JP5095260B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、量子ドット層を活性層に用いた量子ドットレーザにおいては、量子ドット層を積層して活性層を構成することが行われている。しかしながら、量子ドット層の積層数が多くなると、下地の歪みが蓄積されるため、上層の量子ドット層において、量子ドットのサイズ分布や密度が下層の量子ドット層と大きく異なったり、欠陥が生じたりする等の不都合があった。
はじめに、本発明の原理について説明する。
本発明の第1実施形態による半導体装置の製造方法について図5乃至図7を用いて説明する。図5は本実施形態による半導体装置の製造方法において供給する原料ガスの分圧等を示すグラフ、図6は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図7は量子ドットの成長後にSb照射を行った場合等における量子ドットの室温でのPL発光スペクトルを示すグラフである。
本発明の第2実施形態による半導体装置の製造方法について図7乃至図9を用いて説明する。図8は本実施形態による半導体装置の製造方法において供給する原料ガスの分圧等を示すグラフ、図9は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
275nm/sの場合には1.344μmとなっている。TMSbを単独で照射した試料と比較すると、発光波長は短波長側にシフトしているものの、TMSbとTEGとを同時に照射した試料では、高い発光強度が得られている。キャップ層の成長速度が0.1375nm/sの場合には、標準試料と同程度の発光強度が得られている。
本発明の第3実施形態による半導体装置の製造方法について図10乃至図13を用いて説明する。図10は本実施形態による半導体装置の製造方法において供給する原料ガスの分圧等を示すグラフ、図11及び図12は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図13は量子ドットのピーク発光波長及び発光強度とTBAによるエッチング時間との関係を示すグラフである。なお、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同一の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本発明の第4実施形態による半導体装置の製造方法について図14及び図15を用いて説明する。図14はキャップ層の成長速度が異なる試料について得られた量子ドットの室温でのPL発光スペクトルを示すグラフ、図15は本実施形態による半導体装置の製造方法におけるSbの拡散を説明する概略断面図である。なお、第1実施形態による半導体装置の製造方法と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本発明の第5実施形態による半導体装置の製造方法について図16乃至図18を用いて説明する。図16は本実施形態による半導体装置の製造方法において供給する原料ガスの分圧等を示すグラフ、図17及び図18は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第1乃至第4実施形態による半導体装置の製造方法と同様の構成要素については説明を省略し或いは簡略にする。
本発明の第6実施形態による半導体装置及びその製造方法について図19乃至図21を用いて説明する。図19は本実施形態による半導体装置の構造を示す断面図、図20及び図21は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第5実施形態による半導体装置の製造方法と同様の構成要素については説明を省略し或いは簡略にする。
このように、本実施形態によれば、第5実施形態による半導体装置の製造方法により成長した量子ドット32を活性層56に適用するので、高速直接変調を実現することができる量子ドットレーザを提供することができる。
本発明の第7実施形態による半導体装置及びその製造方法について図22乃至図29を用いて説明する。図22は本実施形態による半導体装置の構造を示す概略図、図23、図24、図26及び図29は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図25は本実施形態による半導体装置の製造方法において複数層の量子ドット層を成長する際の各量子ドット層の成長時のV/III比の下限値及び上限値を示すグラフ、図27及び図28は上部クラッド層の成長温度と上部クラッド層表面の二乗平均粗さとの関係、及び量子ドット層のアニール温度と量子ドットの発光のブルーシフトとの関係を示すグラフである。なお、第5実施形態による半導体装置の製造方法と同様の構成要素については説明を省略し或いは簡略にする。
本発明の第8実施形態による半導体装置の製造方法について図30を用いて説明する。図30は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第7実施形態による半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素については説明を省略し或いは簡略にする。
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
前記量子ドットの表面に、有機Sb原料ガスを照射する工程と、
前記量子ドット上に、キャップ層を成長する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットを形成する工程の前又は前記量子ドットを形成する工程の際に、前記下地層の表面にSb又はGaSbを照射する工程と、
前記量子ドット上に、キャップ層を成長する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットの表面にAs原料ガスを一定時間照射する又は前記量子ドットの表面をエッチングすることにより、前記量子ドットの表面に析出したSbを含む表面層を除去する工程を更に含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記表面層を除去する工程の後、前記キャップ層を成長する工程の前に、前記量子ドットの表面に、有機Sb原料ガスを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記有機Sb原料ガスを照射する工程では、前記有機Sb原料ガスとともに、III族金属の有機原料ガスを同時に照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記キャップ層を成長する工程では、0.275nm/s以下の成長速度で前記キャップ層を成長する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットを含む活性層を形成し、
前記活性層上に、610〜660℃の成長温度で、Ga原料としてトリメチルガリウムを用いてクラッド層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記クラッド層を成長する工程の後に、前記クラッド層上に、600〜610℃の成長温度で、Ga原料としてトリエチルガリウムを用いてコンタクト層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットを含む活性層を形成し、
前記活性層上に、クラッド層を成長する工程と、
前記クラッド層上に、600〜610℃の成長温度で、Ga原料としてトリエチルガリウムを用いてコンタクト層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記活性層を形成する工程では、第i層目(iは1≦i≦n−1を満たす整数)の前記量子ドット層の成長時のV/III比よりも、第i+1層目の前記量子ドット層の成長時のV/III比を高く設定する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記活性層を形成する工程では、第i層目(iは1≦i≦n−1を満たす整数)の前記量子ドット層の成長時のV/III比よりも、第i+1層目の前記量子ドット層の成長時のV/III比を高く設定する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットの表面にAs原料ガスを一定時間照射する又は前記量子ドットの表面をエッチングすることにより、前記量子ドットの表面に析出したSbを含む表面層を除去する工程を更に含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記表面層を除去する工程の後、前記キャップ層を成長する工程の前に、前記量子ドット層の表面に、有機Sb原料ガスを照射する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記有機Sb原料ガスを照射する工程では、前記有機Sb原料ガスとともに、III族金属の有機原料ガスを同時に照射する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記キャップ層を成長する工程では、0.275nm/s以下の成長速度で前記キャップ層を成長する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記活性層を形成する工程の後に、前記活性層上に、610〜660℃の成長温度で、Ga原料としてトリメチルガリウムを用いてクラッド層を成長する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記クラッド層を成長する工程の後に、前記クラッド層上に、600〜610℃の成長温度で、Ga原料としてトリエチルガリウムを用いてコンタクト層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記活性層を形成する工程の後に、前記活性層上に、クラッド層を成長する工程と、
前記クラッド層上に、600〜610℃の成長温度で、Ga原料としてトリエチルガリウムを用いてコンタクト層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記クラッド層を成長する工程では、ドーパントを用いることなく、前記クラッド層の成長時のV/III比を制御することにより、前記クラッド層のp型キャリア濃度を制御する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記量子ドットを埋め込むキャップ層と、
前記量子ドットとキャップ層との間に形成され、III族金属とSbとを含む薄膜と
を有することを特徴とする半導体装置。
12…Sb層
14…量子ドット層
16…量子ドット
18…InSb層
20…被覆層
21…薄膜
22…キャップ層
24…GaSb層
26…GaAs基板
28…バッファ層
30…量子ドット層
32…量子ドット
34…Sb層
36…キャップ層
38…GaSb層
40…GaSb層
42…GaSb層
44…Sb層
46…InSb層
50、66…GaAs基板
52…バッファ層
54、68…下部クラッド層
56、72…活性層
58、76…上部クラッド層
60、78…コンタクト層
62、80…p側電極
64、82…n側電極
70、74…SCH層
71…バリア層
100…下地層
102…Sb層
104…量子ドット層
106…量子ドット
108…Sb層
110…キャップ層
Claims (6)
- 下地層上に、自己組織化成長により量子ドットを形成する工程と、
前記量子ドットの表面に有機Sb原料ガスを照射し、前記量子ドットの前記表面にSbの被覆層を形成する工程と、
前記被覆層が形成された前記量子ドット上に、キャップ層を成長する工程と
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項1記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記キャップ層を成長する際に、前記被覆層のSbを前記キャップ層の表面に析出させる
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項1又は2記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記量子ドットを含む活性層を形成し、
前記活性層上に、610〜660℃の成長温度で、Ga原料としてトリメチルガリウムを用いてクラッド層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項1又は2記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記量子ドットを含む活性層を形成し、
前記活性層上に、クラッド層を成長する工程と、
前記クラッド層上に、600〜610℃の成長温度で、Ga原料としてトリエチルガリウムを用いてコンタクト層を成長する工程を更に有する
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 自己組織化成長により形成される量子ドットを含む量子ドット層を成長する工程と;前記量子ドット層の表面に有機Sb原料ガスを照射し、前記量子ドットの前記表面にSbの被覆層を形成する工程と;前記被覆層が形成された前記量子ドット層上に、キャップ層を成長する工程とを繰り返すことにより、半導体基板上に、前記量子ドット層をn層(nは2以上の整数)含む活性層を形成する工程を有し、
前記活性層を形成する工程では、第i層目(iは1≦i≦n−1を満たす整数)の前記量子ドット層の成長時のV/III比よりも、第i+1層目の前記量子ドット層の成長時のV/III比を高く設定する
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 請求項5記載の半導体発光装置の製造方法において、
前記キャップ層を成長する際に、前記被覆層のSbを前記キャップ層の表面に析出させる
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
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