JP2008294119A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波無依存性が改善された量子ドットを利得媒質とする。
【解決手段】半導体基板１１上に形成した、半導体基板１１よりも格子定数が大きく、平均歪み量が０％以上、１％以下である量子ドット１２ａと、量子ドット１２ａ上に形成した、半導体基板１１よりも格子定数が小さく、半導体基板１１に対する格子不整合量の大きさが量子ドット１２ａの格子不整合量以上であって、平均歪み量が０％以上、１％以下であるバリア層１３と、により偏波特性を制御するようにした。これにより、偏波無依存の量子ドット１２ａを備えた光半導体装置１０を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は光半導体装置およびその製造方法に関し、特に、量子ドットを用いた光半導体装置およびその製造方法に関する。

光通信装置の高性能化のために、利得媒質に量子ドットを用いた光半導体装置が提案されており、特に、量子ドットの不均一広がりによる広帯域性や量子ドット内の短いキャリア遷移時間による高速応答性などの特性を利用した高速波長多重通信の中継器として機能する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）への応用が期待されている。なお、量子ドットの製造に広く用いられているＳ−Ｋ（Stranski‐Krastanov）モードを利用した自己形成の量子ドットは、形状がピラミッド型でウェッティング層を伴った構造であり、また、量子ドット形成のために近接積層に用いるバリア層は、量子ドットの脇だけでなく量子ドット頂上部にも成長するため、実際に得られる量子ドットは、箱型の量子ドットとは形が異なっている。

ところが、光ファイバを通過した光は偏波方向が定まっていないため、ＳＯＡデバイスには、ＴＥ（Transverse Electric）モードとＴＭ（Transverse Magnetic）モードとの光に対して同じ光学応答を持つ偏波無依存の量子ドットが必要となる。

これまで、量子ドットの偏波特性を決定する要因として、量子ドットの形状と量子ドット内部の歪み状態とが関わっていることが指摘されていた。例えば、量子ドットの高さについては、アスペクト比（＝高さ／横の長さ）が１に近いところで偏波無依存になることが予見され（例えば、非特許文献１参照。）、その実現手段として量子ドットを薄いバリア層によって近接積層した量子ドットが提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。量子ドット内部の歪みについては、２軸性の面内圧縮歪みを静水圧的にすると良いと指摘され（例えば、非特許文献１参照。）、その手段として量子ドットの脇のバリア層に基板材料よりも小さい格子定数を有する材料、すなわち引っ張り歪みのバリア層を用いるという提案がなされていた（例えば、特許文献２参照。）。

上記提案によって、基本概念として偏波無依存の量子ドットを実現する方向性が与えられた。なお、実際、産業上有効なＳＯＡデバイスを実現するには、量子ドットのＴＥモードとＴＭモードとの偏波特性の比を±３ｄＢから±４ｄＢ程度以下にまで制御することが必要とされている。
ジャーナルオブアプライドフィジックス（Journal of Applied Physics）２００５年、Ｖｏｌ．４４、Ｎｏ．８、２００５、ｐｐ．６３１２−６３１６ 特開２００４−１１１７１０号公報 特開２００６−２４５３７３号公報

しかし、上記特許文献および上記非特許文献によってＳ−Ｋモードを利用した量子ドットよりも偏波依存性の小さい量子ドットを得ることができたが、記述の通り産業上有効な光半導体装置を実現するには、量子ドットのＴＥモードとＴＭモードとの偏波特性の比を±３ｄＢ±４ｄＢ程度以下に制御することが求められており、従来のＳ−Ｋモードを利用した量子ドットに比べて偏波依存性を改善した量子ドットではこれを考慮したものではなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、さらに偏波無依存性が改善された量子ドットを利得媒質とした光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すように、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された、半導体基板１１よりも格子定数が大きい量子ドット１２ａと、量子ドット１２ａ上に形成された、半導体基板１１よりも格子定数が小さく、半導体基板１１に対する格子不整合量の大きさが量子ドット１２ａの格子不整合量以上であるバリア層１３と、を有し、量子ドット１２ａとバリア層１３との平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置１０が提供される。

このような光半導体装置によれば、半導体基板上に形成された、半導体基板よりも格子定数が大きく、平均歪み量が０％以上、１％以下である量子ドットと、量子ドット上に形成された、半導体基板よりも格子定数が小さく、半導体基板に対する格子不整合量の大きさが量子ドットの格子不整合量以上であって、平均歪み量が０％以上、１％以下であるバリア層と、により偏波特性が制御されるようになる。

また、本発明では上記課題を解決するために、半導体基板を形成する工程と、前記半導体基板上に、前記半導体基板よりも格子定数が大きい量子ドットを形成する工程と、前記量子ドット上に、前記半導体基板よりも格子定数が小さく、前記半導体基板に対する格子不整合量の大きさが前記量子ドットの格子不整合量以上であるバリア層を形成する工程と、を有し、前記量子ドットと前記バリア層の平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置の製造方法が提供される。

このような光半導体装置の製造方法によれば、半導体基板が形成され、半導体基板上に、半導体基板よりも格子定数が大きく、平均歪み量が０％以上、１％以下の量子ドットが形成され、量子ドット上に、半導体基板よりも格子定数が小さく、半導体基板に対する格子不整合量の大きさが量子ドットの格子不整合量以上であって、平均歪み量が０％以上、１％以下のバリア層が形成されるようになる。

本発明では、半導体基板上に形成した、半導体基板よりも格子定数が大きく、平均歪み量が０％以上、１％以下である量子ドットと、量子ドット上に形成した、半導体基板よりも格子定数が小さく、半導体基板に対する格子不整合量の大きさが量子ドットの格子不整合量以上であって、平均歪み量が０％以上、１％以下であるバリア層と、により偏波特性を制御するようにした。これにより、偏波無依存の量子ドットを備えた光半導体装置およびその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されない。
まず、本発明の概要について説明し、その後、実施の形態について説明する。

本発明は、従来の偏波無依存の量子ドットを備える光半導体装置にて、量子ドットのＴＥモードとＴＭモードとの偏波特性の比を±３ｄＢから±４ｄＢ程度以下の範囲となるように、引っ張り歪み量やアスペクト比などを適切に選択することによって、量子ドットの偏波無依存性をさらに改善させる。

図１は、本発明の概要図および各層の特性値の条件を示した表である。
光半導体装置１０は、図１（Ａ）に示したように、半導体基板１１と、量子ドット層１２およびバリア層１３からなる活性層１４とから構成されており、さらに、量子ドット層１２はウェッティング層１２ｂとともに形成された量子ドット１２ａにより構成され、そして、活性層１４が複数回積層されている。

以下に、光半導体装置１０がＴＥモードおよびＴＭモードに対し、同じ光学応答を持つ偏波無依存となるように、量子ドット１２ａの形状と量子ドット１２ａ内部の歪み状態とに加えて、量子ドット１２ａのＴＥモードとＴＭモードとの偏波特性の比が±３ｄＢから±４ｄＢ程度以内の範囲に収まるように、光半導体装置１０を構成する量子ドット１２ａのアスペクト比、各層の引っ張り歪み量、半導体基板１１に対する格子不整合量などの範囲を選択する。

なお、半導体基板１１の格子定数ａ_S、量子ドット層１２の格子定数ａ_QD、格子不整合量ＬＭ_QD、平均歪み量ＡＳ_QD、バリア層１３の格子定数ａ_B、格子不整合量ＬＭ_B、平均歪み量ＡＳ_B、量子ドット１２ａの底面から最上層までの高さＬ_hと横の平均長さＬ_tの比Ｌ_h／Ｌ_tとする。

図２は、発光強度比におけるバリア層の引っ張り歪み量の量子ドットのアスペクト比依存性を示したグラフである。
図２には、量子ドットの形状と量子ドット内部の歪み状態との関係を表すものであって、光半導体装置１０の発光強度比（＝偏波特性の比＝ＴＥモード／ＴＭモード）において、ｘ軸を量子ドット１２ａのアスペクト比、ｙ軸をバリア層１３の引っ張り歪み量として、量子ドット１２ａの高さを変化させたときのバリア層１３の引っ張り歪み量の変化を示している。なお、図２中の発光強度比の単位は「ｄＢ（デシベル）」である。

図２より、発光強度比が３ｄＢから４ｄＢ以内であるためには、バリア層１３の引っ張り歪み量は３．２％程度以上が必要であることが分かる。この結果から、バリア層１３の引っ張り歪み量の下限を決定しているのは半導体基板１１に対する量子ドット１２ａの材料の格子不整合量であることが示される。

したがって、本発明における量子ドット１２ａは圧縮歪みであって、半導体基板１１に対する量子ドット１２ａの材料の格子不整合量の下限は３．２％とすることができる。これは、量子ドット１２ａの内部歪みを変化させるためには、量子ドット１２ａおよび量子ドット１２ａと同じ材料でできているウェッティング層１２ｂの歪みを変化させる必要があるが、いずれも僅か数原子層の膜厚で局所的に歪んでいるため、この歪みを変化させるには、同程度の逆向きの歪みを局所的に掛ける必要があることに起因する。

一方、アスペクト比について、図２より、発光強度比を３ｄＢから４ｄＢ以内の範囲に収めるためには、１．０程度以上が必要であることが分かる。この結果から、引っ張り歪みのバリア層１３が量子ドット１２ａの側面だけでなく頂上部にも積層されるため、上下の量子ドット１２ａの電子状態の結合が１００％より小さく、電子状態を支配する実効的な量子ドット１２ａの高さを横方向サイズに揃えるには、見かけの高さより高くする必要があることが示される。

次に、量子ドットが偏波無依存であるための、引っ張り歪みのバリア層の膜厚の範囲を示す。
図３は、発光強度比における平均歪み量の量子ドットのアスペクト比依存性を示したグラフである。

図３には、光半導体装置１０の発光強度比において、ｘ軸を量子ドット１２ａのアスペクト比、ｙ軸を平均歪み量として、量子ドット１２ａの高さを変化させたときの平均歪み量の変化を示している。なお、光半導体装置１０は、半導体基板１１上に、２次元膜厚換算で２ＭＬ（Mono-Layer：単分子層）に相当する原料を供給して形成した量子ドット１２ａと、量子ドット１２ａ上に引っ張り歪み量３．７％のバリア層１３を積層しているものとし、また、図２と同様に、図３中の発光強度比の値の単位は「ｄＢ」である。

一般に、平均歪み量は、以下の式（１）で与えられる。
平均歪み量＝（（ε_b×ｔ_b）＋（ε_QD×ｔ_QD））／（ｔ_b＋ｔ_QD）・・・式（１）
なお、ε_b、ｔ_b、ε_QD、ｔ_QDは以下の通りであって、歪み量の符号は、引っ張り歪みをプラス（＋）、圧縮歪みをマイナス（−）とする。

ε_b：バリア層材料の歪み量（％）
ｔ_b：バリア層の膜厚（ＭＬ）
ε_QD：量子ドット材料の歪み量（％）
ｔ_QD：量子ドットの膜厚（ＭＬ）
例えば、バリア層の膜厚が２ＭＬの場合に、式（１）を実際に利用すると、平均歪み量は次のように表すことができる。但し、ε_bは＋３．７％、ε_QDは−３．２％（図２にて説明した量子ドット１２ａの格子不整合量から）、ｔ_bおよびｔ_QDは２ＭＬとする。

平均歪み量＝（（３．７×２）＋（−３．２×２））／（２＋２）=０．２５（％）
このような平均歪み量が示された図３より、平均歪み量が０％から１％の範囲で発光強度比が３ｄＢから４ｄＢ以内に制御された量子ドット１２ａが得られることが分かる。つまり、偏波無依存の量子ドットであって、発光強度比が３ｄＢから４ｄＢ以内となるバリア層１３の膜厚の範囲は、この平均歪み量の範囲と式（１）とから次の式（２）が得られる。

（−ε_QD×ｔ_QD）／ε_b≦ｔ_b≦（１−ε_QD）×ｔ_QD／（ε_b−１）・・・式（２）
なお、量子ドット１２ａのアスペクト比の上限については、発光強度比以外の条件で決まる。つまり、量子ドット１２ａが高さ方向に有効な量子閉じ込めを有するためには、高さ約５０ｎｍ未満であることが必要であるが、量子ドット１２ａの横方向サイズが約２０ｎｍ程度であるため、アスペクト比の上限は２．５程度となる。

以上の議論によって、図１（Ｂ）に示したように、本発明における光半導体装置を構成する各層には以下の条件を満たさなければならない。
ＬＭ_QD≦ＬＭ_B：バリア層１３の格子不整合量ＬＭ_Bは、量子ドット層１２の格子不整合量ＬＭ_QD以上であること。

０％≦ＡＳ_QD、ＡＳ_B≦１％：量子ドット層１２およびバリア層１３の平均歪み量ＡＳ_QDおよびＡＳ_Bは０％以上、１％以下であること。
１≦Ｌ_h／Ｌ_t≦２．５：量子ドット１２ａの底面から最上層までの高さＬ_hと横の平均長さＬ_tとの比は１以上、２．５以下であること。

ａ_B＜ａ_S＜ａ_QD：（特許文献２から）量子ドット層１２の格子定数ａ_QDは、半導体基板１１の格子定数ａ_Sより大きく、半導体基板１１の格子定数ａ_Sは、バリア層１３の格子定数ａ_Bより大きいこと。

したがって、光半導体装置１０が、上記の条件を満たす、半導体基板１１と、量子ドット層１２およびバリア層１３の活性層１４から構成され、さらに、量子ドット層１２はウェッティング層１２ｂとともに形成された量子ドット１２ａにより構成され、そして、活性層１４が複数回積層されて構成されることによって、偏波無依存の量子ドット１２ａを備えた光半導体装置１０を実現することが可能となる。

次に実施の形態について説明する。
まず、第１の実施の形態について図を用いて説明する。
図４は、半導体光増幅装置の第１の構成例である。

半導体光増幅装置５０は、ｎ型ＩｎＰ（インジウムリン）基板５２上に、メサ型のｎ型ＩｎＰクラッド層５３が形成されており、ｎ型ＩｎＰクラッド層５３の尖頭部に、利得媒質として、第１バリア層５５上に、ＩｎＡｓ（インジウム砒素）量子ドット層５６ａおよび第２バリア層５６ｂの活性層５７が複数回積層されて、最上層に第３バリア層５８が形成された埋め込み型の構成をなしている。

以下に、このような半導体光増幅装置５０の製造方法について図４を参照して説明する。なお、半導体光増幅装置５０の製造方法全体において、成膜方法としては、ＭＯＶＰＥ（Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法を利用している。

まず、反応室にて、ｎ型ＩｎＰ基板５２を、ＰＨ₃（ホスフィン）（５０Ｔｏｒｒ）雰囲気中で６００度から６５０度に加熱する。温度が安定した後、ＰＨ₃を供給したまま、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、Ｓｉ₂Ｈ₆（ジシラン）をさらに供給して、ｎ型ＩｎＰ基板５２上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層を、膜厚が３００ｎｍから５００ｎｍ程度まで成長させる。なお、ｎ型不純物の濃度は、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。

引き続き、ＴＭＩｎ、ＰＨ₃、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＡｓＨ₃（アルシン）を供給することにより、ｎ型ＩｎＰクラッド層上に第１バリア層として、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ_1-yＰ_y層を、膜厚が１００ｎｍ程度となるまで成長させる。なお、第１バリア層の組成をｘ＝０．８５、ｙ＝０．６７として、バルク波長１．１μｍで無歪みのバリア層となる。

その後、ＰＨ₃雰囲気中で、成膜温度を４３０度から４５０度まで降温させる。温度が安定した後、３族原料のＴＭＩｎと５族原料のＡｓＨ₃との流量の供給比（＝ＡｓＨ₃／ＴＭＩｎ）を５から２０として、ＴＭＩｎを２次元膜厚換算で１ＭＬから３ＭＬ程度供給して、ＩｎＡｓ量子ドットを、高さが１ｎｍから３ｎｍ程度まで形成させる。なお、ＩｎＡｓ量子ドットの形成時に、同じＩｎＡｓのウェッティング層も形成されるが、その記載は省略している。

ＩｎＡｓ量子ドットの形成後、引き続き、ＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、ＡｓＨ₃、ＰＨ₃を供給して、第２バリア層である引っ張り歪み量が３．２％以上のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ_1-yＰ_y層を成長させる。

なお、バリア層の組成は引っ張り歪み量だけでなく、入射して増幅する光の波長との組合せによって決定される。
図５は、引っ張り歪み量および波長におけるバリア層の組成の組合せを示した表である。

図５に、引っ張り歪み量（％）および使用する光通信波長帯（μｍ）のバリア層の組成の組合せを示している。
半導体光増幅装置５０のＩｎＡｓ量子ドットの光通信波長帯は０．９μｍから１．１μｍであり、本発明の概要で説明したように、第２バリア層の引っ張り歪み量は３．２％以上であることから、図５から、所望の利用条件にしたがって、適宜、第２バリア層の組成を選択することができる。

一方、第２バリア層の膜厚は、既述のようにＩｎＡｓ量子ドットの供給量と第２バリア層の歪み量から決定することができ、第２バリア層の引っ張り歪み量が例えば３．７％でＩｎＡｓ量子ドットの供給量が２ＭＬの場合は、式（２）から、第２バリア層を、膜厚が１．８ＭＬから３．５ＭＬ程度となるように生成させれば、平均歪み量が０％以上、１％以下とすることができる。

このような条件にしたがって、ＩｎＡｓ量子ドットおよび第２バリア層の活性層を繰り返し成長させる。
さらに、繰り返しの周期によってＩｎＡｓ量子ドットの高さを制御することができる。横方向サイズが１５ｎｍで１周期の量子ドットの高さが１．５ｎｍの場合は、１１周期以上２６周期以下の積層によりアスペクト比が１以上、２．５以下の条件を満たすことができる。

このように複数回積層させた活性層の最上層上に、第３バリア層として、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ_1-yＰ_y層を、膜厚が１００ｎｍ程度まで成長させる。なお、第３バリア層の組成をｘ＝０．８５、ｙ＝０．６７として、バルク波長１．１μｍで無歪みのバリア層となる。

第３バリア層を形成後、リソグラフィー、エッチングによって、メサを形成して、メサ型のｎ型ＩｎＰクラッド層５３の尖頭部に、第１バリア層５５、複数のＩｎＡｓ量子ドット層５６ａおよび第２バリア層５６ｂの活性層５７、第３バリア層５８が形成される。

そして、エッチングされて形成されたメサ型のｎ型ＩｎＰクラッド層５３を埋めるようにｎ型のＩｎＰを成長させて、ｎ型ＩｎＰブロック層５９を形成する。
ｎ型ＩｎＰブロック層５９上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０を、膜厚が１μｍから３μｍ程度まで成長させる。なお、ｐ型不純物の濃度は、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3とした。

最後に、ｐ型ＩｎＰクラッド層６０上に、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）コンタクト層６１を成長させる。なお、ｐ型不純物の濃度は、１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3とした。そして、ｎ型電極５１およびｐ型電極６２を形成する。なお、光の出射する軸方向の端面は、へき開によってキャビティ（不図示。）を形成する。また、キャビティ（不図示。）の両端面には、反射防止膜（不図示。）を形成する。

このような埋め込み型の半導体光増幅装置において、発光強度比が３ｄＢから４ｄＢ以内となるように、量子ドット、バリア層などの材料の引っ張り歪み量、平均歪み量、アスペクト比などを選択することによって、偏波に依存しない量子ドットを備えた半導体光増幅装置を生成することが可能となる。

次に、第２の実施の形態について図を用いて説明する。
図６は、半導体光増幅装置の第２の構成例である。
半導体光増幅装置８０は、ｎ型ＩｎＰ基板８２上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層８３が形成されており、ｎ型ＩｎＰクラッド層８３上に、第１バリア層８４を介して、利得媒質として、ＩｎＡｓ量子ドット層８５ａおよび第２バリア層８５ｂの活性層８６が複数回積層されて、最上層に第３バリア層８７が形成されたリッジ型の構成をなしている。

以下、半導体光増幅装置８０の作成方法の概要について説明する。
ｎ型ＩｎＰ基板８２上に、第１の実施の形態と同様にして、ｎ型ＩｎＰクラッド層８３、第１バリア層８４、ＩｎＡｓ量子ドット層８５ａおよび第２バリア層８５ｂの活性層８６を複数回、第３バリア層８７、そして、ｐ型ＩｎＰクラッド層およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を形成した後にリソグラフィー、エッチングを行いメサ型のｐ型ＩｎＰクラッド層８８およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８９を形成する。なお、ｐ型不純物の濃度は、１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3とした。

最後に、ｐ型ＩｎＰクラッド層８８およびｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層８９形成後に、ｎ型電極８１およびｐ型電極９０を形成する。なお、光の出射する軸方向の端面は、へき開によってキャビティ（不図示。）を形成する。また、キャビティ（不図示。）の両端面には、反射防止膜（不図示。）を形成する。

このようなリッジ型の半導体光増幅装置においても、発光強度比が３ｄＢから４ｄＢ以内となるように、量子ドット、バリア層などの材料の引っ張り歪み量、平均歪み量、アスペクト比などを選択することによって、偏波に依存しない量子ドットを備えた半導体光増幅装置を生成することが可能となる。

以上、本発明では、バリア層の格子不整合量が、量子ドット層より大きく、量子ドット層およびバリア層の平均歪み量が０％以上、１％以下であって、量子ドットの横の長さＬ_tと高さＬ_hとの比が１以上、２．５以下であって、量子ドット層の格子定数は、半導体基板より大きく、半導体基板の格子定数は、バリア層よりも大きくなるように材料を選択することで偏波無依存の量子ドットを備えた光半導体装置を実現することが可能となる。

なお、これらの構成例では、埋め込み型とリッジ型の代表的な半導体光増幅器構造を示したが、量子ドットおよびバリア層以外の製造方法および構成は他の公知のものであってもよい。

（付記１） 半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された、前記半導体基板よりも格子定数が大きい量子ドットと、
前記量子ドット上に形成された、前記半導体基板よりも格子定数が小さく、前記半導体基板に対する格子不整合量の大きさが前記量子ドットの格子不整合量以上であるバリア層と、を有し、
前記量子ドットと前記バリア層との平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置。

（付記２） 前記量子ドットの底面の横の平均長さに対して、最下層の前記量子ドットの底面から最上層の前記量子ドットまでの高さが１以上、２．５以下となるまで、前記量子ドットおよび前記バリア層を複数回積層したことを特徴とする付記１記載の光半導体装置。

（付記３） 前記バリア層の引っ張り歪み量が３．２％以上、４．２％以下であることを特徴とする付記１又は２に記載の光半導体装置。
（付記４） 前記バリア層のバルク波長が０．９μｍ以上、１．１μｍ以下であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記５） 前記半導体基板がインジウムリン、前記量子ドットがインジウム砒素、前記バリア層がインジウムガリウム砒素リンであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置。

（付記６） 半導体基板を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記半導体基板よりも格子定数が大きい量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドット上に、前記半導体基板よりも格子定数が小さく、前記半導体基板に対する格子不整合量の大きさが前記量子ドットの格子不整合量以上であるバリア層を形成する工程と、を有し、
前記量子ドットと前記バリア層の平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。

（付記７） 前記量子ドットの底面の横の平均長さに対して、最下層の前記量子ドットの底面から最上層の前記量子ドットまでの高さが１以上、２．５以下となるまで、前記量子ドットおよび前記バリア層を複数回積層したことを特徴とする付記６記載の光半導体装置の製造方法。

（付記８） 前記バリア層の引っ張り歪み量が３．２％以上、４．２％以下であることを特徴とする付記６又は７に記載の光半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記バリア層のバルク波長が０．９μｍ以上、１．１μｍ以下であることを特徴とする付記６乃至８のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

（付記１０） 前記半導体基板がインジウムリン、前記量子ドットがインジウム砒素、前記バリア層がインジウムガリウム砒素リンであることを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

本発明の概要図および各層の特性値の条件を示した表である。 発光強度比におけるバリア層の引っ張り歪み量の量子ドットのアスペクト比依存性を示したグラフである。 発光強度比における平均歪み量の量子ドットのアスペクト比依存性を示したグラフである。 半導体光増幅装置の第１の構成例である。 引っ張り歪み量および波長におけるバリア層の組成の組合せを示した表である。 半導体光増幅装置の第２の構成例である。

符号の説明

１０ 光半導体装置
１１ 半導体基板
１２ 量子ドット層
１２ａ 量子ドット
１２ｂ ウェッティング層
１３ バリア層
１４ 活性層

Claims (6)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に形成された、前記半導体基板よりも格子定数が大きい量子ドットと、
   前記量子ドット上に形成された、前記半導体基板よりも格子定数が小さく、前記半導体基板に対する格子不整合量の大きさが前記量子ドットの格子不整合量以上であるバリア層と、を有し、
   前記量子ドットと前記バリア層との平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置。
2. 前記量子ドットの底面の横の平均長さに対して、最下層の前記量子ドットの底面から最上層の前記量子ドットまでの高さが１以上、２．５以下となるまで、前記量子ドットおよび前記バリア層を複数回積層したことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 前記バリア層の引っ張り歪み量が３．２％以上、４．２％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
4. 前記バリア層のバルク波長が０．９μｍ以上、１．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
5. 前記半導体基板がインジウムリン、前記量子ドットがインジウム砒素、前記バリア層がインジウムガリウム砒素リンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
6. 半導体基板を形成する工程と、
   前記半導体基板上に、前記半導体基板よりも格子定数が大きい量子ドットを形成する工程と、
   前記量子ドット上に、前記半導体基板よりも格子定数が小さく、前記半導体基板に対する格子不整合量の大きさが前記量子ドットの格子不整合量以上であるバリア層を形成する工程と、を有し、
   前記量子ドットと前記バリア層の平均歪み量が０％以上、１％以下であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。

Images