JP5617353B2 - 半導体素子 - Google Patents
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Description
半導体基板の上に形成され、面内方向に分布する複数のコラムナ量子ドットと、
前記半導体基板の上に形成され、前記コラムナ量子ドットの間を埋めるサイドバリア層と
を有し、
前記コラムナ量子ドットの各々は、積み重ねられた複数の量子ドットを含み、
前記サイドバリア層は、積み重ねられた複数のスペーサ層を含み、前記量子ドットと前記スペーサ層とは交互に積み重ねられており、前記複数のスペーサ層の各々の格子定数は前記半導体基板の格子定数よりも小さく、複数の前記スペーサ層は、前記半導体基板に相対的に近い下部スペーサ層と、相対的に遠い上部スペーサ層とを含み、前記上部スペーサ層の格子定数は、前記下部スペーサ層の格子定数よりも小さく、前記下部スペーサ層の格子定数は、前記半導体基板の格子定数よりも小さく、前記下部スペーサ層の格子定数は一定であり、前記上部スペーサ層の格子定数も一定である半導体素子が提供される。
図1に、実施例1による半導体素子の断面図を示す。半導体基板10の上に、コラムナ量子ドット層15が形成されている。コラムナ量子ドット層15は、面内方向に分布する複数のコラムナ量子ドット13、及びコラムナ量子ドット13の間に充填されたサイドバリア層14を含む。
・成長温度 430℃
・原料供給量 2.5ML相当
・成長速度 0.045μm/h
・V/III比 30
この条件で、[110]方向及び[−110]方向の横方向寸法がそれぞれ約20nm及び30nm、分布密度7.5×1010cm−2の量子ドット12が形成される。
・成長温度 430℃
・原料供給量 1.2ML相当
・成長速度 0.045μm/h
・V/III比 30
下部スペーサ層16A及び上部スペーサ層16Bの成長条件は、下記の通りである。
・成長温度 430℃
・原料供給量 2.5ML相当
・成長速度 0.1μm/h
・V/III比 1600
下部スペーサ層16A及び上部スペーサ層16Bの形成時には、所望の格子定数になるように、In、Ga、As、Pの原料の供給量が調整される。
図8A〜図8Dを参照して、実施例2による半導体素子の製造方法について説明する。各半導体層の成長には、MOVPEが適用される。一例として、III族元素の原料として、TMIn、TEGaを用い、V族元素の原料として、AsH3、PH3を用いる。n型ドーパント原料としてモノシラン(SiH4)を用い、p型ドーパント原料としてジエチルジンク(DEZn)を用いる。キャリアガスとして水素(H2)を用い、成長圧力は、6.65kPa(50Torr)とする。
・n型ドーピング濃度 5.0×1017cm−3
・厚さ 500nm
バッファ層31を形成した後、TMInの供給を停止して炉内をPH3雰囲気とし、基板温度を430℃まで低下させる。V族元素の原料をPH3及びAsH3とし、III族元素の原料をTMIn及びTEGaとして、ノンドープのInGaAsPからなる分離閉込(SCH)層32を形成する。SCH層32の成長条件は下記の通りである。
・組成波長 1.1μm
・歪量 0%
・厚さ 40nm
分離閉込層32の上に、3段のコラムナ量子ドット層35、及びコラムナ量子ドット層35の間に配置される中間層36を含む活性層37を形成する。コラムナ量子ドット層35の形成条件は、図1に示したコラムナ量子ドット層15の形成条件と同一である。中間層36の形成条件は下記の通りである。
・組成波長 1.1μm
・歪量 0%
・厚さ 40nm
最も上のコラムナ量子ドット層35の上に、ノンドープのInGaAsPからなるSCH層38を形成する。SCH層38の形成条件は、下側のSCH層32の形成条件と同一である。
・成長温度 630℃
・ドーピング濃度 1.0×1018cm−3
・厚さ 1.5μm
クラッド層39の上に、p型InGaAsからなるコンタクト層40を形成する。コンタクト層40の形成条件は下記の通りである。
・ドーピング濃度 1.0×1019cm−3
・厚さ 0.5μm
コンタクト層40の上に、[110]方向に延伸する酸化シリコン(SiO2)からなるストライプマスクパターン45を形成する。
図10に、実施例3による半導体素子の断面図を示す。n型GaAsの(001)基板30の上に、n型GaAsのバッファ層31が形成されている。バッファ層31の上に、ノンドープのGaAsからなるSCH層32が形成されている。SCH層32の上に、3段のコラムナ量子ドット層35、及びコラムナ量子ドット層35の間に配置された中間層36を含む活性層37が形成されている。
12 量子ドット
13 コラムナ量子ドット
14 サイドバリア層
15 コラムナ量子ドット層
16 スペーサ層
16A 下部スペーサ層
16B 上部スペーサ層
20 中間層
30 半導体基板
31 バッファ層
32 SCH層
35 コラムナ量子ドット層
36 中間層
37 活性層
38 SCH層
39 クラッド層
39A リッジ
40 コンタクト層
45 ストライプマスクパターン
50 メサストライプ
52 埋込層
54 n側電極
55 p側電極
Claims (4)
- 半導体基板の上に形成され、面内方向に分布する複数のコラムナ量子ドットと、
前記半導体基板の上に形成され、前記コラムナ量子ドットの間を埋めるサイドバリア層と
を有し、
前記コラムナ量子ドットの各々は、積み重ねられた複数の量子ドットを含み、
前記サイドバリア層は、積み重ねられた複数のスペーサ層を含み、前記量子ドットと前記スペーサ層とは交互に積み重ねられており、前記複数のスペーサ層の各々の格子定数は前記半導体基板の格子定数よりも小さく、複数の前記スペーサ層は、前記半導体基板に相対的に近い下部スペーサ層と、相対的に遠い上部スペーサ層とを含み、前記上部スペーサ層の格子定数は、前記下部スペーサ層の格子定数よりも小さく、前記下部スペーサ層の格子定数は、前記半導体基板の格子定数よりも小さく、前記下部スペーサ層の格子定数は一定であり、前記上部スペーサ層の格子定数も一定である半導体素子。 - 前記上部スペーサ層の引張歪量が1.0%であって、前記下部スペーサ層の引張歪量が0.4%−0.7%である請求項1記載の半導体素子。
- 前記上部スペーサ層の引張歪量が1.4%であって、前記下部スペーサ層の引張歪量が0.4%である請求項1記載の半導体素子。
- 半導体基板の上に積み重ねられた複数のコラムナ量子ドット層であって、該コラムナ量子ドット層の各々は、面内方向に分布する複数のコラムナ量子ドットと、前記コラムナ量子ドットの間を埋めるサイドバリア層とを含む前記コラムナ量子ドット層と、
高さ方向に隣り合う前記コラムナ量子ドット層の間に配置された中間層と
を有し、
前記コラムナ量子ドットの各々は、請求項1記載のコラムナ量子ドットであり、
前記サイドバリア層の各々は、請求項1記載のサイドバリア層であり、
前記中間層の格子定数は、前記半導体基板の格子定数と等しい半導体素子。
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