by a thermal CVD technique or a plasma CVD technique, they have better adhesion to the GaAs substrate 1 than a resist material. Therefore, the side Etsu quenching is small, easily large side angle theta 1 is obtained. on the other hand,
When a small θ 1 is required, a resist material is suitable as a mask. In this case, instead of the side surface of (111) A, a higher order A surface (122) A surface or (1)
33) A-side and the like appear. As described above, as for the crystal planes on the side surfaces of the triangular concave portions and the triangular protrusions, higher-order planes such as the (122) A plane and the (133) A plane can be used in addition to the (111) A plane. When using a higher-order plane, because the value of the coefficient C shown in Table 1 is increased, there is an advantage to be easily obtained a small W B with a large W M. However, MB
From the characteristics on E growth, the growth rate on this higher surface is (1
11) There is also a problem that the speed is slightly faster than the surface A.
【0024】また、マスクパターンの形成時には、溝及
び突起の側面が(111)A面の順メサ形状が出現する
ように注意する必要がある。この事情を、図3で説明す
る。いま(111)B面として(−1−1−1)面31
と表した場合を考える。この場合に、(−1−1−1)
B面31に垂直な劈開面は、(1−10)、(01−
1)、(10−1)の3つがある。これらの劈開面の1
つである(1−10)面32に垂直なメサストライプを
ブロムメタノール等をエッチング液として用いたウェッ
ト化学エッチング法を用いて形成すると、図3(a)に
示すような非対称な断面形状が得られる。この場合の側
面で、順メサ形状が得られた側面は、(−1−11)A
面33である。この面を側面となるような向きに、三角
形のエッチングマスクを形成する。結晶指数でいうと、
図3(b)〜(c)に示す結晶指数の方向にマスクを形
成すれば良い。三角形突起を形成する場合には、図3
(b)に示すように、結晶の方向指数が[1−10]→
[01−1]→[1−01]の時計回りで規定される3
辺を有する正三角形のマスクが必要となる。一方、三角
形凹部を形成する場合には、図3(c)に示すように、
方向指数が[1−10]→[−101]→[01−1]
の反時計回りで3辺が規定される正三角形の開口部を有
するマスクが必要である。Also, when forming the mask pattern, it is necessary to pay attention so that the side surfaces of the grooves and the projections have a regular mesa shape of the (111) A plane. This situation will be described with reference to FIG. Now, the (1-1-1-1) plane 31 is defined as the (111) B plane.
Consider the case where In this case, (-1-1-1)
The cleavage planes perpendicular to the B plane 31 are (1-10), (01-
1) and (10-1). One of these cleavage planes
When a mesa stripe perpendicular to the (1-10) plane 32 is formed by a wet chemical etching method using bromomethanol or the like as an etching solution, an asymmetric cross-sectional shape as shown in FIG. Can be In the side surface in this case, the side surface on which the forward mesa shape was obtained is (−1-11) A
Surface 33. A triangular etching mask is formed with this surface facing the side. In terms of crystal index,
A mask may be formed in the direction of the crystal index shown in FIGS. When forming a triangular projection, FIG.
As shown in (b), the direction index of the crystal is [1-10] →
[01-1] → 3 defined by clockwise from [1-01]
An equilateral triangle mask having sides is required. On the other hand, when forming a triangular concave portion, as shown in FIG.
Direction index is [1-10] → [-101] → [01-1]
A mask having an opening of an equilateral triangle whose three sides are defined in the counterclockwise direction is required.
【0025】次に図2(c)に示すように、エッチング
マスク21をGaAs基板1上に形成し、ブロムメタノ
ールや燐酸系のエッチング液を用いてエッチングするこ
とによって、順メサの(111)A側面6,7を側面に
有する三角形凹部10を形成できる。この場合に、他の
エッチング方法、例えばドライエッチング方なども、所
望の結晶面((111)A面〜(155)A面)がでれ
ば利用できる。Next, as shown in FIG. 2C, an etching mask 21 is formed on the GaAs substrate 1 and is etched using bromomethanol or a phosphoric acid-based etching solution to form a (111) A A triangular recess 10 having side surfaces 6 and 7 on the side surface can be formed. In this case, another etching method such as a dry etching method can be used if a desired crystal plane ((111) A plane to (155) A plane) appears.
【0026】次に、図2(d)に示すように、エッチン
グマスク21を除去する。Next, as shown in FIG. 2D, the etching mask 21 is removed.
【0027】次に、図2(e)に示すように、MBE法
によって結晶成長する。結晶成長では、通常の固体ソー
ス材料を用いたMBE装置で成長できる。AlGaAs
/GaAs材料の場合には、ソース材料として、金属A
l、金属Ga、金属AsをPBN(パイロティックボロ
ンナイトライド)ルツボに装填して、ヒータ加熱によっ
てソース材料を超高真空中で蒸発させて結晶成長を行っ
ている。このような固体ソースの他に、As材料とし
て、アルシン(ASH3 )等のハイドライドガスや、G
aやAlの材料として、トリメチルガリウム(Ga(C
H3 )3 )や、トリメチルアルミニウム(Al(CH
3 )3 )の有機金属などを用いることが出来る。このよ
うに、MBE法においてガスなどをソースとして用いる
場合には、一般に、ガスソースMBE法やケミカルビー
ムエピタクシー法(CBE法)などと呼ばれる。Next, as shown in FIG. 2E, crystals are grown by MBE. In crystal growth, the crystal can be grown by an MBE apparatus using a normal solid source material. AlGaAs
/ GaAs material, metal A
1, a metal Ga, and a metal As are loaded in a PBN (pyrotic boron nitride) crucible, and a source material is evaporated in an ultra-high vacuum by heating with a heater to grow a crystal. In addition to such a solid source, a hydride gas such as arsine (ASH 3 ) or G
As a material of a or Al, trimethylgallium (Ga (C
H 3 ) 3 ) or trimethylaluminum (Al (CH
3 ) The organic metal of 3 ) can be used. When a gas or the like is used as a source in the MBE method as described above, it is generally called a gas source MBE method, a chemical beam epitaxy method (CBE method), or the like.
【0028】MBE成長装置にGaAs基板1を導入し
た後、通常の脱ガス工程を行いGaAsの自然酸化膜を
除去する。この後、GaAsの再蒸発が顕著になる温度
(本発明者のMBE装置では725゜C)以上で、第1
閉じ込め層2(AlGaAs)、活性層3(GaA
s)、第2閉じ込め層4(AlGaAs)からなるダブ
ルへテロ構造を成長する。この場合に、AlGaAs
は、GaAs基板1の凹凸をそのまま保存するように成
長するのに比べて、GaAsは(111)A側面6,7
で成長速度が極端に遅く、725゜C以上では零とな
る。このため、活性層3が、(111)A側面6,7で
途切れて成長して、埋め込み活性層9が形成される。埋
め込み活性層9は、回りを全てGaAsよりも禁制帯幅
の大きなAlGaAsで囲まれているため、良好な埋め
込み構造が実現する。また、埋め込み活性層9の近傍に
はSiO2 などがなく、全て半導体通しの界面となって
いるため、極めて非発光再結合の少ない埋め込み構造が
得られる。また、閉じ込め層材料となるAlGaAsに
ついては、Al組成が高い方が凹凸を保存する傾向が強
くなるため好ましい。特に、量子箱を狙って100nm
以下の微細な凹凸上に成長する場合には、AlAsなど
を用いるのが適している。MBE成長後、成長装置から
取り出すと、製作工程は完了する。After introducing the GaAs substrate 1 into the MBE growth apparatus, a normal degassing step is performed to remove the natural GaAs oxide film. Thereafter, at a temperature at which re-evaporation of GaAs becomes remarkable (725 ° C. in the MBE apparatus of the inventor), the first
Confinement layer 2 (AlGaAs), active layer 3 (GaAs
s), a double heterostructure composed of the second confinement layer 4 (AlGaAs) is grown. In this case, AlGaAs
GaAs is grown so as to preserve the irregularities of the GaAs substrate 1 as it is.
, The growth rate is extremely slow, and becomes zero at 725 ° C. or higher. For this reason, the active layer 3 grows discontinuously on the (111) A side surfaces 6 and 7, and the buried active layer 9 is formed. Since the buried active layer 9 is entirely surrounded by AlGaAs having a larger bandgap than GaAs, a good buried structure is realized. In addition, since there is no SiO 2 or the like in the vicinity of the buried active layer 9 and all of the buried active layers 9 are interfaces through which semiconductors pass, a buried structure with extremely small non-radiative recombination is obtained. Further, as for AlGaAs to be a material of the confinement layer, it is preferable that the Al composition is high because the tendency of preserving the irregularities becomes stronger. In particular, aiming at the quantum box
When growing on the following fine unevenness, it is suitable to use AlAs or the like. After the MBE growth, if it is taken out of the growth apparatus, the fabrication process is completed.
【0029】図4(a),(b)は、本発明の第2の実
施例の半導体埋め込み構造の平面図及び断面構造を示し
ている。なお、図4(b)は、図4(a)のB−B′断
面である。FIGS. 4A and 4B show a plan view and a sectional structure of a semiconductor buried structure according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
【0030】本実施例は、三角形突起上に、GaAsか
らなる活性層を形成する場合である。図中、41はGa
As基板、42は第1閉じ込め層(Alx Ga1-x A
s,0.2≦x≦1、典型的には0.8≦x≦1)、4
3は活性層(GaAs)、44は第2閉じ込め層(Al
組成は第1閉じ込め層42と同じ)、45は(111)
B頂部、46,47は(111)A側面、48は(01
1)劈開面(BB′断面)、49は埋め込み活性層、5
0は三角形突起である。dは三角形突起の高さ、θ1 は
(111)A側面46と(111)B頂部45とのなす
角、θ2 は(111)A側面47と(011)劈開面4
8との交線が(111)B頂部45とのなす角である。In this embodiment, an active layer made of GaAs is formed on the triangular protrusion. In the figure, 41 is Ga
As substrate, 42 is a first confinement layer (Al x Ga 1-x A
s, 0.2 ≦ x ≦ 1, typically 0.8 ≦ x ≦ 1), 4
3 is an active layer (GaAs), 44 is a second confinement layer (Al)
The composition is the same as that of the first confinement layer 42), and 45 is (111)
B top, 46 and 47 are (111) A side surfaces, 48 is (01)
1) Cleavage plane (BB 'section), 49 is a buried active layer, 5
0 is a triangular protrusion. d is the height of the triangular protrusion, θ 1 is the angle between the (111) A side surface 46 and the (111) B top 45, and θ 2 is the (111) A side surface 47 and the (011) cleavage plane 4.
The intersection with 8 is the angle formed by the (111) B top 45.
【0031】このような三角形突起50の場合にはおい
ても、第1の実施例で述べたように、三角形突起50の
底辺の幅WM と(111)B頂部の1辺の長さWB の間
は(1),(2)式の関係式が成り立つ。例えば、側面
が(111)A面で、WM が1μm、dが0.3μmの
場合にはWB が0.63μmとなる。 また、側面が
(111)A面で、WM が100nm、dが50nmの
場合には、WB が39nmとなる。第1閉じ込め層42
の厚さは、三角形突起50の断面形状を保存できる範囲
内で、任意に決めることが出来る。ただし、三角形突起
50の高さdに比べて、非常に厚い第1閉じ込め層42
の形成は、三角形突起50の断面形状が崩れる可能性が
あるため、余り好ましくない。また、活性層43の厚み
に関しては、(111)A側面46,47で段切れて成
長する範囲内で任意に決めることが出来る。上限の厚さ
として、三角形突起50の高さdが目安となる。dより
も薄い活性層43では、成長の技術的な問題は少ない。
例えば量子箱などを狙って、WM を100nm、dを5
0nmとした場合には、活性層43の厚さも薄くして、
20nm以下が好ましいと考えられる。第2の閉じ込め
層44の厚さは、任意の厚みで形成することが出来る
が、充分厚く成長した方が、表面の平坦化の観点からは
好ましい。以上説明した、三角形突起50上に形成され
た、半導体構造においては、SiO2 などが内在しない
ために、半導体通しの良好な界面を有し、発光特性の優
れたGaAs/AlGaAs埋め込み構造を実現でき
る。また、製造方法については、マスクの方位を図2
(b)に示すように形成することが、三角形凹部の第1
の実施例の場合と異なっている。そのほかの点は、ほと
んど三角形凹部の第1の実施例と同様である。[0031] be placed in the case of such a triangular protrusion 50, as described in the first embodiment, the width W M and (111) of the base of the triangle protrusion 50 length of one side W B of B top The relational expressions of the expressions (1) and (2) hold between. For example, the side is (111) A plane, W M is 1 [mu] m, d is the W B becomes 0.63μm in the case of 0.3 [mu] m. Further, in side surfaces (111) A plane, if W M is 100 nm, d is 50nm is, W B is 39 nm. First confinement layer 42
Can be arbitrarily determined as long as the cross-sectional shape of the triangular protrusion 50 can be preserved. However, compared to the height d of the triangular protrusion 50, the first confinement layer 42 which is very thick
Is not preferred because the cross-sectional shape of the triangular protrusion 50 may be lost. Further, the thickness of the active layer 43 can be arbitrarily determined within a range where the active layer 43 grows stepwise at the (111) A side surfaces 46 and 47. As the upper limit thickness, the height d of the triangular protrusion 50 is a guide. With the active layer 43 thinner than d, there are few technical problems of growth.
For example, aiming at a quantum box or the like, W M is 100 nm and d is 5
When the thickness is 0 nm, the thickness of the active layer 43 is also reduced,
It is considered that 20 nm or less is preferable. The thickness of the second confinement layer 44 can be formed at an arbitrary thickness, but it is preferable that the second confinement layer 44 is grown sufficiently thick from the viewpoint of flattening the surface. In the semiconductor structure formed on the triangular protrusion 50 described above, since there is no SiO 2 or the like, a GaAs / AlGaAs buried structure having a good interface for passing through the semiconductor and having excellent emission characteristics can be realized. . As for the manufacturing method, the orientation of the mask is shown in FIG.
Forming as shown in (b) is the first of the triangular recesses.
Is different from the embodiment. Other points are almost the same as those of the first embodiment of the triangular concave portion.
【0032】図5(a),(b)は、本発明の第3の実
施例の半導体埋め込み構造の平面図及び断面構造を示し
ている。なお、図5(b)は、図5(a)のC−C′断
面である。FIGS. 5A and 5B show a plan view and a sectional structure of a semiconductor buried structure according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 5A.
【0033】本実施例は、三角形凹部上に、InGaA
sからなる活性層を形成する場合である。図中、51a
は活性層(InxaGa1-xaAs、0.05<xa≦0.
35)、51bは活性層(InxbGa1-xbAs、xb〜
0)、52は埋め込み活性層(InxcGa1-xcAs、x
a<xc)である。構造的には、活性層を除いて、第1
の実施例の場合とほとんど同じである。この場合には、
活性層の材料として、InGaAs材料を用いている。
そのために、活性層は三角溝10の側面6,7で連続し
て成長している。MBE成長について説明すると、In
の再蒸発が顕著となる575゜C以上で成長するとIn
原子は、(111)A側面6,7に全く付着しないため
に、(111)A側面6,7上では、ほとんどGaAs
からなる活性層51bが形成される。一方、(111)
B底部5においては、(111)A側面6,7からのI
n原子の流入があるために、平坦部の活性層51aより
もIn組成の高い埋め込み活性層52が得られる。従っ
て、InxcGa1-xcAsからなる埋め込み活性層52
が、横方向でGaAsからなる活性層51bに埋め込ま
れることとなる。In this embodiment, InGaAs is formed on the triangular concave portion.
This is a case where an active layer made of s is formed. In the figure, 51a
Represents an active layer (In xa Ga 1-xa As, 0.05 <xa ≦ 0.
35), 51b an active layer (In xb Ga 1-xb As , xb~
0) and 52 are buried active layers (In xc Ga 1 -xc As, x
a <xc). Structurally, except for the active layer, the first
This is almost the same as the embodiment. In this case,
An InGaAs material is used as a material of the active layer.
Therefore, the active layer is continuously grown on the side surfaces 6 and 7 of the triangular groove 10. To explain MBE growth, In
Is grown at 575 ° C. or higher where re-evaporation of
Since atoms do not attach to the (111) A side surfaces 6,7 at all, almost no GaAs is formed on the (111) A side surfaces 6,7.
Is formed. On the other hand, (111)
In the B bottom part 5, the I from the (111) A side faces 6 and 7
Due to the inflow of n atoms, a buried active layer 52 having a higher In composition than the active layer 51a in the flat portion can be obtained. Therefore, the buried active layer 52 made of In xc Ga 1-xc As
Is embedded in the active layer 51b made of GaAs in the lateral direction.
【0034】図6(a),(b)は、本発明の第4の実
施例の半導体埋め込み構造の平面図及び断面構造を示し
ている。なお、図6(b)は、図6(a)のD−D′断
面である。FIGS. 6A and 6B show a plan view and a sectional structure of a semiconductor buried structure according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line DD ′ of FIG.
【0035】本実施例は、三角形突起上に、InGaA
sからなる活性層を形成する場合である。図中、61a
は活性層(InxaGa1-xaAs、0.05<xa≦0.
35)、61bは活性層(InxbGa1-xbAs、xb〜
0)、62は埋め込み活性層(InxcGa1-xcAs、x
a<xc)である。構造的には、活性層を除いて、第2
の実施例の場合とほとんど同じである。この場合には、
第3の実施例と同様に活性層の材料として、InGaA
s材料を用いている。そのために、活性層は三角形突起
50の側面46,47で連続して成長している。MBE
成長では、第3の実施例と同様に、Inの再蒸発が顕著
となる575゜C以上で成長すると、In原子は(11
1)A側面46,47に全く付着しないために、(11
1)A側面46,47上では、ほとんどGaAsからな
る活性層61bが形成される。一方、(111)B頂部
45においては、(111)A側面46,47からのI
n原子の流入があるために、平坦部の活性層61aより
もIn組成の高い埋め込み活性層62が得られる。従っ
て、InxcGa1-xcAsからなる埋め込み活性層62
が、横方向でGaAsからなる活性層61bに埋め込ま
れることとなる。In this embodiment, InGaAs is formed on a triangular projection.
This is a case where an active layer made of s is formed. In the figure, 61a
Represents an active layer (In xa Ga 1-xa As, 0.05 <xa ≦ 0.
35), 61b an active layer (In xb Ga 1-xb As , xb~
0) and 62 are buried active layers (In xc Ga 1 -xc As, x
a <xc). Structurally, except for the active layer, the second
This is almost the same as the embodiment. In this case,
As in the third embodiment, the material of the active layer is InGaAs.
s material is used. Therefore, the active layer is continuously grown on the side surfaces 46 and 47 of the triangular protrusion 50. MBE
In the growth, as in the third embodiment, when grown at 575 ° C. or more where re-evaporation of In is remarkable, In atoms become (11
1) Since it does not adhere to the A side surfaces 46 and 47 at all, (11)
1) On the A side surfaces 46 and 47, an active layer 61b almost made of GaAs is formed. On the other hand, at the (111) B top 45, the I
Due to the inflow of n atoms, a buried active layer 62 having a higher In composition than the active layer 61a in the flat portion can be obtained. Therefore, the buried active layer 62 made of In xc Ga 1-xc As
Is buried in the active layer 61b made of GaAs in the lateral direction.
【0036】以上述べた実施例では、AlGaAs/G
aAs材料とInGaAs/AlGaAs材料を用いて
構造を形成したが、これらの半導体埋め込み構造は、他
の材料、例えばInGaAs/InAlAsなどにおい
ても適用できると考えられる。In the embodiment described above, AlGaAs / G
Although the structure is formed using the aAs material and the InGaAs / AlGaAs material, it is considered that these semiconductor embedded structures can be applied to other materials, for example, InGaAs / InAlAs.
【0037】また、以上の実施例では、アンドープで全
ての半導体埋め込み構造を成長したが、これに限らずp
型やn型のドーピングを行って、pn接合を形成するこ
とは、容易に可能である。In the above embodiment, all the semiconductor buried structures are grown undoped.
It is easily possible to form a pn junction by performing type or n-type doping.
【0038】また、以上の実施例では、GaAs基板に
三角形凹部や突起を形成していたが、これに限らず、G
aAs/AlGaAs成長層が表面に形成されたGaA
s基板上に三角形凹部や三角形突起を形成して用いても
良い。Further, in the above embodiment, the triangular concave portions and the protrusions are formed on the GaAs substrate.
GaAs having an aAs / AlGaAs growth layer formed on its surface
A triangular concave portion or triangular protrusion may be formed on the s substrate and used.
【0039】また、以上述べた実施例では、Gaの再蒸
発が顕著となる温度として、725゜C、Inの再蒸発
が顕著となる温度として575゜Cを掲げたが、これは
MBE装置依存性がある温度である。従って、この温度
の値に限らず、Gaや、Inの再蒸発が顕著となる温度
以上で成長することが必要である。In the embodiment described above, 725 ° C. is set as the temperature at which re-evaporation of Ga is remarkable, and 575 ° C. is set as the temperature at which re-evaporation of In is remarkable. Temperature. Therefore, it is necessary to grow not only at this temperature value but also at a temperature at which re-evaporation of Ga or In becomes remarkable.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、1回の成長でSiO2
などを内在しない良好な埋め込み構造を形成が可能で、
また高いAl組成のAlGaAsの閉じ込め層を用いる
ことが出来る半導体埋め込み構造が得られる。According to the present invention, SiO 2 in a single growth
It is possible to form a good embedded structure that does not contain
In addition, a semiconductor buried structure that can use an AlGaAs confinement layer having a high Al composition can be obtained.
【図1】本発明の第1の実施例の半導体埋め込み構造の
平面図、およびその断面図である。FIG. 1 is a plan view of a semiconductor buried structure according to a first embodiment of the present invention, and a sectional view thereof.
【図2】本発明の第1の実施例の半導体埋め込み構造の
製造工程を示す図である。FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of the semiconductor buried structure according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例のマスクパターンの結晶方位を
示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a crystal orientation of a mask pattern according to an example of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施例の半導体埋め込み構造の
平面図、およびその断面図である。FIG. 4 is a plan view and a sectional view of a semiconductor buried structure according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施例の半導体埋め込み構造の
平面図、およびその断面図である。FIG. 5 is a plan view of a semiconductor buried structure according to a third embodiment of the present invention, and a sectional view thereof.
【図6】本発明の第4の実施例の半導体埋め込み構造の
平面図、およびその断面図である。FIG. 6 is a plan view of a semiconductor buried structure according to a fourth embodiment of the present invention, and a sectional view thereof.
1 GaAs基板 2 第1閉じ込め層 3 活性層 4 第2閉じ込め層 5 (111)B底面 6 (111)A側面 7 (111)A側面 8 (011)劈開面 9 埋め込み活性層 10 三角形凹部 21 エッチングマスク 22 三角形開口部 31 (−1−1−1)B面 32 (1−10)面 33 (−1−11)A面 35 三角形突起形成用マスク 36 三角形凹部形成用マスク 41 GaAs基板 42 第1閉じ込め層 43 活性層 44 第2閉じ込め層 45 (111)B頂部 46 (111)A側面 47 (111)A側面 48 (011)劈開面 49 埋め込み活性層 50 三角形凹部 51a 活性層 51b 活性層 52 埋め込み活性層 61a 活性層 61b 活性層 62 埋め込み活性層 REFERENCE SIGNS LIST 1 GaAs substrate 2 first confinement layer 3 active layer 4 second confinement layer 5 (111) B bottom surface 6 (111) A side surface 7 (111) A side surface 8 (011) cleavage plane 9 buried active layer 10 triangular recess 21 etching mask Reference Signs List 22 Triangular opening 31 (1-1-1) B surface 32 (1-10) surface 33 (1-1-11) A surface 35 Triangular projection forming mask 36 Triangular concave forming mask 41 GaAs substrate 42 First confinement Layer 43 Active layer 44 Second confinement layer 45 (111) B top 46 (111) A side surface 47 (111) A side surface 48 (011) cleavage surface 49 Embedded active layer 50 Triangular recess 51a Active layer 51b Active layer 52 Embedded active layer 61a active layer 61b active layer 62 embedded active layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−140328(JP,A) 特開 平5−121320(JP,A) 特開 平4−30578(JP,A) APPL.PHYS.LETT.58〜 18!(1991)P.2018−2020 JPN.J.APPL.PHYS.P ART2 32〜8A!(1993)P.L 1034−L1036 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-6-140328 (JP, A) JP-A-5-121320 (JP, A) JP-A-4-30578 (JP, A) APPL. PHYS. LETT. 58 ~ 18! (1991) p. 2018-2020 JPN. J. APPL. PHYS. P ART2 32-8A! (1993) P.A. L 1034-L1036
Claims (11)
なる(−1−1−1)面を主面とする半導体基板と、 この半導体基板上に形成された正三角形の凹部と、 この凹部を含む前記半導体基板上に形成された第1の閉
じ込め層と、 この第1の閉じ込め層上に形成された活性層と、 この活性層の上に形成された第2の閉じ込め層とを備
え、 前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記活性層が前記凹部の側
面において不連続となっていることを特徴とする半導体
埋め込み構造。1. A semiconductor substrate having, as a main surface, a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a group III-V semiconductor is a surface atom, and a regular triangular recess formed on the semiconductor substrate. A first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the recess, an active layer formed on the first confinement layer, a second confinement layer formed on the active layer, Wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10), (10). -1),
A semiconductor burying structure perpendicular to (01-1), wherein the active layer is discontinuous on a side surface of the concave portion.
なる(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角
形の凹部を形成する工程と、 この凹部を含む前記半導体基板上に第1の閉じ込め層を
結晶成長する工程と、 この第1の閉じ込め層上に活性層を結晶成長する工程
と、 この活性層の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程
とを含み、前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め
層と前記第2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記
正三角形の各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(1
0−1)、(01−1)に垂直であり、前記活性層が前
記凹部の側面において不連続となっていることを特徴と
する半導体埋め込み構造の製造方法。2. A step of forming a regular triangular concave portion on a substrate having a (1-1-1-1) plane whose main surface is a group V element of a III-V semiconductor as a surface atom; Crystal growing a first confinement layer on the semiconductor substrate, crystal growing an active layer on the first confinement layer, and crystal growing a second confinement layer on the active layer. Wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle has three cleavage planes (1-10); (1
0-1), perpendicular to (01-1), wherein the active layer is discontinuous on a side surface of the concave portion.
なる(−1−1−1)面を主面とする半導体基板と、 この半導体基板上に形成された正三角形の凹部と、 この凹部を含む前記半導体基板上に形成された第1の閉
じ込め層と、 この第1の閉じ込め層上に形成されて少なくとも2つ以
上のIII 族元素A,Bを含む活性層と、 この活性層の上に形成された第2の閉じ込め層とを備
え、 前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記凹部の側面上に形成さ
れた前記活性層が前記A,Bの構成元素のうちいずれか
一方をほとんど含まないことを特徴とする半導体埋め込
み構造。3. A semiconductor substrate having, as a main surface, a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a group III-V semiconductor is a surface atom, and a regular triangular recess formed on the semiconductor substrate. A first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the concave portion, an active layer formed on the first confinement layer and containing at least two or more Group III elements A and B, A second confinement layer formed on a layer, wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either of the first confinement layer and the second confinement layer, and each side of the equilateral triangle Are three cleavage planes (1-10), (10-1),
A semiconductor buried structure perpendicular to (01-1), wherein the active layer formed on the side surface of the concave portion hardly contains any one of the constituent elements A and B.
なる(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角
形の凹部を形成する工程と、 この凹部を含む前記半導体基板上に第1の閉じ込め層を
結晶成長する工程と、 この第1の閉じ込め層上に少なくとも2つ以上のIII 族
元素A,Bを含む活性層を結晶成長する工程と、 この活性層の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程
とを含み、 前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(11−0)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記凹部の側面上に形成さ
れた前記活性層が前記A,Bの構成元素の内いずれか一
方をほとんど含まないことを特徴とする半導体埋め込み
構造の製造方法。4. A step of forming a regular triangular concave portion on a substrate having a (1-1-1-1) plane whose main surface is a group V element of a III-V semiconductor, Crystal-growing a first confinement layer on the semiconductor substrate that includes: a step of crystal-growing an active layer containing at least two or more group III elements A and B on the first confinement layer; Crystal-growing a second confinement layer over the layer, wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either the first confinement layer or the second confinement layer; Has three cleavage planes (11-0), (10-1),
A method of manufacturing a semiconductor buried structure, which is perpendicular to (01-1) and wherein the active layer formed on the side surface of the concave portion hardly contains any one of the constituent elements A and B. .
なる(−1−1−1)面を主面とする半導体基板と、 この半導体基板上に形成された正三角形の突起部と、 この突起部を含む前記半導体基板上に形成された第1の
閉じ込め層と、 この第1の閉じ込め層上に形成された少なくとも2つ以
上のIII 族元素A,Bを含む活性層と、 この活性層の上に形成された第2の閉じ込め層とを備
え、 前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記突起部の側面上に形成
された前記活性層が前記A,Bの構成元素の内いずれか
一方をほとんど含まないことを特徴とする半導体埋め込
み構造。5. A semiconductor substrate having, as a main surface, a (1-1-1-1) plane in which a group V element of a III-V semiconductor becomes a surface atom, and a regular triangular projection formed on the semiconductor substrate. A first confinement layer formed on the semiconductor substrate including the protrusion, an active layer including at least two or more group III elements A and B formed on the first confinement layer, A second confinement layer formed on the active layer, wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than any of the first confinement layer and the second confinement layer; Has three cleavage planes (1-10), (10-1),
A semiconductor buried structure, which is perpendicular to (01-1) and wherein the active layer formed on the side surface of the protrusion hardly contains any one of the constituent elements A and B.
なる(−1−1−1)面を主面とする基板上に、正三角
形の突起部を形成する工程と、 この突起部を含む前記半導体基板上に第1の閉じ込め層
を結晶成長する工程と、 この第1の閉じ込め層上に少なくとも2つ以上のIII 族
元素A,Bを含む活性層を結晶成長する工程と、 この活性層の上に第2の閉じ込め層を結晶成長する工程
とを含み、 前記活性層の禁制帯幅が前記第1の閉じ込め層と前記第
2の閉じ込め層のいずれよりも小さく、前記正三角形の
各々の辺が3つの劈開面(1−10)、(10−1)、
(01−1)に垂直であり、前記突起部の側面上に形成
された前記活性層が前記A,Bの構成元素の内いずれか
一方をほとんど含まないことを特徴とする半導体埋め込
み構造の製造方法。6. A step of forming an equilateral triangular projection on a substrate having a (1-1-1-1) plane whose main surface is a group V element of a group III-V semiconductor as a surface atom; Crystal-growing a first confinement layer on the semiconductor substrate including a portion; crystal-growing an active layer containing at least two or more group III elements A and B on the first confinement layer; Crystal-growing a second confinement layer on the active layer, wherein the forbidden band width of the active layer is smaller than either the first confinement layer or the second confinement layer, and the equilateral triangle is formed. Has three cleavage planes (1-10), (10-1),
A semiconductor embedded structure, characterized in that the active layer formed on the side surface of the projection portion contains substantially no one of the constituent elements A and B, which is perpendicular to (01-1). Method.
法を用いて、活性層に含まれるIII族原子の脱離の始ま
る温度において、前記活性層を結晶成長することを特徴
とする、請求項2,4,6のいずれかに記載の半導体埋
め込み構造の製造方法。7. The active layer is grown at a temperature at which desorption of group III atoms contained in the active layer starts using a molecular beam epitaxy method as a crystal growth method. 7. The method for producing a semiconductor embedded structure according to any one of 2, 4, and 6.
を用いて、第1及び第2の閉じ込め層として、Alx G
a1-x As(x>0)として、活性層としてGaAsを
用いることを特徴とする請求項1の半導体埋め込み構
造。8. A GaAs substrate as a group III-V semiconductor substrate, and Al x G as a first and a second confinement layer.
2. The buried semiconductor structure according to claim 1, wherein GaAs is used as an active layer, where a 1-x As (x> 0).
を用いて、第1及び第2の閉じ込め層として、Alx G
a1-x As(x>0)として、活性層としてGaAsを
用いることを特徴とする請求項2の半導体埋め込み構造
の製造方法。9. A GaAs substrate as a group III-V semiconductor substrate and Al x G as first and second confinement layers.
3. The method according to claim 2, wherein GaAs is used as the active layer for a 1-x As (x> 0).
板を用いて、第1及び第2の閉じ込め層として、Alx
Ga1-x As(x>0)として、活性層としてInGa
Asを用いることを特徴とする請求項3または5の半導
体埋め込み構造。10. A GaAs substrate as a III-V group semiconductor substrate, and Al x as a first and second confinement layer.
As Ga 1-x As (x> 0), InGa was used as an active layer.
6. The semiconductor buried structure according to claim 3, wherein As is used.
板を用いて、第1及び第2の閉じ込め層として、Alx
Ga1-x As(x>0)として、活性層としてInGa
Asを用いることを特徴とする請求項4または6の半導
体埋め込み構造の製造方法。11. A GaAs substrate as a group III-V semiconductor substrate, and Al x as a first and second confinement layer.
As Ga 1-x As (x> 0), InGa was used as an active layer.
7. The method according to claim 4, wherein As is used.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP5123670A JP2643771B2 (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Semiconductor embedded structure and manufacturing method thereof |
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|---|---|---|---|
| JP5123670A JP2643771B2 (en) | 1993-05-26 | 1993-05-26 | Semiconductor embedded structure and manufacturing method thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06334268A JPH06334268A (en) | 1994-12-02 |
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|---|---|---|---|---|
| JP6327343B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-05-23 | 富士通株式会社 | Semiconductor laser light source |
-
1993
- 1993-05-26 JP JP5123670A patent/JP2643771B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|
| APPL.PHYS.LETT.58〜18!(1991)P.2018−2020 |
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|---|---|---|---|
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