(57)【要約】【課題】特性の改善された既存の電子デバイスおよび光デバイス、新しい機能を有する電子デバイスおよび光デバイスを提供する。【解決手段】目的のデバイスの用途に応じた半導体もしくは金属の積層構造を有する基板を用意する。集束イオンビームを用いて用意した基板にエッチングを行い、所望の形状の板状構造（フィンガー状構造）を形成する。形成された板状構造に目的に応じて電極堆積といった工程を行い、所望の電子デバイスおよび光デバイスを製作する。【選択図】図４
2005333151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイス又は光デバイスを作製する方法であって、
基板上に少なくとも１つのデバイス層を堆積した後、該基板および堆積されたデバイス層を集束イオンビームを用いてエッチングすることにより、該基板から直立し、かつ局所的に孤立した板状構造体を形成し、当該板状構造体の上表面および／又は側面に所定の付属素子要素を設けることにより、それ自体単独で機能し得る電子デバイス又は光デバイスを構成するようにしたことを特徴とする方法。
【請求項２】
電子デバイス又は光デバイスを作製する方法であって、
基板を設けるステップと、
該基板上に、活性層を含む少なくとも１つのデバイス層を順に堆積するステップと、
該基板および堆積されたデバイス層を、集束イオンビームを用いて当該デバイス層の主表面に対して垂直方向にエッチングすることにより、該基板から直立し、かつ局所的に孤立した板状構造体を形成し、および当該板状構造体の上表面および／又は側面に所定の付属素子要素を設けることにより、それ自体単独で機能し得る電子デバイス又は光デバイスを構成するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
該付属素子要素が設けられた板状構造体が、電界効果トランジスタを構成し、該板状構造体の板厚もしくは高さを調節することにより該電界効果トランジスタのチャンネル長を所望の値に設定するようエッチングが行なわれる方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、
該板状構造体の相対する２つの側面のそれぞれに該付属素子要素として電極を設け又は該板状構造体の側面にＣＭＯＳ素子を設けるとともに、該電極の間で、かつ該板状構造体内にチャネルを形成するステップを有するものである方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
該板状構造体最上表面に、該電界効果トランジスタのチャンネル電流を制御するためのゲート電極を設けるステップを有する方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
該光デバイスが半導体レーザであり、この半導体レーザを構成する該板状構造体の相対する２つの側面のそれぞれに、該付属素子要素として絶縁性膜とその上の電極を形成するステップを有する方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、
該光デバイスが半導体レーザであり、この半導体レーザを構成する該板状構造体の相対する２つの側面のそれぞれに、該半導体レーザの活性領域および／又はクラッド層とショットキー障壁を形成する電極を該付属素子要素として設けるステップを有する方法。
【請求項８】
請求項２に記載の方法において、
該付属素子要素が設けられた該板状構造体を同一の基板上に複数個形成するステップを有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特性の改善された既存の電子デバイス又は光デバイスあるいは新しい機能をもつ電子デバイス又は光デバイスを実現するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
多くの電子デバイスあるいは光デバイスは、それらの主要部分を微小化することにより、特性が改善される。例えば、図１はＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）（１００）を概念的に示す図である。この図において、チャネル（１０１）の長さ（１０２）を小さくすると、そのＭＯＳＦＥＴの動作速度は向上する。また個々のデバイスを小さくすることによって単位面積あたりの集積度を上げることができる。従って、これまで常にデバイスの特性を改善するために微細化が図られてきた。一方、ソース（１０３）及びドレイン（１０４）は図１に示されるような従来の表面に沿って延びる構造においては、深さをあまり小さくすると、抵抗が増すため、浅くすることには限界がある。一方、ソース（１０３）及びドレイン（１０４）の深さを大きくしようとすると、図１に示されるような表面に沿って延びる形状では、それらの形成には表面から深く不純物を導入する必要があり、現在の技術では限界があり、また微細化に伴うショートチャネル効果を抑制するためにも都合が悪い。このように、ソース及びドレインを表面に沿って延びる形状に形成すると、それらの深さの選択は、著しく制限されるという問題がある。特に、パワー用の電界効果トランジスタにおいては、ソース及びドレインの深さの選択範囲が増すことは、極めて有利である。
【０００３】
図２はレーザダイオード（２００）の動作上重要な部分のみを概念的に示す図である。図において、レーザの共振器を構成する活性領域（２０１）は光が発生する部分であり、クラッド層（２０２）及び（２０３）はキャリヤ及び光を閉じ込めるための層である。
【０００４】
活性領域（２０１）の厚さ（２０４）は、レーザ発振を起こさせる上で原理的に例えば０．２μｍと微小である必要があるが、その厚さは、半導体層の厚さであるため、比較的容易に実現される。それに対し、活性領域（２０１）の幅（２０５）は、それを小さくすることにより、活性領域（２０１）内の電流密度が上昇するため、レーザ発振の閾値を下げる上で有利である。活性領域（２０１）の幅（２０５）を小さくするために、例えばイオン注入により高抵抗化し、電流が流れる領域を限定する方法がとられることがある。図３はそのような方法で作製されたレーザダイオード（３００）の構造を示す。この方法では高抵抗化された領域（３０１）が高密度で構造欠陥を含み、活性領域（２０１）と接するため、その部分でキャリヤの消滅が起こり、レーザの動作効率は下がり、閾値電流の上昇を導く。従って、イオン注入によらず活性領域（２０１）の幅（２０５）を微小化する技術の開発が必要とされている。
【０００５】
また、活性領域（２０１）の幅（２０５）を電気的に制御できる機能をもったレーザダイオードは、これまでに報告されていない。もし、活性領域の幅を任意に（例えば、電気的に）制御できれば、レーザ光の強度が変調でき、レーザ動作を起こさせたり、停止させたりすることが可能となる。従って、活性領域の幅を任意に制御する技術の開発が必要とされてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いたエッチングによって形成された、厚さが極めて薄い厚さで、かつ基板から自立した板状構造部分を有するデバイスに関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、特性の改善された既存の電子デバイス及び光デバイス、新しい機能を有する電子デバイス及び光デバイスが実現する。
【０００８】
図４は本発明に従う基本的な板状構造（４１０）の概念を示した図である。図４（ａ）は加工前の半導体ウエハ（４０２）で、ウエハは作製すべきデバイスに対応して、複数の層から成ってもよい。図４（ａ）中の斜線で示された領域（４０３）及び（４０４）を除去すると、図４（ｂ）に示されるような自立した板状構造（４１０）が形成される。この材料の除去は、例えばガリウム（Ｇａ）イオンの集束されたビームを、２０ｋＶといった電圧で加速し照射するといった集束イオンビームを用いたエッチングにより行うことができる。板状構造（４１０）の厚さ（４０５）は、１００ｎｍ以下というように極めて薄くすることができる。また本実施例では板状構造の両側面がエッチング形成されたが、一側面が壁開面のように洗浄な場合は片側だけをエッチングして板状構造を形成することもできる。
【０００９】
図５は本発明の一実施例で、図４（ｂ）に示されたような板状構造を用いて作製されたＭＯＳＦＥＴ（５００）を示す。図５において、ゲート絶縁膜（５０５）は板状構造（５１０）の最上表面（５０６）上に形成されており、ゲート絶縁膜（５０５）の上にはゲート電極（５０７）が形成されている。また、このデバイスにおいて、ソース（５０３）及びドレイン（５０４）は板状構造（５１０）の相対する側面（５０８）及び（５０９）上に形成されている。従って、ソース（５０３）及びドレイン（５０４）のゲート絶縁膜下面（５０６）からの深さは、ＭＯＳＦＥＴの具体的な用途に応じて、自由に選択できる。
【００１０】
一実施例において、板状構造（５１０）を形成する半導体はシリコン、ゲート絶縁膜（５０５）は二酸化シリコン、ゲート電極（５０７）はアルミニウムである。ソース（５０３）及びドレイン（５０４）は金である。板状構造（５１０）はガリウムイオンをビーム径を０．１μｍに絞り、２０ｋＶに加速して形成した。板状構造（５１０）の厚さ（５０１）は１００ｎｍであり、現在では最短レベルのチャネルが形成された。
【００１１】
本発明を用いた他の実施例として、板状構造の任意の側面にCMOS（図示せず）を構成することができる。CMOSは当業者に知られた通常の方法で板状構造の任意の側面に形成される。本発明による板状構造上に形成されたCMOSは、寄生サイリスタによるラッチアップに対して高い耐性を持つといった既存のデバイスを超えるいくつかの改善された特性をもたらすであろうことは当業者には容易に理解できる。
【００１２】
また、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の板状構造に現在知られている他の電子デバイスを形成することにより様々な利点を生じさせることが可能である。
【００１３】
さらに、本発明により基板上に形成された板状構造部は、基板上での利用に縛られるものではない。たとえば、この板状構造部を独立させ絶縁性基板上に付着させることによって擬似的にSOIのような構造を形成するといった実施に利用することも可能である。
【００１４】
次に、本発明による板状構造を利用した光デバイス（光電効果デバイス）についての説明を行う。ここでは光デバイスへの一実施例としてレーザダイオード（半導体レーザ）を用いて説明されるが、本発明の応用はこれに限られるものではなく、本発明に基づいて当業者は、光デバイスの改善を達成するために任意の光デバイスを本発明の板状構造を利用して形成することができるであろう。
【００１５】
図６は本発明の第２の実施例を示し、板状構造（６１０）を利用したレーザダイオード（６００）である。図において、活性領域（６０１）はガリウムひ素（ＧａＡｓ）から成り、厚さ０．２μｍで、クラッド層（６０２）及び（６０３）はアルミニウム・ガリウムひ素（Ａｌ0.2Ｇａ0.8ＡＳ）であり、自立した板状構造（６１０）の最上表面（６０４）上に電極（６０５）が、基板の底面（６０６）には電極（６０７）が形成されている。なお、活性領域（６０１）とクラッド層（６０２）及び（６０３）以外に、当業者には周知のように、電極の形成を容易にする層や欠陥を減らすためのバッファ層が含まれるが、本発明を理解する上で本質的ではないので、説明は省略する。なお、必要に応じ、板状構造（６１０）の両側に誘電体等を配置し、半導体表面が露出されないようにしてもよい。
【００１６】
図７は本発明の第３の実施例に従うレーザダイオード（７００）を示し、図６に示されたレーザダイオードの板状構造（６１０）の相対する側面（６２０）及び（６２１）上に、絶縁性薄膜（６２２）及び（６２３）が形成され、その上に電極（６２４）及び（６２５）が形成されているのが特徴である。これらの電極（６２４）及び（６２５）に電圧を印加すると、活性領域（６０１）内に空乏領域（６３０）及び（６３１）が延び、活性領域（６０１）の幅が実効的に減少する。また、その減少の程度は、印加する電圧の大きさにより、制御することができる。
【００１７】
この実施例において、板状構造の側面上の電極は、絶縁性薄膜を介して形成したが、電極がレーザダイオードの活性領域及びクラッド層とショットキー障壁を形成するなら、絶縁性薄膜を介する必要はない。
【００１８】
一実施例において、絶縁性薄膜は二酸化シリコンで、その上の電極はアルミニウムである。
【００１９】
図７に示されたデバイスはレーザダイオードであるが、板状構造（６１０）がレーザ構造をもたず、単に板状構造（６１０）の最上表面（６０４）上の電極（６０５）と基板の底面（６０６）上の電極（６０７）間に電流を流すものであっても、図７に示された第３の実施例の原理に従って、その電流の大きさを制御するために利用できる。
【００２０】
これまで示した実施例において、板状構造は平行な平面をもつように示したが、面は曲面であってもよい。図８はそのような例の１つを示す。
【００２１】
また、板状構造は単一であるように示したが、複数の板状構造を用いたデバイスも作製できる。図９はそのような一例で、図７に示されたレーザ構造を、一端が連続するようフィンガ上にしたレーザダイオード（８００）である。各フィンガ（例えば８１０）の側面上には絶縁性薄膜（例えば８２２）及びその上の電極（例えば８２４）があり、電極に印加する電圧を、各フィンガ毎に変化させることにより、各レーザダイオードから放出される光を制御することができる。
【００２２】
さらに、集束イオンビームを用いれば、板状構造はその長さ方向に分割することも容易である。図１０はそのような構造（９００）の概念図である。このような構造にすることによって、三次元的ないわゆる量子化構造が形成される。すなわち、図１０に示された構造の各部分内で電子は量子化され、それを利用することにより、さらに特性の優れたレーザダイオードが実現される。現在、いわゆる量子ドットを用いたレーザの研究が広く行われているが、量子ドットはその形状や寸法を制御するのが困難であるのに対し、集束イオンビームを用いて作製された本発明のデバイスは、形状及び寸法とも再現性良く制御できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術に従うＭＯＳ電界効果トランジスタの概念図である。
【図２】従来技術に従うレーザダイオードの概念図である。
【図３】従来技術に従い活性領域の幅を減少させたレーザダイオードの概念図である。
【図４】本発明に従う板状構造の作製方法を概念的に示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例に従う板状構造を有するＭＯＳ電界効果トランジスタを概念的に示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例に従う板状構造を有するレーザダイオードを概念的に示す図である。
【図７】本発明の第３の実施例に従う板状構造の側面に絶縁性薄膜及び電極を有するレーザダイオードを概念的に示す図である。
【図８】本発明に従う相対する面が曲面である板状構造の一例を示す図である。
【図９】本発明に従う複数の板状構造を有するレーザダイオードの概念図である。
【図１０】本発明に従う分割された板状構造の概念図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００      ＭＯＳ電界効果トランジスタ
１０１            チャネル
１０２            長さ
１０３            ソース
１０４            ドレイン
２００            レーザダイオード
２０１            活性領域
２０２，２０３    クラッド層
２０４            厚さ
２０５            幅
３００            レーザダイオード
３０１            領域
４０２            ウエハ
４０３，４０４    領域
４０５            厚さ
４１０            板状構造
５００            ＭＯＳＦＥＴ
５０１            厚さ
５０３            ソース
５０４            ドレイン
５０５            ゲート絶縁膜
５０６            最上表面、ゲート絶縁膜下面
５０７            ゲート電極
５０８，５０９    側面
５１０            板状構造
６００            レーザダイオード
６０１            活性領域
６０２，６０３    クラッド層
６０４            最上表面
６０５            電極
６０６            底面
６０７            電極
６１０            板状構造
６２０，６２１    側面
６２２，６２３    絶縁性薄膜
６２４，６２５    電極
６３０，６３１    空乏領域
７００            レーザダイオード
８００            レーザダイオード
８１０            フィンガ
８２２            絶縁性薄膜
８２４            電極
９００            構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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