JPH1187689A - Manufacture of quantum dot - Google Patents

Manufacture of quantum dot

Info

Publication number
JPH1187689A
JPH1187689A JP23919497A JP23919497A JPH1187689A JP H1187689 A JPH1187689 A JP H1187689A JP 23919497 A JP23919497 A JP 23919497A JP 23919497 A JP23919497 A JP 23919497A JP H1187689 A JPH1187689 A JP H1187689A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
lattice constant
semiconductor
quantum dot
group iii
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.)
Pending
Application number
JP23919497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Egawa
満 江川
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP23919497A priority Critical patent/JPH1187689A/en
Publication of JPH1187689A publication Critical patent/JPH1187689A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To uniformly grow an InGaAs quantum dot for emitting light in a 1.3 [μm] band, at high density in the case of growing the dot by adopting a method of raw material alternate supplying. SOLUTION: This method for manufacturing a quantum dot comprises the steps of repeating a step of alternately supplying group III organic metallic material and a group V element material onto a GaAs buffer layer 31 of semiconductor substrate, having a first lattice constant to form III-V semiconductor thin film having a second lattice constant different from the first constant, i.e., an InGaAs wet layer 31, an InGaAs wet layer 34 and the like, generating a quantum dot 32A, a quantum dot 34A and the like, and repeating the generation of dot by sandwiching a GaAs spacer layer 33 of a semiconductor layer which has a thickness of D (D>=10 [nm]) or more therebetween and a first lattice constant by M (M>1) times.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に多用して
いる波長帯である1.3±0.05〔μm〕帯、通常、
1.3〔μm〕帯と呼ばれている波長帯で発光する量子
ドットの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a 1.3 ± 0.05 [.mu.m]
The present invention relates to a method for manufacturing a quantum dot that emits light in a wavelength band called a 1.3 [μm] band.

【0002】現在、3次元的な量子閉じ込めが実現でき
る量子ドットを活性層に用いた半導体レーザの研究が盛
んであり、若し、1.3〔μm〕帯で発光する結晶組成
をもつ量子ドットを作製できれば、そのデルタ関数的な
状態密度に依って微分利得が向上し、量子井戸レーザを
越える低しきい値発振や高温動作特性の向上などを期待
することができる。
At present, research on semiconductor lasers using quantum dots for the active layer, which can realize three-dimensional quantum confinement, has been actively conducted, and if the quantum dots have a crystal composition emitting light in the 1.3 [μm] band, Can improve the differential gain depending on the delta-function density of states, and can expect low threshold oscillation beyond quantum well lasers and improvement in high-temperature operation characteristics.

【0003】本発明は、1.3〔μm〕帯で発光する結
晶組成をもつ量子ドットを高密度で且つ均一に成長する
手段を開示しようとする。
The present invention intends to disclose a means for growing quantum dots having a crystal composition emitting light in the 1.3 [μm] band at high density and uniformly.

【0004】[0004]

【従来の技術】量子ドットを作製する場合、初期の頃
は、半導体結晶を電子線リソグラフィ技術或いは集束イ
オン・ビームを用いて微細加工する技術が用いられてい
た。
2. Description of the Related Art In the early days of manufacturing quantum dots, an electron lithography technique or a technique for finely processing a semiconductor crystal using a focused ion beam was used.

【0005】然しながら、ナノ・スケールの微細加工の
限界やダメージなどの問題から、前記のような方法は廃
れてしまい、近年は、専ら、結晶成長中の自然形成技術
が用いられている。
[0005] However, due to problems such as limitations and damages of nano-scale fine processing, the above-mentioned methods have been abolished, and in recent years, the natural formation technique during crystal growth has been exclusively used.

【0006】結晶成長で量子ドットを作製する方法は何
種類かあるが、その中で比較的多く使われているのは、
格子不整合系材料の結晶成長を利用した量子ドットの製
造方法である。
[0006] There are several methods for producing quantum dots by crystal growth.
This is a method for manufacturing a quantum dot utilizing crystal growth of a lattice mismatched material.

【0007】図3は従来の技術を説明する為の製造工程
要所に於ける量子ドットを表す要部切断側面図である。
FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a quantum dot at a key point in a manufacturing process for explaining a conventional technique.

【0008】図3(A)参照 3−(1) 第1の格子定数をもつ半導体下地1上に第1の格子定数
に比較して大きい格子定数(>〜2〔%〕)をもつ三族
−五族半導体層2を成長させる。
FIG. 3 (A) 3- (1) Group III having a lattice constant (> 〔2 [%]) larger than the first lattice constant on the semiconductor substrate 1 having the first lattice constant. Growing the group V semiconductor layer 2;

【0009】この場合、三族−五族半導体層は、成長を
開始した初期に於いて、格子整合的に2次元的層状に成
長される。
In this case, the group III-V semiconductor layer is grown in a lattice-matching two-dimensional layer at the beginning of the growth.

【0010】図3(B)参照 3−(2) 成長させている半導体層2が或層厚に達すると、その上
にナノ・スケールの3次元島3が生成される。この現象
が、所謂、S−K(Stranski−Krastan
ov)成長である。尚、この3次元島3は、下地1と三
族−五族半導体層2との格子不整合が大きいほど、小さ
くなる性質がある。
Referring to FIG. 3B, 3- (2) When the growing semiconductor layer 2 reaches a certain thickness, a nano-scale three-dimensional island 3 is formed thereon. This phenomenon is what is called SK (Transki-Krastan).
ov) growth. The three-dimensional island 3 has such a property that the larger the lattice mismatch between the base 1 and the group III-V semiconductor layer 2, the smaller it becomes.

【0011】1.3〔μm〕帯で発光する結晶組成をも
つ量子ドットの材料としては、GaAs上のInGaA
sを用いることができ、それを形成する結晶成長技術と
しては、有機金属気相成長(metalorganic
vapor phaseepitaxy:MOVP
E)法、分子線エピタキシー(molecularbe
am epitaxy:MBE)法、MOVPE法或い
はMBE法に依る三族原料と五族原料の原料交互供給法
などが知られている。
As a material of a quantum dot having a crystal composition that emits light in the 1.3 [μm] band, InGaAs on GaAs is used.
s can be used, and as a crystal growth technique for forming the same, metalorganic vapor phase epitaxy (metalorganic) can be used.
vapor phasepitaxis: MOVP
E) method, molecular beam epitaxy (molecular beam)
A method of alternately supplying a raw material of a Group III material and a Group V material based on an am epitaxy (MBE) method, a MOVPE method or an MBE method is known.

【0012】これ等、何れの成長法に於いても、1.3
〔μm〕帯で発光するInGaAs量子ドットが得られ
ているのであるが、この中で、原料交互供給法は、交互
供給の繰り返し回数に依って量子ドットの発光波長を制
御できる優れた技術である。
In any of these growth methods, 1.3 is used.
InGaAs quantum dots emitting light in the [μm] band have been obtained. Among them, the alternate material supply method is an excellent technique that can control the emission wavelength of the quantum dots depending on the number of repetitions of the alternate supply. .

【0013】1.3〔μm〕帯で発光する量子ドット・
レーザに於ける低しきい値発振を実現するには、サイズ
が均一な量子ドットを高密度に形成することが必要であ
り、理論的には、1層当たりの面被覆率を30〔%〕以
上にしたり、或いは、ドット・サイズを均一にして発光
半値幅が略15〔meV〕以下になるようにすることが
必要である。
Quantum dots emitting light in the 1.3 [μm] band
In order to realize low threshold oscillation in a laser, it is necessary to form quantum dots having a uniform size at a high density. Theoretically, the surface coverage per layer is 30 [%]. Alternatively, it is necessary to make the dot size uniform so that the half width at half maximum is about 15 [meV] or less.

【0014】然しながら、前記原料交互供給法では、量
子ドットの面被覆率が約10〔%〕程度と低く、また、
発光半値幅も約30〔meV〕程度とブロードである
為、レーザ発振はするものの、低しきい値での発振は実
現されていない。
However, in the method of alternately supplying the raw materials, the surface coverage of the quantum dots is as low as about 10%, and
Since the emission half width is also broad at about 30 [meV], laser oscillation occurs, but oscillation at a low threshold has not been realized.

【0015】量子ドットの高密度化を図る為には、1層
で無理ならば、多層化すれば良いと考えられようが、そ
の場合には別な問題が発生する。
In order to increase the density of the quantum dots, it is considered that if one layer is impossible, it is considered that the number of layers should be increased. However, in that case, another problem occurs.

【0016】図4は多層化したInGaAs量子ドット
を表す要部切断側面図であり、図に於いて、11はGa
Asバッファ層、12はInGaAs濡れ層、12Aは
量子ドット、13はGaAsスペーサ層、14はInG
aAs濡れ層、14Aは量子ドット、15はGaAsス
ペーサ層、16はInGaAs濡れ層、16Aは量子ド
ット、17はGaAsキャップ層をそれぞれ示してい
る。
FIG. 4 is a cutaway side view of a main part showing a multilayered InGaAs quantum dot. In FIG.
As buffer layer, 12 is an InGaAs wetting layer, 12A is a quantum dot, 13 is a GaAs spacer layer, 14 is InG
aAs wetting layer, 14A is a quantum dot, 15 is a GaAs spacer layer, 16 is an InGaAs wetting layer, 16A is a quantum dot, and 17 is a GaAs cap layer.

【0017】図から明らかなように、GaAsスペーサ
層13などを介在させて2層目以降の量子ドット14
A、16Aを1層目の量子ドット12Aと全く同じ条件
で成長させても、表面側に近い程、ドット・サイズは大
きくなる。
As is apparent from the figure, the second and subsequent quantum dots 14 are interposed with the GaAs spacer layer 13 and the like interposed therebetween.
Even when A and 16A are grown under exactly the same conditions as the quantum dots 12A in the first layer, the dot size becomes larger as it is closer to the surface side.

【0018】この理由としては、未だ不確定ではある
が、Inの表面偏析にあると考えられる。即ち、GaA
sとInGaAsとの格子不整合系成長では、InとG
aとの化学的性質の相違に依り、Inの方が表面に偏析
しようとする性質が強く、従って、GaAsスペーサ層
を間に挟んでも、2層目以降の量子ドット成長前の下地
は完全なGaAsではなく、若干のInを含んだInG
aAsになっているものと思われる。
Although the reason for this is still uncertain, it is considered to be due to the surface segregation of In. That is, GaA
In a lattice mismatched growth of s and InGaAs, In and G
Due to the difference in chemical properties from that of In, In has a stronger tendency to segregate on the surface. Therefore, even if a GaAs spacer layer is interposed, the underlayer before the second and subsequent quantum dots are completely grown. InG not containing GaAs but containing some In
It seems to be aAs.

【0019】そこで、2層目以降のドットの成長条件、
例えば、三族原料供給組成比を1層目のドットの成長条
件と同じにした場合、2層目以降のドット結晶と下地結
晶との格子不整合度は小さくなる筈であり、その結果、
必然的に2層目以降のドットはサイズが大きくなるもの
と考えられる。
Therefore, the dot growth conditions for the second and subsequent layers,
For example, if the group III raw material supply composition ratio is the same as the growth condition of the dots of the first layer, the degree of lattice mismatch between the dot crystals of the second and subsequent layers and the underlying crystal should be small, and as a result,
It is considered that the size of the dots in the second and subsequent layers inevitably increases.

【0020】前記したところからすると、ドット・サイ
ズを各層間で均一にするには、表面側層ドットを成長さ
せる際の原料交互供給の繰り返し回数を基板側層ドット
を成長させる場合に比較して減少させることが有効であ
るかに思われよう。
According to the above description, in order to make the dot size uniform among the layers, the number of repetitions of the alternate supply of the raw material when growing the surface side layer dots is compared with the case where the substrate side layer dots are grown. It may seem that reducing it is effective.

【0021】その裏付け理由として、出願人に所属する
グループの研究で、単層構造のInGaAs量子ドット
に於いて、原料交互供給の繰り返し回数の制御でドット
・サイズを制御できる旨の知見があった(要すれば、
「Applied Physics Letters
68,3013(1996)に於けるFig.2」、又
は、「Jpn.J.Appl.Phys.35,L26
2(1996)」、を参照)。
As a supporting reason, a study by a group belonging to the applicant has found that in InGaAs quantum dots having a single-layer structure, the dot size can be controlled by controlling the number of repetitions of alternately supplying the raw material. (If necessary,
"Applied Physics Letters
68, 3013 (1996). 2 "or" Jpn. J. Appl. Phys. 35, L26
2 (1996) ").

【0022】具体的には、原料交互供給の繰り返し回数
を大きくするとドット・サイズが大きくなるのである
が、多層構造の場合、厚さ10〔nm〕のGaAsスペ
ーサ層を挟んで、原料交互供給の繰り返し回数を基板側
から順に18回、14回、10回としてInGaAs量
子ドットの3層構造を作製したところ、やはり、表面側
に近付くにつれてドット・サイズは大きくなってしまっ
た。
More specifically, the dot size increases as the number of repetitions of the alternate material supply is increased. In the case of a multilayer structure, the alternate material supply is performed with a GaAs spacer layer having a thickness of 10 nm. When the number of repetitions was 18 times, 14 times, and 10 times in order from the substrate side, a three-layer structure of InGaAs quantum dots was produced. As a result, the dot size became larger as approaching the surface side.

【0023】図5は原料交互供給の繰り返し回数を変化
させて形成した多層化InGaAs量子ドットを表す要
部切断側面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional side view showing a main part of a multilayer InGaAs quantum dot formed by changing the number of times of alternate supply of the raw material.

【0024】図に於いて、21はGaAsバッファ層、
22はInGaAs濡れ層、22Aは量子ドット、23
はGaAsスペーサ層、24はInGaAs濡れ層、2
4Aは量子ドット、25はGaAsスペーサ層、26は
InGaAs濡れ層、26Aは量子ドット、27はGa
Asキャップ層、S23はスペーサ層23の厚さ、S25
スペーサ層25の厚さ、S27はキャップ層27の厚さを
それぞれ示している。
In the figure, 21 is a GaAs buffer layer,
22 is an InGaAs wetting layer, 22A is a quantum dot, 23
Is a GaAs spacer layer, 24 is an InGaAs wetting layer, 2
4A is a quantum dot, 25 is a GaAs spacer layer, 26 is an InGaAs wetting layer, 26A is a quantum dot, and 27 is Ga
As cap layer, S 23 the thickness of the spacer layer 23, S 25 is the thickness of the spacer layer 25, S 27 indicates the thickness of the cap layer 27, respectively.

【0025】バッファ層21に於ける主面の面指数は
(100)、スペーサ層23及び25の厚さS23とS25
は10〔nm〕、キャップ層27の厚さS27は20〔n
m〕、量子ドット22Aを成長させた際の原料交互供給
の繰り返し回数は18回、量子ドット24Aについては
14回、量子ドット26Aについては10回である。
The major surface index of the buffer layer 21 is (100), and the thicknesses S 23 and S 25 of the spacer layers 23 and 25 are
Is 10 [nm], and the thickness S 27 of the cap layer 27 is 20 [n].
m], the number of repetitions of the alternate supply of the raw material when growing the quantum dots 22A is 18 times, 14 times for the quantum dots 24A, and 10 times for the quantum dots 26A.

【0026】各量子ドットを成長させる際の原料及び供
給時間は、トリメチルインジウムジメチルエチルアミン
アダクト(TMIDMEA)を2〔秒〕、トリメチルガ
リウム(TMGa)を0.3〔秒〕、アルシン(AsH
3 )を7〔秒〕として交互に供給した。
The raw material and the supply time for growing each quantum dot were 2 seconds for trimethylindium dimethylethylamine adduct (TMIDMEA), 0.3 seconds for trimethylgallium (TMGa), and 0.3 seconds for arsine (AsH).
3 ) was supplied alternately as 7 seconds.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、原料交互
供給法を採用して量子ドットを成長させる場合、1.3
〔μm〕帯で発光するInGaAs量子ドットを高密度
で、且つ、均一に成長できるようにする。
According to the present invention, when a quantum dot is grown by employing the alternate material supply method, 1.3 is used.
InGaAs quantum dots emitting light in the [μm] band can be grown at high density and uniformly.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明者は、1.3〔μ
m〕帯で発光する多層構造(例えば3層構造)のInG
aAs量子ドットについて、多くの実験を行なったとこ
ろ、InGaAs量子ドット間に介在させるGaAsス
ペーサ層に於ける層厚を或値D以上(D>10〔n
m〕)にすることで下層に於けるドット線密度を単層構
造の場合に比較して増加させ得ることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventor has found that 1.3 [μ]
m] InG having a multilayer structure (for example, a three-layer structure) emitting light in a band
Many experiments were conducted on aAs quantum dots. As a result, the thickness of the GaAs spacer layer interposed between the InGaAs quantum dots was increased to a certain value D or more (D> 10 [n
m]), it has been found that the dot linear density in the lower layer can be increased as compared with the case of a single layer structure.

【0029】特に、GaAsスペーサ層厚を20〔n
m〕にした場合、下層のドット線密度が単層構造の場合
の2倍以上になり、これを面被覆率に換算すると単層構
造の場合の4倍、即ち、約40〔%〕以上となる。
In particular, the thickness of the GaAs spacer layer is set to 20 [n].
m], the dot linear density of the lower layer is more than twice that of the single-layer structure, and this is converted to a surface coverage of four times that of the single-layer structure, that is, about 40% or more. Become.

【0030】前記した条件に加えて、本発明者に依る別
発明(要すれば「特願平9−220263号」を参照)
に開示された手段、即ち、結晶成長温度を500〔℃〕
〜560〔℃〕の範囲とし、また、原料交互供給の繰り
返し回数NをInGaAs薄膜の成長様式が2次元成長
から3次元成長へと変化する際の繰り返し回数N0
1.3倍以上として、1.3〔μm〕帯で発光するIn
GaAs量子ドットを製造する方法を組み合わせること
で、1.3〔μm〕帯で発光するInGaAs量子ドッ
ト多層構造を容易に製造することができる。
In addition to the above conditions, another invention by the present inventor (refer to Japanese Patent Application No. 9-220263 if necessary)
In other words, the crystal growth temperature is set to 500 ° C.
To 560 [° C.], and the number of repetitions N of the alternate material supply is set to 1.3 times or more the number of repetitions N 0 when the growth mode of the InGaAs thin film changes from two-dimensional growth to three-dimensional growth. In that emits light in the 1.3 [μm] band
By combining the methods of manufacturing GaAs quantum dots, an InGaAs quantum dot multilayer structure that emits light in the 1.3 [μm] band can be easily manufactured.

【0031】この多層構造の作製に於いては、原料交互
供給の繰り返し回数は各層で同じで良いが、常に下地結
晶との格子不整合度が同じであるように、上位層ドット
成長時に於けるIn供給組成比を下位層ドット成長時に
於けるIn供給組成比に比較して大きくすることで、各
層間でドット・サイズを均一化することができる。
In the production of this multi-layer structure, the number of repetitions of alternate supply of the raw material may be the same for each layer. However, in order to always have the same degree of lattice mismatch with the underlying crystal, the upper layer dots are grown. By making the In supply composition ratio larger than the In supply composition ratio at the time of growing the lower layer dots, the dot size can be made uniform between the respective layers.

【0032】前記したところから、本発明に依る量子ド
ットの製造方法に於いては、 (1) 第1の格子定数を有する半導体下地(例えばGaAsバ
ッファ層31)上に三族有機金属原料と五族原料を交互
に供給する工程を繰り返して第1の格子定数と異なる第
2の格子定数の有する三族−五族半導体薄膜(例えばI
nGaAs濡れ層32、InGaAs濡れ層34など)
を形成して量子ドット(例えば量子ドット32A、量子
ドット34Aなど)を生成させる過程に於いて、厚さが
D(D≧10〔nm〕)以上である第1の格子定数を有
する半導体層(例えばGaAsスペーサ層33など)を
挟んで量子ドットの生成をM(M>1)回繰り返すこと
を特徴とするか、又は、
As described above, in the method of manufacturing a quantum dot according to the present invention, (1) a group III organometallic material and a five-membered organic metal material are formed on a semiconductor base (for example, a GaAs buffer layer 31) having a first lattice constant. A group III-V semiconductor thin film having a second lattice constant different from the first lattice constant (e.g., I
nGaAs wet layer 32, InGaAs wet layer 34, etc.)
In the process of forming quantum dots (for example, quantum dots 32A and quantum dots 34A), a semiconductor layer having a first lattice constant having a thickness of D (D ≧ 10 [nm]) or more is used. For example, the generation of quantum dots is repeated M times (M> 1) across the GaAs spacer layer 33, or

【0033】(2) 前記(1)に於いて、第1の格子定数を有する半導体が
GaAsで且つ第2の格子定数を有する三族−五族半導
体がInGaAsである場合に於いて、結晶成長温度が
500〔℃〕〜560〔℃〕の領域で原料交互供給の繰
り返し回数NをInGaAs薄膜の成長様式が2次元成
長から3次元成長に変化する際の原料交互供給の繰り返
し回数N0 の1.3倍以上とすることを特徴とするか、
又は、
(2) In the above (1), when the semiconductor having the first lattice constant is GaAs and the Group III-V semiconductor having the second lattice constant is InGaAs, In the temperature range of 500 ° C. to 560 ° C., the number of repetitions N of the alternate material supply is set to one of the number of repetitions N 0 of the alternate material supply when the growth mode of the InGaAs thin film changes from two-dimensional growth to three-dimensional growth. .3 times or more,
Or

【0034】(3) 第1の格子定数を有する半導体下地上に三族有機金属原
料と五族原料を交互に供給する工程を繰り返して第1の
格子定数と異なる第2の格子定数の有する三族−五族半
導体薄膜を形成して量子ドットを生成させる過程に於い
て、三族−五族半導体薄膜の上位層を形成する際の三族
原料供給組成比を下位層を形成する際の三族原料供給組
成比と異ならせる(例えばTMIDMEA供給時間を1
層目については2〔秒〕、2層目については2.5
〔秒〕、3層目については3〔秒〕)ことを特徴とする
か、又は、
(3) A step of alternately supplying a Group III organometallic material and a Group V material onto a semiconductor substrate having a first lattice constant is repeated to obtain a semiconductor having a second lattice constant different from the first lattice constant. In the process of forming the group III-V semiconductor thin film and forming the quantum dots, the composition ratio of the group III raw material supply at the time of forming the upper layer of the group III-V semiconductor thin film is adjusted to the ratio at the time of forming the lower layer. (For example, the supply time of TMIDMEA is set to 1
2 seconds for the layer, 2.5 for the second layer
[Second], 3 seconds for the third layer), or

【0035】(4) 前記(3)に於いて、第1の格子定数を有する半導体が
GaAsで且つ第2の格子定数を有する三族−五族半導
体がInGaAsである場合に於いて、InGaAs薄
膜の上位層を形成する際のIn供給組成比を下位層を形
成する際のIn供給組成比に比較して大きくすることを
特徴とする。
(4) In the above (3), when the semiconductor having the first lattice constant is GaAs and the group III-V semiconductor having the second lattice constant is InGaAs, the InGaAs thin film is used. Is characterized in that the In supply composition ratio when forming the upper layer is made larger than the In supply composition ratio when forming the lower layer.

【0036】前記手段を採ることに依り、1.3〔μ
m〕帯で発光する量子ドットの高密度化及びサイズの均
一化を容易に達成できるので、光通信用半導体レーザの
超低しきい値化や温度特性の向上に寄与することができ
る。
By adopting the above means, 1.3 [μ
m] It is possible to easily achieve high density and uniform size of quantum dots emitting light in the band, which can contribute to ultra-low threshold of the semiconductor laser for optical communication and improvement of temperature characteristics.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1は本発明に於ける実施の形態
1を説明する為の量子ドットを表す要部切断側面図であ
り、(A)が多層構造の量子ドットであり、(B)は比
較の為の単層構造の量子ドットである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a cutaway side view showing an essential part of a quantum dot for explaining a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (A) is a quantum dot having a multilayer structure, and FIG. ) Are quantum dots having a single-layer structure for comparison.

【0038】図に於いて、31はGaAsバッファ層、
32はInGaAs濡れ層、32Aは量子ドット、33
はGaAsスペーサ層、34はInGaAs濡れ層、3
4Aは量子ドット、35はGaAsキャップ層、S33
スペーサ層33の厚さ、S35はキャップ層35の厚さを
それぞれ示している。
In the figure, 31 is a GaAs buffer layer,
32 is an InGaAs wetting layer, 32A is a quantum dot, 33
Is a GaAs spacer layer; 34 is an InGaAs wet layer;
4A Quantum dots 35 are GaAs cap layer, S 33 is the thickness of the spacer layer 33, S 35 indicates the thickness of the cap layer 35, respectively.

【0039】ここで、バッファ層31に於ける主面の面
指数は(100)、スペーサ層33の厚さS33は20
〔nm〕、キャップ層35の厚さS35は20〔nm〕で
ある。
Here, the surface index of the main surface of the buffer layer 31 is (100), and the thickness S 33 of the spacer layer 33 is 20.
[Nm], and the thickness S 35 of the cap layer 35 is 20 [nm].

【0040】本発明に依って、実施の形態1の量子ドッ
ト多層構造を作製するには、成長原料として、TMID
MEA、TMGa、トリエチルガリウム(TEGa)、
アルシン(AsH3 )を、また、キャリヤ・ガスとして
水素(H2 )を用い、成長圧力を15〔Torr〕と
し、面指数が(100)であるGaAsバッファ層31
上にInGaAs量子ドットの多層構造を形成する。
According to the present invention, in order to fabricate the quantum dot multilayer structure of Embodiment 1, TMID is used as a growth material.
MEA, TMGa, triethylgallium (TEGa),
GaAs buffer layer 31 having a growth index of 15 [Torr] and a plane index of (100) using arsine (AsH 3 ) and hydrogen (H 2 ) as a carrier gas.
A multilayer structure of InGaAs quantum dots is formed thereon.

【0041】GaAsバッファ層31、GaAsスペー
サ層33、GaAsキャップ層35の成長にはTEGa
を用い、InGaAs量子ドット32A及び34Aの成
長にはTMIDMEA及びTMGaを用い、また、Ga
Asバッファ層31の成長温度は630〔℃〕、その他
の層の成長温度は520〔℃〕である。
The growth of the GaAs buffer layer 31, the GaAs spacer layer 33, and the GaAs cap layer 35 is performed using TEGa.
Is used, and TMIDMEA and TMGa are used for the growth of the InGaAs quantum dots 32A and 34A.
The growth temperature of the As buffer layer 31 is 630 ° C., and the growth temperatures of the other layers are 520 ° C.

【0042】InGaAs量子ドット32A及び34A
の成長に於ける原料交互供給の単位シーケンスは、TM
IDMEA供給→TMGa供給→H2 パージ(3
〔秒〕)→AsH3 供給(7〔秒〕)→H2 パージ
(0.5〔秒〕)である。
InGaAs quantum dots 32A and 34A
The unit sequence of the alternate supply of materials in the growth of
IDMEA supply → TMGa supply → H 2 purge (3
[Sec]) → AsH 3 supply (7 [sec]) → H 2 purge (0.5 [sec]).

【0043】量子ドットを形成する場合、TMIDME
Aの供給時間は2〔秒〕、TMGaの供給時間は0.3
〔秒〕、原料交互供給の繰り返し回数は18回であり、
この条件は、単層構造で1.3〔μm〕帯で発光するI
nGaAs量子ドットが再現性良く得られる条件であ
る。
When forming quantum dots, TMIDME
The supply time of A is 2 seconds, and the supply time of TMGa is 0.3
[Sec], the number of repetitions of the raw material alternate supply is 18 times,
This condition is a condition in which a single-layer structure emits light in the 1.3 [μm] band.
This is a condition under which nGaAs quantum dots can be obtained with good reproducibility.

【0044】図1に見られる通り、2層目には量子ドッ
ト34Aが殆ど形成されないのであるが、1層目に於け
るドット線密度は単層構造の場合の約2.5倍に増加
し、これは、面被覆率に換算すると約6倍の増加に相当
する。
As shown in FIG. 1, quantum dots 34A are hardly formed in the second layer, but the dot linear density in the first layer is increased to about 2.5 times that of the single layer structure. This corresponds to an increase of about 6 times in terms of surface coverage.

【0045】図2は本発明に於ける実施の形態2を説明
する為の量子ドットを表す要部切断側面図である。
FIG. 2 is a sectional side view showing a main part of a quantum dot for explaining a second embodiment of the present invention.

【0046】図に於いて、41はGaAsバッファ層、
42はInGaAs濡れ層、42Aは量子ドット、43
はGaAsスペーサ層、44はInGaAs濡れ層、4
4Aは量子ドット、45はGaAsスペーサ層、46は
InGaAs濡れ層、46Aは量子ドット、47はGa
Asキャップ層、S43はスペーサ層43の厚さ、S45
スペーサ層45の厚さ、S47はキャップ層47の厚さ、
Dはドットの直径をそれぞれ示している。
In the figure, 41 is a GaAs buffer layer,
42 is an InGaAs wetting layer, 42A is a quantum dot, 43
Is a GaAs spacer layer; 44 is an InGaAs wetting layer;
4A is a quantum dot, 45 is a GaAs spacer layer, 46 is an InGaAs wetting layer, 46A is a quantum dot, and 47 is Ga
As cap layer, S 43 is the thickness of the spacer layer 43, S 45 is the thickness of the spacer layer 45, S 47 is the thickness of the cap layer 47,
D indicates the diameter of each dot.

【0047】ここで、スペーサ層43及び45の厚さS
43及びS45は10〔nm〕、キャップ層47の厚さS47
は20〔nm〕である。
Here, the thickness S of the spacer layers 43 and 45
43 and S 45 are 10 nm, and the thickness S 47 of the cap layer 47 is
Is 20 [nm].

【0048】TMGa供給時間は3層とも0.3〔秒〕
であるが、TMIDMEA供給時間は、1層目が2
〔秒〕、2層目が2.5〔秒〕、3層目が3〔秒〕であ
り、このようにすることで、In供給組成比が上位層ほ
ど大きくなる。また、原料交互供給の繰り返し回数は3
層とも18回である。
The TMGa supply time is 0.3 [sec] for all three layers.
However, the supply time of TMIDMEA is 2 for the first layer.
[Second] The second layer is 2.5 [seconds], and the third layer is 3 [seconds]. By doing so, the In supply composition ratio becomes higher in the upper layer. In addition, the number of repetitions of the alternate material supply is 3
18 times for each layer.

【0049】この結果、3層ともドットの直径Dは略2
0〔nm〕程度で均一化され、しかも、各ドットは垂直
方向に配列された状態で形成されている。
As a result, the dot diameter D of all three layers was approximately 2
The uniformity is about 0 [nm], and each dot is formed in a state of being arranged in the vertical direction.

【0050】[0050]

【発明の効果】本発明に依る量子ドットの製造方法に於
いては、第1の格子定数をもつ半導体下地上に三族有機
金属原料と五族原料を交互に供給して第1の格子定数と
異なる第2の格子定数をもつ三族−五族半導体薄膜を形
成し量子ドットを生成させる過程で、厚さがD(D≧1
0〔nm〕)以上の第1の格子定数をもつ半導体層を挟
んで量子ドットの生成をM(M>1)回繰り返すように
している。
In the method of manufacturing a quantum dot according to the present invention, the first lattice constant is obtained by alternately supplying a Group III organometallic material and a Group V material on a semiconductor substrate having a first lattice constant. In the process of forming a group III-V semiconductor thin film having a second lattice constant different from the above and forming quantum dots, the thickness becomes D (D ≧ 1
The generation of quantum dots is repeated M times (M> 1) with a semiconductor layer having a first lattice constant of 0 [nm] or more interposed therebetween.

【0051】前記構成を採ることに依り、1.3〔μ
m〕帯で発光する量子ドットの高密度化及びサイズの均
一化を容易に達成できるので、光通信用半導体レーザの
超低しきい値化や温度特性の向上に寄与することができ
る。
By adopting the above configuration, 1.3 [μ
m] It is possible to easily achieve high density and uniform size of quantum dots emitting light in the band, which can contribute to ultra-low threshold of the semiconductor laser for optical communication and improvement of temperature characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に於ける実施の形態1を説明する為の量
子ドットを表す要部切断側面図である。
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part showing a quantum dot for explaining Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明に於ける実施の形態2を説明する為の量
子ドットを表す要部切断側面図である。
FIG. 2 is a fragmentary side view showing a quantum dot for describing Embodiment 2 of the present invention.

【図3】従来の技術を説明する為の製造工程要所に於け
る量子ドットを表す要部切断側面図である。
FIG. 3 is a fragmentary side view showing a quantum dot at a key point in a manufacturing process for explaining a conventional technique.

【図4】多層化したInGaAs量子ドットを表す要部
切断側面図である。
FIG. 4 is a cutaway side view of a main part showing a multilayered InGaAs quantum dot.

【図5】原料交互供給の繰り返し回数を変化させて形成
した多層化InGaAs量子ドットを表す要部切断側面
図である。
FIG. 5 is a cross-sectional side view of a main part showing a multilayer InGaAs quantum dot formed by changing the number of repetitions of alternate material supply.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 GaAsバッファ層 32 InGaAs濡れ層 32A 量子ドット 33 GaAsスペーサ層 34 InGaAs濡れ層 34A 量子ドット 35 GaAsキャップ層 S33 スペーサ層33の厚さ S35 キャップ層35の厚さReference Signs List 31 GaAs buffer layer 32 InGaAs wetting layer 32A quantum dot 33 GaAs spacer layer 34 InGaAs wetting layer 34A quantum dot 35 GaAs cap layer S 33 Thickness of spacer layer 33 S 35 Thickness of cap layer 35

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の格子定数を有する半導体下地上に三
族有機金属原料と五族原料を交互に供給する工程を繰り
返して第1の格子定数と異なる第2の格子定数の有する
三族−五族半導体薄膜を形成して量子ドットを生成させ
る過程に於いて、 厚さがD(D≧10〔nm〕)以上である第1の格子定
数を有する半導体層を挟んで量子ドットの生成をM(M
>1)回繰り返すことを特徴とする量子ドットの製造方
法。
1. A group III material having a second lattice constant different from the first lattice constant by repeating a step of alternately supplying a group III organic metal material and a group V material on a semiconductor substrate having a first lattice constant. In the process of forming a group V semiconductor thin film and forming a quantum dot, forming a quantum dot with a semiconductor layer having a first lattice constant having a thickness of D (D ≧ 10 [nm]) or more interposed therebetween; To M (M
> 1) A method for producing a quantum dot, which is repeated a number of times.
【請求項2】第1の格子定数を有する半導体がGaAs
で且つ第2の格子定数を有する三族−五族半導体がIn
GaAsである場合に於いて、 結晶成長温度が500〔℃〕〜560〔℃〕の領域で原
料交互供給の繰り返し回数NをInGaAs薄膜の成長
様式が2次元成長から3次元成長に変化する際の原料交
互供給の繰り返し回数N0 の1.3倍以上とすることを
特徴とする請求項1記載の量子ドットの製造方法。
2. The semiconductor having a first lattice constant is GaAs.
Group III-V semiconductor having a second lattice constant
In the case of GaAs, when the crystal growth temperature is in the range of 500 ° C. to 560 ° C., the number of repetitions N of the alternate supply of the raw material is changed when the growth mode of the InGaAs thin film changes from two-dimensional growth to three-dimensional growth. method of manufacturing a quantum dot according to claim 1, characterized in that 1.3 times or more the number of iterations N 0 of the raw material alternating supply.
【請求項3】第1の格子定数を有する半導体下地上に三
族有機金属原料と五族原料を交互に供給する工程を繰り
返して第1の格子定数と異なる第2の格子定数の有する
三族−五族半導体薄膜を形成して量子ドットを生成させ
る過程に於いて、 三族−五族半導体薄膜の上位層を形成する際の三族原料
供給組成比を下位層を形成する際の三族原料供給組成比
と異ならせることを特徴とする量子ドットの製造方法。
3. A group III material having a second lattice constant different from the first lattice constant by repeating a step of alternately supplying a group III organic metal material and a group V material on a semiconductor substrate having a first lattice constant. -In the process of forming the group V semiconductor thin film and forming the quantum dots, the composition ratio of the group III raw material supply in forming the upper layer of the group III-V semiconductor thin film is changed to the group III in forming the lower layer. A method for producing quantum dots, wherein the composition ratio is different from the raw material supply composition ratio.
【請求項4】第1の格子定数を有する半導体がGaAs
で且つ第2の格子定数を有する三族−五族半導体がIn
GaAsである場合に於いて、 InGaAs薄膜の上位層を形成する際のIn供給組成
比を下位層を形成する際のIn供給組成比に比較して大
きくすることを特徴とする請求項3記載の量子ドットの
製造方法。
4. The semiconductor having a first lattice constant is GaAs.
Group III-V semiconductor having a second lattice constant
4. The method according to claim 3, wherein in the case of GaAs, the In supply composition ratio when forming the upper layer of the InGaAs thin film is made larger than the In supply composition ratio when forming the lower layer. Manufacturing method of quantum dots.
JP23919497A 1997-09-04 1997-09-04 Manufacture of quantum dot Pending JPH1187689A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23919497A JPH1187689A (en) 1997-09-04 1997-09-04 Manufacture of quantum dot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23919497A JPH1187689A (en) 1997-09-04 1997-09-04 Manufacture of quantum dot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1187689A true JPH1187689A (en) 1999-03-30

Family

ID=17041129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23919497A Pending JPH1187689A (en) 1997-09-04 1997-09-04 Manufacture of quantum dot

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1187689A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000027365A1 (en) * 1998-11-10 2000-05-18 Biocrystal Limited Functionalized nanocrystals and their use in detection systems
GB2373371A (en) * 2001-03-17 2002-09-18 Agilent Technologies Inc Quantum dot laser structure
JP2007519237A (en) * 2004-01-20 2007-07-12 シリアム・テクノロジーズ・インコーポレーテッド Solar cell with epitaxially grown quantum dot material
CN100369281C (en) * 2005-08-31 2008-02-13 中国科学院半导体研究所 Extension developing method for sub-molecule single layer quanta point laser material
JP2014056983A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Fujitsu Ltd Semiconductor optical element and manufacturing method of the same
US9018515B2 (en) 2004-01-20 2015-04-28 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell with epitaxially grown quantum dot material

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000027365A1 (en) * 1998-11-10 2000-05-18 Biocrystal Limited Functionalized nanocrystals and their use in detection systems
GB2373371A (en) * 2001-03-17 2002-09-18 Agilent Technologies Inc Quantum dot laser structure
JP2007519237A (en) * 2004-01-20 2007-07-12 シリアム・テクノロジーズ・インコーポレーテッド Solar cell with epitaxially grown quantum dot material
US9018515B2 (en) 2004-01-20 2015-04-28 Cyrium Technologies Incorporated Solar cell with epitaxially grown quantum dot material
CN100369281C (en) * 2005-08-31 2008-02-13 中国科学院半导体研究所 Extension developing method for sub-molecule single layer quanta point laser material
JP2014056983A (en) * 2012-09-13 2014-03-27 Fujitsu Ltd Semiconductor optical element and manufacturing method of the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101096331B1 (en) Method for making compound semiconductor and method for making semiconductor device
JP2007194230A (en) Semiconductor quantum dot device
JP2007335848A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JPH1079501A (en) Method for forming quantum dot and quantum dot structure
JP2000012961A (en) Semiconductor laser
JPH1187689A (en) Manufacture of quantum dot
JP2000196193A (en) Semiconductor device and its manufacture
JP5187884B2 (en) Quantum dot manufacturing method
JP4886634B2 (en) Quantum well structure, optical confinement quantum well structure, semiconductor laser, distributed feedback semiconductor laser, and method of manufacturing quantum well structure
JP3829153B2 (en) Optical semiconductor device
JPH10289996A (en) Semiconductor quantum dot and its manufacture
JP4575173B2 (en) Manufacturing method of quantum well structure
JP4440876B2 (en) Manufacturing method of semiconductor quantum dot structure
JP2000022130A (en) Manufacture of semiconductor quantum dot device
JP3771925B2 (en) Semiconductor quantum dot structure and manufacturing method thereof
JP5297519B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2980175B2 (en) Method for manufacturing quantum dot structure and method for manufacturing semiconductor light emitting device using the same
JP2001085665A (en) Semiconductor device using quantum dots
JPH01128423A (en) Semiconductor device
JP3903182B2 (en) Quantum dot formation method and quantum dot semiconductor device in low lattice mismatch system
JP2006114612A (en) Optical semiconductor device
JPH08181301A (en) Quantum dot structure and its manufacture
JP2630273B2 (en) Distributed feedback semiconductor laser
JP2006295219A (en) Semiconductor laser
JP4041887B2 (en) Method for forming antimony quantum dots

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040921

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050201