JP4440876B2 - 半導体量子ドット構造の製造方法 - Google Patents

半導体量子ドット構造の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4440876B2
JP4440876B2 JP2005377162A JP2005377162A JP4440876B2 JP 4440876 B2 JP4440876 B2 JP 4440876B2 JP 2005377162 A JP2005377162 A JP 2005377162A JP 2005377162 A JP2005377162 A JP 2005377162A JP 4440876 B2 JP4440876 B2 JP 4440876B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
quantum dot
dot structure
semiconductor
growth
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2005377162A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007180276A (ja
Inventor
浩 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2005377162A priority Critical patent/JP4440876B2/ja
Publication of JP2007180276A publication Critical patent/JP2007180276A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4440876B2 publication Critical patent/JP4440876B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は半導体量子ドット構造の製造方法に関するものである。
従来の構造による半導体量子ドットは、その多くが半導体基板上に該基板とは格子定数が一定の値以上に異なる半導体層を特定の条件下で成長した時に生じる量子ドットの自己形成の現象を利用して作成されているため、半導体量子ドットの大きさや密度、均一性、ドットが他の半導体層に埋め込まれた場合の歪等を狙い通りに制御することが難しい、という問題点があった。例えばＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ量子ドットを作成する場合を例にあげると、量子ドットの大きさを大きくして発光波長を長波にしようとした場合には面内のドットの密度が下がり、ドットの密度を上げようとした場合には量子ドットの大きさが小さくなる、といった制約があった。
また、従来、上記のごとく成長の制御が難しい半導体量子ドットの製造においてはドット形成時に必要な低温成長における結晶品質が高く、かつ制御性に優れたＭＢＥが主として用いられている。なぜならば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ、或いはＭＯＣＶＤ、ＯＭＶＰＥとも呼ばれる）は有機金属原料や水素化物ガスを原料に用いるため、これらの原料が十分に分解する温度以上でなければ良質な結晶が得られないことに加え、これら成長原料の基板表面における拡散、分解、反応、等の現象が複雑であり、半導体量子ドット成長に適した成長条件を得ることが難しいという問題点があったからである。
更に加えてＭＯＶＰＥにより半導体量子ドット構造を製造する場合において、ＩｎＡｓ量子ドットのみの成長においては成長条件を吟味すればある程度制御性の良い成長が可能であるが、実際のデバイスで必要となる、同ドットをＧａＡｓ或いはＩｎＧａＡｓからなるカバー層で埋め込む構造を作成すると同ドットが変形したり、光学特性の悪いドットしか得られない、という問題点があった。この理由の一つは、Ｇａを含む結晶をＭＯＶＰＥで成長する場合にはＩｎＡｓの成長に比べ成長温度を上げないと良質な結晶が得られないという事情があるためであり、従来は例えばＧａＡｓ基板上で１．３μｍ以上の波長で発光する量子ドットにおいて、良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えたものを実現することが困難であった。同様に、半導体量子ドット構造を用いたレーザダイオード等のデバイスを作成するためには上記埋め込みドット構造に引き続き、光閉じ込め層、クラッド層、コンタクト層等の厚い成長層を積層する工程が必要となるが、この際においても従来のＭＯＶＰＥにおける標準的な成長温度である６５０℃から７５０℃程度でこれらの層の成長を行うと、カバー層成長と同様に、同ドットが変形したり、光学特性の悪いドットしか得られない、という問題点があった。
上記問題を解決するために従来からＭＯＶＰＥによる半導体量子ドットの製造においても各種の製造方法が考案されており、例えば再度ＧａＡｓ基板上に量子ドットを作成する場合を例にあげると、ＩｎＡｓ量子ドット及びカバー層の成長原料にＴＭＩ，ＴＭＧ，ＴＢＡｓを用い、成長条件として、成長温度５００℃、Ｖ／III比０．３という、極端に低いＶ／III比を選択することにより１．５μｍという長波の発光を得たという報告がある（非特許文献１）が、半導体レーザを作成するために必要な光学特性は得られていない。また、良好な光学特性を得て優れた半導体レーザ特性を実現した例としては、ＩｎＧａＡｓ量子ドットの成長後、カバー層のＧａＡｓ成長を４９０℃で開始し、６００℃まで温度を上げながら連続的に成長するという手法を用いたことにより良好なレーザ特性が実現されているが、発光波長は１．１μｍ台に留まっている（非特許文献２）。
一方、高い面密度、高い均一性を有する半導体量子ドットに関しては、ＭＢＥによる成長において優れた結果が報告されており、均一性の高いドットが１×１０11／cm2の面密度で得られている（非特許文献３）。この結果はドットの側面に成長ファセットが形成されることによってドットサイズの自己制限効果が発現したことによるものであるが、これまでに同様の効果がＭＯＶＰＥで得られたという報告はない。
また一方、半導体薄膜の成長時にビスマス、アンチモン、タリウム等の材料を供給し、表面改質剤（サーファクタントと呼ばれる）として用いることにより平坦性の良い結晶を得る試みが行われており（例えば特許文献１、非特許文献４）、ＩｎＡｓ量子ドットの成長時にビスマスをサーファクタントとして用いてドットの均一性を向上させた例もあるが（非特許文献５）、同例ではビスマスの供給は反応炉内に設置した固体ビスマス材料をパルスレーザの照射で昇華させる手法を用いており、本発明におけるＴＭＢｉ添加とは原料の供給方法が異なる。
また、半導体薄膜の成長原料としてアルシン（ＡｓＨ3）の代わりにＴＢＡｓを用いる方法は、ＴＢＡｓの分解温度がＡｓＨ3より低いことから、ＭＯＶＰＥ成長において低温成長が必要とされる場合に従来より用いられているが、その際、成長条件におけるＶ／III比をＡｓＨ3より低くできることが特徴とされており、通常はＶ／III比５０以下、多くはＶ／III比５〜３０程度に設定されることが多く、本発明で用いられるＶ／III比１５０以上、あるいは３００以上の成長条件は従来、少なくとも半導体量子ドットの成長に用いられた報告はない。
また、同様に半導体薄膜の成長原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧ）の代わりにトリイソプロピルガリウム（ＴＩＰＧ）を用いる方法は、ＴＩＰＧの分解温度がＴＭＧあるいはＴＥＧより低いことから、ＭＯＶＰＥ成長において低温成長が必要とされる場合に従来より稀に用いられているが、少なくとも半導体量子ドットの成長に用いられた報告はない。
特許第３２３９８２１号公報 J.Tatebayashi他、Applied Physics Letters, vol.78, p.3469, 2001. R.L.Sellin他、Applied Physics Letters. vol.78, p.1207, 2001. 山口、応用物理、第74巻、P.307 、2005． S.Tixier他、"Surfactant enhanced growth of GaNAs and InGaNAs using bismuth" Journal of Crystal Growth, Vol.251, p.449, 2003. B.N.Zvonkov他、"Surfactant effect of bismuth in the MOVPE grown of the InAs quantum dots on GaAs", Nanotechnology. Vol.11, p.221, 2000.
本発明は上記の如き従来のＭＯＶＰＥ成長を用いた半導体量子ドットの製造方法における限界あるいは欠点を解決するためになされたもので、良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットをＭＯＶＰＥ成長により実現することを目的としてなされたものである。
上記課題を解決する第１発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、ＴＭＩとＴＢＡｓとを主たる原料とし、且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩとの供給比すなわちＶ／III比を１５０以上とし、且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする。ここで、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要であり、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。また、ここで、前記Ｖ／III比は３００未満とすることが好ましい。それ以上のＶ／III比では量子ドットの成長形態が変わるためである。
また、第２発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする。
また、第３発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第２発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする。
また、第４発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第２又は第３発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、前記量子ドットは、前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドット又は前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする。なお、Ｇａは拡散により導入されるため、Ｇａのｘの定量的な人為的制御は不可能であり、且つ微小領域であるため定量評価もほぼ不可能であり、現在のところｘの具体的な値は不明である。Ｂｉのｙは特に限定される要因はないが、結晶中に取り込まれにくい性質があるため、実際にはｙ＝０〜０．０５程度である。Ｓｂのｙも同様、特に限定される要因はないが、実際にはｙ＝０〜０．５程度である。
また、第５発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、ＴＭＩとＴＢＡｓとを主たる原料とし、且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩとの供給比すなわちＶ／III比を３００以上とし、且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする。ここで、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要であり、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。また、ここで、前記Ｖ／III比は２３００未満とすることが好ましい。これ以上のＶ／III比では量子ドットの密度が逆に低下することが確認されているためである。
また、第６発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第５発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ≧０）量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする。なお、Ｇａは拡散により導入されるため、Ｇａのｘの定量的な人為的制御は不可能であり、且つ微小領域であるため定量評価もほぼ不可能であり、現在のところｘの具体的な値は不明である。
また、第７発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第５発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする。
また、第８発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第７発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする。
また、第９発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第７又は第８発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、前記量子ドットは、前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドット又は前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする。なお、Ｇａは拡散により導入されるため、Ｇａのｘの定量的な人為的制御は不可能であり、且つ微小領域であるため定量評価もほぼ不可能であり、現在のところｘの具体的な値は不明である。Ｂｉのｙは特に限定される要因はないが、結晶中に取り込まれにくい性質があるため、実際にはｙ＝０〜０．０５程度である。Ｓｂのｙも同様、特に限定される要因はないが、実際にはｙ＝０〜０．５程度である。
また、第１０発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓとを主たる原料とし、且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩ及び前記ＴＩＰＧとの供給比すなわちＶ／III比を１５０以上とし、且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする。ここで、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要であり、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。また、ここで、前記Ｖ／III比は３００未満とすることが好ましい。それ以上のＶ／III比では量子ドットの成長形態が変わるためである。
また、第１１発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１０発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする。
また、第１２発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１１発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする。
また、第１３発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１１又は第１２発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットであることを特徴とする。なお、ｘの範囲は、量子ドットの自己形成のために必要な、基板との格子不整合の大きさによって決定される。そのため、同ｘの範囲は基板の選択によって異なり、例えばＧａＡｓ基板を用いた場合にはｘは０．７５未満であることが必要であり、ＩｎＰ基板を用いた場合にはｘは０．２未満であることが必要である。Ｂｉのｙは特に限定される要因はないが、結晶中に取り込まれにくい性質があるため、実際にはｙ＝０〜０．０５程度である。Ｓｂのｙも同様、特に限定される要因はないが、実際にはｙ＝０〜０．５程度である。
また、第１４発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓとを主たる原料とし、且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩ及び前記ＴＩＰＧとの供給比すなわちＶ／III比を３００以上とし、且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする。ここで、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要であり、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。また、ここで、前記Ｖ／III比は２３００未満とすることが好ましい。これ以上のＶ／III比では量子ドットの密度が逆に低下することが確認されているためである。
また、第１５発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１４発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ＞０）量子ドットであることを特徴とする。なお、ｘの範囲は、量子ドットの自己形成のために必要な、基板との格子不整合の大きさによって決定される。そのため、同ｘの範囲は基板の選択によって異なり、例えばＧａＡｓ基板を用いた場合にはｘは０．７５未満であることが必要であり、ＩｎＰ基板を用いた場合にはｘは０．２未満であることが必要である。
また、第１６発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１４発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする。
また、第１７発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１６発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする。
また、第１８発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１６又は第１７発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットであることを特徴とする。なお、ｘの範囲は、量子ドットの自己形成のために必要な、基板との格子不整合の大きさによって決定される。そのため、同ｘの範囲は基板の選択によって異なり、例えばＧａＡｓ基板を用いた場合にはｘは０．７５未満であることが必要であり、ＩｎＰ基板を用いた場合にはｘは０．２未満であることが必要である。Ｂｉのｙは特に限定される要因はないが、結晶中に取り込まれにくい性質があるため、実際にはｙ＝０〜０．０５程度である。Ｓｂのｙも同様、特に限定される要因はないが、実際にはｙ＝０〜０．５程度である。
また、第１９発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１〜第１８発明の何れかの半導体量子ドット構造の製造方法において、前記量子ドット上に、ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓを主たる原料とし、且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、カバー半導体層を成長させることを特徴とする。
また、第２０発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１９発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記カバー半導体層は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ＞０）カバー半導体層であることを特徴とする。なお、ｘの範囲は、量子ドットに加わる圧縮歪を弾性的に緩和するために必要な、基板との格子不整合の大きさによって決定されるが、その際、カバー半導体層の成長によりミスフィット転位等の欠陥を発生しないように調整することをあわせて考慮する必要がある。そのため、同ｘの範囲は基板の選択によって異なり、例えばＧａＡｓ基板を用いた場合にはｘは０．７以上であることが必要であり、ＩｎＰ基板を用いた場合にはｘは０．２以上０．８以下であることが必要である。
また、第２１発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１９発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記カバー半導体層の成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記カバー半導体層を成長させることを特徴とする。
また、第２２発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第２１発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする。
また、第２３発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第２１又は第２２発明の半導体量子ドット構造の製造方法において、前記カバー半導体層は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層であることを特徴とする。なお、ｘの範囲は、量子ドットに加わる圧縮歪を弾性的に緩和するために必要な、基板との格子不整合の大きさによって決定されるが、その際、カバー半導体層の成長によりミスフィット転位等の欠陥を発生しないように調整することをあわせて考慮する必要がある。そのため、同ｘの範囲は基板の選択によって異なり、例えばＧａＡｓ基板を用いた場合にはｘは０．７以上であることが必要であり、ＩｎＰ基板を用いた場合にはｘは０．２以上０．８以下であることが必要である。また、Ｂｉのｙは特に限定される要因はないが、結晶中に取り込まれにくい性質があるため、実際にはｙ＝０〜０．０５程度である。Ｓｂのｙも同様、特に限定される要因はないが、実際にはｙ＝０〜０．５程度である。
また、第２４発明の半導体量子ドット構造の製造方法は、第１９〜第２３発明の何れかの半導体量子ドット構造の製造方法において、前記カバー半導体層上に、ＴＢＡｓもしくはＴＢＰを主たるＶ族原料とし、又はＴＢＡｓ及びＴＢＰを主たるＶ族原料とし、且つ、成長温度を前記量子ドットの成長温度以上、６５０℃未満として、素子を形成するために必要な上部成長層を順次成長させることを特徴とする。ここで成長温度を量子ドットの成長温度以上、６５０℃未満としたのは、６５０℃以上では量子ドットの変形が生じて発光波長、発光効率が劣化し、量子ドット構造の成長温度よりも低いと良質な結晶が得られないためである。なお、前記上部成長層の具体的な構成は素子構造によって変わり、例えば光閉じ込め層、クラッド層、コンタクト層等の上部成長層を順次成長させる。
本発明による半導体量子ドット構造の製造方法は、従来の技術による半導体量子ドット構造に比べ、良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットをＭＯＶＰＥ成長により実現することができ、例えば、より発光効率等の特性に優れた半導体光源並びに半導体光増幅器の活性層、或いは、より受光効率の高い半導体受光素子の光吸収層として作用する半導体量子ドット構造を実現することを可能にする。
本発明の最良の実施形態は以下の通りである。
（１） 本発明の最良の実施形態の半導体量子ドット構造の製造方法で製造される半導体量子ドット構造は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）を用いて形成された量子ドット構造であって、前記量子ドットがトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、或いはＴＭＩとトリイソプロピルガリウム（ＴＩＰＧ）とＴＢＡｓを主たる原料とし、且つ成長温度が３００℃以上、４５０℃未満であり、且つ成長条件においてＶ族原料とIII族原料との供給比（ＴＢＡｓとＴＭＩとの供給比或いはＴＢＡｓとＴＭＩ及びＴＩＰＧとの供給比）すなわちＶ／III比（モル比）が１５０以上、３００未満、又は、前記Ｖ／III比（モル比）が３００以上、２３００未満であり、且つ上記量子ドット構造の成長前、或いは成長時にトリメチルビスマス（ＴＭＢｉ）が供給されて形成された、面密度３×１０10／cm2以上、或いは成長ファセット（成長時に形成される特有の結晶面方位）によって側面が囲まれた、面密度５×１０10／cm2以上のＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット或いはＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットが用いられていることを特徴とする。
上記構造による量子ドットは良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットが従来主たる成長方法であったＭＢＥ成長に代わり、ＭＯＶＰＥ成長によって実現されたものである。
ここで上記原料、成長温度、Ｖ／III比が規定された量子ドットが用いられていることは、ＭＯＶＰＥ成長による半導体量子ドット構造において上記特性を具現するために重要な要件である。
また、更に詳しくは、上記原料の組み合わせは４５０℃未満の成長温度において良好な光学特性を得るために必要であり、更にドット構造の成長前、或いは成長時にＴＭＢｉが供給されて形成されている点はより良好な光学特性、且つ、より長波で発光または受光可能な量子ドットを得るために必要であり、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要である。また、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。高いＶ／III比は高い面密度において高い均一性を得るために必要であるとともに量子ドット構造の特性を劣化させる、合体した巨大なドットが生成されることを阻止するために必要である。特に３００以上のＶ／III比は、側面が成長ファセットによって囲まれたドットを形成し、ドットサイズの自己制限効果を発現させることにより、より高い面密度、且つ高い均一性を得るために必要である。なお、Ｖ／III比１５０以上の場合にＶ／III比３００未満としたのは、それ以上のＶ／III比では量子ドットの成長形態が変わるためである。また、Ｖ／III比３００以上の場合にＶ／III比２３００未満としたのは、これ以上のＶ／III比では量子ドットの密度が逆に低下することが確認されているためである。
ここでＴＭＢｉが供給されて形成された量子ドットにおいては更に２種類の分類ができる。一つはＴＭＢｉがサーファクタントとして働き、Ｂｉは量子ドット中には取り込まれずに光学特性、均一性の向上のみに寄与している場合である。もう一つは前記効果に加えＢｉが量子ドット中に取り込まれることにより量子ドットを構成する材料のバンドギャップが小さくなり、その発光がより長波となる半導体量子ドット構造が得られる場合である。これらの違いは主に成長温度とＴＭＢｉ／ＴＢＡｓ供給比によって決定されるため、目的によって任意に選択することが可能である。
更に上記半導体量子ドットを半導体層中に埋め込んだ構造における本発明の最良の実施形態は、前記構造における量子ドット上に、ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓを主たる原料とし、且つ成長温度が３００℃以上、４５０℃未満であり、且つ成長前、或いは成長時にＴＭＢｉが供給されて形成された、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層を有することを特徴とするものである。
ここで上記成長温度は上記量子ドットの成長温度と同一に設定されるべきものであり、上記量子ドットの変形を防ぎ、発光又は受光波長の変動を防ぐために必要である。更に上記原料、又は上記原料とＴＭＢｉ供給の組み合わせによって形成された上記カバー半導体層を用いることは上記埋込構造における半導体量子ドットの光学特性を良好に保つために必要である。ここでカバー半導体層におけるＴＭＢｉの供給は必須ではないが、半導体量子ドットの発光又は受光波長の制御、並びに光学特性の再現性向上に寄与するものである。この理由はカバー半導体層成長時にＴＭＢｉの供給を行わない場合にも、量子ドットの成長前又は成長中に供給されたＴＭＢｉ又はその分解物が基板表面に偏析したまま残留し、カバー半導体層成長においてもサーファクタントとして働くが、その効果、再現性の観点からはカバー半導体層成長前、或いは成長中にＴＭＢｉを供給することが望ましいという事情による。
なお、ここでは量子ドットの成長前或いは成長時やカバー半導体層の成長前或いは成長時にビスマス原料としてＴＭＢｉを用いたが、これに限らず、ビスマス原料としてトリエチルビスマス（ＴＥＢｉ）又はトリスジメチルアミノビスマス（ＴＤＭＡＢｉ）を用いても同様の効果が得られ、更にはビスマス原料に代えてアンチモン原料を用いてもよく、アンチモン原料としてトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）又はトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いても同様の効果が得られる。アンチモン原料を供給した場合、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット或いはＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットや、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層を形成する。
（２） 本発明の最良の実施形態による半導体量子ドット構造の製造方法は、ＭＯＶＰＥを用いて形成する量子ドット構造の製造方法であって、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、或いはＴＭＩとトリイソプロピルガリウム（ＴＩＰＧ）とＴＢＡｓを主たる原料とし、且つ成長温度が３００℃以上、４５０℃未満とし、且つ成長条件においてＶ族原料とIII族原料との供給比（ＴＢＡｓとＴＭＩとの供給比或いはＴＢＡｓとＴＭＩ及びＴＩＰＧとの供給比）すなわちＶ／III比（モル比）が１５０以上、３００未満、又は、前記Ｖ／III比（モル比）が３００以上、２３００未満とし、且つ上記量子ドット構造の成長前、或いは成長時にトリメチルビスマス（ＴＭＢｉ）も供給して、量子ドットを成長させることを特徴とする。
上記による量子ドットの構造の製造方法は良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットを従来主たる成長方法であったＭＢＥ成長に代わり、ＭＯＶＰＥ成長によって実現するために必要な方法である。
ここで上記原料、成長温度、Ｖ／III比が規定されている点はＭＯＶＰＥ成長による半導体量子ドット構造において上記特性を具現するために重要な要件である。
また、更に詳しくは、上記原料の組み合わせは４５０℃未満の成長温度において良好な光学特性を得るために必要であり、更にドット構造の成長前、或いは成長時にＴＭＢｉを供給する点はより良好な光学特性、且つ、より長波で発光または受光可能な量子ドットを得るために必要であり、４５０℃未満の成長温度は高い面密度を得るために必要である。また、３００℃以上の成長温度は成長原料の分解のために必要な温度である。高いＶ／III比は高い面密度において高い均一性を得るために必要であるとともに量子ドット構造の特性を劣化させる、合体した巨大なドットが生成されることを阻止するために必要である。特に３００以上のＶ／III比は、側面が成長ファセットによって囲まれたドットを形成し、ドットサイズの自己制限効果を発現させることにより、より高い面密度、且つ高い均一性を得るために必要である。なお、Ｖ／III比１５０以上の場合にＶ／III比３００未満としたのは、それ以上のＶ／III比では量子ドットの成長形態が変わるためである。また、Ｖ／III比３００以上の場合にＶ／III比２３００未満としたのは、これ以上のＶ／III比では量子ドットの密度が逆に低下することが確認されているためである。
ここでＴＭＢｉが供給されて形成された量子ドットにおいては更に２種類の分類ができる。一つはＴＭＢｉがサーファクタントとして働き、Ｂｉは量子ドット中には取り込まれずに光学特性、均一性の向上のみに寄与している場合である。もう一つは前記効果に加えＢｉが量子ドット中に取り込まれることにより量子ドットを構成する材料のバンドギャップが小さくなり、その発光がより長波となる半導体量子ドット構造が得られる場合である。これらの違いは主に成長温度とＢｉ／ＴＢＡｓ比によって決定されるため、目的によって任意に選択することが可能である。
更に上記半導体量子ドットを半導体層中に埋め込んだ構造の製造方法における本発明の最良の実施形態は、前記構造における量子ドット上にカバー半導体層を形成する際、ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓを主たる原料とし、且つ成長温度が３００℃以上、４５０℃未満であり、且つ成長前、或いは成長時にＴＭＢｉを供給して形成することを特徴とするものである。
ここで上記成長温度は上記量子ドットの成長温度と同一に設定されるべきものであり、上記量子ドットの変形を防ぎ、発光又は受光波長の変動を防ぐために必要である。更に上記原料、又は上記原料とＴＭＢｉ供給の組み合わせは上記埋込構造における半導体量子ドットの光学特性を良好に保つために必要である。ここでカバー半導体層におけるＴＭＢｉの供給は必須ではないが、半導体量子ドットの発光又は受光波長の制御、並びに光学特性の再現性向上に寄与するものである。この理由はカバー半導体層成長時にＴＭＢｉの供給を行わない場合にも、量子ドットの成長前または成長中に供給されたＴＭＢｉ又はその分解物が基板表面に偏析したまま残留し、カバー半導体層成長においてもサーファクタントとして働くが、その効果、再現性の観点からはカバー半導体層成長前、或いは成長中にＴＭＢｉを供給することが望ましいという事情による。
なお、ここでは量子ドットの成長前或いは成長時やカバー半導体層の成長前或いは成長時にビスマス原料としてＴＭＢｉを用いたが、これに限らず、ビスマス原料としてトリエチルビスマス（ＴＥＢｉ）又はトリスジメチルアミノビスマス（ＴＤＭＡＢｉ）を用いても同様の効果が得られ、更にはビスマス原料に代えてアンチモン原料を用いてもよく、アンチモン原料としてトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）又はトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いても同様の効果が得られる。
更に上記半導体量子ドットを用いて半導体レーザダイオード等の素子を作成する場合における本発明の最良の実施形態は、前記量子ドット上にカバー半導体層を形成した構造の後、光閉じ込め層、クラッド層、コンタクト層等の素子を形成するために必要な上部成長層を成長する製造工程において、主たるＶ族原料としてＴＢＡｓ、或いはＴＢＰ、或いはその両方を用いることである。この製造方法により同構造を成長する温度を６５０℃未満（例えば６００℃以下）とすることが可能となり、半導体量子ドットの劣化を防ぐことが可能となった。即ち、光閉じ込め層、クラッド層、コンタクト層等の素子を形成するために必要な上部成長層の成長温度は、上記量子ドットの成長温度（３００℃以上、４５０℃未満の範囲の温度）以上、６５０℃未満とする。一般に、ＧａＡｓ及びその混晶の成長温度は７００℃以上とすることが多いが、６５０℃以上の成長温度では量子ドットの変形が生じ、発光波長、発光効率が劣化する。量子ドット構造の成長温度よりも低い成長温度では良質な結晶が得られない。
以下に本実施形態による作用を説明する。
本発明による半導体量子ドット構造の製造方法は、従来の技術による半導体量子ドット構造に比べ、良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットをＭＯＶＰＥ成長により実現することができ、例えば、より発光効率等の特性に優れた半導体光源並びに半導体光増幅器の活性層、あるいは、より受光効率の高い半導体受光素子の光吸収層として作用する半導体量子ドット構造を実現することを可能にする。
図１（ａ）には本発明の実施例１の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示し、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ部拡大図を示し、表１には本発明の実施例１の半導体量子ドット構造の製造方法を示す。
図１中、１０１はＧａＡｓ基板、１０２はＡｌＧａＡｓクラッド層（膜厚１．５μｍ）、１０３はＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層（膜厚２００nm）、１０４はＧａＡｓ障壁層（膜厚５０nm）、１０５は面密度４×１０10／cm2のＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット、１０６はＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層（膜厚１０nm）、１０７はＧａＡｓコンタクト層（膜厚１００nm）であり、ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層１０６のうち１０６ａはカバー半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層（膜厚６nm）、１０６ｂは下地半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層（膜厚４nm）である。
更にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット１０５中、１０５ａは自己組織化によって形成された第一の領域であるＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域、１０５ｂはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット上へのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層１０６ａの成長中にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ａによる歪場に誘起された組成変調（ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層１０６ａの組織変調）によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ａ上に選択的に形成された第二の領域であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）の領域である。ここで上記第二の領域１０５ｂのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）におけるＩｎ組成は上記ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層１０６の平均的Ｉｎ組成に比べて高いため、本実施例１においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ａとＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ｂの複合体が実効的な量子ドットとして作用しており、量子ドットの体積が大きくなること並びに上記第一の領域１０５ａの歪が弾性的に緩和されることによってその発光波長が長波長化している。
ここで本実施例１においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット１０５の下部にＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層１０６ｂがあるが、同下地層を省いても本発明における効果は同様に得られる。
図１に示した半導体量子ドット構造を種々の成長条件を用いて作成し、レーザダイオード素子を作成した結果、発光波長１．２〜１．６μｍの素子が得られた。
また、同構造を作成する際、故意に量子ドットの大きさが分布するように成長条件を定め、得られた構造により半導体光増幅器を作成した結果、増幅帯域１．２〜１．６μｍの、広帯域、高飽和出力の素子が得られた。
なお、上記本文中、並びに図中、表中の元素表記で（ ）内に示した元素は構造設定、或いは成長条件によっては含まれない場合があるものである。
次に図１の構造を作成するための本発明の実施例１の半導体量子ドット構造の製造方法を表１に表すとともに、以下、詳細に説明する。半導体量子ドット構造の成長にはＭＯＶＰＥを用いた。
まず、ＧａＡｓ基板１０１を装置内に導入し、通常の成長手順でＧａＡｓ基板１０１上にＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層１０３、ＧａＡｓ障壁層１０４を成長する。
次に成長を中断し、基板温度を４００℃まで下げた後、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット１０５とＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層１０６をトリメチルインジウム、トリイソプロピルガリウム、トリメチルビスマス、ターシャリーブチルアルシンを原料として成長した。ここで同薄膜層の成長におけるガリウム材料としてトリイソプロピルガリウムを用いたことにより４００℃という低温においても十分な熱分解が得られたことに加えビスマス原料の供給による低温成長時の結晶性劣化防止効果により光学特性の良い結晶が得られた。また更にＩｎＧａＡｓ混晶が熱力学的に相分離を起こしやすい４００℃という温度下においてビスマス原料を供給したことにより相分離が促進され、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドットの周辺にＩｎ組成の高いＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域１０５ｂが再現性良く形成できた。
次に再び成長を中断し、基板温度を上げた後、ＧａＡｓ障壁層１０４、ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層１０３、ＡｌＧａＡｓクラッド層１０２、ＧａＡｓコンタクト層１０７を成長し、図１に示す実施例１の構造を得た。
この実施例１の構造の各層の成長時に供給した原料、ＴＢＡｓ分圧、並びに成長温度を表１に示す。
Figure 0004440876
 なお、表１中に略記した原料名は以下の通りである。
ＴＭＡ：トリメチルアルミニウム
ＴＥＧ：トリエチルガリウム
ＡｓＨ3：アルシン
ＴＭＩ：トリメチルインジウム
ＴＩＰＧ：トリイソプロピルガリウム
ＴＭＢｉ：トリメチルビスマス
ＴＢＡｓ：ターシャリーブチルアルシン
図２（ａ）には本発明の実施例２の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示し、図２（ｂ）には図２（ａ）のＢ部拡大図を示し、表２には本発明の実施例２の半導体量子ドット構造の製造方法を示す。
図２中、２０１はＩｎＰ基板、２０２はＩｎＰクラッド層（膜厚１．５μｍ）、２０３はＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（膜厚２００nm）、２０４はＩｎＧａＡｓＰ障壁層（膜厚５０nm）、２０５は面密度４×１０10／cm2のＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット、２０６はＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層（膜厚１０nm）、２０７はＩｎＧａＡｓコンタクト層（膜厚１００nm）であり、ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層２０６のうち２０６ａはカバー半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層（膜厚６nm）、２０６ｂは下地半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層（膜厚４nm）である。
更にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット２０５中、２０５ａは自己組織化によって形成された第一の領域であるＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域、２０５ｂはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット上へのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層２０６ａの成長中にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ａによる歪場に誘起された組成変調（ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層２０６ａの組成変調）によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ａのドット上に選択的に成長したＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）の領域である。ここで上記第二の領域２０５ｂのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）におけるＩｎ組成は上記ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層２０６の平均的Ｉｎ組成に比べて高いため、本実施例２においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ａとＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ｂの複合体が実効的な量子ドットとして作用しており、量子ドットの体積が大きくなること並びに上記第一の領域２０５ａの歪が弾性的に緩和されることによってその発光波長が長波長化している。
ここで本実施例２においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット２０５の下部にＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層２０６ｂがあるが、同下地層を省いても本発明における効果は同様に得られる。
図２に示した半導体量子ドット構造を種々の成長条件を用いて作成し、レーザダイオード素子を作成した結果、発光波長１．３〜２．４μｍの素子が得られた。
また、同構造を作成する際、故意に量子ドットの大きさが分布するように成長条件を定め、得られた構造により半導体光増幅器を作成した結果、増幅帯域１．３〜２．４μｍの、広帯域、高飽和出力の素子が得られた。
なお、上記本文中、並びに図中、表中の元素表記で（ ）内に示した元素は構造設定、あるいは成長条件によっては含まれない場合があるものである。
次に図２の構造を作成するための本発明の本発明の実施例２の半導体量子ドット構造の製造方法を表２に表すとともに、以下、詳細に説明する。半導体量子ドット構造の成長にはＭＯＶＰＥを用いた。
まず、ＩｎＰ基板２０１を装置内に導入し、通常の成長手順でＩｎＰ基板２０１上にＩｎＰクラッド層２０２、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２０３、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層２０４を成長する。
次に成長を中断し、基板温度を４００℃まで下げた後、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット２０５とＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層２０６をトリメチルインジウム、トリイソプロピルガリウム、トリメチルビスマス、ターシャリーブチルアルシンを原料として成長した。ここで同薄膜層の成長におけるガリウム材料としてトリイソプロピルガリウムを用いたことにより４００℃という低温においても十分な熱分解が得られたことに加えビスマス原料の供給による低温成長時の結晶性劣化防止効果により光学特性の良い結晶が得られた。また更にＩｎＧａＡｓ混晶が熱力学的に相分離を起こしやすい４００℃という温度下においてビスマス原料を供給したことにより相分離が促進され、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドットの周辺にＩｎ組成の高いＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域２０５ｂが再現性良く形成できた。
次に再び成長を中断し、基板温度を上げた後、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層２０４、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層２０３、ＩｎＰクラッド層２０２、ＩｎＧａＡｓコンタクト層２０７を成長し、図２に示す実施例２の構造を得た。
この実施例２の構造の各層の成長時に供給した原料、ＴＢＡｓ分圧、並びに成長温度を表２に示す。
Figure 0004440876
 なお、表２中に略記した原料名は以下の通りである。
ＴＭＡ：トリメチルアルミニウム
ＴＥＧ：トリエチルガリウム
ＰＨ3：ホスフィン
ＡｓＨ3：アルシン
ＴＭＩ：トリメチルインジウム
ＴＩＰＧ：トリイソプロピルガリウム
ＴＭＢｉ：トリメチルビスマス
ＴＢＡｓ：ターシャリーブチルアルシン
ＴＢＰ：ターシャリーブチルホスフィン
図３（ａ）には本発明の実施例３の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示し、図３（ｂ）には図３（ａ）のＣ部拡大図を示し、表３には本発明の実施例３の半導体量子ドット構造の製造方法を示す。
図３中、３０１はＧａＡｓ基板、３０２はＡｌＧａＡｓクラッド層（膜厚１．５μｍ）、３０３はＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層（膜厚２００nm）、３０４はＧａＡｓ障壁層（膜厚５０nm）、３０５は面密度１×１０11／cm2の、成長ファセットによって側面が囲まれたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット、３０６はＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層（膜厚１０nm）、３０７はＧａＡｓコンタクト層（膜厚１００nm）であり、ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層３０６のうち３０６ａはカバー半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層（膜厚６nm）、３０６ｂは下地半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層（膜厚４nm）である。
更にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット３０５中、３０５ａは自己組織化によって形成された第一の領域であるＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域、３０５ｂはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット上へのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層３０６ａの成長中にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ａによる歪場に誘起された組成変調（ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層３０６ａの組織変調）によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ａ上に選択的に形成された第二の領域であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）の領域である。ここで上記第二の領域３０５ｂのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）におけるＩｎ組成は上記ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層３０６の平均的Ｉｎ組成に比べて高いため、本実施例３においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ａとＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ｂの複合体が実効的な量子ドットとして作用しており、量子ドットの体積が大きくなること並びに上記第一の領域３０５ａの歪が弾性的に緩和されることによってその発光波長が長波長化している。
ここで本実施例３においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット３０５の下部にＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層３０６ｂがあるが、同下地層を省いても本発明における効果は同様に得られる。
図３に示した半導体量子ドット構造を種々の成長条件を用いて作成し、レーザダイオード素子を作成した結果、発光波長１．２〜１．６μｍの素子が得られた。
また、同構造を種々の成長条件を用いて作成し、半導体光増幅器を作成した結果、増幅帯域の中央値１．２〜１．６μｍの、高利得、高飽和出力の素子が得られた。
なお、上記本文中、並びに図中、表中の元素表記で（ ）内に示した元素は構造設定、あるいは成長条件によっては含まれない場合があるものである。
次に図３の構造を作成するための本発明の実施例３の半導体量子ドット構造の製造方法を表３に表すとともに、以下、詳細に説明する。半導体量子ドット構造の成長にはＭＯＶＰＥを用いた。
まず、ＧａＡｓ基板３０１を装置内に導入し、通常の成長手順でＧａＡｓ基板３０１上にＡｌＧａＡｓクラッド層３０２、ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３０３、ＧａＡｓ障壁層３０４を成長する。
次に成長を中断し、基板温度を４００℃まで下げた後、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット３０５とＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層３０６をトリメチルインジウム、トリイソプロピルガリウム、トリメチルビスマス、ターシャリーブチルアルシンを原料として成長した。ここで同薄膜層の成長におけるガリウム材料としてトリイソプロピルガリウムを用いたことにより４００℃という低温においても十分な熱分解が得られたことに加えビスマス原料の供給による低温成長時の結晶性劣化防止効果により光学特性の良い結晶が得られた。また更にＩｎＧａＡｓ混晶が熱力学的に相分離を起こしやすい４００℃という温度下においてビスマス原料を供給したことにより相分離が促進され、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドットの周辺にＩｎ組成の高いＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域３０５ｂが再現性良く形成できた。
次に再び成長を中断し、基板温度を上げた後、ＧａＡｓ障壁層３０４、ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層３０３、ＡｌＧａＡｓクラッド層３０２、ＧａＡｓコンタクト層３０７を成長し、図３に示す実施例３の構造を得た。
この実施例１の構造の各層の成長時に供給した原料、ＴＢＡｓ分圧、並びに成長温度を表３に示す。
Figure 0004440876
 なお、表３中に略記した原料名は以下の通りである。
ＴＭＡ：トリメチルアルミニウム
ＴＥＧ：トリエチルガリウム
ＡｓＨ3：アルシン
ＴＭＩ：トリメチルインジウム
ＴＩＰＧ：トリイソプロピルガリウム
ＴＭＢｉ：トリメチルビスマス
ＴＢＡｓ：ターシャリーブチルアルシン
図４（ａ）には本発明の実施例４の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示し、図４（ｂ）には図４（ａ）のＤ部拡大図を示し、表４には本発明の実施例４の半導体量子ドット構造の製造方法を示す。
図４中、４０１はＩｎＰ基板、４０２はＩｎＰクラッド層（膜厚１．５μｍ）、４０３はＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層（膜厚２００nm）、４０４はＩｎＧａＡｓＰ障壁層（膜厚５０nm）、４０５は面密度１×１０11／cm2の、成長ファセットによって側面が囲まれたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット、４０６はＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層（膜厚１０nm）、４０７はＩｎＧａＡｓコンタクト層（膜厚１００nm）であり、ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層４０６のうち４０６ａはカバー半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層（膜厚６nm）、４０６ｂは下地半導体層であるＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層（膜厚４nm）である。
更にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット４０５中、４０５ａは自己組織化によって形成された第一の領域であるＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域、４０５ｂはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット上へのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層４０６ａの成長中にＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ａによる歪場に誘起された組成変調（ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層４０６ａの組織変調）によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ａのドット上に選択的に形成されたＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）の領域である。ここで上記第二の領域４０５ｂのＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）におけるＩｎ組成は上記ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層４０６の平均的Ｉｎ組成に比べて高いため、本実施例においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ａとＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ｂの複合体が実効的な量子ドットとして作用しており、量子ドットの体積が大きくなること並びに上記第一の領域４０５ａの歪が弾性的に緩和されることによってその発光波長が長波長化している。
ここで本実施例においてはＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット４０５の下部にＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層４０６ｂがあるが、同下地層を省いても本発明における効果は同様に得られる。
図４に示した半導体量子ドット構造を種々の成長条件を用いて作成し、レーザダイオード素子を作成した結果、発光波長１．３〜２．４μｍの素子が得られた。
また、同構造を種々の成長条件を用いて作成し、半導体光増幅器を作成した結果、増幅帯域の中央値１．３〜２．４μｍの、高利得、高飽和出力の素子が得られた。
なお、上記本文中、並びに図中、表中の元素表記で（ ）内に示した元素は構造設定、あるいは成長条件によっては含まれない場合があるものである。
次に図４の構造を作成するための本発明の実施例４の半導体量子ドット構造の製造方法を表４に表すとともに、以下、詳細に説明する。半導体量子ドット構造の成長にはＭＯＶＰＥを用いた。
まず、ＩｎＰ基板４０１を装置内に導入し、通常の成長手順でＩｎＰ基板４０１上にＩｎＰクラッド層４０２、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４０３、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層４０４を成長する。
次に成長を中断し、基板温度を４００℃まで下げた後、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット４０５とＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層４０６をトリメチルインジウム、トリイソプロピルガリウム、トリメチルビスマス、ターシャリーブチルアルシンを原料として成長した。ここで同薄膜層の成長におけるガリウム材料としてトリイソプロピルガリウムを用いたことにより４００℃という低温においても十分な熱分解が得られたことに加えビスマス原料の供給による低温成長時の結晶性劣化防止効果により光学特性の良い結晶が得られた。また更にＩｎＧａＡｓ混晶が熱力学的に相分離を起こしやすい４００℃という温度下においてビスマス原料を供給したことにより相分離が促進され、Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ａのＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドットの周辺にＩｎ組成の高いＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域４０５ｂが再現性良く形成できた。
次に再び成長を中断し、基板温度を上げた後、ＩｎＧａＡｓＰ障壁層４０４、ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層４０３、ＩｎＰクラッド層４０２、ＩｎＧａＡｓコンタクト層４０７を成長し、図４に示す実施例４の構造を得た。
この実施例４の構造の各層の成長時に供給した原料、ＴＢＡｓ分圧、並びに成長温度を表４に示す。
Figure 0004440876
 なお、表４中に略記した原料名は以下の通りである。
ＴＭＡ：トリメチルアルミニウム
ＴＥＧ：トリエチルガリウム
ＰＨ3：ホスフィン
ＡｓＨ3：アルシン
ＴＭＩ：トリメチルインジウム
ＴＩＰＧ：トリイソプロピルガリウム
ＴＭＢｉ：トリメチルビスマス
ＴＢＡｓ：ターシャリーブチルアルシン
ＴＢＰ：ターシャリーブチルホスフィン
本発明は半導体量子ドット構造の製造方法に関するものであり、光通信、光計測機器用の半導体光源並びに半導体光増幅器の活性層、或いは半導体受光素子の光吸収層などとして用いる半導体量子ドット構造の製造に適用して有用なものである。
特に本発明においては、従来の発明で主として用いられている分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）によって成長されたものに比べ、生産性が高いという長所を有しながらも良質な半導体量子ドットの製造が難しいとされてきたＭＯＶＰＥを用いながらも、半導体量子ドットに求められるすべての特性、即ち、良好な光学特性、高い面密度、高い均一性を兼ね備えた半導体量子ドットが実現されており、発光効率並びに温度特性がより良好な半導体光源、あるいは光増幅特性が並びに温度特性がより良好な半導体光増幅器、あるいは受光効率がより良好な半導体受光素子を実現できる、という特徴を有する。
（ａ）は本発明の実施例１の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施例２の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施例３の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大図である。 （ａ）は本発明の実施例４の半導体量子ドット構造の製造方法によって製造される半導体量子ドット構造を示す図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大図である。
１０１ ＧａＡｓ基板
１０２ ＡｌＧａＡｓクラッド層
１０３ ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
１０４ ＧａＡｓ障壁層
１０５ 面密度４×１０10／cm2のＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット
１０５ａ 自己組織化によって形成されたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域
１０５ｂ 組成変調によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域１０５ａ上に選択的に形成されたＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域
１０６ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層
１０６ａ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層
１０６ｂ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層
１０７ ＧａＡｓコンタクト層
２０１ ＩｎＰ基板
２０２ ＩｎＰクラッド層
２０３ ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
２０４ ＩｎＧａＡｓＰ障壁層
２０５ Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット
２０５ａ 自己組織化によって形成されたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域
２０５ｂ 組成変調によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域２０５ａ上に選択的に成長したＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域
２０６ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層
２０６ａ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層
２０６ｂ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）
２０７ ＩｎＧａＡｓコンタクト層
３０１ ＧａＡｓ基板
３０２ ＡｌＧａＡｓクラッド層
３０３ ＡｌＧａＡｓ光閉じ込め層
３０４ ＧａＡｓ障壁層
３０５ Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット
３０５ａ 自己組織化によって形成されたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域
３０５ｂ 組成変調によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域３０５ａ上に選択的に形成されたＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域
３０６ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層
３０６ａ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層
３０６ｂ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層
３０７ ＧａＡｓコンタクト層
４０１ ＩｎＰ基板
４０２ ＩｎＰクラッド層
４０３ ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
４０４ ＩｎＧａＡｓＰ障壁層
４０５ Ｉｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）量子ドット
４０５ａ 自己組織化によって形成されたＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）からなる領域
４０５ｂ 組成変調によってＩｎ（Ｇａ）Ａｓ（Ｂｉ）の領域４０５ａ上に選択的に形成されたＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）からなる領域
４０６ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）薄膜層
４０６ａ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）カバー半導体層
４０６ｂ ＩｎＧａＡｓ（Ｂｉ）下地層
４０７ ＩｎＧａＡｓコンタクト層

Claims (24)

  1. 有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、
    ＴＭＩとＴＢＡｓとを主たる原料とし、
    且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩとの供給比すなわちＶ／III比を１５０以上とし、
    且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、
    Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  2. 請求項１に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  3. 請求項２に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、
    或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  4. 請求項２又は３に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、
    前記量子ドットは、前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドット又は前記Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  5. 有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、
    ＴＭＩとＴＢＡｓとを主たる原料とし、
    且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩとの供給比すなわちＶ／III比を３００以上とし、
    且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、
    Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  6. 請求項５に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、
    前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ≧０）量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  7. 請求項５に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  8. 請求項７に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、
    或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  9. 請求項７又は８に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの下部及び上部に下地半導体層及びカバー半導体層を有し、
    前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドットであり、ここでＧａは成長原料には含まれないが、前記下地半導体層、或いは前記カバー半導体層から拡散によって導入される成分であることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  10. 有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、
    ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓとを主たる原料とし、
    且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩ及び前記ＴＩＰＧとの供給比すなわちＶ／III比を１５０以上とし、
    且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、
    Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  11. 請求項１０に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  12. 請求項１１に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、
    或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  13. 請求項１１又は１２に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットであることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  14. 有機金属気相成長法を用いて形成する半導体量子ドット構造の製造方法において、
    ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓとを主たる原料とし、
    且つ、成長条件におけるＶ族原料の前記ＴＢＡｓとIII族原料の前記ＴＭＩ及び前記ＴＩＰＧとの供給比すなわちＶ／III比を３００以上とし、
    且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、
    Ｉｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｂｉ y （ｘ≧０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ 1-x Ｇａ x Ａｓ 1-y Ｓｂ y （ｘ≧０，ｙ≧０）からなる量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  15. 請求項１４に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ＞０）量子ドットであることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  16. 請求項１４に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットの成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記量子ドットを成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  17. 請求項１６に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、
    或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  18. 請求項１６又は１７に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドットは、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドット又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）量子ドットであることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  19. 請求項１〜１８の何れか１項に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記量子ドット上に、
    ＴＭＩとＴＩＰＧとＴＢＡｓを主たる原料とし、
    且つ、成長温度を３００℃以上、４５０℃未満として、
    カバー半導体層を成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  20. 請求項１９に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記カバー半導体層は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ（ｘ＞０）カバー半導体層であることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  21. 請求項１９に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記カバー半導体層の成長前、或いは成長時にビスマス原料又はアンチモン原料も供給して、前記カバー半導体層を成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  22. 請求項２１に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記ビスマス原料としてＴＭＢｉ、ＴＥＢｉ又はＴＤＭＡＢｉを用いること、
    或いは前記アンチモン原料としてＴＭＳｂ、ＴＥＳｂ又はＴＤＭＡＳｂを用いること、を特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  23. 請求項２１又は２２に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記カバー半導体層は、Ｉｎ1-xＧａxＡｓ1-yＢｉy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層又はＩｎ1-xＧａxＡｓ1-yＳｂy（ｘ＞０，ｙ≧０）カバー半導体層であることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
  24. 請求項１９〜２３の何れか１項に記載の半導体量子ドット構造の製造方法において、
    前記カバー半導体層上に、
    ＴＢＡｓもしくはＴＢＰを主たるＶ族原料とし、又はＴＢＡｓ及びＴＢＰを主たるＶ族原料とし、
    且つ、成長温度を前記量子ドットの成長温度以上、６５０℃未満として、
    素子を形成するために必要な上部成長層を順次成長させることを特徴とする半導体量子ドット構造の製造方法。
JP2005377162A 2005-12-28 2005-12-28 半導体量子ドット構造の製造方法 Active JP4440876B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005377162A JP4440876B2 (ja) 2005-12-28 2005-12-28 半導体量子ドット構造の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005377162A JP4440876B2 (ja) 2005-12-28 2005-12-28 半導体量子ドット構造の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007180276A JP2007180276A (ja) 2007-07-12
JP4440876B2 true JP4440876B2 (ja) 2010-03-24

Family

ID=38305168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005377162A Active JP4440876B2 (ja) 2005-12-28 2005-12-28 半導体量子ドット構造の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4440876B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0911134D0 (en) 2009-06-26 2009-08-12 Univ Surrey Optoelectronic devices
CN103401144B (zh) * 2013-08-13 2015-12-23 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 红外半导体激光器有源区、半导体激光器及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007180276A (ja) 2007-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6285696B1 (en) Algainn pendeoepitaxy led and laser diode structures for pure blue or green emission
US6503610B2 (en) Group III-V compound semiconductor and method of producing the same
US6348096B1 (en) Method for manufacturing group III-V compound semiconductors
US6177684B1 (en) Quantum semiconductor device having a quantum dot structure
JP4948720B2 (ja) 窒素化合物半導体積層物、発光素子、光ピックアップシステム、および窒素化合物半導体積層物の製造方法。
EP2112729B1 (en) Method of making nitride semiconductor laser, method of making epitaxial wafer, and nitride semiconductor laser
KR101096331B1 (ko) 화합물 반도체의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법
US20070075307A1 (en) Growth method of nitride semiconductor layer and light emitting device using the growth method
US20050145856A1 (en) Gallium nitride semiconductor device and method of producing the same
JP4440876B2 (ja) 半導体量子ドット構造の製造方法
JP2009044052A (ja) 量子ドット及びその製造方法
JP2006237045A (ja) 半導体量子ドット構造及びその製造方法
JP5123414B2 (ja) 半導体発光素子、窒化物半導体ウェーハ及び窒化物半導体層の製造方法
JP4575173B2 (ja) 量子井戸構造の製造方法
JP3771925B2 (ja) 半導体量子ドット構造及びその製造方法
JP3642001B2 (ja) 窒化物半導体素子、窒化物半導体結晶の作製方法および窒化物半導体基板
JP7205474B2 (ja) テンプレート基板、電子デバイス，発光デバイス，テンプレート基板の製造方法および電子デバイスの製造方法
Jiawei et al. GaN-based quantum dots
Sahar et al. Effects of V/III ratio of InGaN quantum well at high growth temperature for near ultraviolet light emitting diodes
JP3654331B2 (ja) 半導体製造方法および半導体発光素子
JPH1187689A (ja) 量子ドットの製造方法
JP3903182B2 (ja) 低格子不整合系における量子ドットの形成方法および量子ドット半導体素子
JP4006055B2 (ja) 化合物半導体の製造方法及び化合物半導体装置
JP2009224704A (ja) 窒化物系半導体発光素子、エピタキシャルウエハ、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP4002323B2 (ja) 化合物半導体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091124

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100105

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100107

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130115

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4440876

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350