JP2006080293A - Forming method of quantum dot - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of realizing self-formation of highly uniform quantum dots with a high density. <P>SOLUTION: A GaAs buffer layer is formed on a GaAs substrate, a GaSb<SB>x</SB>As<SB>1-x</SB>(0<x≤1) layer is introduced onto the GaAs buffer, and InAs quantum dots are self-formed on the a GaSb<SB>x</SB>As<SB>1-x</SB>(0<x≤1) layer. For example, in the case of introducing a GaSb layer with 0.24 to 1.52 ML thickness with a composition x (x=1) of antimony (Sb) to the GaAs buffer layer, the InAs quantum dots can be self-formed on the GaSb layer with a high uniformity with a dot density of 1.1×10<SP>11</SP>cm<SP>-2</SP>or over. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、量子ドットの形成方法に関し、特に、高密度で均一な量子ドットを自己形成する方法に関する。   The present invention relates to a method for forming quantum dots, and more particularly to a method for self-forming high-density and uniform quantum dots.

近年、量子ドットの光電子デバイスへの適用が注目を集め、種々の研究、開発がなされている。3次元的なキャリアの閉じ込め構造である量子ドットは、キャリアの一次元的な閉じ込めである量子井戸構造や、二次元的な閉じ込めである量子細線構造と比較して、キャリアのエネルギスペクトルが非常に鋭く、離散的になる。室温においても、キャリアの遷移が量子準位間で不連続に生じ、鋭い発光スペクトルを得ることができる。   In recent years, application of quantum dots to optoelectronic devices has attracted attention, and various studies and developments have been made. Quantum dots, which are three-dimensional carrier confinement structures, have a much higher carrier energy spectrum than quantum well structures, which are one-dimensional confinement carriers, and quantum wire structures, which are two-dimensional confinement structures. Sharp and discrete. Even at room temperature, carrier transitions occur discontinuously between quantum levels, and a sharp emission spectrum can be obtained.

量子ドットの形成には、ヘテロエピタキシャル成長の初期に出現するいわゆるS−K(Stranski-Krastanov)モード成長を利用する方法が、一般的に採用されている。この方法では、ヘテロ界面に生じる歪エネルギを利用するため、リソグラフィやエッチングなどのようなバルク材料の加工を必要せず、簡単なプロセスで量子ドットが自己形成される。一例として、GaAs基板上にGaAsバッファ層を成長し、GaAsバッファ層上に、格子定数の異なるInAs層を1.8分子層成長させることによって、円錐状の成長島(量子ドット)を自己形成(自己組織化)することができる(たとえば、特許文献1参照)。   For the formation of quantum dots, a method using so-called SK (Stranski-Krastanov) mode growth that appears in the early stage of heteroepitaxial growth is generally employed. In this method, since the strain energy generated at the heterointerface is used, processing of the bulk material such as lithography and etching is not required, and the quantum dots are self-formed by a simple process. As an example, a GaAs buffer layer is grown on a GaAs substrate, and an InAs layer having a different lattice constant is grown on the GaAs buffer layer by 1.8 molecular layers, so that a conical growth island (quantum dot) is self-formed ( (For example, refer to Patent Document 1).

S−Kモード成長を利用すると、結晶成長のみにより量子ドットが形成されるため、良質な結晶ドットが得られる。しかし、この方法では、量子ドットのサイズや位置、密度の制御が困難であり、S−Kモード成長を利用しつつ、サイズと密度の揃った量子ドットを自己形成する方法は、いまだ実現されていない。   When SK mode growth is used, quantum dots are formed only by crystal growth, so that high-quality crystal dots can be obtained. However, in this method, it is difficult to control the size, position, and density of the quantum dots, and a method for self-forming quantum dots having a uniform size and density using SK mode growth has not yet been realized. Absent.

一方、自己形成によらずに、機械的な手法で均一な量子ドットを高密度で形成する方法が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。   On the other hand, a method of forming uniform quantum dots at a high density by a mechanical method without using self-formation has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

この方法は、半導体基板の表面に先端が鋭利な金属構造物を近接させ、これに電気的パルスを印加して、基板の表面に直径、高さが数nm〜数十nmの微細突起物を形成する。その後、この突起物を含む基板表面に、半導体の超薄膜をエピタキシャル成長すると、突起物の直上に微細なくぼみが形成される。微細なくぼみを有する超薄膜の表面に量子ドット原材料を供給すると、くぼみの部分にのみ量子ドットが形成される。   In this method, a metal structure having a sharp tip is brought close to the surface of a semiconductor substrate, and an electric pulse is applied to the metal structure to form a fine projection having a diameter and height of several to several tens of nanometers on the surface of the substrate. Form. Thereafter, when an ultra-thin semiconductor film is epitaxially grown on the surface of the substrate including the protrusions, a fine depression is formed immediately above the protrusions. When the quantum dot raw material is supplied to the surface of the ultrathin film having a fine depression, quantum dots are formed only in the depression.

走査型トンネル顕微鏡(STM)チップを用いると、50nm〜100nnの繰り返し周期で量子ドットの2次元配列を形成することができる。しかし、この方法では、エピタキシャル成長室とSTM加工室の間で、基板搬送しなければならない。量子ドットを積層にする場合は、エピタキシャル成長室とSTM加工室の間の往復を、何度も繰り返す必要がある。量子ドット形成プロセスとして煩雑であるうえに、メタルチップ(カンチレバー、プローブ等)による基板への悪影響が懸念される。
特開平10−289996号公報 特開2001−7315号公報
When a scanning tunneling microscope (STM) chip is used, a two-dimensional array of quantum dots can be formed with a repetition period of 50 nm to 100 nn. However, in this method, the substrate must be transferred between the epitaxial growth chamber and the STM processing chamber. When quantum dots are stacked, it is necessary to repeat the reciprocation between the epitaxial growth chamber and the STM processing chamber many times. In addition to the complexity of the quantum dot formation process, there is a concern that the metal chip (cantilever, probe, etc.) may adversely affect the substrate.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-289996 JP 2001-7315 A

GaAs基板上へのInAs系量子ドットは、光通信波長帯の高性能な半導体レーザ(量子ドットレーザ)などへの応用が期待されている。量子ドットレーザの実現のためには、高均一かつ高密度の量子ドット作製方法の開発が必須である。特に、良質な結晶ドットを高均一、高密度で得るために、S−K成長モードを用いた量子ドットの自己形成法の開発が進められている。   InAs quantum dots on a GaAs substrate are expected to be applied to high performance semiconductor lasers (quantum dot lasers) in the optical communication wavelength band. In order to realize a quantum dot laser, it is essential to develop a highly uniform and high density quantum dot manufacturing method. In particular, in order to obtain high-quality crystal dots with high uniformity and high density, development of a self-formation method of quantum dots using the SK growth mode is underway.

量子ドットの自己形成において、高均一化を図るためには、成長速度を低減して、成長因子の表面マイグレーションを活発にさせることが重要である。このため、低い成長速度の条件が必要とされていた。   In order to achieve high uniformity in the self-formation of quantum dots, it is important to reduce the growth rate and activate surface migration of growth factors. For this reason, the conditions of the low growth rate were required.

しかし、このような長い表面マイグレーションの成長条件では、ドットサイズが大きくなり、量子ドットの密度が1×1010〜3×1010程度と低く、高密度化が困難である。 However, under such long surface migration growth conditions, the dot size becomes large, and the density of quantum dots is as low as about 1 × 10 10 to 3 × 10 10 , making it difficult to increase the density.

また、形成される量子ドットの密度を上げようとすると、ドット同士のコアレッセンス(合体)が生じるという問題もある。   Another problem is that if the density of the formed quantum dots is increased, coalescence between the dots occurs.

そこで、本発明は、量子ドット同士のコアレッセンスを防止しつつ、高均一かつ高密度の量子ドットを形成する方法を提供することを課題とする。   Thus, an object of the present invention is to provide a method for forming highly uniform and high-density quantum dots while preventing coalescence between quantum dots.

また、このような量子ドットを利用した量子ドットレーザの提供を課題とする。   Another object of the present invention is to provide a quantum dot laser using such quantum dots.

上記課題を解決するために、本発明では、GaAs基板上にInAs量子ドットを作製する際に、GaAs層表面上に、GaSbAs1−x(0<x≦1)層を導入し、このGaSbAs1−x(0<x≦1)層上に、InAs量子ドットを自己形成する。 In order to solve the above problems, in the present invention, when an InAs quantum dot is formed on a GaAs substrate, a GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer is introduced on the surface of the GaAs layer, InAs quantum dots are self-formed on the GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer.

1つの態様として、GaAs層表面に、0.24〜1.52ML厚、より好ましくは1分子層厚のGaSb層を導入し、GaSb層上にInAs量子ドットを形成する。これは、GaSbAs1−x層の組成で、x=1の場合である。 As one embodiment, a GaSb layer having a thickness of 0.24 to 1.52 ML, more preferably a single molecular layer is introduced on the surface of the GaAs layer, and InAs quantum dots are formed on the GaSb layer. This is the case of x = 1 with the composition of the GaSb x As 1-x layer.

この場合は、InAs量子ドットは、1.1×1011cm-2以上のドット密度で自己形成される。 In this case, InAs quantum dots are self-formed with a dot density of 1.1 × 10 11 cm −2 or more.

別の態様として、GaAs層表面に、GaAsSb混晶バッファ層を導入し、GaAsSb混晶バッファ層上にInAs量子ドットを形成する。これは、GaSbAs1−x層の組成でx≠1の場合である。 As another embodiment, a GaAsSb mixed crystal buffer layer is introduced on the surface of the GaAs layer, and InAs quantum dots are formed on the GaAsSb mixed crystal buffer layer. This is a case where x ≠ 1 in the composition of the GaSb x As 1-x layer.

この場合は、InAs量子ドットは、基板面内の所定の方向に、正方格子状に自己配列する。また、1.0×1011cm-2以上の高いドット密度で、均一に配列される。 In this case, the InAs quantum dots are self-aligned in a square lattice shape in a predetermined direction within the substrate surface. Further, the dots are uniformly arranged at a high dot density of 1.0 × 10 11 cm −2 or more.

より具体的には、量子ドットの形成方法は、
(a)GaAs基板上に、GaAsバッファ層を形成し、
(b)前記GaAsバッファ層上に、GaSbAs1−x(0<x≦1)層を形成し、
(c)前記GaSbAs1−x(0<x≦1)層上に、InAs量子ドットを自己形成する。
More specifically, the quantum dot formation method is
(A) forming a GaAs buffer layer on the GaAs substrate;
(B) forming a GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer on the GaAs buffer layer;
(C) InAs quantum dots are self-formed on the GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer.

この方法によれば、GaAsバッファ層表面に、アンチモン(Sb)を含む薄膜を導入することによって、InAs量子ドットの高密度かつ高均一な形成を実現するとともに、量子ドット同士のコアレッセンスを効果的に抑制することができる。   According to this method, by introducing a thin film containing antimony (Sb) on the surface of the GaAs buffer layer, high-density and highly uniform formation of InAs quantum dots is achieved, and coalescence between quantum dots is effectively achieved. Can be suppressed.

さらに、上述した量子ドットの形成方法を量子ドットレーザに適用することができる。量子ドットレーザは、GaAs基板と、GaAs基板上の活性層と、活性層に電流を注入する電極とを備え、活性層は、
(a)0.24〜1.52ML厚のGaSb層と、
(b)GaSb層上のInAs量子ドットと、
(c)InAs量子ドットを埋め込むGaAs埋め込み層と、
を含み、前記InAs量子ドットは、1.1×1011cm-2以上の密度で配置される。
Furthermore, the quantum dot forming method described above can be applied to a quantum dot laser. The quantum dot laser includes a GaAs substrate, an active layer on the GaAs substrate, and an electrode for injecting current into the active layer.
(A) a 0.24 to 1.52 ML thick GaSb layer;
(B) InAs quantum dots on the GaSb layer;
(C) a GaAs buried layer for embedding InAs quantum dots;
The InAs quantum dots are arranged at a density of 1.1 × 10 11 cm −2 or more.

コアレッセンスの発生を抑制しつつ、現実のデバイス応用に適した高密度かつ高均一な量子ドットを自己形成することができる。   While suppressing the occurrence of coalescence, high-density and highly uniform quantum dots suitable for actual device applications can be self-formed.

以下で、添付図面を参照して、本発明の良好な実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1実施形態に係るGaAs基板上へのInAs量子ドットの形成を説明するための模式図である。本発明において、InAs量子ドットは、GaAsバッファ層の表面に導入されたGaSbAs1−x(0<x≦1)層上に形成されるが、第1実施形態では、Sbの組成xをx=1に設定し、GaSb層上にInAs量子ドットを形成する。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining formation of InAs quantum dots on a GaAs substrate according to the first embodiment of the present invention. In the present invention, InAs quantum dots are formed on a GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer introduced on the surface of the GaAs buffer layer. In the first embodiment, the composition x of Sb is x = 1 is set, and InAs quantum dots are formed on the GaSb layer.

図1(a)は、GaSb層上にInAs量子ドットを形成したサンプルの模式図である。このサンプルは、GaAs基板1の(001)面にGaAsバッファ層2を形成し、GaAsバッファ層2の表面にGaSb層3を形成し、GaSb層3上にInAs量子ドット4を自己形成することによって得られる。このサンプルに形成されたInAs量子ドット4の表面配置形状は、後述するように、AFM(原子間力顕微鏡)により観察される。   FIG. 1A is a schematic diagram of a sample in which InAs quantum dots are formed on a GaSb layer. In this sample, the GaAs buffer layer 2 is formed on the (001) plane of the GaAs substrate 1, the GaSb layer 3 is formed on the surface of the GaAs buffer layer 2, and the InAs quantum dots 4 are self-formed on the GaSb layer 3. can get. The surface arrangement shape of the InAs quantum dots 4 formed in this sample is observed with an AFM (atomic force microscope) as will be described later.

図1(b)は、図1(a)に示すInAs量子ドット4を、GaAsキャップ層5でさらに埋め込んだサンプルの模式図である。後述するように、このサンプルを用いて、InAs量子ドット4のフォトルミネッセンス(PL)を観察する。   FIG. 1B is a schematic diagram of a sample in which the InAs quantum dots 4 shown in FIG. 1A are further embedded with a GaAs cap layer 5. As will be described later, the photoluminescence (PL) of the InAs quantum dots 4 is observed using this sample.

図2は、InAs量子ドット4を形成する際の、分子線エピタキシー(MBE)法による各層の成長条件を示す表である。   FIG. 2 is a table showing the growth conditions of each layer by molecular beam epitaxy (MBE) when forming InAs quantum dots 4.

まず、GaAs基板1の(001)面に、GaAsバッファ層2を成長温度590℃で200nmの膜厚に成長する。このときのAs圧力は16×10-7Torrである。なお、この圧力の値は絶対圧力ではなく、所定の補正係数を乗算して得られた値である。補正係数は、測定方法、成長条件、ガス原料の種類、測定子の構造など、複数の要素に基づいて算出されたものである。同様に、以下の実施形態中においても、供給物質の圧力は、補正係数が乗算された値で示すものとする。 First, the GaAs buffer layer 2 is grown on the (001) plane of the GaAs substrate 1 at a growth temperature of 590 ° C. to a thickness of 200 nm. The As pressure at this time is 16 × 10 −7 Torr. The pressure value is not an absolute pressure but a value obtained by multiplying a predetermined correction coefficient. The correction coefficient is calculated based on a plurality of factors such as the measurement method, the growth condition, the type of gas material, and the structure of the probe. Similarly, in the following embodiments, the pressure of the supplied substance is indicated by a value multiplied by a correction coefficient.

次に、GaAsバッファ層2上に、0.24〜1.52ML、好ましくは1MLのGaSb層3を、基板温度500℃、Sb圧力0.5×10-7Torrで形成する。このとき、GaSb層3の膜厚を正確に制御して、表面構造をRHEEDで観察すると、As4 の照射をSb4 の照射に切り換えた直後から、GaAs−c(4×4)回折パターンが、徐々に(1×3)回折パターンに変化し、AsとSbの交換反応により、GaSbの再配列表面が形成されることがわかる。すなわち、最表面でGaと結合しているAsが、部分的にSbに置き換えられ、その後、全体がSbに置き換えられて、表面がフラットなGaSb層が形成されると考えられる。 Next, a GaSb layer 3 of 0.24 to 1.52 ML, preferably 1 ML, is formed on the GaAs buffer layer 2 at a substrate temperature of 500 ° C. and an Sb pressure of 0.5 × 10 −7 Torr. At this time, when the film thickness of the GaSb layer 3 is accurately controlled and the surface structure is observed by RHEED, the GaAs-c (4 × 4) diffraction pattern is immediately after the As 4 irradiation is switched to the Sb 4 irradiation. It turns out that it gradually changes to a (1 × 3) diffraction pattern, and a rearranged surface of GaSb is formed by the exchange reaction of As and Sb. That is, it is considered that As bonded to Ga on the outermost surface is partially replaced with Sb, and then the entire surface is replaced with Sb to form a GaSb layer having a flat surface.

次に、GaSb層3上に、InAs量子ドット4を、基板温度500℃、成長速度0.035ML/sでS−Kモード成長により形成する。このときのAs圧力は、3×10-7〜8×10-7Torr、好ましくは3×10-7〜6×10-7Torrである。このような成長速度とAs圧力を低く設定することによって、InAs量子ドットサイズのばらつきを低減することができる。InAs量子ドット4の成長量は、2.1〜3.7MLである。
この状態が、図1(a)に示す状態である。
Next, InAs quantum dots 4 are formed on the GaSb layer 3 by SK mode growth at a substrate temperature of 500 ° C. and a growth rate of 0.035 ML / s. The As pressure at this time is 3 × 10 −7 to 8 × 10 −7 Torr, preferably 3 × 10 −7 to 6 × 10 −7 Torr. By setting such a growth rate and As pressure low, variations in InAs quantum dot size can be reduced. The growth amount of InAs quantum dots 4 is 2.1 to 3.7 ML.
This state is the state shown in FIG.

InAs量子ドット4の形成後、基板温度を急激に450℃に下げて、6×10-7TorrのAs圧力下で、100nmの膜厚のGaAsキャップ層5を形成する。この状態が、図1(b)に示す状態である。 After the InAs quantum dots 4 are formed, the substrate temperature is rapidly lowered to 450 ° C., and a GaAs cap layer 5 having a thickness of 100 nm is formed under an As pressure of 6 × 10 −7 Torr. This state is the state shown in FIG.

図3(a)は、図1(a)のサンプルから得られたAFM像である。図1(a)のサンプルでは、GaSb層3の膜厚は、1分子層厚、InAs量子ドットの成長量は3MLである。AFMの観察結果に基づき、InAs量子ドットのサイズと密度を評価した。   FIG. 3A is an AFM image obtained from the sample of FIG. In the sample of FIG. 1A, the thickness of the GaSb layer 3 is one molecular layer, and the growth amount of InAs quantum dots is 3 ML. Based on the observation result of AFM, the size and density of InAs quantum dots were evaluated.

InAs量子ドットの下地層に、1分子層厚のGaSb層を導入することで1.1×1011cm-2という高密度のInAs量子ドットが形成される。また、図3(a)のAFM像から明らかなように、GaSb層上のInAs量子ドットは、非常に高い均一性を有している。 By introducing a GaSb layer having a thickness of one molecular layer into the underlying layer of InAs quantum dots, InAs quantum dots with a high density of 1.1 × 10 11 cm −2 are formed. Further, as is clear from the AFM image of FIG. 3A, the InAs quantum dots on the GaSb layer have very high uniformity.

注目すべき点は、このような高密度の形成にもかかわらず、コアレッセンスの発生が抑制されていることである。図3(a)で得られた観察結果では、コアレッセンスの発生による転位などの欠陥もほとんどない。   It should be noted that the occurrence of coalescence is suppressed despite the formation of such a high density. In the observation result obtained in FIG. 3A, there are almost no defects such as dislocation due to the occurrence of coalescence.

アンチモン(Sb)は表面エネルギを下げる働きをすることが知られている。InAs量子ドットの下地にGaSb層を挿入することによって、表面が安定化し、この低エネルギ化は、GaSb/InAs界面から、InAs量子ドットの表面にも影響するものと考えられる。すなわち、隣接するInAs量子ドット表面の不活性により、コアレッセンスが効果的に抑制されると考えられる。この表面安定性は、InAs量子ドットの高均一化にも寄与していると考えられる。   It is known that antimony (Sb) works to lower the surface energy. By inserting a GaSb layer under the InAs quantum dots, the surface is stabilized, and this reduction in energy is considered to affect the surface of the InAs quantum dots from the GaSb / InAs interface. That is, it is considered that coalescence is effectively suppressed by the inactivity of the surface of adjacent InAs quantum dots. This surface stability is considered to contribute to the high uniformity of InAs quantum dots.

比較例として、図3(b)および図3(c)に、GaSb層を導入せずに、従来のようにGaAsバッファ層上にInAs量子ドットを形成したときのAFM像を示す。図3(b)は、GaAsバッファ層上に、成長速度0.035ML/sInAs量子ドットを形成したもの、図3(c)は、同じくGaAsバッファ層上に、成長速度0.17ML/sでInAs量子ドットを形成したものである。   As a comparative example, FIG. 3B and FIG. 3C show AFM images when InAs quantum dots are formed on a GaAs buffer layer as in the prior art without introducing a GaSb layer. FIG. 3B shows a case where a growth rate of 0.035 ML / s InAs quantum dots is formed on the GaAs buffer layer, and FIG. 3C shows the case where InAs is grown on the GaAs buffer layer at a growth rate of 0.17 ML / s. A quantum dot is formed.

図3(b)に示すように、成長速度およびAs圧力を低く設定することによって、表面マイグレーションが活発になる。この結果、ドットサイズが大きくなるが、サイズのばらつきが小さくなる。しかし、ドット密度は、2×1010cm-2であり、十分な密度を得ることができない。 As shown in FIG. 3B, surface migration becomes active by setting the growth rate and As pressure low. As a result, the dot size increases, but the size variation decreases. However, the dot density is 2 × 10 10 cm −2 , and a sufficient density cannot be obtained.

一方、図3(c)のように、成長速度を速くすると、7×1010cm-2という比較的高い密度を達成することができるが、InAs量子ドットのサイズのばらつきがはげしい。さらに、コアレッセンスの発生が著しく(2×109cm-2)、コアレッセンス(合体)により巨大化したドットが多くみられる。コアレッセンスを起こして巨大化したドットには、結晶欠陥が存在し、デバイス応用上の問題となる。 On the other hand, as shown in FIG. 3C, when the growth rate is increased, a relatively high density of 7 × 10 10 cm −2 can be achieved, but the size variation of InAs quantum dots is remarkable. Furthermore, the occurrence of coalescence is remarkable (2 × 10 9 cm −2 ), and many dots enlarged by coalescence (merging) are observed. The dots that have become large due to coalescence have crystal defects, which is a problem in device application.

このように、従来の自己形成方法では、成長条件の調整だけでは、高密度かつ高均一の
量子ドットを形成することが困難であったが、本実施形態のように、GaAsバッファ層の表面に1分子層程度の膜厚のGaSb層を導入することによって、サイズおよび配置間隔がともに均一なInAs量子ドットが高密度に形成される。これと同時に、好ましくないコアレッセンスの発生も効果的に抑制され、デバイスへの実用性が非常に高い。
Thus, in the conventional self-forming method, it is difficult to form high-density and highly uniform quantum dots only by adjusting the growth conditions. However, as in this embodiment, the surface of the GaAs buffer layer is formed. By introducing a GaSb layer having a thickness of about one molecular layer, InAs quantum dots having a uniform size and arrangement interval are formed with high density. At the same time, the occurrence of undesirable coalescence is effectively suppressed, and the practicality of the device is very high.

図4は、上記と同じ基板温度、成長速度、As圧力で、1分子層厚のGaSb層上に、InAs量子ドットを3.28MLの成長量で形成したときの平面TEM(透過電子顕微鏡)像である。1.1×1011cm-2という高いドット密度にもかかわらず、コアレッセンスの発生が抑制されており、転位などの欠陥もほとんど観察されない。 FIG. 4 shows a planar TEM (transmission electron microscope) image when InAs quantum dots are formed with a growth amount of 3.28 ML on a GaSb layer of one molecular layer thickness at the same substrate temperature, growth rate, and As pressure as described above. It is. Despite a high dot density of 1.1 × 10 11 cm −2 , the occurrence of coalescence is suppressed, and defects such as dislocations are hardly observed.

また、図5および図6に示すように、観察の結果、GaSb層上のInAsの成長初期(成長量1ML程度)において、高さ約0.3nm(約1ML)、幅約10nmの細線状の2次元初期核が、<1−10>方向に周期的な配列で形成されることがわかった。   Further, as shown in FIGS. 5 and 6, as a result of observation, in the initial stage of growth of InAs on the GaSb layer (growth amount of about 1 ML), a thin line shape having a height of about 0.3 nm (about 1 ML) and a width of about 10 nm. It was found that two-dimensional initial nuclei were formed in a periodic array in the <1-10> direction.

図5(a)〜5(d)は、GaSb層表面へのInAs量子ドットの成長過程を示すAFM像である。GaSb層の表面に、InAsを1ML程度成長すると、細線状の2次元島が発生し始め、1.4MLでは、図5(b)に示すように、非常に狭く高密度な2次元島が形成される。   FIGS. 5A to 5D are AFM images showing the growth process of InAs quantum dots on the surface of the GaSb layer. When InAs is grown on the surface of the GaSb layer by about 1 ML, a thin two-dimensional island starts to be generated, and in 1.4 ML, a very narrow and high-density two-dimensional island is formed as shown in FIG. Is done.

InAsを1.6MLまで成長すると、図5(c)に示すように2次元島が3次元島に遷移し、3.1MLまで成長すると、図5(d)のように、高密度、高均一なInAs量子ドットが形成される。   When InAs is grown to 1.6 ML, the two-dimensional island transitions to a three-dimensional island as shown in FIG. 5C, and when it grows to 3.1 ML, high density and high uniformity are obtained as shown in FIG. InAs quantum dots are formed.

図6(a)は、図5(b)のInAs2次元島の拡大像である。<1−10>方向に周期的かつ高密度に配列した、細長い線状の2次元島の発生が確認できる。図6(b)は、2次元島から3次元島への遷移を模式的に描いた図である。細線状の2次元島の上にトラップされるように3次元ドットが成長するので、最終的に図5(d)のような高密度、高均一のInAs量子ドットが形成されるものと思われる。このとき、InAs3次元量子ドットの形成過程においても、下地層のSb表面偏析効果が生じ、表面近傍のSb原子による表面エネルギの低下が、効果的にコアレッセンスの発生を抑制している。   FIG. 6A is an enlarged image of the InAs two-dimensional island of FIG. Generation | occurrence | production of the elongate linear two-dimensional island arranged periodically and with high density in the <1-10> direction can be confirmed. FIG. 6B is a diagram schematically illustrating a transition from a two-dimensional island to a three-dimensional island. Since the three-dimensional dot grows so as to be trapped on the thin two-dimensional island, it seems that the high-density and highly uniform InAs quantum dots as shown in FIG. 5D are finally formed. . At this time, also in the formation process of InAs three-dimensional quantum dots, the Sb surface segregation effect of the underlayer occurs, and the decrease in surface energy due to Sb atoms in the vicinity of the surface effectively suppresses the generation of coalescence.

1分子層厚のGaSb層上に成長したInAs量子ドットのサイズと構成は、InAsの成長量によって制御可能である。   The size and configuration of InAs quantum dots grown on a GaSb layer having a single molecular layer thickness can be controlled by the amount of InAs grown.

図7は、InAs量子ドットの成長量を変化させたときのAFM像である。図7(a)は、InAsカバレッジ(成長量)が2.4MLのときのAFM像、図7(b)は、InAsカバレッジが3.7MLのときのAFM像である。InAs成長量を2.4〜3.7MLまで変化させることによって、ドット密度が7×1010cm-2 から1.1×1011cm-2に向上する。図7のAFM像からも明らかなように、コアレッセンスの発生が非常に少ない。3MLを超える成長量では、ドット間の距離が狭くなり、この結果、ドットサイズはほぼ飽和する。すなわち、InAsカバレッジを高くした高密度InAsドットでは、サイズのばらつきの抑制効果が期待される。 FIG. 7 is an AFM image when the amount of growth of InAs quantum dots is changed. FIG. 7A is an AFM image when the InAs coverage (growth amount) is 2.4 ML, and FIG. 7B is an AFM image when the InAs coverage is 3.7 ML. By changing the InAs growth amount from 2.4 to 3.7 ML, the dot density is improved from 7 × 10 10 cm −2 to 1.1 × 10 11 cm −2 . As is apparent from the AFM image of FIG. 7, the occurrence of coalescence is very small. When the growth amount exceeds 3 ML, the distance between the dots becomes narrow, and as a result, the dot size is almost saturated. That is, a high-density InAs dot with high InAs coverage is expected to suppress size variation.

サイズのばらつきの抑制には、ドットの側壁に形成される安定した{110}ファセットと{136}ファセットによる自己制限現象が重要な役割を果たす。ファセットの形成を観察するために、GaAs表面のGaSb層(GaSb/GaAs)上にInAs量子ドットをS−Kモード成長する間、RHEEDシェブロンパターンをモニタした。   For the suppression of size variation, the self-limiting phenomenon due to the stable {110} facets and {136} facets formed on the side walls of the dots plays an important role. In order to observe the facet formation, the RHEED chevron pattern was monitored during SK mode growth of InAs quantum dots on a GaSb layer (GaSb / GaAs) on the GaAs surface.

図8は、GaSb/GaAs層上にInAsドットが形成された直後のRHEEDパターンであり、<100>方向と<130>方向で観察したものである。図8(a)は、InAs量子ドットの成長量が2.4ML、図8(b)は成長量が3.7MLのときのものである。   FIG. 8 is a RHEED pattern immediately after InAs dots are formed on a GaSb / GaAs layer, and is observed in the <100> direction and the <130> direction. 8A shows the case where the growth amount of InAs quantum dots is 2.4 ML, and FIG. 8B shows the case where the growth amount is 3.7 ML.

InAsカバレッジが2.4MLのとき(図8(a))は、<130>方向で{136}ファセットを示すRHEEDシェブロンが観察されている。InAs成長量が増えるにつれ、{110}ファセットも観察されるようになる。図8(b)に示すように、3.7MLのカバレッジでは、{136}ファセットと{110}ファセットの双方が観察される。   When the InAs coverage is 2.4 ML (FIG. 8A), a RHEED chevron indicating {136} facets in the <130> direction is observed. As the InAs growth increases, {110} facets will also be observed. As shown in FIG. 8 (b), in the 3.7ML coverage, both {136} facets and {110} facets are observed.

{110}ファセットの形成は、ドットサイズの増大と、ドットアスペクト比の向上を意味する。   Formation of {110} facets means an increase in dot size and an improvement in dot aspect ratio.

図9は、GaSb上の高密度InAs量子ドットの成長量に応じたフォトルミネッセンススペクトル(温度12K)を示す。InAs成長量が2.4ML以下では、PLスペクトルの幅が広く、ピーク波長は1100nm近傍にある。InAs成長量が増すにつれ、
長波長側(1170nm)に狭いPLスペクトルが現れるようになる。このような、PLスペクトルのドット成長量に対する依存性は、図8を参照して説明したInAs量子ドットの形状遷移によって説明できる。
FIG. 9 shows a photoluminescence spectrum (temperature 12K) according to the growth amount of high-density InAs quantum dots on GaSb. When the InAs growth amount is 2.4 ML or less, the width of the PL spectrum is wide and the peak wavelength is in the vicinity of 1100 nm. As the amount of InAs growth increases,
A narrow PL spectrum appears on the long wavelength side (1170 nm). Such dependency of the PL spectrum on the amount of dot growth can be explained by the shape transition of the InAs quantum dots described with reference to FIG.

すなわち、成長量の増大につれて{110}ファセットを有するに到ったInAs量子ドットで、低エネルギ側の1170nmにピークを有するようになる。これは、InAsカバレッジ(成長)が進むにつれ、大きなドットサイズの量子ドットが増えていることを裏付けるものである。この結果、4.1MLの成長量で形成された高密度のInAs量子ドットにおいて、33meVという比較的狭いピーク幅を得ることができ、ドットサイズのばらつきも抑制されていることがわかる。   That is, the InAs quantum dots that have {110} facets as the growth amount increases, have a peak at 1170 nm on the low energy side. This confirms that as the InAs coverage (growth) progresses, the number of large dot size quantum dots increases. As a result, in a high-density InAs quantum dot formed with a growth amount of 4.1 ML, it can be seen that a relatively narrow peak width of 33 meV can be obtained, and variation in dot size is also suppressed.

このように、第1実施形態においては、GaAs(001)基板上のGaAsバッファ層表面に、1分子層厚程度のGaSb層を導入することによって、高い均一性で、InAs量子ドットを1.1×1011cm-2以上の密度で形成することが可能になる。 As described above, in the first embodiment, by introducing a GaSb layer having a thickness of about one molecular layer on the surface of the GaAs buffer layer on the GaAs (001) substrate, the InAs quantum dots can be made 1.1 with high uniformity. It becomes possible to form at a density of × 10 11 cm -2 or more.

さらに、このような高密度化にもかかわらず、コアレッセンスの発生を効果的に抑制でき、デバイスへの適用が期待される。   Furthermore, despite such high density, generation of coalescence can be effectively suppressed, and application to devices is expected.

図10は、上述した高密度かつ高均一なInAs量子ドットを適用した量子ドットレーザの概略構成図である。図10(a)の例では、量子ドットレーザ10は、n型のGaAs(001)基板11上に、n型GaAsバッファ層12、n型AlGaAsクラッド層13、GaAs導波層14を有し、GaAs導波層14上に、活性層15を有する。この活性層15を挟んで、GaAs導波層16、p型AlGaAsクラッド層17が位置し、開口部を有する絶縁層(SiO2層)18を介して、p型電極19を有する。一方、基板11の裏面には、n型電極20が設けられる。   FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a quantum dot laser to which the above-described high-density and highly uniform InAs quantum dots are applied. In the example of FIG. 10A, the quantum dot laser 10 has an n-type GaAs buffer layer 12, an n-type AlGaAs cladding layer 13, and a GaAs waveguide layer 14 on an n-type GaAs (001) substrate 11. An active layer 15 is provided on the GaAs waveguide layer 14. A GaAs waveguide layer 16 and a p-type AlGaAs cladding layer 17 are located with the active layer 15 in between, and a p-type electrode 19 is provided via an insulating layer (SiO 2 layer) 18 having an opening. On the other hand, an n-type electrode 20 is provided on the back surface of the substrate 11.

図10(b)に示すように、活性層15は、1分子層厚程度のGaSb層21と、GaSb層21上に1.1×1011cm-2以上の密度で高均一に形成されたInAs量子ドット22と、GaAsキャップ層23を有する。GaSb層21の膜厚は、0.24〜1.52ML厚の範囲で制御可能であるが、1分子層程度の膜厚が望ましい。図10(b)では便宜上、2層の積層構造を示しているが、GaSb層21上に自己成長したInAs量子ドット22を、3層以上に積層してもよい。 As shown in FIG. 10 (b), the active layer 15 was formed on the GaSb layer 21 having a thickness of about one molecular layer and on the GaSb layer 21 with a density of 1.1 × 10 11 cm −2 or more and uniformly. It has InAs quantum dots 22 and a GaAs cap layer 23. The thickness of the GaSb layer 21 can be controlled in the range of 0.24 to 1.52 ML, but a thickness of about one molecular layer is desirable. Although FIG. 10B shows a two-layer stacked structure for convenience, InAs quantum dots 22 self-grown on the GaSb layer 21 may be stacked in three or more layers.

プローブやカンチレバーを用いて量子ドットを形成する場合と異なり、何層に積層しても、同一の成長室内で、供給ガスの種類と供給量を制御することによって、高密度、高均一のInAs量子ドットを自己形成することができる。   Unlike the case of forming quantum dots using a probe or cantilever, no matter how many layers are stacked, by controlling the type and amount of supply gas in the same growth chamber, high density and high uniformity InAs quantum Dots can self-form.

また、商業的に入手が容易なGaAs(001)基板を用いて、高密度、高均一の量子ドットを容易に形成できるので、コストの低減にも寄与する。   In addition, high-density and highly uniform quantum dots can be easily formed using a commercially available GaAs (001) substrate, which contributes to cost reduction.

次に、図11および図12を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、GaAsバッファ層上のGaSbAs1−x(0<x≦1)層として、GaAsSb混晶バッファ層(x≠1)を用いる。この場合、InAs量子ドットは、GaAs基板面内の所定の方向に、正方格子状に自己配列する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, a GaAsSb mixed crystal buffer layer (x ≠ 1) is used as the GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer on the GaAs buffer layer. In this case, the InAs quantum dots are self-aligned in a square lattice shape in a predetermined direction within the GaAs substrate surface.

図11は、GaAsSb混晶バッファ層上に自己配列形成されたInAs量子ドットのAFM像である。GaAs基板の(001)面内の<010>方向に、InAs量子ドットが、1×1011cm-2以上の高密度で、均一な正方格子状に自己配列する様子がわかる。 FIG. 11 is an AFM image of InAs quantum dots self-aligned on a GaAsSb mixed crystal buffer layer. It can be seen that InAs quantum dots are self-arranged in a uniform square lattice at a high density of 1 × 10 11 cm −2 or more in the <010> direction in the (001) plane of the GaAs substrate.

図12は、このような正方格子状態のInAs量子ドットの形成を説明するための模式図である。   FIG. 12 is a schematic diagram for explaining the formation of such a square lattice InAs quantum dot.

GaAs(001)基板31上に、GaAsバッファ層32を590℃で成長した後、
成長温度450℃、As4/Sb4照射フラックス比3〜9でGaAsSb混晶バッファ層33を10ML形成する。As4/Sb4照射フラックス比は、3〜9の範囲で適宜調整できるが、一例として、照射フラックス比を6に設定してGaAsSb混晶バッファ層33を形成し、さらにその上にGaAs層34を2ML形成する。GaAs層34上にInAs量子ドット35を成長温度500℃で2.6ML成長する。
After the GaAs buffer layer 32 is grown on the GaAs (001) substrate 31 at 590 ° C.,
A GaAsSb mixed crystal buffer layer 33 is formed in an amount of 10 mL at a growth temperature of 450 ° C. and an As 4 / Sb 4 irradiation flux ratio of 3 to 9. The As 4 / Sb 4 irradiation flux ratio can be appropriately adjusted in the range of 3 to 9, but as an example, the irradiation flux ratio is set to 6 to form the GaAsSb mixed crystal buffer layer 33, and the GaAs layer 34 is further formed thereon. To form 2ML. An InAs quantum dot 35 is grown on the GaAs layer 34 by 2.6 ML at a growth temperature of 500 ° C.

第1実施形態のようにSbの組成x=1の場合、すなわちGaSb層を導入する場合は、InAs量子ドットは全体にまんべんなく均一な配置になる。これに対し、第2実施形態のように、Sbの構成xを1以外の値(0<x<1)にして、GaAsSb混晶バッファ層33の膜厚を、As4/Sb4照射フラックス比に応じて適切に制御することによって、第1実施形態と同様の高密度で、正方格子状の量子ドットが得られる。また、正方格子状に配列する場合の均一性も高い。 When the composition of Sb x = 1 as in the first embodiment, that is, when a GaSb layer is introduced, the InAs quantum dots are evenly arranged throughout. In contrast, as in the second embodiment, the Sb configuration x is set to a value other than 1 (0 <x <1), and the film thickness of the GaAsSb mixed crystal buffer layer 33 is set to the As 4 / Sb 4 irradiation flux ratio. By appropriately controlling according to the above, it is possible to obtain a square lattice-like quantum dot with the same high density as in the first embodiment. In addition, the uniformity when arranged in a square lattice is also high.

以上述べたように、本発明の実施形態では、InAs量子ドットを形成する際に、GaAsバッファ層表面にアンチモン(Sb)を含む薄膜を導入することによって、高密度かつ高均一な量子ドットの自己形成を、低コストで実現することができる。   As described above, in the embodiment of the present invention, when forming an InAs quantum dot, a thin film containing antimony (Sb) is introduced on the surface of the GaAs buffer layer, thereby making it possible to achieve high density and high uniformity of the quantum dot self. Formation can be realized at low cost.

GaSb膜上にInAs量子ドットを形成する場合は、コアレッセンスの発生を抑制して、ランダムな均一配置で高密度の量子ドットが得られる。   When forming InAs quantum dots on a GaSb film, generation of coalescence is suppressed, and high-density quantum dots can be obtained in a random uniform arrangement.

GaAsSb膜上にInAs量子ドットを形成する場合は、高密度の量子ドットを均一な正方格子状に自己配列することができる。   When forming InAs quantum dots on a GaAsSb film, high-density quantum dots can be self-aligned in a uniform square lattice shape.

本発明の第1実施形態に係る量子ドットの形成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating formation of the quantum dot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る量子ドットの成長条件を示す表である。It is a table | surface which shows the growth conditions of the quantum dot which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図3(a)は本発明の第1実施形態に係るGaSb/GaAs層上へのInAs量子ドットの成長を示すAFM像であり、図3(b)および3(c)は、比較例として、従来方法でGaAsバッファ層上に成長速度を変えてInAs量子ドットを成長したときのAFM像である。FIG. 3A is an AFM image showing the growth of InAs quantum dots on the GaSb / GaAs layer according to the first embodiment of the present invention. FIGS. 3B and 3C are comparative examples. It is an AFM image when growing an InAs quantum dot on a GaAs buffer layer by a conventional method. 本発明の第1実施形態に係るGaSb/GaAs層上へのInAs量子ドットの成長を示すTEM像である。It is a TEM image which shows the growth of the InAs quantum dot on the GaSb / GaAs layer which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るGaSb/GaAs層上へのInAs量子ドットの成長を示すAFM像であり、図5(a)は、InAsカバレッジ(成長量)が2.4ML、図5(b)は、InAsカバレッジが3.7MLのときの像である。FIG. 5A is an AFM image showing the growth of InAs quantum dots on the GaSb / GaAs layer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A shows an InAs coverage (growth amount) of 2.4 ML, and FIG. ) Is an image when the InAs coverage is 3.7 ML. GaSb上へのInAs2次元島から3次元島への成長を示すAFM像である。It is an AFM image showing the growth from an InAs two-dimensional island to a three-dimensional island on GaSb. 図7(a)は、図6に示す細線状の2次元島のAFM拡大像であり、図7(b)は、2次元島から3次元島への遷移を示す模式図である。7A is an AFM enlarged image of the thin two-dimensional island shown in FIG. 6, and FIG. 7B is a schematic diagram showing a transition from the two-dimensional island to the three-dimensional island. 本発明の第1実施形態に係る1分子層厚のGaSb層上のInAs量子ドット形成直後のRHEED像であり、図8(a)は2.4MLのInAsカバレッジ、図8(b)は3.7MLのInAsカバレッジのときの像である。It is a RHEED image immediately after InAs quantum dot formation on the GaSb layer of 1 molecular layer thickness concerning a 1st embodiment of the present invention, and Drawing 8 (a) is 2.4 ML InAs coverage, and Drawing 8 (b) is 3. It is an image at the time of 7ML InAs coverage. 本発明の第1実施形態に係る1分子層厚のGaSb層上のInAs量子ドットの成長量に応じたPLスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows PL spectrum according to the growth amount of the InAs quantum dot on the GaSb layer of 1 molecular layer thickness concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る量子ドットを適用した量子ドットレーザの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the quantum dot laser to which the quantum dot which concerns on 1st Embodiment of this invention is applied. 本発明の第2実施形態に係るGaAsSbバッファ層上に自己配列形成される量子ドットのAFM像である。It is an AFM image of the quantum dot self-alignedly formed on the GaAsSb buffer layer according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る量子ドットの形成を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating formation of the quantum dot which concerns on 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、11、31 GaAs基板
2、12、32、34 GaAsバッファ層
3、21 GaSb層
4、22、35 InAs量子ドット
5、23 GaAsキャップ層
13、17 AlGaAsクラッド層
14、16 GaAs光導波層
15 活性層
33 GaAsSb混晶バッファ層
1, 11, 31 GaAs substrate 2, 12, 32, 34 GaAs buffer layer 3, 21 GaSb layer 4, 22, 35 InAs quantum dots 5, 23 GaAs cap layer 13, 17 AlGaAs cladding layer 14, 16 GaAs optical waveguide layer 15 Active layer 33 GaAsSb mixed crystal buffer layer

Claims (11)

GaAs基板上に、GaAsバッファ層を形成し、
前記GaAsバッファ層上に、GaSbAs1−x(0<x≦1)層を形成し、
前記GaSbAs1−x(0<x≦1)層上に、InAs量子ドットを自己形成する
ことを特徴とする量子ドットの形成方法。
Forming a GaAs buffer layer on the GaAs substrate;
A GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer is formed on the GaAs buffer layer;
A method of forming a quantum dot, comprising self-forming InAs quantum dots on the GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer.
前記GaSbAs1−x(0<x≦1)層は、0.24〜1.52ML厚のGaSb層(x=1)であることを特徴とする請求項1に記載の量子ドットの形成方法。 2. The quantum dot formation according to claim 1, wherein the GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer is a GaSb layer (x = 1) having a thickness of 0.24 to 1.52 ML. Method. 前記GaSb層は、As−Sb交換反応によって形成されることを特徴とする請求項2に記載の量子ドットの形成方法。   The method of forming a quantum dot according to claim 2, wherein the GaSb layer is formed by an As-Sb exchange reaction. 前記InAs量子ドットは、1.1×1011cm-2以上のドット密度で自己形成されることを特徴とする請求項2に記載の量子ドットの形成方法。 The method of forming quantum dots according to claim 2, wherein the InAs quantum dots are self-formed at a dot density of 1.1 × 10 11 cm -2 or more. 前記InAs量子ドットの自己形成ステップにおいて、コアレッセンスの発生が抑制されることを特徴とする請求項2に記載の量子ドットの形成方法。   3. The quantum dot forming method according to claim 2, wherein the generation of coalescence is suppressed in the InAs quantum dot self-forming step. 前記InAs量子ドットは、その成長初期において、細線状の2次元島が形成されることを特徴とする請求項2に記載の量子ドットの形成方法。   The method of forming a quantum dot according to claim 2, wherein the InAs quantum dot is formed with a thin two-dimensional island in the initial growth stage. 前記GaSbAs1−x(0<x≦1)層は、GaAsSb混晶バッファ層(x≠1)であり、前記InAs量子ドットは、基板面内の所定の方向に、正方格子状に自己配列することを特徴とする請求項1に記載の量子ドットの形成方法。 The GaSb x As 1-x (0 <x ≦ 1) layer is a GaAsSb mixed crystal buffer layer (x ≠ 1), and the InAs quantum dots are self-aligned in a square lattice shape in a predetermined direction within the substrate surface. The quantum dot forming method according to claim 1, wherein the quantum dots are arranged. 前記InAs量子ドットは、(001)基板面内上の<010>方向に沿って正方格子状に配列することを特徴とする請求項7に記載の量子ドットの形成方法。   8. The method of forming quantum dots according to claim 7, wherein the InAs quantum dots are arranged in a square lattice pattern along the <010> direction on the (001) substrate plane. 前記InAs量子ドットは、1×1011cm-2以上のドット密度で正方格子状に自己配列することを特徴とする請求項7に記載の量子ドットの形成方法。 The method of forming a quantum dot according to claim 7, wherein the InAs quantum dots are self-aligned in a square lattice pattern with a dot density of 1 × 10 11 cm -2 or more. 前記GaAsSb混晶バッファ層を、As4/Sb4 照射フラックス比3〜9で形成することを特徴とする請求項7に記載の量子ドットの形成方法。 It said GaAsSb mixed crystal buffer layer, a method of forming the quantum dot of claim 7, wherein the forming in As 4 / Sb 4 irradiated flux ratio 3-9. GaAs基板と、
前記GaAs基板上の活性層と、
前記活性層に電流を注入する電極と
を備え、前記活性層は、
0.24〜1.52ML厚のGaSb層と、
前記GaSb層上のInAs量子ドットと、
前記InAs量子ドットを埋め込むGaAs埋め込み層と、
を含み、前記InAs量子ドットは、1.1×1011cm-2以上の密度で配置されることを特徴とする量子ドットレーザ。
A GaAs substrate;
An active layer on the GaAs substrate;
An electrode for injecting current into the active layer, the active layer comprising:
A GaSb layer having a thickness of 0.24 to 1.52 ML;
InAs quantum dots on the GaSb layer;
A GaAs buried layer for embedding the InAs quantum dots;
And the InAs quantum dots are arranged at a density of 1.1 × 10 11 cm −2 or more.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007311632A (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser element
JP2008060475A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Univ Of Electro-Communications Quantum semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009176821A (en) * 2008-01-22 2009-08-06 National Institute Of Information & Communication Technology Semiconductor optical device and semiconductor device for optical communication, and method of manufacturing the same
JP2010109065A (en) * 2008-10-29 2010-05-13 National Institute Of Information & Communication Technology Nanostructure and method for manufacturing the same
JP2010226061A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Ltd Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2011010389A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 パイオニア株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2012124500A (en) * 2006-05-15 2012-06-28 Fujitsu Ltd Manufacturing method of semiconductor device
US8334154B2 (en) 2006-12-16 2012-12-18 Helmholtz-Zentrum Berlin Fuer Materialien Und Energie Gmbh Method for the production of quantum dots embedded in a matrix, and quantum dots embedded in a matrix produced using the method
CN103681260A (en) * 2013-11-21 2014-03-26 中国科学院上海技术物理研究所 Liquid phase epitaxy preparation method of multilayer embedded structure GaSb quantum dot materials
CN105980596A (en) * 2014-02-13 2016-09-28 敏斯材料公司 Method of coating a substrate so as to provide a controlled in-plane compositional modulation
JP2017022289A (en) * 2015-07-13 2017-01-26 株式会社Qdレーザ Semiconductor laser, optical module, optical communication apparatus and optical communication system
CN114381801A (en) * 2021-12-14 2022-04-22 南京信光半导体科技有限公司 Molecular beam epitaxy preparation method of high-density and high-uniformity InAs/GaAs quantum dots

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0983065A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element
JPH09326474A (en) * 1996-06-05 1997-12-16 Sony Corp Quantum case memory
JP2001156298A (en) * 1999-11-26 2001-06-08 Sony Corp Semiconductor device
JP2001237413A (en) * 2000-02-23 2001-08-31 Nec Corp Method of forming quantum dot

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0983065A (en) * 1995-09-18 1997-03-28 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element
JPH09326474A (en) * 1996-06-05 1997-12-16 Sony Corp Quantum case memory
JP2001156298A (en) * 1999-11-26 2001-06-08 Sony Corp Semiconductor device
JP2001237413A (en) * 2000-02-23 2001-08-31 Nec Corp Method of forming quantum dot

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012124500A (en) * 2006-05-15 2012-06-28 Fujitsu Ltd Manufacturing method of semiconductor device
JP2007311632A (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Furukawa Electric Co Ltd:The Surface-emitting laser element
JP2008060475A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Univ Of Electro-Communications Quantum semiconductor device and manufacturing method thereof
US8334154B2 (en) 2006-12-16 2012-12-18 Helmholtz-Zentrum Berlin Fuer Materialien Und Energie Gmbh Method for the production of quantum dots embedded in a matrix, and quantum dots embedded in a matrix produced using the method
JP2009176821A (en) * 2008-01-22 2009-08-06 National Institute Of Information & Communication Technology Semiconductor optical device and semiconductor device for optical communication, and method of manufacturing the same
JP2010109065A (en) * 2008-10-29 2010-05-13 National Institute Of Information & Communication Technology Nanostructure and method for manufacturing the same
JP2010226061A (en) * 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Ltd Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
WO2011010389A1 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 パイオニア株式会社 Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JPWO2011010389A1 (en) * 2009-07-24 2012-12-27 パイオニア株式会社 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
CN103681260A (en) * 2013-11-21 2014-03-26 中国科学院上海技术物理研究所 Liquid phase epitaxy preparation method of multilayer embedded structure GaSb quantum dot materials
CN105980596A (en) * 2014-02-13 2016-09-28 敏斯材料公司 Method of coating a substrate so as to provide a controlled in-plane compositional modulation
JP2017512251A (en) * 2014-02-13 2017-05-18 ミムシ・マテリアルズ・エービーMimsi Materials Ab Method for coating a substrate to provide controlled in-plane composition modulation
US10378099B2 (en) 2014-02-13 2019-08-13 Mimsi Materials Ab Method of coating a substrate so as to provide a controlled in-plane compositional modulation
JP2017022289A (en) * 2015-07-13 2017-01-26 株式会社Qdレーザ Semiconductor laser, optical module, optical communication apparatus and optical communication system
CN114381801A (en) * 2021-12-14 2022-04-22 南京信光半导体科技有限公司 Molecular beam epitaxy preparation method of high-density and high-uniformity InAs/GaAs quantum dots

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