JP2010153739A - 光半導体素子及び集積素子 - Google Patents

Abstract

【課題】１．３μｍよりも長波長側の波長帯で発光する光半導体素子及び集積素子を実現する。
【解決手段】光半導体素子を、ＩｎＡｓ量子ドット５と、ＩｎＡｓ量子ドット５の上下に接する一対のＩｎＧａＡｓバリア層４，６と、一対のＩｎＧａＡｓバリア層４，６のＩｎＡｓ量子ドット５に接する側の反対側に接し、ＩｎＧａＡｓバリア層４，６よりも直接遷移バンドギャップが狭いＳｉＧｅ層３，７とを備えるものとし、ＳｉＧｅ層３，７が接するＩｎＧａＡｓバリア層４，６の厚さを、ＩｎＡｓ量子ドット５と一対のＩｎＧａＡｓバリア層４，６とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、量子ドットを備える光半導体素子及び集積素子に関する。

チップ間又はボード間の光配線応用に向けて、Ｓｉ基板上にモノリシックに集積可能な発光デバイス（光半導体素子）が求められている。
特に、Ｓｉ細線導波路を用いた場合に導波路内での吸収損失が小さくなる波長１．３μｍよりも長波長側の波長帯で発光するデバイス（光半導体素子）が求められている。
一方、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットは、３次元の量子閉じ込め効果が得られるため、高性能のレーザや増幅器を実現できる構造として期待されている。

例えば、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドットを用いるレーザでは、波長１．２〜１．３μｍで良好なものが得られている。
このようなＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドットと同様の特性を有する量子ドットをＳｉ基板上に実現する手段として、図１３に示すように、Ｓｉ基板上に、傾斜組成ＳｉＧｅ層、緩和Ｇｅ層、厚さの厚い（例えば膜厚５００ｎｍ）ＧａＡｓバッファ層を成長させた後、ＩｎＡｓ量子ドットを形成し、その後、ＩｎＧａＡｓバリア層、ＧａＡｓ層を成長させることが考えられる。

ここで、ＧｅとＧａＡｓの格子定数はほぼ同じであるため、ＧａＡｓバッファ層を形成する前に緩和Ｇｅ層を形成することで、ＧａＡｓバッファ層が歪みによる膜厚の制限を受けることなく成長できることになる。
H. Tanoto et al., "Structural and optical properties of stacked self-assembled InAs/InGaAs quantum dots on graded Si1-xGex/Si substrate", APPLIED PHYSICS LETTERS 92, 213115 (May 30, 2008)

しかしながら、上述の図１３に示すような構造では、ＧａＡｓバッファ層以降の構造は、従来のＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ量子ドットを形成する場合の構造と全く同じである。
この場合、ＩｎＧａＡｓバリア層のバンドギャップエネルギーが大きいこと、ＩｎＧａＡｓバリア層のＩｎ組成やＩｎＡｓ量子ドットのサイズが歪みによって制限されてしまうことなどによって、量子ドットの量子閉じ込めエネルギーが大きくなりすぎてしまうため、発光波長は最長で１．３μｍとなる。

つまり、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドットと同様の特性を有する量子ドットをＳｉ基板上に実現することはできるものの、ＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドットを用いる場合と同様に、発光波長の長波長化を図ることができず、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で発光するデバイスを実現することができない。
そこで、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で発光する光半導体素子及び集積素子を実現したい。

このため、光半導体素子は、ＩｎＡｓを含む量子ドットと、量子ドットの上部及び下部のそれぞれに接する一対のＩｎＧａＡｓバリア層と、一対のＩｎＧａＡｓバリア層の少なくとも一方のＩｎＧａＡｓバリア層の量子ドットに接する側の反対側に接し、ＩｎＧａＡｓバリア層よりも直接遷移バンドギャップが狭いＳｉＧｅ層とを備え、ＳｉＧｅ層が接するＩｎＧａＡｓバリア層の厚さは、量子ドットと一対のＩｎＧａＡｓバリア層とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されていることを要件とする。

集積素子は、上記の光半導体素子と、機能素子とを備え、光半導体素子と機能素子とが同一基板上に集積されていることを要件とする。

したがって、光半導体素子及び集積素子によれば、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で発光する光半導体素子及び集積素子を実現することができるという利点がある。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる光半導体素子及び集積素子について説明する。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態にかかる光半導体素子について、図１〜図４を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる光半導体素子は、量子ドットデバイス（長波長帯量子ドットデバイス；量子ドット光素子；発光素子）であって、図１に示すように、Ｓｉ基板１上に、傾斜組成ＳｉＧｅ層２、下部ＳｉＧｅ層（バリア層；Ｇｅ層を含む）３、下部ＩｎＧａＡｓバリア層（ＧａＡｓ層を含む）４、ＩｎＡｓ量子ドット５、上部ＩｎＧａＡｓバリア層（ＧａＡｓ層を含む）６、上部ＳｉＧｅ層（バリア層；Ｇｅ層を含む）７を備えた構造になっている。

つまり、本光半導体素子は、図１に示すように、Ｓｉ基板１上に傾斜組成ＳｉＧｅ層２を介して形成された半導体量子ドット構造８（下部ＳｉＧｅ層３、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４、ＩｎＡｓ量子ドット５、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６、上部ＳｉＧｅ層７を含む）を備えるものとして構成される。
ここで、下部ＳｉＧｅ層３は、図１に示すように、Ｓｉ基板１上に傾斜組成ＳｉＧｅ層２を介して形成されている。ここでは、傾斜組成ＳｉＧｅ層２は、Ｓｉ基板１との界面でＧｅ組成が０のＳｉ層になっており、下部ＳｉＧｅ層３との界面で下部ＳｉＧｅ層３と同じ組成になっている。

また、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４は、図１に示すように、ＩｎＡｓ量子ドット５の下部に接している。一方、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６は、ＩｎＡｓ量子ドット５の上部に接している。つまり、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６によって、ＩｎＡｓ量子ドット５を上下に挟み込んだ構造（これらの層をまとめて量子ドット層９ともいう）になっている。

さらに、下部ＳｉＧｅ層３は、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４のＩｎＡｓ量子ドット５に接する側の反対側（ＩｎＡｓ量子ドット５に接しない側）に接している。一方、上部ＳｉＧｅ層７は、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６のＩｎＡｓ量子ドット５に接する側の反対側（ＩｎＡｓ量子ドット５に接しない側）に接している。つまり、下部ＳｉＧｅ層３及び上部ＳｉＧｅ層７によって、量子ドット層９を上下に挟み込んだ構造になっている。

特に、本実施形態では、下部ＳｉＧｅ層３は、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４よりも直接遷移バンドギャップが小さくなっており、上部ＳｉＧｅ層７は、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６よりも直接遷移バンドギャップが小さくなっている。
具体的には、下部ＳｉＧｅ層３及び上部ＳｉＧｅ層７は、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ（０．７９＜ｙ≦１）層とし、これらのＳｉＧｅ層３，７のそれぞれが接する下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜０．４）バリア層としている。つまり、下部ＳｉＧｅ層３及び上部ＳｉＧｅ層７には、Ｇｅ層も含まれる。また、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６には、ＧａＡｓバリア層も含まれる。

また、本実施形態では、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４の厚さは、ＩｎＡｓ量子ドット５と下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されている。
同様に、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６の厚さ（ＩｎＡｓ量子ドット５の上部と上部ＳｉＧｅ層７との間の厚さ）は、ＩｎＡｓ量子ドット５と下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されている。

具体的には、下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６の厚さは、それぞれ、１０ｎｍ以下（好ましくは５ｎｍ以下）に設定されている。
このように、本光半導体素子では、量子力学的に薄いＩｎＧａＡｓバリア層４，６と、それよりも直接遷移バンドギャップエネルギーの小さいＳｉＧｅ層３，７（ＩＶ族半導体ＳｉＧｅ混晶層）を用いることにより、従来の良好な発光特性を有するＧａＡｓ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドット構造と同様の結晶性を有する量子ドット構造を得つつ、従来のものよりも長波長側の波長帯で高効率に発光する量子ドット構造を得られるようにしている。

以下、具体的に説明する。
量子ドットの発光波長λ_ＱＤ（μｍ）と遷移エネルギーＥ_ＱＤ（ｅＶ）は、次式（１）によって表せる。
λ_ＱＤ＝１．２４／Ｅ_ＱＤ・・・（１）
量子ドットの遷移エネルギーＥ_ＱＤ（ｅＶ）は、量子ドット材料のバンドギャップエネルギーＥ_ｇ（ｅＶ）と量子閉じ込めエネルギーＥ_ｑｃ（ｅＶ）との和で、次式（２）によって表せる。
Ｅ_ＱＤ＝Ｅ_ｇ＋Ｅ_ｑｃ・・・（２）
量子閉じ込めエネルギーＥ_ｑｃを決める要素として、バリア層の障壁高さがある。

ＩｎＧａＡｓバリア層が十分に厚い場合は、ＩｎＡｓ量子ドットを囲んでいるＩｎＧａＡｓバリア層の障壁高さのみが寄与するのに対し、ＩｎＧａＡｓバリア層の厚さをキャリアの波動関数がしみだす程度に薄くすると、ＩｎＧａＡｓバリア層とその外側のＳｉＧｅ層とを合わせた層をバリア層として感じ、ＩｎＧａＡｓバリア層及びＳｉＧｅ層の障壁高さが寄与することになり、これらのＩｎＧａＡｓバリア層及びＳｉＧｅ層の障壁高さによってＩｎＡｓ量子ドット内の量子準位が決まることになる。この場合、ＳｉＧｅ層はバリア層として機能することになる。

本光半導体素子では、図２に示すように、ＳｉＧｅ層３，７のバンドギャップエネルギーがＩｎＧａＡｓバリア層４，６のバンドギャップエネルギーよりも小さければ、ＩｎＧａＡｓバリア層４，６の厚さが十分に厚い場合と比較して、量子準位が低くなり、長波長側の波長帯で発光することになる。つまり、ＩｎＡｓ量子ドット５と下部ＩｎＧａＡｓバリア層４及び上部ＩｎＧａＡｓバリア層６とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなり、長波長側の波長帯で発光することになる。

実際、ＳｉＧｅ層３，７の直接遷移バンドギャップエネルギーは、Ｇｅの組成が大きい場合には、ＩｎＧａＡｓバリア層４，６のバンドギャップエネルギーより小さくなる。
つまり、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙの直接遷移バンドギャップエネルギーは、次式（３）によって表せる。

また、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓのバンドギャップエネルギーは、次式（４）によって表せる。

このため、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙの直接遷移バンドギャップエネルギー（ｅＶ）が、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓのバンドギャップエネルギー（ｅＶ）よりも小さいという関係、即ち、以下の関係式（５）を満たすｘとｙの関係は、次式（６）によって表せる。

例えば、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成ｘを０にした場合（ｘ＝０）、即ち、ＧａＡｓバリア層の場合、上記式（６）より、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７のＧｅ組成ｙが０．７９よりも大きければ（ｙ＞０．７９）、上記の関係を満たす。つまり、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の中でバンドギャップが最大となるＧａＡｓバリア層を用いる場合、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７のＧｅ組成が７９％よりも大きければ、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７の直接遷移バンドギャップエネルギー（ｅＶ）が、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）よりも小さくなり、発光波長の長波長化の効果が得られる。

ここで、図３は、ＩｎＡｓ量子ドット５、下部ＧａＡｓバリア層４及び上部ＧａＡｓバリア層６（Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成ｘを０にした場合）、下部Ｇｅ層３及び上部Ｇｅ層７（Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７のＧｅ組成ｙを１にした場合）を含む構造（Ｇｅ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８）を備える光半導体素子における発光波長の長波長化の効果を示す図である。

なお、図３中、横軸はＧａＡｓバリア層４，６の膜厚（ｎｍ）であり、縦軸はＧａＡｓバリア層のみによって閉じ込められている場合に対する量子準位のエネルギーシフト量ΔＥ（ｅＶ）であり、この値が大きいほど長波化の程度が大きいことになる。
図３に示すように、ＧａＡｓバリア層４，６の膜厚が１０ｎｍ以下（好ましくは５ｎｍ以下）に薄くなるとエネルギーシフト量ΔＥが大きくなっており、長波長の帯域で発光する量子ドット構造が得られることがわかる。

一方、ＧａＡｓバリア層４，６の膜厚の下限は、連続膜として機能する１原子層厚（約０．３ｎｍ）である。ＧａＡｓバリア層４，６が１原子層厚の場合のエネルギーシフト量ΔＥは、０．１１３ｅＶである。これにより、ＧａＡｓバリア層４，６が十分に厚い場合のＩｎＡｓ量子ドット５の発光波長（１．３μｍ）よりも１８０ｎｍ程度長波長化できることになる。

なお、図３では、Ｉｎ組成ｘを０にしたＧａＡｓバリア層４，６の場合を例に挙げて示しているが、ＩｎＧａＡｓバリア層４，６であっても同様に発光波長の長波長化の効果が得られる。つまり、ＩｎＧａＡｓバリア層４，６のバンドギャップエネルギーは、Ｉｎ組成の増加とともに小さくなるため、発光波長をより長波長化することができる。
ところで、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７のＧｅ組成ｙを１にした場合（ｙ＝１）、即ち、Ｇｅ層の場合、上記式（６）より、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成ｘが０．４よりも小さければ（ｘ＜０．４）、上記の関係を満たす。つまり、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７の中でバンドギャップが最小となるＧｅ層を用いる場合、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成が４０％よりも小さければ、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７の直接遷移バンドギャップエネルギー（ｅＶ）が、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のバンドギャップエネルギー（ｅＶ）よりも小さくなり、発光波長の長波長化の効果が得られる。

ここで、図４は、ＩｎＡｓ量子ドット５、下部Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４及び上部Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層６、下部Ｇｅ層３及び上部Ｇｅ層７（Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ層３，７のＧｅ組成ｙを１にした場合）を含む構造（Ｇｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造）を備える光半導体素子において、Ｉｎ組成ｘを増加させることによって、発光波長をより長波長化することができることを示す図である。

なお、図４中、横軸はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成（Ｉｎの割合）であり、縦軸はＧａＡｓバリア層のみによって閉じ込められている場合に対する量子準位のエネルギーシフト量ΔＥ（ｅＶ）であり、この値が大きいほど長波化の程度が大きいことになる。また、図４では、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚が０．３ｎｍ（Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚の下限）、５ｎｍ、１０ｎｍ（Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚の上限）のそれぞれの場合を示している。

図４に示すように、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚が０．３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍのいずれの場合も、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６のＩｎ組成が増加するとエネルギーシフト量ΔＥが大きくなっており、Ｉｎ組成を増加させることでより長波長で発光する量子ドット構造が得られることがわかる。
特に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚が０．３ｎｍで、Ｉｎ組成ｘが０．４付近の場合、エネルギーシフト量ΔＥは０．１４６ｅＶである。これにより、ＧａＡｓバリア層４，６が十分に厚い場合のＩｎＡｓ量子ドットの発光波長（１．３μｍ）よりも２３０ｎｍ程度長波長化できることになる。

同様に、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚が５ｎｍで、Ｉｎ組成ｘが０．４付近の場合、エネルギーシフト量ΔＥは０．０３５２ｅＶである。これにより、ＧａＡｓバリア層４，６が十分に厚い場合のＩｎＡｓ量子ドットの発光波長（１．３μｍ）よりも５０ｎｍ程度長波長化できることになる。また、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４，６の膜厚が１０ｎｍで、Ｉｎ組成ｘが０．４付近の場合、エネルギーシフト量ΔＥは０．０３２３ｅＶである。これにより、ＧａＡｓバリア層４，６が十分に厚い場合のＩｎＡｓ量子ドットの発光波長（１．３μｍ）よりも４６ｎｍ程度長波長化できることになる。

実用的な観点からは、良好な結晶性を得るために、上部Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層６の厚さと下部Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓバリア層４の厚さの和は、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ（０．７９＜ｙ≦１）層３上に形成する場合の臨界膜厚以下であることが好ましい。例えば、Ｇｅ層３上にＩｎＧａＡｓバリア層４，６を形成する場合の臨界膜厚は、Ｉｎ組成２０％の場合は２０ｎｍ、３０％の場合は１０ｎｍ、４０％の場合は７ｎｍである。このため、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６と下部ＩｎＧａＡｓバリア層４の膜厚の和がこれらの値以下（即ち、上部ＩｎＧａＡｓバリア層６及び下部ＩｎＧａＡｓバリア層４のそれぞれの膜厚をこれらの値の半分以下）にするのが好ましい。なお、Ｉｎ組成０％の場合はほぼ格子整合するため、臨界膜厚の点からの制限は特にない。

なお、Ｓｉ基板上にＳｉＧｅ層によって埋め込まれたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる量子ドットを形成する場合と比較すると、本光半導体素子では、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料からなる量子ドットとＳｉＧｅ層との間にＩｎＧａＡｓバリア層が形成されるため、量子ドット内にＩＶ族元素が不純物としてとりこまれてしまうのを防ぐことができ、良好な発光効率が得られるようになる。

したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で高効率に発光する光半導体素子を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、光半導体素子を、下部ＳｉＧｅ層３及び上部ＳｉＧｅ層７を備えるものとして構成しているが、これに限られるものではなく、いずれか一方のみを備えるものとして構成しても良い。つまり、光半導体素子を、ＩｎＡｓ量子ドットの上部及び下部のそれぞれに接する一対のＩｎＧａＡｓバリア層の少なくとも一方のＩｎＧａＡｓバリア層のＩｎＡｓ量子ドットに接する側の反対側に接し、そのＩｎＧａＡｓバリア層よりも直接遷移バンドギャップが狭いＳｉＧｅ層を備えるものとし、ＳｉＧｅ層が接するＩｎＧａＡｓバリア層の厚さが、ＩｎＡｓ量子ドットとＩｎＧａＡｓバリア層とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されていれば良い。

例えば、ＳｉＧｅ層（ここでは上部ＳｉＧｅ層）を、一対のＩｎＧａＡｓバリア層の一方のＩｎＧａＡｓバリア層（例えば厚さ１０ｎｍ以下；好ましくは５ｎｍ以下）のＩｎＡｓ量子ドットに接する側の反対側に接するように設ける一方、一対のＩｎＧａＡｓバリア層の他方のＩｎＧａＡｓバリア層のＩｎＡｓ量子ドットに接する側の反対側に接するように、ＩｎＧａＡｓバリア層のバンドギャップと同じ又はそれよりも小さいバンドギャップを有する半導体層を設けても良い。例えば、半導体層としてＩｎＧａＡｓ層を設ける場合、図５に示すように、他方のＩｎＧａＡｓバリア層と半導体層とは一体となり、他方のＩｎＧａＡｓバリア層として、厚さの厚いＩｎＧａＡｓバリア層４Ａを設けることになる。この場合、ＧａＡｓ基板１０Ａ上に形成することになる。なお、図５中、上述の実施形態（図１参照）のものと同一のものには同一の符号を付している。そして、量子ドット及びバリア層を含む半導体量子ドット構造のエネルギー状態の関係を示すバンド構造図は、図６に示すようになる。この場合も、両側のＩｎＧａＡｓバリア層の厚さが十分に厚い場合と比較して、量子準位が低くなり、長波長側の波長帯で発光することになる。

なお、上述の実施形態及び変形例では、量子ドットをＩｎＡｓ量子ドットとしているが、ＩｎＡｓを含む量子ドットであれば良く、例えばＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０≦ｘ≦１），ＩｎＡｓ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などであっても良い。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態にかかる光半導体素子について、図７、図８を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる光半導体素子は、本発明を適用した面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；Vertical Cavity Surface Emitting LASER；垂直共振器型面発光レーザ）である。
本面発光レーザは、Ｓｉ基板上に形成可能なＳｉ系面発光レーザ（Ｓｉ系垂直共振器型発光素子）であり、図７に示すように、上述の第１実施形態において説明した半導体量子ドット構造８を活性層１４として用いた面発光レーザである。なお、図７では、上述の第１実施形態のもの（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。

つまり、本面発光レーザは、図７に示すように、Ｓｉ基板１０上に、基板側から順に、下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１、Ｓｉ層１２、ｐ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）１３、上述の第１実施形態のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造（多層ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット層）８（図１参照）によって構成される活性層（発光層）１４、ｎ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）１５、上部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１６を積層させた構造になっている。そして、ｐ型ＳｉＧｅコンタクト層１３上に、金属によってｐ側電極１７が形成されており、ｎ型ＳｉＧｅコンタクト層１５上に、金属によってｎ側電極１８が形成されている。なお、図７では、２層の量子ドットドット構造８を備える活性層１４を示している。

ここでは、活性層１４を上下で挟み込むように、Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１，１６が設けられており、これにより、共振器構造が形成されている。
ここで、最も単純な完全周期構造のＤＢＲミラーの場合、ＤＢＲミラーの最大反射率は、各層の膜厚を光学距離に換算したものの４倍に対応する波長において得られる。つまり、各層の膜厚は、所望の発光波長を各層の屈折率で割ったものの１／４に対応する厚さとして得られる。また、反射率の最大値は、ミラーの周期数を増大させることによって高めることができる。

このため、例えば、良好なＶＣＳＥＬを実現するために必要な９９％以上の反射率を波長１．４μｍで得るためには、Ｓｉ膜の厚さを１０３ｎｍとし、ＳｉＯ_２膜の厚さを２４２ｎｍとし、周期数を４以上にすれば良い。
なお、ＤＢＲミラーの構成（各層の材料、膜厚、周期数など）は、上述のものに制限されるものではなく、他の公知の材料の組み合わせによって構成された多層膜ＤＢＲミラーを用いることもできる。例えば、ＳｉＧｅ／Ｓｉ多層膜ＤＢＲミラーなどの導電性多層膜ＤＢＲミラーを用いることもできる。この場合、ｐ側電極１７は基板裏面側に設けても良い。

ここでは、多層膜ＤＢＲミラーを、絶縁膜（ＳｉＯ_２）を含むＳｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１，１６としているため、活性層１４と多層膜ＤＢＲミラー１１，１６との間に、それぞれ、コンタクト層（導電性半導体層）１３，１５が設けられている。つまり、活性層１４と上部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１６との間に、上部多層膜ＤＢＲミラー１６よりも外側の方まで延びるｎ型ＳｉＧｅコンタクト層１５が設けられている。また、活性層１４と下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１との間に、上部多層膜ＤＢＲミラー１６、ｎ型ＳｉＧｅコンタクト層１５、活性層１４よりも外側の方まで延びるｐ型ＳｉＧｅコンタクト層１３が設けられている。

なお、ｐ型ＳｉＧｅ層１３は、ｐ型ＳｉＧｅＣ層であっても良い。また、ｎ型ＳｉＧｅ層１５は、ｎ型ＳｉＧｅＣ層であっても良い。
次に、本実施形態にかかる光半導体素子（面発光レーザ）の製造方法について、図８を参照しながら説明する。
まず、図８（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板１０上に、例えば化学気相堆積（ＣＶＤ）法によって、Ｓｉ膜とＳｉＯ_２膜を交互に積層させて、下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１を形成する。

次に、図８（Ａ）に示すように、下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１上に、他のＳｉ基板１２Ａをウェハボンディングし、図８（Ｂ）に示すように、このＳｉ基板１２Ａの片側をダイシング、研磨によって薄膜化する。これにより、図８（Ｃ）に示すように、下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー１１上にＳｉ層１２が形成される。
その後、図８（Ｄ）に示すように、Ｓｉ層１２上に、ｐ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）１３、ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を含む活性層１４、ｎ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）１５を順に形成する。

なお、結晶成長は、高真空化学気相成長（ＵＨＶ−ＣＶＤ）法又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によって行なうことができる。
具体的には、まず、図８（Ｄ）に示すように、不純物として例えばＢ（ホウ素）を濃度１×１０^１８ｃｍ^−３ドーピングしたｐ型ＳｉＧｅ層１３を、例えば５００〜６００℃の成長温度で成長させる。

次に、図８（Ｄ）に示すように、ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を形成する。
まず、ｐ型ＳｉＧｅ層１３上に、アンドープの下部ＳｉＧｅ層３［図７参照］を、例えば５００〜６００℃の成長温度で、厚さ３０〜５０ｎｍ成長させる。
次いで、下部ＳｉＧｅ層３上に、厚さ１０ｎｍ以下の下部ＩｎＧａＡｓバリア層４［図７参照］を、例えば４００〜５００℃の成長温度で成長させる。

次に、ＩｎＡｓ量子ドット５［図７参照］を、例えば、ＩＩＩ族供給量２〜４ＭＬ、Ｖ／ＩＩＩ比５〜２０で成長させる。
そして、１０ｎｍ以下の上部ＩｎＧａＡｓバリア層６［図７参照］を成長させ、さらに、上部ＳｉＧｅ層７［図７参照］を、例えば５００〜６００℃の成長温度で、厚さ３０〜５０ｎｍ成長させる。

本実施形態では、図８（Ｄ）に示すように、上述の工程を繰り返して、２層のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を有する活性層１４を形成する。なお、量子ドット構造（量子ドット層を含む）８は、多層にした方が利得が大きくなるため好ましいが、単層であっても良い。
その後、図８（Ｅ）に示すように、不純物として例えばＡｓ（砒素）を濃度１×１０^１８ｃｍ^−３ドーピングしたｎ型ＳｉＧｅ層１５を、例えば５００〜６００℃で成長させる。

なお、ＵＨＶ−ＣＶＤ法によるＳｉＧｅ層の成長には、例えばジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６)、ゲルマン（ＧｅＨ_４）を用いれば良く、ＩｎＡｓの成長には、例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン（ＡｓＨ_３）を用いれば良い。
次に、図８（Ｅ）に示すように、ｎ型ＳｉＧｅ層１５上に、例えばＣＶＤ法によって、Ｓｉ膜とＳｉＯ_２膜を交互に積層させて、上部Ｓｉ／ＳｉＯ_２ＤＢＲミラー１６を形成する。

その後、図８（Ｆ）に示すように、例えばリソグラフィー技術によって、ｎ側電極形成領域をｎ型ＳｉＧｅ層１５の一部が露出するまでエッチングする。また、ｐ側電極形成領域をｐ型ＳｉＧｅ層１３の一部が露出するまでエッチングする。
そして、図８（Ｆ）に示すように、ｎ型ＳｉＧｅ層１５の表面に、例えば真空蒸着法によってｎ側電極（金属電極）１８を形成する。また、ｐ型ＳｉＧｅ層１３の表面に、例えば真空蒸着法によってｐ側電極（金属電極）１７を形成する。

このようにして、Ｓｉ基板１０上に、上述の第１実施形態において説明したＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を活性層１４として用いた面発光レーザが製造される。
なお、その他のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８の詳細は、上述の第１実施形態及びその変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。

したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で高効率に発光する光半導体素子を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、基板側にｐ型ＳｉＧｅ層１３及びｐ側電極１７を設けているが、これに限られるものではなく、基板側にｎ型ＳｉＧｅ層及びｎ側電極を設けるようにしても良い。

また、面発光レーザの構造は、上述の実施形態の構造に限定されるものではなく、他の構造のものであっても、本発明を適用することができる。
また、本実施形態では、本発明を面発光レーザに適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）やＬＤ（レーザダイオード）などの他の光半導体素子（発光素子）に本発明を適用することもできる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態にかかる光半導体素子について、図９を参照しながら説明する。

本実施形態にかかる光半導体素子は、本発明を適用したリッジ型の半導体量子ドットレーザである。
本リッジ型量子ドットレーザは、Ｓｉ基板上に形成可能なＳｉ系リッジ型量子ドットレーザ（Ｓｉ系発光素子）であり、図９に示すように、上述の第１実施形態において説明した半導体量子ドット構造８を活性層２０として用いたリッジ型量子ドットレーザである。なお、図９では、上述の第１実施形態のもの（図１参照）と同一のものには同一の符号を付している。

つまり、本リッジ型量子ドットレーザは、図９に示すように、ｐ型Ｓｉ基板１Ａ上に、基板側から順に、必要に応じてｐ型Ｓｉバッファ層（ｐ型Ｓｉ層；図示せず）、傾斜組成ｐ−ＳｉＧｅ層２Ａ、ｐ型ＳｉＧｅ層２１、上述の第１実施形態のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８によって構成される活性層（発光層）２０、ｎ型ＳｉＧｅ層（クラッド層）２２を積層させた半導体積層構造を有し、ｎ型ＳｉＧｅ層２２を含むリッジ構造２５を備える。そして、ｐ型Ｓｉ基板１Ａの裏面側に、金属によってｐ側電極２４が形成されており、ｎ型ＳｉＧｅ層２２の表面上に、金属によってｎ側電極２３が形成されている。なお、図９では、２層の量子ドット構造８を備える活性層２０を示している。

なお、ｐ型ＳｉＧｅ層２１は、ｐ型ＳｉＧｅＣ層であっても良い。また、ｎ型ＳｉＧｅ層２２は、ｎ型ＳｉＧｅＣ層であっても良い。
次に、本実施形態にかかる光半導体素子（リッジ型量子ドットレーザ）の製造方法について、図９を参照しながら説明する。
まず、ｐ型Ｓｉ（１００）基板１Ａを例えば６５０〜７５０℃に加熱する。

温度が安定した後、例えば、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を供給することによって、図示しないｐ−Ｓｉバッファ層を例えば厚さ１００ｎｍ成長させた後、基板温度を４５０〜５５０℃に下げて、例えば、Ｓｉ_２Ｈ_６、ゲルマン（ＧｅＨ_４）、Ｂ_２Ｈ_６を、ＧｅＨ_４とＳｉ_２Ｈ_６との比（ＧｅＨ_４／Ｓｉ_２Ｈ_６）を徐々に増加させながら供給することによって、傾斜組成ｐ−ＳｉＧｅ層２Ａを、例えば５００〜１０００ｎｍエピタキシャル成長させる。なお、ｐ型不純物濃度は例えば１×１０^１８ｃｍ^−３である。

次に、傾斜組成ｐ−ＳｉＧｅ層２Ａ上に、ｐ−ＳｉＧｅ層２１を、例えば５００〜１０００ｎｍ成長させる。
次いで、上述の第２実施形態と同様に、ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を形成する。ここでは、２層のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を形成する。これにより、活性層２０が形成される。

その後、ｎ−ＳｉＧｅクラッド層２２を、例えば５００〜１０００ｎｍ成長させる。なお、ｎ型不純物濃度は例えば１×１０^１８ｃｍ^−３である。
このようにして半導体積層構造を形成した後、例えばリソグラフィー及びエッチングによって、ｎ型ＳｉＧｅ層２２を含むリッジ構造２５を形成する。
その後、ｐ型Ｓｉ基板１Ａの裏面側にｐ側電極２４を形成し、ｎ型ＳｉＧｅ層２２の表面上にｎ側電極２３を形成する。そして、へき開によって光の出射する軸方向の端面が形成され、キャビティ（共振器構造）が形成される。このようにしてリッジ型量子ドットレーザが製造される。

なお、その他のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８の詳細は、上述の第１実施形態及び第２実施形態及びこれらの変形例のものと同じであるため、ここではその説明を省略する。
したがって、本実施形態にかかる光半導体素子によれば、上述の第１実施形態の場合と同様に、１．３μｍよりも長波長側の波長帯で高効率に発光する光半導体素子を実現することができるという利点がある。

なお、上述の実施形態では、リッジ型量子ドット半導体レーザを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は、上述の第１実施形態のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を活性層に用いるものであれば、例えば埋込型量子ドット半導体レーザや回折格子を有する量子ドット半導体レーザ［ＤＦＢ（Distributed Feed-Back）レーザやＤＢＲ（Distributed BraggReflector）レーザなど］であっても広く適用することができる。例えば、活性層以外の構成及び製造方法は、他の構成及び製造方法であっても良い。
［その他］
なお、上述の各実施形態では、本発明をＳｉ基板（半導体基板）上に形成した光半導体素子に適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、Ｇｅ基板（半導体基板）上に形成した光半導体素子にも本発明を適用することができる。

例えば図１０に示すように、光半導体素子（リッジ型量子ドットレーザ）は、ｐ型Ｇｅ基板１０Ｂ上に、基板側から順に、必要に応じてｐ−Ｓｉバッファ層（図示せず）、傾斜組成ｐ型ＳｉＧｅ層２Ａ、上述の第１実施形態のＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８によって構成される活性層（発光層）２０、ｎ型ＳｉＧｅ層２２を積層させた半導体積層構造を有し、ｎ型ＳｉＧｅ層２２を含むリッジ構造２５を備え、ｐ型Ｇｅ基板１０Ｂの裏面側にｐ側電極２４を有し、ｎ型ＳｉＧｅ層２２の表面上にｎ側電極２３を有するものとして構成すれば良い。なお、図１０では、上述の第３実施形態のもの（図９参照）と同じものには同じ符号を付している。この場合、ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造８を構成する下部ＳｉＧｅ層３は、Ｇｅ基板１０Ｂ上に傾斜組成ＳｉＧｅ層２Ａを介して形成されることになる。

また、上述の各実施形態及び変形例では、単体の光半導体素子（発光素子）として説明しているが、上述の各実施形態の光半導体素子（発光素子）を他の機能素子とともに同一Ｓｉ基板上に集積することによって集積素子を構成することもできる。なお、基板をＳｉ基板としているが、Ｓｉ系材料（即ち、Ｓｉ又はＳｉの入ったＩＶ族半導体混晶）からなる基板（Ｓｉを含む基板）であれば良い。

例えば図１１に示すように、集積素子を、Ｓｉ基板４０上に、発光素子（上述の第１実施形態の量子ドットデバイス、上述の第２実施形態の面発光レーザ、又は、上述の第３実施形態のリッジ型量子ドットレーザ）４１と、受光素子（機能素子）４２と、電子回路（電子素子；機能素子）４３とを集積したものとして構成することもできる。
ここで、受光素子４２は、例えばＳｉ層とＳｉＧｅＣ層とを積層させたものとして構成される（Ｓｉ／ＳｉＧｅ受光素子）。

このような構成の集積素子では、入力された光は、受光素子４２で光信号から電気信号に変換され、電子回路４３で例えば演算などの各種処理が施された後、発光素子４１によって光信号に変換されて出力されることになる。
また、例えば図１２に示すように、集積素子を、上述の第２実施形態の面発光レーザ（発光素子）が形成されている同一Ｓｉ基板１０上に、面発光レーザを駆動するための駆動素子（電子素子；機能素子；例えばＭＯＳＦＥＴ；変調駆動回路，電子回路）３０を集積したものとして構成することもできる。なお、図１２では、上述の第２実施形態のもの（図７参照）と同一のものには同一の符号を付している。

具体的には、図１２に示すように、上述の第２実施形態の面発光レーザ（発光素子）が形成されている同一Ｓｉ基板１０上に、ｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０をモノリシックに集積して、集積素子を構成することもできる。
このような集積素子は、例えば、以下のようにして作製することができる。
Ｓｉ層（単結晶Ｓｉ層）１２上に、ｎ型Ｓｉ層３１を成長させた後、イオン注入によってｐ^＋領域（ｐ^＋−Ｓｉ層）３２を形成する。その後、ＳｉＯ_２膜３３を積層し、その上にゲート電極３４を形成するとともに、ｐ^＋−Ｓｉ層３２に接するようにソース電極３５及びドレイン電極３６を形成する。この際、ドレイン電極３６は、面発光レーザの一方のｐ側電極との共通電極として構成すれば良い。これにより、面発光レーザの変調駆動回路を構成するｐ型ＭＯＳＦＥＴ３０が形成される。

なお、集積素子の構成は、これらの構成に限られるものではなく、他の構成の集積素子の発光素子部分に、上述の第１実施形態〜第３実施形態の光半導体素子を適用することができる。
また、本発明は、上述した各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子の構成を示す模式的断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子における量子ドット及びバリア層を含む半導体量子ドット構造のエネルギー状態の関係を示すバンド構造図である。 本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子の構成及び効果を説明するための図であって、ＧａＡｓバリア層の膜厚とエネルギーシフト量との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態にかかる光半導体素子の構成及び効果を説明するための図であって、ＩｎＧａＡｓバリア層におけるＩｎの割合（Ｉｎ組成）とエネルギーシフト量との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例にかかる光半導体素子の構成を示す模式的断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例にかかる光半導体素子における量子ドット及びバリア層を含む半導体量子ドット構造のエネルギー状態の関係を示すバンド構造図である。 本発明の第２実施形態にかかる光半導体素子（面発光量子ドットレーザ）の構成を示す模式的断面図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は、本発明の第２実施形態にかかる光半導体素子（面発光量子ドットレーザ）の製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる光半導体素子（リッジ型量子ドットレーザ）の構成を示す模式的断面図である。 本発明の第３実施形態の変形例にかかる光半導体素子（リッジ型量子ドットレーザ）の構成を示す模式的断面図である。 本発明の各実施形態にかかる光半導体素子（発光素子）を備える集積素子の構成例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態にかかる光半導体素子（面発光レーザ）を備える集積素子の他の構成例を示す模式的断面図である。 従来の光半導体素子の構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
１Ａ ｐ型Ｓｉ基板
２ 傾斜組成ＳｉＧｅ層
２Ａ 傾斜組成ｐ型ＳｉＧｅ層
３ 下部ＳｉＧｅ層
４，４Ａ 下部ＩｎＧａＡｓバリア層
５ ＩｎＡｓ量子ドット
６ 上部ＩｎＧａＡｓバリア層
７ 上部ＳｉＧｅ層
８ 半導体量子ドット構造（ＳｉＧｅ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｓ量子ドット構造）
９ 量子ドット層
１０ Ｓｉ基板
１０Ａ ＧａＡｓ基板
１０Ｂ ｐ型Ｇｅ基板
１１ 下部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー
１２ Ｓｉ層
１２Ａ Ｓｉ基板
１３ ｐ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）
１４ 活性層
１５ ｎ型ＳｉＧｅ層（コンタクト層）
１６ 上部Ｓｉ／ＳｉＯ_２多層膜ＤＢＲミラー
１７ ｐ側電極
１８ ｎ側電極
２０ 活性層
２１ ｐ型ＳｉＧｅ層
２２ ｎ型ＳｉＧｅ層
２３ ｎ側電極
２４ ｐ側電極
２５ リッジ構造
３０ 駆動素子（電子素子；ｐ型ＭＯＳＦＥＴ；変調駆動回路，電子回路）
３１ ｎ型Ｓｉ層
３２ ｐ^＋−Ｓｉ層
３３ ＳｉＯ_２膜
３４ ゲート電極
３５ ソース電極
３６ ドレイン電極
４０ Ｓｉ基板
４１ 発光素子
４２ 受光素子
４３ 電子回路（電子素子）

Claims (6)

1. ＩｎＡｓを含む量子ドットと、
   前記量子ドットの上部及び下部のそれぞれに接する一対のＩｎＧａＡｓバリア層と、
   前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層の少なくとも一方のＩｎＧａＡｓバリア層の前記量子ドットに接する側の反対側に接し、前記ＩｎＧａＡｓバリア層よりも直接遷移バンドギャップが狭いＳｉＧｅ層とを備え、
   前記ＳｉＧｅ層が接する前記ＩｎＧａＡｓバリア層の厚さは、前記量子ドットと前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されていることを特徴とする光半導体素子。
2. 前記ＳｉＧｅ層は、Ｓｉ_１−ｙＧｅ_ｙ（０．７９＜ｙ≦１）層であり、
   前記ＳｉＧｅ層が接する前記ＩｎＧａＡｓバリア層は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０≦ｘ＜０．４）バリア層であることを特徴とする、請求項１記載の光半導体素子。
3. 前記ＳｉＧｅ層が接する前記ＩｎＧａＡｓバリア層の厚さは、１０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載の光半導体素子。
4. Ｓｉ基板又はＧｅ基板と、
   傾斜組成ＳｉＧｅ層とを備え、
   前記量子ドット、前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層及び前記ＳｉＧｅ層は、前記Ｓｉ基板又は前記Ｇｅ基板上に、前記傾斜組成ＳｉＧｅ層を介して形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体素子。
5. 前記ＳｉＧｅ層が、前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層の一方のＩｎＧａＡｓバリア層の前記量子ドットに接する側の反対側に接するように設け、
   さらに、前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層の他方のＩｎＧａＡｓバリア層の前記量子ドットに接する側の反対側に接するように、前記他方のＩｎＧａＡｓバリア層のバンドギャップと同じ又はそれよりも小さいバンドギャップを有する半導体層を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体素子。
6. 光半導体素子と、
   機能素子とを備え、
   前記光半導体素子と前記機能素子とが同一基板上に集積されており、
   前記光半導体素子は、
   ＩｎＡｓを含む量子ドットと、
   前記量子ドットの上部及び下部のそれぞれに接する一対のＩｎＧａＡｓバリア層と、
   前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層の少なくとも一方のＩｎＧａＡｓバリア層の前記量子ドットに接する側の反対側に接し、前記ＩｎＧａＡｓバリア層よりも直接遷移バンドギャップが狭いＳｉＧｅ層とを備え、
   前記ＳｉＧｅ層が接する前記ＩｎＧａＡｓバリア層の厚さは、前記量子ドットと前記一対のＩｎＧａＡｓバリア層とによって決まる量子準位のバンドギャップよりも量子準位のバンドギャップが狭くなるように設定されていることを特徴とする集積素子。

Images