JP2005268573A - 自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドット4の密度を周辺部より中央部で大きくする。
【選択図】 図1
Description
なお、図における符号1,6は、それぞれ下部クラッド層及び上部クラッド層である。 図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、活性層媒質に自己形成型量子ドット4を用いた半導体発光素子において、光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドット4の密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする。
なお、半導体発光素子とは、主として半導体レーザ或いは半導体光増幅器を意味するが、発光ダイオード(LED)も含むものである。
図2参照
まず、n型GaAs基板11上にMOCVD法(有機金属気相成長法)を用いて、厚さが、例えば、500nmでドーピング濃度が1.0×1018cm-3のn型GaAsバッフア層12、厚さが、例えば、1.4μmでAl組成が0.4、ドーピング濃度が6.0×1017cm-3のn型AlGaAsクラッド層13、厚さが、例えば、150nmのノンドープGaAs層14、及び、厚さが、例えば、5nmでIn組成比が0.15のノンドープInGaAs層15を順次成長させる。
次いで、ノンドープInGaAs層15上にレジストを塗布したのち、電子ビーム露光法若しくは干渉露光法を用いて例えば、幅3.0μm、長さ300μmのストライプ状溝17を有するレジストパターン16を形成し、次いで、スパッタ法を用いたSiO2 膜18を堆積させることによって、ストライプ状溝17内部に段切れしたSiO2 パターン19を形成する。
次いで、レジストパターン16を剥離することによってレジストパターン16上に堆積したSiO2 膜18を除去することによりSiO2 パターン19のみを残存させ、このSiO2 パターン19をマスクとしてノンドープInGaAs層15を選択的に除去する。
次いで、SiO2 パターン19をそのまま選択成長マスクとして用いてMOCVD法によりノンドープGaAs埋込層20を成長させることによって、ノンドープInGaAs層15の除去部を埋め込む。
次いで、SiO2 パターン19を除去したのち、例えば、特開平9−326506号公報に記載された方法を用い、例えば、470℃の成長温度において、3分子層相当分のInAs形成用原料ガスを供給してInAs量子ドット21を自己形成する。
次いで、再びMOCVD法を用いて、厚さが、例えば、100nmのノンドープGaAsバリア層22でInAs量子ドット21を埋め込んだのち、厚さが、例えば、1.4μmで、Al組成が0.4でドーピング濃度が1.0×1018cm-3のp型AlGaAsクラッド層23、厚さが、例えば、20nmで、Al組成が0.2、ドーピング濃度が2.0×1019cm-3のp型AlGaAs層24、及び、厚さが、例えば、400nmでドーピング濃度が2.0×1019cm-3のp型GaAsコンタクト層25を形成する。
図8参照
まず、上記の実施例1と全く同様に、n型GaAs基板11上にMOCVD法を用いて、厚さが、例えば、500nmでドーピング濃度が1.0×1018cm-3のn型GaAsバッフア層12、厚さが、例えば、1.4μmでAl組成が0.4、ドーピング濃度が6.0×1017cm-3のn型AlGaAsクラッド層13、厚さが、例えば、150nmのノンドープGaAs層14、及び、厚さが、例えば、5nmでIn組成比が0.15のノンドープInGaAs層15を順次成長させる。
この場合も、ノンドープInGaAs層15上に成長するInAs量子ドット21の密度は〜8×1010/cm2 となり、ノンドープGaAs埋込層20上に成長するInAs量子ドット21の密度は〜3×1010/cm2 となり密度分布が形成される。
次いで、再びMOCVD法を用いて続いて、厚さが、例えば、100nmのノンドープGaAsバリア層22、及び、厚さが、例えば、700nmでAl組成が0.4、ドーピング濃度が1.0×1018cm-3のp型AlGaAsクラッド層29を順次成長させる。
図10参照
図10は、本発明の実施例3の半導体発光素子の光軸に垂直な断面図であり、この場合には、InAs量子ドットを三段重に設けたものである。
再び、図1参照
(付記1) 活性層媒質に自己形成型量子ドット4を用いた半導体発光素子において、光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドット4の密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記2) 上記光導波路における光軸に垂直な断面内で、中央部における下地半導体層2の格子定数が周辺部の下地半導体層3の格子定数より大きく、且つ、前記格子定数の大きな下地半導体層2上部に形成された自己形成型量子ドット4の密度が、前記格子定数の小さな下地半導体層3上部に形成された自己形成型量子ドット4の密度よりも大きいことを特徴とする付記1記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記3) 上記下地半導体層2,3、前記下地半導体層2,3上に形成された自己形成型量子ドット4、及び、前記自己形成型量子ドット4及び下地半導体層2,3を覆うバリア層5からなる積層構造を、少なくとも2層以上積層させたことを特徴とする付記2記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記4) 上記中央部における自己形成型量子ドット4の密度が、上記周辺部における自己形成型量子ドット4の密度よりも1.5倍以上大きいことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記5) 上記自己形成型量子ドット4の密度分布以外に横モードを制御するストライプ構造7を設けたことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
(付記6) 上記格子定数の大きな下地半導体層2がInGaAsからなり、上記格子定数の小さな下地半導体層3がGaAsからなり、且つ、上記自己形成型量子ドット4がInAsからなることを特徴とする付記2乃至5のいずれか1に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
2 下地半導体層
3 下地半導体層
4 自己形成型量子ドット
5 バリア層
6 上部クラッド層
7 ストライプ構造
11 n型GaAs基板
12 n型GaAsバッファ層
13 n型AlGaAsクラッド層
14 ノンドープGaAs層
15 ノンドープInGaAs層
16 レジストパターン
17 ストライプ状溝
18 SiO2 膜
19 SiO2 パターン
20 ノンドープGaAs埋込層
21 InAs量子ドット
22 ノンドープGaAsバリア層
23 p型AlGaAsクラッド層
24 p型AlGaAs層
25 p型GaAsコンタクト層
26 リッジメサ
27 p側電極
28 n側電極
29 p型AlGaAsクラッド層
30 ストライプ状メサ
31 p型AlGaAs埋込層
32 n型AlGaAsブロック層
33 p型AlGaAs層
34 p型GaAsコンタクト層
35 p側電極
36 ノンドープGaAsバリア層
37 ノンドープInGaAs層
38 ノンドープGaAs埋込層
39 InAs量子ドット
40 ノンドープGaAsバリア層
41 ノンドープInGaAs層
42 ノンドープGaAs埋込層
43 InAs量子ドット
Claims (5)
- 活性層媒質に自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子において、光導波路における光軸に垂直な断面内の自己形成型量子ドットの密度が周辺部より中央部で大きいことを特徴とする自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
- 上記光導波路における光軸に垂直な断面内で、中央部における下地半導体層の格子定数が周辺部の下地半導体層の格子定数より大きく、且つ、前記格子定数の大きな下地半導体層上部に形成された自己形成型量子ドットの密度が、前記格子定数の小さな下地半導体層上部に形成された自己形成型量子ドットの密度よりも大きいことを特徴とする請求項1記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
- 上記下地半導体層、前記下地半導体層上に形成された自己形成型量子ドット、及び、前記自己形成型量子ドット及び下地半導体層を覆うバリア層からなる積層構造を、少なくとも2層以上積層させたことを特徴とする請求項2記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
- 上記中央部における自己形成型量子ドットの密度が、上記周辺部における自己形成型量子ドットの密度よりも1.5倍以上大きいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
- 上記自己形成型量子ドットの密度分布以外に横モードを制御するストライプ構造を設けたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の自己形成型量子ドットを用いた半導体発光素子。
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