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JPH0817264B2 - Quantum box and quantum wire fabrication method, and semiconductor optical amplifier using the same - Google Patents
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JPH0817264B2 - Quantum box and quantum wire fabrication method, and semiconductor optical amplifier using the same - Google Patents

Quantum box and quantum wire fabrication method, and semiconductor optical amplifier using the same

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JPH0817264B2
JPH0817264B2 JP34392892A JP34392892A JPH0817264B2 JP H0817264 B2 JPH0817264 B2 JP H0817264B2 JP 34392892 A JP34392892 A JP 34392892A JP 34392892 A JP34392892 A JP 34392892A JP H0817264 B2 JPH0817264 B2 JP H0817264B2
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quantum
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type semiconductor
mask pattern
semiconductor layer
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啓子 森下
信一 若林
幸雄 豊田
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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】本発明は半導体光増幅素子などの
光デバイスに利用されるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is used in optical devices such as semiconductor optical amplifiers.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の光通信の長距離光伝送の分野にお
いて、光増幅素子は重要な役割を占めている。今後、光
通信の波長多重化が進むにつれて、複数の波長の光を同
時に増幅する光増幅素子が望まれているが、いまだ実現
はされていない。
2. Description of the Related Art In the field of recent long-distance optical transmission of optical communication, an optical amplifying element plays an important role. As the wavelength multiplexing of optical communication progresses in the future, an optical amplification element that simultaneously amplifies light of a plurality of wavelengths is desired, but it has not been realized yet.

【0003】一方、最近の半導体レーザやFET素子な
どの半導体装置の高性能化に対する要請から、量子細線
や量子箱などの低次元量子構造が注目されている。
On the other hand, due to the recent demand for higher performance of semiconductor devices such as semiconductor lasers and FET devices, low-dimensional quantum structures such as quantum wires and quantum boxes have attracted attention.

【0004】このような低次元量子構造は、量子効果に
より特定の波長で利得が大きくなり、その波長は量子細
線(量子箱)のサイズによって変化する。光デバイスな
どに応用される量子細線や量子箱の特徴として、サイズ
が数10nmのオーダであって、低損傷、均一、かつ高
密度な構造が要求されている。量子構造の作製には、1
0nmのオーダーのこれまでにない超微細加工技術が必
要であるため、様々な工夫がなされている。
In such a low-dimensional quantum structure, the gain increases at a specific wavelength due to the quantum effect, and the wavelength changes depending on the size of the quantum wire (quantum box). As a characteristic of quantum wires and quantum boxes applied to optical devices and the like, a structure having a size of several tens nm and low damage, uniform and high density is required. To create a quantum structure, 1
Since an unprecedented ultrafine processing technology of the order of 0 nm is required, various measures have been taken.

【0005】半導体加工方法の中で最もよく用いられる
ものとして、半導体(100)基板上にフォトリソグラ
フィ、または電子ビームリソグラフィにより作製したパ
ターンを形成したのち、液体のエッチング溶液を用いた
ウェットケミカルエッチング、または反応性のガスを用
いたドライエッチングによりエッチングする方法などが
ある。
As the most widely used semiconductor processing method, a pattern formed by photolithography or electron beam lithography on a semiconductor (100) substrate is formed, and then wet chemical etching using a liquid etching solution, Alternatively, there is a method of etching by dry etching using a reactive gas.

【0006】図6は、ドライエッチングを用いた量子箱
の従来の作製方法を示す(関連文献:アプライドフィジ
クスレターズ(Applied Physics Letters )1987年
50巻413ページ)。
FIG. 6 shows a conventional method for producing a quantum box using dry etching (related literature: Applied Physics Letters, 1987, vol. 50, p. 413).

【0007】(100)化合物半導体基板61上に、障
壁層62と量子井戸層63からなる半導体積層構造を形
成したのち、前記半導体積層構造上に電子ビーム露光な
どにより微細なドット状のマスクパターン64を形成す
る。
After a semiconductor laminated structure composed of a barrier layer 62 and a quantum well layer 63 is formed on a (100) compound semiconductor substrate 61, a fine dot-shaped mask pattern 64 is formed on the semiconductor laminated structure by electron beam exposure or the like. To form.

【0008】このドット状のマスクパターンの形成方法
についてより具体的に説明すると、電子ビーム露光によ
りPMMAレジスト上に円形状の穴を多数形成した後、
その上から金属を蒸着させ、つぎにリフトオフによりP
MMAレジストを取り除いて円形状のドットの金属マス
クを基板上に形成させる方法が一般的である。
The method of forming the dot-shaped mask pattern will be described more specifically. After forming a large number of circular holes on the PMMA resist by electron beam exposure,
A metal is vapor-deposited on it, and then P is lifted off.
A general method is to remove the MMA resist and form a circular dot metal mask on the substrate.

【0009】次に、前記のドット状マスクパターンを用
いてドライエッチングにより下部の障壁層62までエッ
チングしたのち、障壁層62を埋め込み成長することに
より量子箱65を形成する。
Next, after the lower barrier layer 62 is etched by dry etching using the above-mentioned dot-shaped mask pattern, the barrier layer 62 is embedded and grown to form a quantum box 65.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】量子箱などの半導体量
子構造として低損傷で均一で高密度なものを作製するこ
とは、デバイスに応用するとき重要であるが、図6に示
したようなドライエッチングを用いる方法では、垂直な
エッチングが可能で、高密度な構造の形成には向いてい
るが、損傷が大きいこととパターンの形状のゆらぎを直
接反映した構造しか得られないため、素子の機能が大幅
に損なわれてしまう課題がある。
It is important to apply a uniform and high density semiconductor quantum structure such as a quantum box to a device such as a quantum box. The method using etching is suitable for forming a high-density structure because vertical etching is possible, but it is only possible to obtain a structure that directly reflects the large damage and fluctuations in the pattern shape. However, there is a problem in that

【0011】また、(100)基板とウェットエッチン
グを用いる方法は低損傷な加工方法ではあるが、エッチ
ング速度の結晶面方位依存性があるためにドット形状と
して垂直な側面を有するものが得られにくく、アンダー
カットも大きいという欠点があり、高密度な構造を得る
ことが困難である。
Although the method using the (100) substrate and wet etching is a processing method with low damage, it is difficult to obtain a dot shape having a vertical side surface because the etching rate depends on the crystal plane orientation. However, there is a drawback that the undercut is also large, and it is difficult to obtain a high-density structure.

【0012】本発明は、エッチングマスクパターンの形
状のゆらぎに左右されない低損傷で高密度な量子箱を作
製し、またはアンダーカットが小さく低損傷な加工によ
り量子細線を作製することにより、複数の波長の光を同
時に増幅する機能を持った半導体光増幅素子を実現する
ことを目的とする。
According to the present invention, by producing a quantum box with low damage and high density which is not affected by fluctuations in the shape of an etching mask pattern, or by producing quantum wires by processing with low undercut and low damage, a plurality of wavelengths can be obtained. It is an object of the present invention to realize a semiconductor optical amplification element having a function of simultaneously amplifying the above light.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の量子箱や量子細線の作製方法は、化合物半
導体(311)B基板を用意する工程と、前記化合物半
導体(311)B基板上に量子井戸構造領域を形成する
工程と、前記量子井戸構造領域の上にドット状や細線状
のエッチングマスクパターンを形成する工程と、前記マ
スクパターンが形成された量子井戸構造領域を面方位選
択性の大きいエッチング溶液に浸す工程とを有する作製
方法である。
In order to achieve the above object, a method for producing a quantum box or quantum wire of the present invention is
Preparing a conductor (311) B substrate,
Forming a quantum well structure region on a conductor (311) B substrate
Steps and dots or thin lines on the quantum well structure region
Forming an etching mask pattern of
Orientation of the quantum well structure region in which the mask pattern is formed
And a step of immersing in a highly selective etching solution
Method Ru Der.

【0014】ここで、ドット状や細線状のエッチングマ
スクパターンは複数個形成され、かつ大きさや幅が互い
に異なっていれば、サイズの異なった量子箱や量子細線
を作製する際に好適である。
Here, a dot-shaped or thin line-shaped etching mask is used.
A plurality of mask patterns are formed and their sizes and widths are different from each other.
Different sizes, quantum boxes and quantum wires of different sizes.
Ru preferably der in making.

【0015】さらに、このような作製方法を用いること
により、本発明の半導体光増幅素子は、対向した1組の
電極手段と、いずれか一方の電極手段に隣接して設けら
れたp型半導体層と、他方の電極手段に隣接して設けら
れたn型半導体層と、前記p型半導体層とn型半導体層
との間に設けられた活性層部分を有する半導体光増幅素
子であって、前記活性層がサイズの異なる少なくとも2
種類以上の量子箱や量子細線を有する。
Furthermore, using such a manufacturing method
Therefore, the semiconductor optical amplifier device of the present invention is provided with a pair of opposing
The electrode means and the electrode means are provided adjacent to either one of the electrode means.
The p-type semiconductor layer and the other electrode means.
N-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer
Semiconductor optical amplifier element having an active layer portion provided between
At least two active layers of different sizes
It has more than one type of quantum box and quantum wire .

【0016】[0016]

【作用】本発明の量子箱の作製方法においては、低損傷
で高密度、かつマスクパターンの形状のゆらぎに左右さ
れない量子箱を形成する。
In the method of manufacturing the quantum box of the present invention , low damage
And high density, and is affected by the fluctuation of the mask pattern shape
Form a quantum box that does not exist.

【0017】また、本発明の量子細線の作製方法におい
ては、低損傷で高密度な量子細線の形成をする。
In addition, in the method for producing a quantum wire of the present invention,
Te is you the formation of high-density quantum wires with low damage.

【0018】そして、このような作製方法を用いた半導
体光増幅素子は、複数のサイズの異なった量子細線また
は量子箱を活性層に用いることによって、複数の波長の
光を同時に増幅するを実現する。
Then, a semiconductor using such a manufacturing method
The body light amplification element is made up of multiple quantum wires or
Of multiple wavelengths by using quantum boxes in the active layer.
Achieves simultaneous amplification of light.

【0019】さらに、この半導体光増幅素子において
は、量子細線と量子箱は特定の波長のみで大きな利得を
もつことから光増幅の過程で、信号以外のノイズとなる
光は打ち消される。
Further, in this semiconductor optical amplifier device
Shows that quantum wires and boxes have a large gain only at specific wavelengths.
Since it has, it becomes noise other than the signal in the process of optical amplification.
Light Ru is canceled.

【0020】[0020]

【実施例】(実施例1)以下、本発明の実施例1につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0021】図1は、量子箱または量子細線を用いた波
長弁別型半導体光増幅素子の構造図である。
FIG. 1 is a structural diagram of a wavelength discrimination type semiconductor optical amplifier device using a quantum box or a quantum wire.

【0022】図1(a)において、11はp−Alx
1-xAs層(x=0.5)、12はn−AlxGa1-xAs層
(x=0.5)、13はアンドープAlxGa1-xAs(x=0.
3)領域、14はGaAs量子箱、15は電極である。
アンドープAlxGa1-xAs(x=0.3)領域13とGa
As量子箱14が、活性層を構成している。
In FIG. 1A, 11 is p-Al x G
a 1-x As layer (x = 0.5), 12 n-Al x Ga 1-x As layer (x = 0.5), 13 undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.
3) region, 14 is a GaAs quantum box, and 15 is an electrode.
Undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.3) region 13 and Ga
The As quantum box 14 constitutes an active layer.

【0023】図示x方向を光の入射方向、z方向を電流
の注入方向とする。14のGaAs量子箱は、図1
(b)のようにy方向にそれぞれサイズの異なる3種類
の量子箱を設ける。3種類の量子箱は、波長が810、
820、830nmに近いところに利得のピーク値をも
つように、それぞれの量子箱のサイズを決める。
The x direction in the figure is the incident direction of light and the z direction is the injection direction of current. 14 GaAs quantum boxes are shown in Fig. 1.
As shown in (b), three types of quantum boxes having different sizes are provided in the y direction. The three types of quantum boxes have wavelengths of 810,
The size of each quantum box is determined so that it has a peak gain value near 820 and 830 nm.

【0024】本実施例における光増幅素子の動作につい
て説明する。z方向から適当な大きさの電流を注入し
て、アンドープAlxGa1-xAs(x=0.3)領域13中
のGaAs量子箱14に電流を注入する。
The operation of the optical amplifying element in this embodiment will be described. An appropriate amount of current is injected from the z direction to inject the current into the GaAs quantum box 14 in the undoped Al x Ga 1-x As (x = 0.3) region 13.

【0025】この状態で、アンドープAlxGa1-xAs
(x=0.3)領域13中のGaAs量子箱14に向けて、
x方向から少なくとも700から900nmの範囲で波
長幅を有する光を入射する。
In this state, undoped Al x Ga 1-x As
Towards the GaAs quantum box 14 in the (x = 0.3) region 13,
Light having a wavelength width of at least 700 to 900 nm is incident from the x direction.

【0026】GaAs量子箱14に入射した光は、81
0、820、830nmに近いところに利得のピーク値
をもつそれぞれの特性に従って、略810、820、8
30nmの3種類の波長において同時に増幅され、入射
端面と反対側の出射端面から出力光として出射される。
The light incident on the GaAs quantum box 14 is 81
According to the respective characteristics having the peak value of the gain near 0, 820, 830 nm, approximately 810, 820,
It is amplified at three wavelengths of 30 nm at the same time, and is emitted as output light from the emission end face opposite to the incident end face.

【0027】このように所定の利得ピーク値を有するサ
イズの異なる量子箱を用いることによって、所望の波長
で増幅が可能であり、さらに量子箱の利得ピークは急峻
であるため、増幅された出力光の波長は各々極めて狭帯
域化されている。
By using quantum boxes of different sizes having a predetermined gain peak value in this way, amplification at a desired wavelength is possible, and since the gain peak of the quantum box is steep, the amplified output light is amplified. Each of the wavelengths is narrowed.

【0028】また、この光増幅素子の作製方法は、活性
層部分以外は従来の半導体レーザの作製方法と同様であ
る。
The method for manufacturing this optical amplifying element is the same as the conventional method for manufacturing a semiconductor laser except for the active layer portion.

【0029】活性層部分の作製方法について詳細に説明
する。図2は、前記光増幅素子の活性層部分として量子
箱を用いたときの作製方法の工程図である。
A method of manufacturing the active layer portion will be described in detail. FIG. 2 is a process diagram of a manufacturing method when a quantum box is used as an active layer portion of the optical amplification element.

【0030】GaAsの基板としては(311)B基板
を用いた。図2において、21はGaAs(311)B
基板、22はAlGaAsからなる障壁層、23はGa
Asからなる量子井戸層、24はSiO2 マスクパター
ンである。
A (311) B substrate was used as the GaAs substrate. In FIG. 2, 21 is GaAs (311) B
Substrate, 22 is a barrier layer made of AlGaAs, and 23 is Ga
The quantum well layer made of As and 24 are SiO 2 mask patterns.

【0031】図2(a)に示すように、GaAs(31
1)B基板21の(311)B面上に、障壁層22と量
子井戸層23からなる積層構造を結晶成長により形成し
たのちSiO2 膜を堆積する。
As shown in FIG. 2A, GaAs (31
1) On the (311) B surface of the B substrate 21, a laminated structure composed of the barrier layer 22 and the quantum well layer 23 is formed by crystal growth, and then a SiO 2 film is deposited.

【0032】次に、SiO2 膜上に電子ビーム露光によ
り、GaAs基板の[0−11]方向と[2−3−3]
方向からなる矩形のドット状パターンを形成したのち、
ドット状パターンをフッ酸系エッチング溶液を用いてS
iO2 膜に転写することによって図示のようなエッチン
グマスクを形成する。
Next, the SiO 2 film was exposed to an electron beam to expose the GaAs substrate in the [0-11] direction and [2-3-3] direction.
After forming a rectangular dot pattern consisting of
The dot pattern is formed by S using a hydrofluoric acid-based etching solution.
An etching mask as shown in the drawing is formed by transferring to the iO 2 film.

【0033】次に、図2(b)に示すように、SiO2
ドットマスクパターン24を用いて、硫酸(濃度100
%)と過酸化水素(濃度30%)と水からなる面方位選
択性エッチング溶液により量子井戸層が存在する深さま
でエッチングをする。
Next, as shown in FIG. 2B, SiO 2
Using the dot mask pattern 24, sulfuric acid (concentration 100
%), Hydrogen peroxide (concentration: 30%), and a plane-orientation-selective etching solution composed of water to a depth at which the quantum well layer exists.

【0034】そして、図2(c)に示すようにエッチン
グマスクを除去したのち埋め込み成長により量子箱25
が得られる。
Then, as shown in FIG. 2 (c), after removing the etching mask, the quantum box 25 is formed by buried growth.
Is obtained.

【0035】このようなウェットエッチングの過程にお
いて、(311)B基板を用いたことにより(311)
B基板の面方位に関係した特有の構造が得られる。
By using the (311) B substrate in the process of such wet etching, (311)
A specific structure related to the plane orientation of the B substrate is obtained.

【0036】ドット状のエッチングマスクを用いて得ら
れる模式構造図を図3に示す。図3の点線はエッチング
マスクをあらわしている。GaAsなどの化合物半導体
はウェットエッチング速度に結晶面方位依存性があり、
(100)面と(111)A面のエッチング速度が遅い
という性質がある。
FIG. 3 shows a schematic structural diagram obtained by using a dot-shaped etching mask. The dotted line in FIG. 3 represents the etching mask. Compound semiconductors such as GaAs have a crystal plane orientation dependence on the wet etching rate,
There is a property that the etching rates of the (100) plane and the (111) A plane are low.

【0037】図3のドット構造は、ウェットエッチング
の過程で現れたエッチング速度の遅い(100)面と
(111)A面とから構成される三角形の構造で、エッ
チングマスクの形状には依らない。
The dot structure shown in FIG. 3 is a triangular structure composed of (100) planes and (111) A planes, which have a low etching rate and appear during the wet etching process, and do not depend on the shape of the etching mask.

【0038】従って、10nmのオーダーのマスクパタ
ーン形成において、電子ビーム露光時のビームの安定性
に起因するマスクパターンのゆらぎという現象がある
が、前記のようなウェットエッチングの結晶面方位異方
性は、エッチングマスクのゆらぎに左右されない均一な
ドット構造の作製に極めて有効である。
Therefore, in forming a mask pattern of the order of 10 nm, there is a phenomenon of mask pattern fluctuation due to the beam stability during electron beam exposure. , It is extremely effective in producing a uniform dot structure that is not affected by fluctuations in the etching mask.

【0039】さらに、(311)B基板のウェットエッ
チングを用いたドット構造の作製方法の特長として、低
損傷と均一性以外に、(100)基板を用いたときと比
べて比較的垂直でアンダーカットの小さい構造が得られ
るということがある。
Further, as a feature of the method for producing a dot structure using the wet etching of the (311) B substrate, in addition to the low damage and uniformity, the undercut is relatively vertical and comparative to that when the (100) substrate is used. Sometimes a small structure can be obtained.

【0040】(100)基板を用いると4つの(10
0)面からなる四角形状のドット構造ができるが、(1
11)A面からなる裾を引いた側面をもち、アンダーカ
ットも大きい。一方、(311)B基板を用いたドット
構造は(311)B基板の結晶面方位を反映して、アン
ダーカットは(100)基板に比べ2分の1になってい
る。(311)B基板のウェットエッチングはアンダー
カットが小さいことから高密度な構造の作製にも有効で
ある。
Using the (100) substrate, four (10
A square dot structure consisting of (0) planes is created, but (1
11) It has a hem-shaped side that is side A and has a large undercut. On the other hand, the dot structure using the (311) B substrate reflects the crystal plane orientation of the (311) B substrate, and the undercut is half that of the (100) substrate. Wet etching of the (311) B substrate is effective for producing a high-density structure because the undercut is small.

【0041】以上の作製方法により複数の異なったサイ
ズをもつ量子箱を半導体光増幅素子の活性層部分に作製
することができる。
By the above manufacturing method, a plurality of quantum boxes having different sizes can be manufactured in the active layer portion of the semiconductor optical amplifier device.

【0042】この場合、量子箱のサイズは電子ビーム露
光のパターンの大きさにより適宜制御すればよい。
In this case, the size of the quantum box may be appropriately controlled according to the size of the electron beam exposure pattern.

【0043】(実施例2)以下本発明の第2の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0044】第2の実施例は前記光増幅素子の活性層部
分として量子細線を用いたものであり、この活性層部分
以外の構成は実施例1と同様である。
The second embodiment uses quantum wires as the active layer portion of the optical amplifying element, and the structure other than this active layer portion is the same as that of the first embodiment.

【0045】本実施例においても、所定の利得ピーク値
を有するサイズ(線の太さ)の異なる量子細線を実施例
1と同様に用いることによって、所望の波長で増幅が可
能であり、例えば、室温において810、820、83
0nmにおいて同時に増幅が可能であり、さらに量子箱
の利得ピークは急峻であるため、増幅された出力光の波
長は極めて狭帯域化することができる。
Also in this embodiment, it is possible to amplify at a desired wavelength by using quantum wires having different sizes (line thicknesses) having a predetermined gain peak value in the same manner as in the first embodiment. 810, 820, 83 at room temperature
Amplification is possible at 0 nm at the same time, and the gain peak of the quantum box is steep, so that the wavelength of the amplified output light can be extremely narrowed.

【0046】また、この光増幅素子の作製方法は、活性
層部分以外は従来の半導体レーザの作製方法と同様であ
る。
The method for producing this optical amplifying element is the same as the conventional method for producing a semiconductor laser except for the active layer portion.

【0047】図4は前記光増幅素子の活性層部分として
量子細線を用いたときの作製方法の工程図である。
FIG. 4 is a process diagram of a manufacturing method when a quantum wire is used as an active layer portion of the light amplification element.

【0048】GaAsの基板としては(311)B基板
を用いた。図4において、41はGaAs(311)B
基板、42はAlGaAsからなる障壁層、43はGa
Asからなる量子井戸層、44はSiO2 マスクパター
ンである。
A (311) B substrate was used as the GaAs substrate. In FIG. 4, 41 is GaAs (311) B
Substrate, 42 Barrier layer made of AlGaAs, 43 Ga
The quantum well layer made of As and 44 are SiO 2 mask patterns.

【0049】図4(a)に示すように、GaAs(31
1)B基板41の(311)B面上に、障壁層42と量
子井戸層43からなる積層構造を結晶成長により形成し
たのちSiO2 膜を堆積する。
As shown in FIG. 4A, GaAs (31
1) On the (311) B surface of the B substrate 41, a laminated structure including the barrier layer 42 and the quantum well layer 43 is formed by crystal growth, and then a SiO 2 film is deposited.

【0050】次に、SiO2 膜上に電子ビーム露光によ
り、GaAs基板の[0−11]方向にストライプ状の
パターンを形成したのち前記ストライプパターンをフッ
酸系エッチング溶液を用いてSiO2 膜に転写すること
によってエッチングマスクを形成する。
Next, a stripe pattern is formed on the SiO 2 film by electron beam exposure in the [0-11] direction of the GaAs substrate, and then the stripe pattern is formed into a SiO 2 film using a hydrofluoric acid-based etching solution. An etching mask is formed by transferring.

【0051】次に、図4(b)に示すようにSiO2
線マスクパターン44を用いて、硫酸(濃度100%)
と過酸化水素(濃度30%)と水からなる面方位選択性
エッチング溶液により量子井戸層が存在する深さまでエ
ッチングをする。
Next, as shown in FIG. 4B, a sulfuric acid (concentration 100%) sulfuric acid (concentration 100%) is used by using a SiO 2 thin line mask pattern 44.
Etching is performed to a depth at which the quantum well layer exists by using a plane orientation selective etching solution composed of hydrogen peroxide (concentration 30%) and water.

【0052】次に、図4(c)に示すようにエッチング
マスクを除去したのち埋め込み成長により量子細線45
が得られる。
Next, as shown in FIG. 4C, after removing the etching mask, the quantum wires 45 are formed by burying growth.
Is obtained.

【0053】このようなウェットエッチングの過程にお
いて、(311)B基板を用いたことにより(311)
B基板の面方位に関係した特有の構造が得られる。
By using the (311) B substrate in the process of such wet etching, (311)
A specific structure related to the plane orientation of the B substrate is obtained.

【0054】本実施例の細線状エッチングマスク51を
用いて得られる細線構造領域52の断面図を図5に示
す。
FIG. 5 shows a sectional view of a thin line structure region 52 obtained by using the thin line etching mask 51 of this embodiment.

【0055】図5の細線は、従来のウェットエッチング
を用いて作製した細線に比べて垂直なエッチング側面を
有し、アンダーカットも小さい。
The fine line in FIG. 5 has an etching side surface vertical to the fine line produced by conventional wet etching and has a small undercut.

【0056】細線構造領域52の細線部左側の(11
1)A面からなるエッチング側面のアンダーカットはほ
とんどゼロであり、右側の(111)B面からなるエッ
チング側面は従来のGaAs(100)基板の時と同程
度の傾斜を有する。
(11 on the left side of the thin line portion of the thin line structure region 52)
1) The undercut on the etched side surface composed of the A surface is almost zero, and the etched side surface composed of the (111) B surface on the right side has the same inclination as that of the conventional GaAs (100) substrate.

【0057】すなわち(311)B基板を用いたとき、
アンダーカットは従来のGaAs(100)基板を用い
た場合に比べ2分の1になっている。
That is, when the (311) B substrate is used,
The undercut is half that in the case of using the conventional GaAs (100) substrate.

【0058】本実施例の量子細線の作製方法によれば、
アンダーカットが小さいことから高密度な細線構造の作
製に有効であることがわかる。
According to the method of manufacturing a quantum wire of this embodiment,
Since the undercut is small, it can be seen that it is effective for producing a high-density thin wire structure.

【0059】以上の作製方法により複数の異なったサイ
ズをもつ量子細線を半導体光増幅素子の活性層部分に作
製することができる。
By the above manufacturing method, a plurality of quantum wires having different sizes can be manufactured in the active layer portion of the semiconductor optical amplifier device.

【0060】また、量子細線のサイズは、電子ビーム露
光のパターンの大きさにより制御すればよい。
The size of the quantum wire may be controlled by the size of the electron beam exposure pattern.

【0061】さらに、上記第1及び第2の実施例により
作製した光増幅素子は、いづれも、室温において81
0、820、830nmの3種類の波長の光をそれぞれ
同時に増幅することができるが、前記の3種類の波長以
外の光については増幅機能はないため、本発明による光
増幅素子は、特定の3種類の光のみをそれぞれ独立に増
幅する機能をもつものである。
Further, each of the optical amplifying devices manufactured by the first and second embodiments has a temperature of 81% at room temperature.
The light of three kinds of wavelengths of 0, 820, and 830 nm can be simultaneously amplified, but the light amplification element according to the present invention has a specific 3 It has the function of independently amplifying only different types of light.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上のように本発明は、(311)B化
合物半導体基板を用いた面方位選択性のあるウェットエ
ッチングの工程を設けることにより、エッチングマスク
パターンの形状のゆらぎに左右されず均一で高密度な量
子箱を実現するものである。
As described above, the present invention provides (311) B conversion
Wet energy with plane orientation selectivity using a compound semiconductor substrate
Etching mask by providing the etching process
A uniform and high-density amount that is not affected by fluctuations in the shape of the pattern
It realizes a child box .

【0063】または、(311)B化合物半導体基板上
の[0−11]方向の細線状のマスクを用い、面方位選
択性のあるウェットエッチングを行うことにより、高密
度な量子細線を実現するものである。
Alternatively , on a (311) B compound semiconductor substrate
[0-11] direction thin line mask is used to select the plane orientation.
High density due to selective wet etching
It realizes a fine quantum wire .

【0064】さらに、このような作製方法を用い、半導
体光増幅素子の活性層部分に、特定の波長で大きな利得
のピークをもつ複数種類の量子細線または量子箱を、光
の入射方向に対して並列に設けることにより、特定の複
数の波長の光のみを個別に同時に増幅する波長弁別型光
増幅素子を実現するものである。
Further, using such a manufacturing method, the semiconductor
Large gain at a specific wavelength in the active layer of the body light amplification element
If multiple types of quantum wires or boxes with
By installing in parallel with the incident direction of
Wavelength-discriminating light that individually amplifies light of several wavelengths simultaneously
It realizes an amplifying element .

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

【図1】本発明における波長弁別型光増幅素子の構造図FIG. 1 is a structural diagram of a wavelength discrimination type optical amplification element according to the present invention.

【図2】本発明における量子箱の作製方法を示す工程図FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing a quantum box according to the present invention.

【図3】本発明のウェットエッチング直後の量子箱の模
式構造図
FIG. 3 is a schematic structural diagram of a quantum box immediately after wet etching according to the present invention.

【図4】本発明における量子細線の作製方法を示す工程
FIG. 4 is a process diagram showing a method for producing a quantum wire according to the present invention.

【図5】本発明におけるウェットエッチング直後の量子
細線の模式構造図
FIG. 5 is a schematic structural diagram of a quantum wire immediately after wet etching in the present invention.

【図6】従来の量子箱の作製方法を示す工程図FIG. 6 is a process diagram showing a conventional method of manufacturing a quantum box.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 p−AlGaAs層 12 n−AlGaAs層 13 アンドープAlGaAs 14 GaAs量子箱 15 電極 21 GaAs(311)B基板 22 AlGaAs障壁層 23 GaAs量子井戸層 24 SiO2 マスクパターン 25 GaAs量子箱 41 GaAs(311)B基板 42 AlGaAs障壁層 43 GaAs量子井戸層 44 SiO2 マスクパターン 45 GaAs量子細線 51 SiO2マスク 52 AlGaAs/GaAs量子井戸構造 61 (100)化合物半導体基板 62 障壁層 63 量子井戸層 64 エッチングマスクパターン 65 量子箱11 p-AlGaAs layer 12 n-AlGaAs layer 13 undoped AlGaAs 14 GaAs quantum box 15 electrode 21 GaAs (311) B substrate 22 AlGaAs barrier layer 23 GaAs quantum well layer 24 SiO 2 mask pattern 25 GaAs quantum box 41 GaAs (311) B Substrate 42 AlGaAs Barrier Layer 43 GaAs Quantum Well Layer 44 SiO 2 Mask Pattern 45 GaAs Quantum Wire 51 SiO 2 Mask 52 AlGaAs / GaAs Quantum Well Structure 61 (100) Compound Semiconductor Substrate 62 Barrier Layer 63 Quantum Well Layer 64 Etching Mask Pattern 65 Quantum box

フロントページの続き (72)発明者 豊田 幸雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−213384(JP,A)Front page continued (72) Inventor Yukio Toyoda 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-63-213384 (JP, A)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 化合物半導体(311)B基板を用意す
る工程と、前記化合物半導体(311)B基板上に量子
井戸構造領域を形成する工程と、前記量子井戸構造領域
の上にドット状のエッチングマスクパターンを形成する
工程と、前記マスクパターンが形成された量子井戸構造
領域を面方位選択性の大きいエッチング溶液に浸す工程
とを有する量子箱の作製方法。
1. A compound semiconductor (311) B substrate is prepared.
And a quantum on the compound semiconductor (311) B substrate.
Forming a well structure region and the quantum well structure region
A dot-shaped etching mask pattern on top of
Process and quantum well structure having the mask pattern
Step of immersing a region in an etching solution with high plane orientation selectivity
And a method for manufacturing a quantum box having.
【請求項2】 化合物半導体(311)B基板を用意す
る工程と、前記化合物半導体(311)B基板上に量子
井戸構造領域を形成する工程と、前記量子井戸構造領域
の上に[0−11]方向の細線状のエッチングマスクパ
ターンを形成する工程と、前記マスクパターンが形成さ
れた量子井戸構造領域を面方位選択性の大きいエッチン
グ溶液に浸す工程とを有する量子細線の作製方法。
2. A compound semiconductor (311) B substrate is prepared.
And a quantum on the compound semiconductor (311) B substrate.
Forming a well structure region and the quantum well structure region
On top of the thin line etching mask pattern in the [0-11] direction.
The step of forming a turn, and the mask pattern is formed.
Of quantum well structure region with large plane orientation selectivity
And a step of immersing the quantum wire in a solution.
【請求項3】 ドット状のエッチングマスクパターンは
複数個形成され、かつ大きさが互いに異なる請求項1記
載の量子箱の作製方法。
3. A dot-shaped etching mask pattern
2. A plurality of devices are formed and different in size from each other.
How to make the above quantum box.
【請求項4】 細線状のエッチングマスクパターンは複
数個形成され、かつ幅が互いに異なる請求項2記載の
子細線の作製方法。
4. A fine line-shaped etching mask pattern
The method for producing a fine quantum wire according to claim 2, wherein several pieces are formed and have different widths .
【請求項5】 対向した1組の電極手段と、いずれか一
方の電極手段に隣接して設けられたp型半導体層と、他
方の電極手段に隣接して設けられたn型半導体層と、前
記p型半導体層とn型半導体層との間に設けられた活性
層部分を有する半導体光増幅素子であって、前記活性層
がサイズの異なる少なくとも2種類以上の量子箱を有
し、前記量子箱は請求項3記載の作製方法で作製された
半導体光増幅素子。
5. A pair of electrode means facing each other, and any one of
A p-type semiconductor layer provided adjacent to one of the electrode means,
An n-type semiconductor layer provided adjacent to one of the electrode means, and
The active provided between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer
A semiconductor optical amplification device having a layer portion, wherein the active layer
Has at least two types of quantum boxes of different sizes
The quantum box is a semiconductor optical amplifier device manufactured by the manufacturing method according to claim 3 .
【請求項6】 対向した1組の電極手段と、いずれか一
方の電極手段に隣接して設けられたp型半導体層と、他
方の電極手段に隣接して設けられたn型半導体層と、前
記p型半導体層とn型半導体層との間に設けられた活性
層部分を有する半導体光増幅素子であって、前記活性層
部分がサイズの異なる少なくとも2種類以上の量子細線
を有し、前記量子細線は請求項4記載の作製方法で作製
された半導体光増幅素子。
6. A pair of electrode means facing each other, and any one of
A p-type semiconductor layer provided adjacent to one of the electrode means,
An n-type semiconductor layer provided adjacent to one of the electrode means, and
The active provided between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer
A semiconductor optical amplification device having a layer portion, wherein the active layer
At least two types of quantum wires with different size parts
And the quantum wire is manufactured by the manufacturing method according to claim 4.
Semiconductor optical amplifier device.
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