JP2007227744A - 量子ドット型光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出可能な赤外線の帯域が広い量子ドット型光半導体装置及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】ＧａＡｓ半導体基板５１の上に、バッファ層５２、下部電極層５３、第１の赤外線吸収層５４ａ、第２の赤外線吸収層５４ｂ及び上部電極層５５を形成する。第１及び第２の赤外線吸収層５４ａ，５４ｂはいずれも量子ドットと、量子ドットを覆うキャップ層と、量子ドットにより導入された歪みを回復させる中間層とを複数積層して形成されている。第１及び第２の赤外線吸収層５４ａ，５４ｂの量子ドットはいずれもＩｎＡｓにより形成されており、中間層はいずれもＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓにより形成されている。また、第１の赤外線吸収層５４ａのキャップ層はＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓにより形成され、第２の赤外線吸収層５４ｂのキャップ層はＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓにより形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は量子ドットを用いた構造を有する量子ドット型光半導体装置及びその製造方法に関し、特に赤外線検出器として好適な量子ドット型光半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、量子ドットの作成方法として、ＳＫ（Stranski−Krastanow ）モードと呼ばれる量子ドット成長モードが注目されている。このＳＫモードでは、例えば、ＧａＡｓ基板上に、ＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓ及びＧａＳｂなどを材料として量子ドットを成長させることができる。また、ＳＫモードで作成した量子ドットを用いた半導体デバイスの開発も盛んに行われている。

非特許文献１には量子ドットを用いて赤外線を検出することが記載されている。赤外線吸収層に量子ドットを用いた量子ドット型赤外線検知器（ＱＤＩＰ：Quantum Dot Infrared Photodetector) ）では、量子ドットによる電子の３次元閉じ込め効果により、３次元全ての方向で高感度特性が得られる。そのため、例えば量子井戸型赤外線検知器（ＱＷＩＰ：Quantum Well Infrared Photodetector ）と異なり、光結合構造（例えば回折格子や反射ミラー）を用いなくても垂直方向（赤外線吸収層に垂直な方向）から入射する赤外線を検出することができるという利点がある。

また、量子ドット型赤外線検出器では、量子ドットにより離散的な準位が形成されるため、熱的励起により発生する暗電流が少ない。これにより、冷却温度が比較的高くてもよく、電子冷却で動作可能であるという利点もある。

量子ドット型赤外線検知器の構造は、例えば非特許文献２に記載されている。図１（ａ）は従来の量子ドット型赤外線検知器の一例を示す模式図、図１（ｂ）は同じくその量子ドット型赤外線検知器の赤外線吸収層を拡大して示す模式図である。この図１（ａ）に示すように、量子ドット型赤外線検知器は、例えばＧａＡｓ半導体結晶からなる基板１１の上に、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなるバッファ層１２と、ｎ型ＧａＡｓからなる下部電極層１３と、赤外線吸収層１４と、ｎ型ＧａＡｓからなる上部電極層１５とをこの順で積層した構造を有している。下部電極層１３には電極１３ａが接続され、上部電極層１５には電極１５ａが接続されている。

赤外線吸収層１４は、図１（ｂ）に示すように、複数の量子ドット層２４を積層して形成されている。各量子ドット層２４は、例えば２次元方向に分布する複数のＩｎＡｓ量子ドット２１と、それらの量子ドット２１を被覆するＩｎＧａＡｓキャップ層２２と、量子ドット２１によって結晶に導入される歪みを回復させる中間層２３とにより構成されている。

図２は、上述した構造の従来の量子ドット型赤外線検知器の伝導帯側のバンド構造を示す図である。この図２に示すように、量子ドット２１の伝導帯の基底準位からキャップ層２２の基底準位までのエネルギー差に相当する波長λ１の赤外線が量子ドット型赤外線検知器の赤外線吸収層１４に入射すると、量子ドット２１の伝導帯の基底準位からキャップ層２２の基底準位まで電子が遷移する。予め電極１３ａ，１５ａ間に所定の電圧を印加しておくと、波長λ１の赤外線が入射する毎にそれに応じた電気信号が電極１３ａ，１５ａから出力される。

図３は、横軸に赤外線の波長をとり、縦軸に感度をとって、従来の量子ドット型赤外線検知器の感度特性を示す図である。この図３に示すように、従来の量子ドット型赤外線検知器は、量子ドット２１の伝導帯の基底準位とキャップ層２２の基底準位との差に対応するある特定の波長λ１の赤外線に対して良好な感度を示す。

その他、本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献１，２に記載されたものがある。特許文献１には、多重量子井戸構造を有する赤外線受光素子において、量子井戸層幅が異なる複数の量子井戸層を設けることにより、受光感度波長帯域を広げることが記載されている。また、特許文献２には、ネットワークに使用されるレーザダイオードや光増幅器等において、偏波依存性を除去することを目的とし、格子定数が相互に異なり、且つ基板の格子定数とも異なる複数種類のバリア層（キャップ層）を用いて量子ドットを形成することが記載されている。
K. W. Berryman, S. A. Lyon, and Mordechai Segev. Appl. Phys. Lett. 70, 1861(1997) Zhengmao Ye, Joe C. Campbell, Zhonghui Chen, Eui-Tae Kim, and Anupam Madhukar ; J. Appl. Phys. Vol.92. 7462(2002) 特開平１０−６５２００号公報 特開２００４−１１１７１０号公報

しかしながら、上述した従来の赤外線検知器では、図３に示すように特定の波長の赤外線に対しては良好な感度を示すものの、検出可能な赤外線の帯域が狭く、用途が限定されてしまうという欠点がある。

以上から、本発明の目的は、検出可能な赤外線の帯域が広い量子ドット型光半導体装置及びその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、半導体基板と、第１の量子ドットと、該第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層と、該第１のキャップ層の上に形成されて前記第１の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第１の中間層とにより構成され、前記第１の半導体基板上に配置された第１の量子ドット層と、第２の量子ドットと、該第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層と、該第２のキャップ層の上に形成されて前記第２の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第２の中間層とにより構成され、前記第１の量子ドット層の上に配置された第２の量子ドット層とを有し、前記第１及び第２の量子ドットは同一の材料により形成され、前記第１及び第２のキャップ層は相互に異なる材料により形成され、前記第１及び第２の中間層は同一の材料により形成されていることを特徴とする量子ドット型光半導体装置が提供される。

本発明によれば、第１及び第２の量子ドット層を有し、それらの第１及び第２の量子ドット層は、量子ドットが同一材料により形成され、キャップ層が異なる材料により形成されている。従って、量子ドットの導電帯の基底順位からキャップ層の基底準位までのエネルギー差が、第１の量子ドット層と第２の量子ドット層とでは異なる。これにより、第１の量子ドット層で検出される光（赤外線）の波長と第２の量子ドット層で検出される光の波長とが異なる。第１の量子ドット層における感度特性と第２の量子ドット層における感度特性とを合成したものが本発明に係る量子ドット型光半導体装置の感度特性となるので、本発明に係る量子ドット型光半導体装置は、広い波長帯域において良好な感度が得られる。

本発明の他の観点によれば、基板上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第１の量子ドットを形成する工程と、前記第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層を形成する工程と、前記第１のキャップ層の上に前記第１のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第１の中間層を形成する工程と、前記第１の中間層の上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第２の量子ドットを形成する工程と、前記第１のキャップ層と異なる材料により、前記第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層を形成する工程と、前記第２のキャップ層の上に前記第２のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第２の中間層を形成する工程とを有し、前記第１及び第２の中間層の材料が同一であることを特徴とする量子ドット型光半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の方法により、上述した構造を有し、広い波長帯域において良好な感度が得られる量子ドット型光半導体装置を容易に製造することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

図４（ａ）は本発明の実施形態に係る量子ドット型光半導体装置（量子ドット型赤外線検知器）の構造を示す模式図、図４（ｂ）は同じくその量子ドット型光半導体装置の赤外線吸収層の構造を示す模式図である。

本実施形態に係る量子ドット型赤外線検知器は、図４（ａ）に示すように、ＧａＡｓ半導体結晶からなる基板５１の上に、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなるバッファ層５２と、ｎ型ＧａＡｓからなる下部電極層５３と、第１の赤外線吸収層５４ａと、第２の赤外線吸収層５４ｂと、ｎ型ＧａＡｓからなる上部電極層５５とをこの順で積層した構造を有している。下部電極層５３には電極５３ａが接続され、上部電極層５５には電極５５ａが接続されている。

第１の赤外線吸収層５４ａは、図４（ｂ）に示すように、複数の第１の量子ドット層６５を積層した構造を有している。各第１の量子ドット層６５は、それぞれ２次元方向に分布する複数のＩｎＡｓ量子ドット（第１の量子ドット）６２と、それらの量子ドット６２を被覆するＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓからなるキャップ層（第１のキャップ層）６３と、量子ドット６２によって結晶に導入された歪みを回復させるＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる中間層６４（第１の中間層）とにより構成されている。本実施形態において、第１の量子ドット層６５の積層数は５層とする。

また、第２の赤外線吸収層３４ｂは、複数の第２の量子ドット層６７を積層した構造を有している。各第２の量子ドット層６７は、それぞれ２次元方向に分布する複数のＩｎＡｓ量子ドット（第２の量子ドット）６２と、それらの量子ドット６２を被覆するＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなるキャップ層（第２のキャップ層）６６と、量子ドット６２によって結晶に導入された歪みを回復させるＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる中間層（第２の中間層）６４とにより構成されている。本実施形態においては、第２の量子ドット層６７の積層数も５層とする。

図４（ｂ）に示すように、第１の赤外線吸収層５４ａを構成する第１の量子ドット層６５と、第２の赤外線吸収層５４ｂを構成する第２の量子ドット層６７とは、キャップ層６３，６６の組成（ＡｌとＧａとの割合）が異なること以外は同一である。このようにキャップ層６３，６６の組成を変えることにより、キャップ層６３，６６の基底準位が相互に異なるものとなる。

第１及び第２のキャップ層６３，６６は、基板５１に対し無歪であるか、又は歪みが小さいことが好ましい、第１及び第２のキャップ層６３，６６の結晶格子定数と基板５１の結晶格子定数との差が基板５１の結晶格子定数の０．５％を超えると、中間層６４による歪みの回復効果が十分でなくなる。このため、第１及び第２のキャップ層６３，６６は、その結晶格子定数と基板５１の結晶格子定数との差が基板５１の結晶格子定数の０．５％以下となるようにする。下記表１に、基板５１を構成するＧａＡｓ、第１のキャップ層６３を構成するＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓ、第２のキャップ層６６を構成するＡｌ_0.２Ｇａ_0.8Ａｓ及び中間層６４を構成するＡｌ_0.５Ｇａ_0.5Ａｓのそれぞれの結晶格子定数と歪率とを示す。

図５は、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の伝導帯側のバンド構造を示す図である。この図５に示すように、本実施形態では、第１の赤外線吸収層５４ａの量子ドット６２の基底準位と第２の赤外線吸収層５４ｂの量子ドット６２の基底準位は同じであるが、第１の赤外線吸収層５４ａのキャップ層（第１のキャップ層）６３の基底準位と第２の赤外線吸収層５４ｂのキャップ層（第２のキャップ層）６６の基底準位とが異なる。従って、第１の赤外線吸収層５４ａで吸収する赤外線の波長帯域λ１と、第２の赤外線吸収層５４ｂで吸収する赤外線の波長帯域λ２とは異なる。

図６は、横軸に赤外線の波長をとり、縦軸に感度をとって、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の感度特性を示す図である。この図６に示すように、本実施形態の量子ドット型赤外線検知器では、波長λ１，λ２に検出感度のピークを示し、それらの波長λ１，λ２の間及びその近傍の波長の赤外線を検出することが可能となる。すなわち、本実施形態に係る量子ドット型赤外線検知器は、広い波長帯域において良好な感度が得られる。

図７，図８は、上述した構造の本実施形態の量子ドット型赤外線検知器の製造方法を工程順に示す模式図である。

まず、図７（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板５１の上に、例えばＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法又はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により、ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓからなるバッファ層５２を、例えば５０ｎｍの厚さにエピタキシャル成長させる。その後、バッファ層５２の上に、例えばＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、キャリア濃度が例えば１０¹⁸ｃｍ^-3となるように不純物（例えばＳｉ）が導入されたｎ型ＧａＡｓからなる下部電極層５３を、約１μｍの厚さに形成する。

次に、下部電極層５３の上に第１の赤外線吸収層５４ａを形成する。すなわち、基板温度を例えば５１０℃とし、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、下部電極層５３の上に例えば０．２２ＭＬ（モノレイヤ）／ｓｅｃの成長速度で２．０ＭＬのｉ型ＩｎＡｓ層を形成する。そうすると、ＩｎＡｓ結晶の格子定数が下部電極層５３を構成するＧａＡｓ結晶の格子定数と若干異なるため、ＳＫモード成長により、図７（ｂ）に示すように下部電極層５３の上にＩｎＡｓ島６１が生成される。

次に、図７（ｃ）に示すように、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、例えば２０ＭＬのＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓからなるキャップ層６３を形成し、このキャップ層６３によりＩｎＡｓ島６１を被覆する。このようにしてＩｎＡｓ島６１がバンドギャップの大きい結晶からなるキャップ層６３に囲まれると、ＩｎＡｓ島６１はキャリアを３次元的に閉じ込める量子ドット（ＩｎＡｓ量子ドット）６２となる。以下、説明の便宜上、キャップ層に被覆される前のＩｎＡｓ島も量子ドットと呼ぶ。

次に、キャップ層６３の上に、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、例えばＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる中間層６４を例えば６０ｎｍの厚さにエピタキシャル成長させる。この中間層６４により、ＩｎＡｓ量子ドット６２によって結晶に導入された歪みが回復される。従って、中間層６４は、結晶の格子定数が基板５１の格子定数とほぼ同じになる材料により形成することが必要である。このようにして、ＩｎＡｓ量子ドット６２、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓキャップ層６３及びＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間層６４により構成される第１の量子ドット層６５が形成される。

その後、量子ドット６２の形成、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ａｓからなるキャップ層６３の形成、及びＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる中間層６４の形成を繰り返して第１の量子ドット層６５を５層に積層することにより、図７（ｄ）に示すように第１の赤外線吸収層５４ａが形成される。

次に、図８（ａ）に示すように、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、第１の赤外線吸収層５４ａの上に例えば２．０ＭＬのｉ型ＩｎＡｓ層を堆積し、ＩｎＡｓ量子ドット６２を形成する。その後、例えば２０ＭＬのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓからなるキャップ層６６を形成し、更にその上にＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓからなる中間層６４を例えば６０ｎｍの厚さに形成する。このようにして、ＩｎＡｓ量子ドット６２、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓキャップ層６６及びＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ａｓ中間層６４により構成される第２の量子ドット層６７が形成される。第２の量子ドット層６７の形成を繰り返して、図８（ｂ）に示すように、第１の赤外線吸収層５４ａの上に、第２の量子ドット層６７を５層に積層した構造の第２の赤外線吸収層５４ｂを形成する。

なお、キャップ層６３，６６は、量子ドット６２にキャリアを３次元的に閉じ込めることが必要なため、量子ドット６２よりもバンドギャップが大きい材料により形成する必要がある。また、中間層６４は、量子ドット６２により導入された歪みを回復させる必要上、キャップ層６３，６６よりもバンドギャップが大きく、基板と略同じ結晶格子定数を有する材料により形成することが好ましい。

更に、キャップ層６３，６６は、半導体基板５１に対し無歪みであるか、又は無視できる程度に歪みが小さいことが好ましい。これにより、結晶欠陥が少なく、結晶性が優れた量子ドット層６５，６７を形成することができる。また、これにより歪みの回復が早まり、容易に多重量子ドット構造が実現できる。

次に、第１の赤外線吸収層５４ａ及び第２の赤外線吸収層５４ｂを形成した後、図８（ｃ）に示すように、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により、第２の赤外線吸収層５４ｂの上に、キャリア濃度が例えば１０¹⁸ｃｍ^-3となるように不純物が導入されたｎ型ＧａＡｓからなる上部電極層５５を、例えば１μｍの厚さに形成する。

次に、フォトリソグラフィ法により、上部電極層５５の上に所定のパターンのエッチングマスクを形成した後、このマスクに覆われていない部分を、図８（ｄ）に示すように、上部電極層５５から下部電極層５３の途中までドライエッチングする。

次に、電極用のレジストパターンをフォトリソグラフィ法により形成した後、真空金属蒸着により素子表面の全面を金属電極層で覆う。その後、リフトオフ法によりレジストパターンをその上の金属電極層とともに除去して、図４（ａ）に示すように、上部電極５５ａと下部電極５３ａとを形成する。このようにして、本実施形態に係る量子ドット型赤外線検知器が完成する。

なお、上記実施形態では基底準位が相互に異なる２種類のキャップ層を有する量子ドット型光半導体装置（赤外線検知器）について説明したが、基底準位が相互に異なる３種類以上のキャップ層を用いて量子ドット型光半導体装置を形成してもよいことは勿論である。また、それらのキャップ層は、例えば三元半導体混晶の組成や膜厚を変えることによって得ることができる。

更に、上記実施形態では複数の第１の量子ドット層６５を積層した上に複数の第２の量子ドット層６７を積層しているが、第１の量子ドット層６５と第２の量子ドット層６７とを交互に積層してもよい。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）半導体基板と、
第１の量子ドットと、該第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層と、該第１のキャップ層の上に形成されて前記第１の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第１の中間層とにより構成され、前記第１の半導体基板上に配置された第１の量子ドット層と、
第２の量子ドットと、該第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層と、該第２のキャップ層の上に形成されて前記第２の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第２の中間層とにより構成され、前記第１の量子ドット層の上に配置された第２の量子ドット層とを有し、
前記第１及び第２の量子ドットは同一の材料により形成され、前記第１及び第２のキャップ層は相互に異なる材料により形成され、前記第１及び第２の中間層は同一の材料により形成されていることを特徴とする量子ドット型光半導体装置。

（付記２）前記第１及び第２のキャップ層の結晶格子定数と前記半導体基板の結晶格子定数との差が、前記半導体基板の結晶格子定数に対し０．５％以下であることを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記３）前記第２のキャップ層は、前記第１のキャップ層と成分が同一で組成が異なる材料により形成されていることを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記４）前記第１のキャップ層がＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（但し、ｘ＜１）からなり、前記第２のキャップ層がＡ_yＧａ_1-yＡｓ（但し、ｙ＜１、且つｙ≠ｘ）からなり、前記第１及び第２の中間層をＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、ｚ＜１、且つｘ≠ｚ≠ｙ）からなることを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記５）前記第１及び第２の中間層は前記第１及び第２のキャップ層よりもバンドギャップが大きいことを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記６）前記第１及び第２の量子ドットが、ＳＫ（Stranski-Krastanow）モードにより形成されてたものであることを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記７）前記第１及び第２の量子ドット層の導電帯の基底順位と前記第１及び第２のキャップ層の基底準位との差に応じた赤外線を検知することを特徴とする付記１に記載の量子ドット型光半導体装置。

（付記８）基板上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第１の量子ドットを形成する工程と、
前記第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層を形成する工程と、
前記第１のキャップ層の上に前記第１のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第１の中間層を形成する工程と、
前記第１の中間層の上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第２の量子ドットを形成する工程と、
前記第１のキャップ層と異なる材料により、前記第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層を形成する工程と、
前記第２のキャップ層の上に前記第２のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第２の中間層を形成する工程とを有し、
前記第１及び第２の中間層の材料が同一であることを特徴とする量子ドット型光半導体装置の製造方法。

（付記９）前記第１及び第２の量子ドットを同一の材料により形成し、
前記第１のキャップ層をＡｌ_xＧａ_1-xＡｓ（但し、ｘ＜１）により形成し、
前記第２のキャップ層をＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ（但し、ｙ＜１、且つｙ≠ｘ）により形成し、
前記第１及び第２の中間層をＡｌ_zＧａ_1-zＡｓ（但し、ｚ＜１、且つｘ≠ｚ≠ｙ）により形成することを特徴とする付記８に記載の量子ドット型光半導体装置の製造方法。

図１（ａ）は従来の量子ドット型赤外線検知器の一例を示す模式図、図１（ｂ）は同じくその量子ドット型赤外線検知器の赤外線吸収層を拡大して示す模式図である。 図２は、従来の量子ドット型赤外線検知器の伝導帯側のバンド構造を示す図である。 図３は、従来の量子ドット型赤外線検知器の感度特性を示す図である。 図４（ａ）は本発明の実施形態に係る量子ドット型赤外線検知器（光半導体装置）の構造を示す模式図、図４（ｂ）は同じくその量子ドット型赤外線検知器の赤外線吸収層の構造を示す模式図である 図５は、実施形態の量子ドット型赤外線検知器の伝導帯側のバンド構造を示す図である。 図６は、実施形態の量子ドット型赤外線検知器の感度特性を示す図である。 図７は、実施形態の量子ドット型赤外線検知器の製造方法を示す模式図（その１）である。 図８は、実施形態の量子ドット型赤外線検知器の製造方法を示す模式図（その２）である。

符号の説明

１１，５１…基板、
１２，５２…バッファ層、
１３，５３…下部電極層、
１４…赤外線吸収層、
１５，５５…上部電極層、
２１，６２…量子ドット、
２２，６３，６６…キャップ層、
２３，６４…中間層、
２４…量子ドット層、
５４ａ…第１の赤外線吸収層、
５４ｂ…第２の赤外線吸収層、
６１…ＩｎＡｓ島、
６５…第１の量子ドット層、
６７…第２の量子ドット層。

Claims (4)

1. 半導体基板と、
   第１の量子ドットと、該第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層と、該第１のキャップ層の上に形成されて前記第１の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第１の中間層とにより構成され、前記第１の半導体基板上に配置された第１の量子ドット層と、
   第２の量子ドットと、該第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層と、該第２のキャップ層の上に形成されて前記第２の量子ドットにより導入された歪みを回復させる第２の中間層とにより構成され、前記第１の量子ドット層の上に配置された第２の量子ドット層とを有し、
   前記第１及び第２の量子ドットは同一の材料により形成され、前記第１及び第２のキャップ層は相互に異なる材料により形成され、前記第１及び第２の中間層は同一の材料により形成されていることを特徴とする量子ドット型光半導体装置。
2. 前記第１及び第２のキャップ層の結晶格子定数と前記半導体基板の結晶格子定数との差が、前記半導体基板の結晶格子定数に対し０．５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型光半導体装置。
3. 前記第２のキャップ層は、前記第１のキャップ層と成分が同一で組成が異なる材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の量子ドット型光半導体装置。
4. 基板上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第１の量子ドットを形成する工程と、
   前記第１の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第１のキャップ層を形成する工程と、
   前記第１のキャップ層の上に前記第１のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第１の中間層を形成する工程と、
   前記第１の中間層の上にＳＫ（Stranski-Krastanow）モード成長により第２の量子ドットを形成する工程と、
   前記第１のキャップ層と異なる材料により、前記第２の量子ドットを被覆してキャリアを閉じ込める第２のキャップ層を形成する工程と、
   前記第２のキャップ層の上に前記第２のキャップ層よりもバンドギャップが大きい第２の中間層を形成する工程とを有し、
   前記第１及び第２の中間層の材料が同一であることを特徴とする量子ドット型光半導体装置の製造方法。

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