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半導体装置 コモンズ

国内特許コード P03A000529
整理番号 U2001P124
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-397796
公開番号 特開2003-197900
登録番号 特許第4041877号
出願日 平成13年12月27日(2001.12.27)
公開日 平成15年7月11日(2003.7.11)
登録日 平成19年11月22日(2007.11.22)
発明者
  • 川辺 光央
  • 赤羽 浩一
出願人
  • 国立大学法人 筑波大学
発明の名称 半導体装置 コモンズ
発明の概要 量子ドット層の積層数の増加に伴う量子ドットの形状劣化や配列の乱れを抑制して、量子ドット層の高密度化を図る。量子ドットレーザの製造方法において、InP(3 1 1)B基板1の表面1aに原子状水素を放射して清浄化する。続けて表面1aに原子状水素を供給しつつ、ガス状のInおよびAsを用いてMBE法を実行し、基板1のPを蒸発させて雰囲気中のAsと置換させ、基板1よりも格子定数が大きい第1層目のInAsx1-x量子ドット層2aを基板1上にエピタキシャル成長させる。このドット層2a上にIn0.52Ga0.1Al0.38Asバッファ層4を成長させた後、ドット層2a,2bの合計が20層に達するまで、格子定数が基板1よりも大きいInAs量子ドット層2bと格子定数が基板1よりも小さいIn0.47Ga0.11Al0.42As中間層3とを、交互に連続成長させて積層する。
従来技術、競合技術の概要
基板とその上に形成されるエピタキシャル層との格子不整合に基づく歪みによって自己整合的に形成される量子ドットは、例えば次世代の化合物半導体レーザなどの材料として研究されている。量子ドットを用いた半導体レーザ(量子ドットレーザ)は、既に実用化されている量子井戸レーザに比較して温度安定性や低しきい値等の点において優れている。量子ドットレーザの実用化のためには、量子ドットのサイズを量子効果を発揮できる程度に微小かつ略均一にするとともに、その配列を整えて量子ドットが設けられる層(量子ドット層)の高密度化を図ることが必要である。
【0003】
高密度な量子ドット層を作製するために、通常は量子ドット層と、基板と同じ材料によって形成された中間層とを交互に積層する積層構造が採られている。この積層構造の形成過程では、量子ドットを埋め込んだ中間層内に埋め込みドットにより誘起された不均一かつ局所的な歪みが発生する。この局所歪みによって、埋め込みドットの略直上に新たな量子ドットを生じさせる。
産業上の利用分野
本発明は、光半導体装置として、例えば化合物半導体レーザの活性層に量子ドット層を適用した量子ドットレーザ、および光検出部に量子ドット層を適用した光検出器の実用化を図る技術に係り、特に量子ドット層の光特性の向上を図った半導体装置に関する
特許請求の範囲 【請求項1】 化合物半導体基板と、
この基板上に設けられた、該基板の形成材料の一部を含み該基板よりも格子定数の大きい化合物半導体材料からなる第1層目の量子ドット層と、
この第1層目の量子ドット層上に設けられた、前記基板と同じ大きさの格子定数を有する化合物半導体材料からなる第1の緩衝層と、
この第1の緩衝層上に設けられた、前記基板よりも格子定数の大きい化合物半導体材料からなる第2層目以上の量子ドット層と前記基板よりも格子定数の小さい化合物半導体材料からなる中間層とを交互に積層してなる多層構造部と、
この多層構造部の最上層の量子ドット層上に設けられた第2の緩衝層と、
この第2の緩衝層上に設けられたクラッド層と、
このクラッド層上に設けられた第1の電極と、
前記基板の前記第1層目の量子ドット層が設けられている側とは反対側に設けられた第2の電極と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項2】 前記第2層目以上の量子ドット層と前記中間層とは、互いに直接接触し合って交互に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】 前記各量子ドット層と前記中間層とには、互いに反対向きの応力が生じることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
【請求項4】 前記基板は、その面指数が(2 1 1)以上の高指数面基板であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項5】 前記各中間層は、それぞれの厚さが5nm以上40nm未満に形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項6】 前記各中間層は、前記各量子ドット層の形成材料よりもバンドギャップが大きい材料によって形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項7】 前記各中間層には、アルミニウムが20~40%含有されていることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】 前記基板、前記各量子ドット層、および前記各中間層は、それぞれIII-V族化合物半導体材料によって形成されていることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項9】 前記基板はInPによって形成され、前記第1層目の量子ドット層はInAsx1-x (0.5<x<1)によって形成され、かつ、前記第2層目以上の量子ドット層はInAsによって形成されていることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項10】 前記各中間層は、InxGayAl1-x-yAs (0<x+y<1)によって形成され、前記緩衝層または前記第1の緩衝層は、前記各中間層とは異なる組成比からなるInxGayAl1-x-yAs (0<x+y<1)によって形成されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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