JP2000022130A - 半導体量子ドット素子の作製方法 - Google Patents
半導体量子ドット素子の作製方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体量子ドット素子の作製方法に関し、均
一性が高い半導体量子ドットを高個数密度で作製する。 【解決手段】 化合物半導体量子ドット９を気相成長す
る際に、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他
方の族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給
したのち、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，
６と他方の族の原料３とを別々に交互に供給する。
一性が高い半導体量子ドットを高個数密度で作製する。 【解決手段】 化合物半導体量子ドット９を気相成長す
る際に、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他
方の族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給
したのち、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，
６と他方の族の原料３とを別々に交互に供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体量子ドット素
子の作製方法に関するものであり、特に、均一性の高い
半導体量子ドット構造を高密度に作製するための原料供
給方法に特徴のある半導体量子ドット素子の作製方法に
関するものである。
子の作製方法に関するものであり、特に、均一性の高い
半導体量子ドット構造を高密度に作製するための原料供
給方法に特徴のある半導体量子ドット素子の作製方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の半導体プロセスの進歩に伴い、ナ
ノスケールの成長技術・微細加工技術が半導体装置の作
製に利用されるようになり、このナノスケールの成長技
術・微細加工技術によって半導体装置の集積度の向上は
もとより、量子力学的効果を利用した半導体装置、例え
ば、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）や歪
量子井戸半導体レーザ等が実用化されている。
ノスケールの成長技術・微細加工技術が半導体装置の作
製に利用されるようになり、このナノスケールの成長技
術・微細加工技術によって半導体装置の集積度の向上は
もとより、量子力学的効果を利用した半導体装置、例え
ば、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）や歪
量子井戸半導体レーザ等が実用化されている。
【０００３】この様な量子力学的効果を利用した半導体
装置、例えば、一次元量子井戸構造半導体レーザにおい
ても、多くの電子が移動するために生ずる発熱に起因す
る発振しきい値やしきい値の温度特性の改善の限界が指
摘されており、この問題を解決するための方法の一つと
して量子力学的効果を利用した究極の構造として３次元
量子井戸構造である量子箱（ＱＷＢ：Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ Ｂｏｘ）、即ち、量子ドットの採用が提案さ
れている。
装置、例えば、一次元量子井戸構造半導体レーザにおい
ても、多くの電子が移動するために生ずる発熱に起因す
る発振しきい値やしきい値の温度特性の改善の限界が指
摘されており、この問題を解決するための方法の一つと
して量子力学的効果を利用した究極の構造として３次元
量子井戸構造である量子箱（ＱＷＢ：Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌ Ｂｏｘ）、即ち、量子ドットの採用が提案さ
れている。
【０００４】この他にも、ホールバーニング効果を応用
した量子ドットメモリが提案されるなど、近年、新しい
構造を用いた新しい次世代の半導体素子を作る研究が精
力的に行われている。
した量子ドットメモリが提案されるなど、近年、新しい
構造を用いた新しい次世代の半導体素子を作る研究が精
力的に行われている。
【０００５】この量子ドットは、キャリアに３次元的な
量子閉じ込めを与えるほど極微細なポテンシャルの箱で
あり、この量子ドットにおいてはキャリアの状態関数密
度はデルタ関数的に離散化し、その基底準位には２個の
キャリア、例えば、伝導帯においては２個の電子しか存
在することができず、また、励起準位にはその準位の次
数に応じて複数個の電子が存在することができる。
量子閉じ込めを与えるほど極微細なポテンシャルの箱で
あり、この量子ドットにおいてはキャリアの状態関数密
度はデルタ関数的に離散化し、その基底準位には２個の
キャリア、例えば、伝導帯においては２個の電子しか存
在することができず、また、励起準位にはその準位の次
数に応じて複数個の電子が存在することができる。
【０００６】この量子ドットの持つ原子レベルの小さな
サイズは、電子デバイスの微細化を極限まで推し進める
ものであり、そこで実現される量子ドット固有の量子力
学的効果は、新しい機能素子の開発を促し得るものであ
り、例えば、量子ドットを半導体レーザの活性領域とし
て用いることで、電子・正孔と光との相互作用を極限ま
で効率化できるメリットがあり、次世代素子技術として
の期待が大きいものである。
サイズは、電子デバイスの微細化を極限まで推し進める
ものであり、そこで実現される量子ドット固有の量子力
学的効果は、新しい機能素子の開発を促し得るものであ
り、例えば、量子ドットを半導体レーザの活性領域とし
て用いることで、電子・正孔と光との相互作用を極限ま
で効率化できるメリットがあり、次世代素子技術として
の期待が大きいものである。
【０００７】この様な半導体量子ドット構造を作製する
ために、各種の技術が提案されており、まず、微細加工
技術開発の延長線上にある人為的に加工精度を向上させ
たものとしては、電子線を用いたリソグラフィーによる
方法、マスクパターンを利用して選択成長させたピラミ
ッド型の結晶の頂部を量子ドット構造とする方法、マス
クパターンを利用したエッチングによって形成された正
４面体状の凹部の底に量子ドット構造を作製する方法
（必要ならば、特願平７−６５４９２号参照）、微傾斜
基板上における成長初期の横方向成長を利用する方法、
或いは、ＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）技術を応用した原子マニュピレー
ションの方法等がある。
ために、各種の技術が提案されており、まず、微細加工
技術開発の延長線上にある人為的に加工精度を向上させ
たものとしては、電子線を用いたリソグラフィーによる
方法、マスクパターンを利用して選択成長させたピラミ
ッド型の結晶の頂部を量子ドット構造とする方法、マス
クパターンを利用したエッチングによって形成された正
４面体状の凹部の底に量子ドット構造を作製する方法
（必要ならば、特願平７−６５４９２号参照）、微傾斜
基板上における成長初期の横方向成長を利用する方法、
或いは、ＳＴＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ｍ
ｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）技術を応用した原子マニュピレー
ションの方法等がある。
【０００８】これらの方法は、人為的に加工するという
共通の特徴の故に、量子ドットの大きさ（サイズ）やそ
の形成位置を任意に制御できるという利点を有している
が、量子ドットの個数密度は微細加工技術の限界を越え
ることができず、また、均一性は加工精度の限界から極
めて低いものであった。
共通の特徴の故に、量子ドットの大きさ（サイズ）やそ
の形成位置を任意に制御できるという利点を有している
が、量子ドットの個数密度は微細加工技術の限界を越え
ることができず、また、均一性は加工精度の限界から極
めて低いものであった。
【０００９】この様な限界を解決するブレークスルーと
なる新しい技術として、量子ドットを自己形成させる方
法が見いだされ、具体的には、格子不整合の半導体をあ
る条件で気相エピタキシャル成長させることにより３次
元の微細構造、即ち、量子ドット構造を自己形成する方
法が提案（例えば、特願平７−２１７４６６号参照）さ
れている。
なる新しい技術として、量子ドットを自己形成させる方
法が見いだされ、具体的には、格子不整合の半導体をあ
る条件で気相エピタキシャル成長させることにより３次
元の微細構造、即ち、量子ドット構造を自己形成する方
法が提案（例えば、特願平７−２１７４６６号参照）さ
れている。
【００１０】この自己形成方法は、実施するのが容易で
あり、しかも人為的に加工する場合に比べて、極めて均
一性が高く、且つ、高個数密度で、高品質の半導体量子
ドットが得られるものであり、例えば、この自己形成量
子ドットを用いた半導体レーザが実際に報告されるよう
になり、半導体量子ドット素子の可能性が現実のものと
なりつつある。
あり、しかも人為的に加工する場合に比べて、極めて均
一性が高く、且つ、高個数密度で、高品質の半導体量子
ドットが得られるものであり、例えば、この自己形成量
子ドットを用いた半導体レーザが実際に報告されるよう
になり、半導体量子ドット素子の可能性が現実のものと
なりつつある。
【００１１】以上の様に、新しい技術によるブレークス
ルーは得られたが、逆に実用化に向けての課題も明らか
になってきており、例えば、量子ドット半導体レーザの
実用化のための重要な開発課題は、量子ドットの個数密
度と均一性のより一層の改善である。
ルーは得られたが、逆に実用化に向けての課題も明らか
になってきており、例えば、量子ドット半導体レーザの
実用化のための重要な開発課題は、量子ドットの個数密
度と均一性のより一層の改善である。
【００１２】上述の様な自己形成法による量子ドットの
個数密度と均一性は、量子ドットの形成モードによって
異なり、そのため実用化に向けての課題もそれぞれ微妙
に異なるので、ここで、図５及び図６を参照して各種の
自己形成モードについて説明する。
個数密度と均一性は、量子ドットの形成モードによって
異なり、そのため実用化に向けての課題もそれぞれ微妙
に異なるので、ここで、図５及び図６を参照して各種の
自己形成モードについて説明する。
【００１３】まず、はじめに、図５を参照して、Ｓｔｒ
ａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（ストランスキー−ク
ラスタノフ）モードの量子ドットの形成過程を説明す
る。 図５（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）を用いて、ＴＥＧ（トリエチル
ガリウム）及びＡｓＨ3 を供給することによって厚さ５
００ｎｍ（＝０．５μｍ）のＧａＡｓバッファ層４１を
形成したのち、基板温度を５００℃とした状態で、Ａｓ
Ｈ3 等のＡｓ原料４２、ＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）等のＩｎ原料４３、及び、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）等のＧａ原料４４を同時供給すると、成長開始当
初はＩｎＧａＡｓ成長層が格子不整合に基づく弾性限界
を越えないので２次元的に成長が行われ、ＩｎＧａＡｓ
濡れ層（ｗｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）４５が成長す
る。
ａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖ（ストランスキー−ク
ラスタノフ）モードの量子ドットの形成過程を説明す
る。 図５（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）を用いて、ＴＥＧ（トリエチル
ガリウム）及びＡｓＨ3 を供給することによって厚さ５
００ｎｍ（＝０．５μｍ）のＧａＡｓバッファ層４１を
形成したのち、基板温度を５００℃とした状態で、Ａｓ
Ｈ3 等のＡｓ原料４２、ＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）等のＩｎ原料４３、及び、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）等のＧａ原料４４を同時供給すると、成長開始当
初はＩｎＧａＡｓ成長層が格子不整合に基づく弾性限界
を越えないので２次元的に成長が行われ、ＩｎＧａＡｓ
濡れ層（ｗｅｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）４５が成長す
る。
【００１４】図５（ｂ）参照 成長を続けると、ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５の厚さが弾性
限界を越えた時点で、ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５の表面に
量子ドットを形成するための成長核となるオングストロ
ームオーダーの３次元核４６が離散的に形成される。
限界を越えた時点で、ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５の表面に
量子ドットを形成するための成長核となるオングストロ
ームオーダーの３次元核４６が離散的に形成される。
【００１５】図５（ｃ）参照 さらに、成長を続けると、３次元核４６を成長核として
Ｉｎ組成比が相対的に大きなナノメートルオーダーのＩ
ｎＧａＡｓ量子ドット４７が形成され、ＩｎＧａＡｓ量
子ドット４７の周辺部はＩｎ組成比が相対的に小さなＩ
ｎＧａＡｓ濡れ層４５となる。
Ｉｎ組成比が相対的に大きなナノメートルオーダーのＩ
ｎＧａＡｓ量子ドット４７が形成され、ＩｎＧａＡｓ量
子ドット４７の周辺部はＩｎ組成比が相対的に小さなＩ
ｎＧａＡｓ濡れ層４５となる。
【００１６】これは、ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５の厚さが
弾性限界を越える場合、Ｉｎ組成比が相対的に大きなＩ
ｎＧａＡｓ量子ドット４７を局所的に発生させることに
よってＩｎＧａＡｓ成長層全体としてはＩｎＧａＡｓ成
長層の全面に歪が発生する場合よりも低歪エネルギーと
なり、結晶学的に安定した成長になるためと考えられ
る。
弾性限界を越える場合、Ｉｎ組成比が相対的に大きなＩ
ｎＧａＡｓ量子ドット４７を局所的に発生させることに
よってＩｎＧａＡｓ成長層全体としてはＩｎＧａＡｓ成
長層の全面に歪が発生する場合よりも低歪エネルギーと
なり、結晶学的に安定した成長になるためと考えられ
る。
【００１７】このＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏ
ｖモードによる自己形成方法は、作製が容易であるため
現在最も一般的に行われている方法であり、この方法の
場合には高い個数密度、例えば、面積比で最大４０％程
度の個数密度を実現することができる。
ｖモードによる自己形成方法は、作製が容易であるため
現在最も一般的に行われている方法であり、この方法の
場合には高い個数密度、例えば、面積比で最大４０％程
度の個数密度を実現することができる。
【００１８】第２は、Ｖｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒ（ボ
ルマー−ウェッバー）モードと呼ばれるもので、成長開
始当初において２次元的成長が行われずに、直接３次元
的成長が始まって量子ドットが形成されるものであり、
Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモードにおける
ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５が存在しない様な外観となる。
ルマー−ウェッバー）モードと呼ばれるもので、成長開
始当初において２次元的成長が行われずに、直接３次元
的成長が始まって量子ドットが形成されるものであり、
Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモードにおける
ＩｎＧａＡｓ濡れ層４５が存在しない様な外観となる。
【００１９】このＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモード
は、一般にはＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモ
ードより低温で起こると考えられているが、品質の良好
な量子ドットを得るのが難しく、実際にはほとんど研究
が行われていない。
は、一般にはＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモ
ードより低温で起こると考えられているが、品質の良好
な量子ドットを得るのが難しく、実際にはほとんど研究
が行われていない。
【００２０】次に、図６を参照して、原料の交互供給に
よる量子ドットの形成過程を説明する。 図６（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて厚さ５００ｎｍのＧａＡｓバッファ層５１を形成
したのち、ＴＭＩ等のＩｎ原料５２を単独で供給するこ
とによってＧａＡｓバッファ層５１の表面にＩｎ金属島
５３が離散的に形成される。
よる量子ドットの形成過程を説明する。 図６（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて厚さ５００ｎｍのＧａＡｓバッファ層５１を形成
したのち、ＴＭＩ等のＩｎ原料５２を単独で供給するこ
とによってＧａＡｓバッファ層５１の表面にＩｎ金属島
５３が離散的に形成される。
【００２１】図６（ｂ）参照 次いで、ＴＭＧ等のＧａ原料５４を単独で供給すると、
ＧａＡｓバッファ層５１の表面にＧａ金属島５５が離散
的に形成されると共に、Ｉｎ金属島５３においてはＩｎ
とＧａとが混合してＩｎ＋Ｇａ金属島５６が形成され
る。
ＧａＡｓバッファ層５１の表面にＧａ金属島５５が離散
的に形成されると共に、Ｉｎ金属島５３においてはＩｎ
とＧａとが混合してＩｎ＋Ｇａ金属島５６が形成され
る。
【００２２】図６（ｃ）参照 次いで、ＡｓＨ3 等のＡｓ原料５７を単独で供給する
と、表面において再構成（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ
ｎ）が起こりＩｎ＋Ｇａ金属島５６においてはＩｎ組成
比が相対的に大きなＩｎＧａＡｓ量子ドット５９が形成
され、Ｇａ金属島５５及びその近傍においてはＩｎ組成
比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層５８が形成され、こ
の様なサイクルを数サイクル繰り返すことによって最終
的な量子ドットを形成する。
と、表面において再構成（Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ
ｎ）が起こりＩｎ＋Ｇａ金属島５６においてはＩｎ組成
比が相対的に大きなＩｎＧａＡｓ量子ドット５９が形成
され、Ｇａ金属島５５及びその近傍においてはＩｎ組成
比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層５８が形成され、こ
の様なサイクルを数サイクル繰り返すことによって最終
的な量子ドットを形成する。
【００２３】また、この原料の交互供給による自己形成
モードは、２次元構造、即ち、ＩｎＧａＡｓ層５８中に
組成不均一な部分が３次元的にＩｎＧａＡｓ量子ドット
５９として形成されるモードであり、極めて均一性の高
い量子ドットが得られるという特徴がある。なお、この
ＩｎＧａＡｓ量子ドット５９の形状は、縦横比が１／２
と球形に近い偏平球状となる。
モードは、２次元構造、即ち、ＩｎＧａＡｓ層５８中に
組成不均一な部分が３次元的にＩｎＧａＡｓ量子ドット
５９として形成されるモードであり、極めて均一性の高
い量子ドットが得られるという特徴がある。なお、この
ＩｎＧａＡｓ量子ドット５９の形状は、縦横比が１／２
と球形に近い偏平球状となる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の半導体
量子ドットの自己形成方法のうち、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−
Ｋｒａｓｔａｎｏｖモードの場合には、得られる量子ド
ットの個数密度は高いものの、量子エネルギーの均一性
が低いという問題がある。
量子ドットの自己形成方法のうち、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−
Ｋｒａｓｔａｎｏｖモードの場合には、得られる量子ド
ットの個数密度は高いものの、量子エネルギーの均一性
が低いという問題がある。
【００２５】即ち、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎ
ｏｖモードによる量子ドットの形状は、縦横比が１／５
以下のかなり偏平な形状であり、したがって、厚さ方向
の揺らぎに対して量子エネルギーが敏感になるため量子
エネルギーの均一性が低くなると考えられ、例えば、フ
ォトルミネッセンス測定による発光半値幅は、通常８０
ｍｅＶ程度であり、かなり量子エネルギーが拡がってい
る。
ｏｖモードによる量子ドットの形状は、縦横比が１／５
以下のかなり偏平な形状であり、したがって、厚さ方向
の揺らぎに対して量子エネルギーが敏感になるため量子
エネルギーの均一性が低くなると考えられ、例えば、フ
ォトルミネッセンス測定による発光半値幅は、通常８０
ｍｅＶ程度であり、かなり量子エネルギーが拡がってい
る。
【００２６】一方、原料の交互供給による自己形成モー
ドの場合には、得られる量子ドットの均一性は高いもの
の、個数密度が低いという問題があり、例えば、面積比
で最大１０％程度であり、この様な個数密度の低い自己
形成方法で量子ドット半導体レーザを作製した場合、光
出力を大きくすることができない等の問題がある。
ドの場合には、得られる量子ドットの均一性は高いもの
の、個数密度が低いという問題があり、例えば、面積比
で最大１０％程度であり、この様な個数密度の低い自己
形成方法で量子ドット半導体レーザを作製した場合、光
出力を大きくすることができない等の問題がある。
【００２７】したがって、本発明は、均一性が高い半導
体量子ドットを高個数密度で作製することを目的とす
る。
体量子ドットを高個数密度で作製することを目的とす
る。
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
半導体量子ドットの形成過程を模式的に示した図であ
る。 図１参照 （１）本発明は、半導体量子ドット９素子の作製方法に
おいて、化合物半導体量子ドット９を気相成長する際
に、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他方の
族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給した
のち、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６と
他方の族の原料３とを別々に交互に供給することを特徴
とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は、
半導体量子ドットの形成過程を模式的に示した図であ
る。 図１参照 （１）本発明は、半導体量子ドット９素子の作製方法に
おいて、化合物半導体量子ドット９を気相成長する際
に、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他方の
族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給した
のち、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６と
他方の族の原料３とを別々に交互に供給することを特徴
とする。
【００２８】この様に、成長開始当初において、Ｓｔｒ
ａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード或いはＶｏｌｍ
ｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモードで局所的な３次元成長を開始
したのち、原料の交互供給法を用いることによって、Ｓ
ｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード或いはＶｏ
ｌｍｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモードの利点である半導体量子
ドット９の高個数密度性を利用する共に、原料の交互供
給法の利点である半導体量子ドット９の高均一性を利用
することにより、均一性の高い半導体量子ドット９を高
個数密度で作製することができる。
ａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード或いはＶｏｌｍ
ｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモードで局所的な３次元成長を開始
したのち、原料の交互供給法を用いることによって、Ｓ
ｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード或いはＶｏ
ｌｍｅｒ−Ｗｅｂｂｅｒモードの利点である半導体量子
ドット９の高個数密度性を利用する共に、原料の交互供
給法の利点である半導体量子ドット９の高均一性を利用
することにより、均一性の高い半導体量子ドット９を高
個数密度で作製することができる。
【００２９】即ち、成長開始当初においては、濡れ層４
の成長後に高個数密度の３次元構造４が形成され、原料
の交互供給工程の当初においては、３次元構造４を核と
した金属島７が形成され、また、原料の交互供給工程の
当初においては、金属島７の部分が半導体量子ドット９
となり、その周囲及び表面を覆うように化合物半導体層
８が形成されるので、原料の交互供給法の場合と同様
に、縦横比の大きな高品質の球形に近い偏平球状の半導
体量子ドット９が得られる。
の成長後に高個数密度の３次元構造４が形成され、原料
の交互供給工程の当初においては、３次元構造４を核と
した金属島７が形成され、また、原料の交互供給工程の
当初においては、金属島７の部分が半導体量子ドット９
となり、その周囲及び表面を覆うように化合物半導体層
８が形成されるので、原料の交互供給法の場合と同様
に、縦横比の大きな高品質の球形に近い偏平球状の半導
体量子ドット９が得られる。
【００３０】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他方の
族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給する
工程が、成長下地半導体１の表面にストランスキー−ク
ラスタノフモードでオングストロームオーダーの３次元
構造５を形成する工程であることを特徴とする。
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２と他方の
族の原料３を同時に成長下地半導体１の表面に供給する
工程が、成長下地半導体１の表面にストランスキー−ク
ラスタノフモードでオングストロームオーダーの３次元
構造５を形成する工程であることを特徴とする。
【００３１】この様に、成長開始当初の自己形成モード
をストランスキー−クラスタノフ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−
Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）モードにすることによって、半導
体量子ドット９の成長核となるオングストロームオーダ
ーの３次元構造５を簡単な工程で再現性良く高個数密度
で形成することができる。
をストランスキー−クラスタノフ（Ｓｔｒａｎｓｋｉ−
Ｋｒａｓｔａｎｏｖ）モードにすることによって、半導
体量子ドット９の成長核となるオングストロームオーダ
ーの３次元構造５を簡単な工程で再現性良く高個数密度
で形成することができる。
【００３２】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、化合物半導体を構成する一方の族の原
料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に供給する
工程において、一方の族の原料２，６及び他方の族の原
料３の内の少なくとも一方が複数の異なった同族の原料
からなると共に、この複数の異なった同族の原料も個別
に供給することを特徴とする。
（２）において、化合物半導体を構成する一方の族の原
料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に供給する
工程において、一方の族の原料２，６及び他方の族の原
料３の内の少なくとも一方が複数の異なった同族の原料
からなると共に、この複数の異なった同族の原料も個別
に供給することを特徴とする。
【００３３】この様に、複数の異なった同族の原料も個
別に供給することによって、均一性の高い半導体量子ド
ット９を再現性良く形成することができる。
別に供給することによって、均一性の高い半導体量子ド
ット９を再現性良く形成することができる。
【００３４】（４）また、本発明は、上記（１）乃至
（３）のいずれかにおいて、化合物半導体がIII-Ｖ族化
合物半導体であり、化合物半導体を構成する一方の族が
III 族元素であり、他方の族がＶ族元素であることを特
徴とする。
（３）のいずれかにおいて、化合物半導体がIII-Ｖ族化
合物半導体であり、化合物半導体を構成する一方の族が
III 族元素であり、他方の族がＶ族元素であることを特
徴とする。
【００３５】この様な、半導体量子ドット９の作製方法
においては、化合物半導体の種類は特定されないもの
の、特に、化合物半導体がIII-Ｖ族化合物半導体である
場合に、高品質の半導体量子ドット９を形成することが
可能になる。
においては、化合物半導体の種類は特定されないもの
の、特に、化合物半導体がIII-Ｖ族化合物半導体である
場合に、高品質の半導体量子ドット９を形成することが
可能になる。
【００３６】（５）また、本発明は、上記（４）におい
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６が少
なくともＩｎ原料であり、他方の族の原料３がＡｓ原料
であることを特徴とする。
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６が少
なくともＩｎ原料であり、他方の族の原料３がＡｓ原料
であることを特徴とする。
【００３７】（６）また、本発明は、上記（５）におい
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６がＩ
ｎ原料とＧａ原料であり、化合物半導体を構成する一方
の族の原料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に
供給する工程において、Ｉｎ原料、Ｇａ原料、及び、Ａ
ｓ原料の順で交互に供給することを特徴とする。
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６がＩ
ｎ原料とＧａ原料であり、化合物半導体を構成する一方
の族の原料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に
供給する工程において、Ｉｎ原料、Ｇａ原料、及び、Ａ
ｓ原料の順で交互に供給することを特徴とする。
【００３８】（７）また、本発明は、上記（５）におい
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６がＩ
ｎ原料とＧａ原料であり、化合物半導体を構成する一方
の族の原料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に
供給する工程において、Ｉｎ原料、Ａｓ原料、Ｇａ原
料、及び、Ａｓ原料の順で交互に供給することを特徴と
する。
て、化合物半導体を構成する一方の族の原料２，６がＩ
ｎ原料とＧａ原料であり、化合物半導体を構成する一方
の族の原料２，６と他方の族の原料３とを別々に交互に
供給する工程において、Ｉｎ原料、Ａｓ原料、Ｇａ原
料、及び、Ａｓ原料の順で交互に供給することを特徴と
する。
【００３９】（８）また、本発明は、上記（５）乃至
（７）のいずれかにおいて、量子ドット９の組成が、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）であることを特徴とす
る。
（７）のいずれかにおいて、量子ドット９の組成が、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）であることを特徴とす
る。
【００４０】上記（５）乃至（８）の様に、上述の半導
体量子ドット９の作製方法の場合には、特に、Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）からなる半導体量子ドット９
を再現性良く得ることができ、原料の交互供給工程にお
いては、Ｉｎ原料、Ｇａ原料、及び、Ａｓ原料の順また
はＩｎ原料、Ａｓ原料、Ｇａ原料、及び、Ａｓ原料の順
で交互に供給することが望ましい。
体量子ドット９の作製方法の場合には、特に、Ｉｎx Ｇ
ａ1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）からなる半導体量子ドット９
を再現性良く得ることができ、原料の交互供給工程にお
いては、Ｉｎ原料、Ｇａ原料、及び、Ａｓ原料の順また
はＩｎ原料、Ａｓ原料、Ｇａ原料、及び、Ａｓ原料の順
で交互に供給することが望ましい。
【００４１】
【発明の実施の形態】ここで、本発明の実施の形態の基
本的製造工程を図２を参照して説明する。 図２（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、ＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、厚さが、例え
ば、０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１を形成したの
ち、成長温度を５００℃とした状態でＴＭＩ１３及びＡ
ｓＨ3 １２をＩｎＡｓ換算で１ＭＬ（モノレーヤー）分
だけ同時供給する。この成長開始当初においては、２次
元的成長が起こりＩｎＧａＡｓ濡れ層１４が形成され
る。
本的製造工程を図２を参照して説明する。 図２（ａ）参照 まず、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、ＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、厚さが、例え
ば、０．５μｍのＧａＡｓバッファ層１１を形成したの
ち、成長温度を５００℃とした状態でＴＭＩ１３及びＡ
ｓＨ3 １２をＩｎＡｓ換算で１ＭＬ（モノレーヤー）分
だけ同時供給する。この成長開始当初においては、２次
元的成長が起こりＩｎＧａＡｓ濡れ層１４が形成され
る。
【００４２】図２（ｂ）参照 このＩｎＧａＡｓ濡れ層１４の膜厚が弾性限界を越えた
時点で、ＩｎＧａＡｓ濡れ層１４の表面にオングストロ
ームオーダーの３次元核１５が比較的高密度で形成され
る。なお、ここまでは、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔ
ａｎｏｖモードで成長が行われる。
時点で、ＩｎＧａＡｓ濡れ層１４の表面にオングストロ
ームオーダーの３次元核１５が比較的高密度で形成され
る。なお、ここまでは、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔ
ａｎｏｖモードで成長が行われる。
【００４３】図２（ｃ）参照 次いで、同じく基板温度を５００℃とした状態で、ま
ず、ＴＭＩＤＭＥＡ〔トリメチルインジウムジメチルエ
チルアミンアダクト：Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ
−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ ａｄｄｕｃｔ、分子
式：Ｉｎ（ＣＨ3 ） 3 Ｎ（ＣＨ3 ）2 （Ｃ2 Ｈ5 ）〕１
６を供給したのち、ＴＭＧ１７を供給する。この時点に
おいて、３次元核１５を核としてＩｎとＧａが付着して
Ｉｎ＋Ｇａからなる金属島１８が形成される。
ず、ＴＭＩＤＭＥＡ〔トリメチルインジウムジメチルエ
チルアミンアダクト：Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ
−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｅ ａｄｄｕｃｔ、分子
式：Ｉｎ（ＣＨ3 ） 3 Ｎ（ＣＨ3 ）2 （Ｃ2 Ｈ5 ）〕１
６を供給したのち、ＴＭＧ１７を供給する。この時点に
おいて、３次元核１５を核としてＩｎとＧａが付着して
Ｉｎ＋Ｇａからなる金属島１８が形成される。
【００４４】図２（ｄ）参照 次いで、同じく基板温度を５００℃とした状態で、Ａｓ
Ｈ3 １２を供給することによって、表面において再構成
が起こり、金属島１８の部分にＩｎ組成比が相対的に大
きなＩｎＧａＡｓ量子ドット１９が形成され、ＩｎＧａ
Ａｓ量子ドット１９の周囲及び表面を覆うようにＩｎ組
成比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層２０が形成され、
ＩｎＧａＡｓ量子ドット１９がＩｎＧａＡｓ層２０の中
に埋め込まれた状態となり、形状的には原料の交互供給
モードの場合と同様の状態となる。
Ｈ3 １２を供給することによって、表面において再構成
が起こり、金属島１８の部分にＩｎ組成比が相対的に大
きなＩｎＧａＡｓ量子ドット１９が形成され、ＩｎＧａ
Ａｓ量子ドット１９の周囲及び表面を覆うようにＩｎ組
成比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層２０が形成され、
ＩｎＧａＡｓ量子ドット１９がＩｎＧａＡｓ層２０の中
に埋め込まれた状態となり、形状的には原料の交互供給
モードの場合と同様の状態となる。
【００４５】この様な、交互供給サイクルを１０サイク
ル繰り返したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＴＥ
Ｇ及びＡｓＨ3 を供給して、厚さが、例えば、３０ｎｍ
のＧａＡｓ層（図示せず）を形成する。
ル繰り返したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ＴＥ
Ｇ及びＡｓＨ3 を供給して、厚さが、例えば、３０ｎｍ
のＧａＡｓ層（図示せず）を形成する。
【００４６】なお、この場合、比較のためにＳｔｒａｎ
ｓｋｉ−ＫｒａｓｔａｎｏｖモードによるＩｎＧａＡｓ
量子ドットも形成した。即ち、上述の本発明の実施の形
態の場合と同様に、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、Ｍ
ＯＶＰＥ法を用いて、ＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、
０．５μｍの厚さのＧａＡｓバッファ層を形成したの
ち、成長温度を５００℃とした状態でＴＭＩ及びＡｓＨ
3 をＩｎＡｓ換算で２ＭＬ分だけ同時供給してＩｎＧａ
Ａｓ量子ドットを形成したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法を
用いてＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、３０ｎｍの厚さ
のＧａＡｓ層を形成する。
ｓｋｉ−ＫｒａｓｔａｎｏｖモードによるＩｎＧａＡｓ
量子ドットも形成した。即ち、上述の本発明の実施の形
態の場合と同様に、ＧａＡｓ基板（図示せず）上に、Ｍ
ＯＶＰＥ法を用いて、ＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、
０．５μｍの厚さのＧａＡｓバッファ層を形成したの
ち、成長温度を５００℃とした状態でＴＭＩ及びＡｓＨ
3 をＩｎＡｓ換算で２ＭＬ分だけ同時供給してＩｎＧａ
Ａｓ量子ドットを形成したのち、再び、ＭＯＶＰＥ法を
用いてＴＥＧ及びＡｓＨ3 を供給して、３０ｎｍの厚さ
のＧａＡｓ層を形成する。
【００４７】上記の実施の形態のＩｎＧａＡｓ量子ドッ
ト及び比較のためのＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎ
ｏｖモードによるＩｎＧａＡｓ量子ドットの平面ＴＥＭ
観察を行った結果、両者の間で個数密度の差は見られ
ず、大凡、１５％程度の個数密度であった。この個数密
度は、交互供給法のみ場合によりも増加している。
ト及び比較のためのＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎ
ｏｖモードによるＩｎＧａＡｓ量子ドットの平面ＴＥＭ
観察を行った結果、両者の間で個数密度の差は見られ
ず、大凡、１５％程度の個数密度であった。この個数密
度は、交互供給法のみ場合によりも増加している。
【００４８】なお、個数密度自体は、両者に差が見られ
なかったので、同時供給の条件、即ち、Ｓｔｒａｎｓｋ
ｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード工程における条件を選択
することによって、例えば、成長温度を下げたり、Ａｓ
Ｈ3 の代わりにターシャリィブチルアルシン（ＴＢＡ）
を用いること等によって個数密度を高めることは可能で
ある。
なかったので、同時供給の条件、即ち、Ｓｔｒａｎｓｋ
ｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード工程における条件を選択
することによって、例えば、成長温度を下げたり、Ａｓ
Ｈ3 の代わりにターシャリィブチルアルシン（ＴＢＡ）
を用いること等によって個数密度を高めることは可能で
ある。
【００４９】次に、図３を参照して、本発明の実施の形
態によるＩｎＧａＡｓ量子ドットの均一性を説明する。 図３参照 図３は、本発明のＩｎＧａＡｓ量子ドットのフォトルミ
ネッセンス測定による発光強度の波長依存性を示す図で
あり、図から明らかなように発光半値幅は約０．９６１
ｅＶ（１２９００Å）を中心に、約３５ｍｅＶとなって
おり、これは、通常の交互供給モードの場合と同程度で
ある。一方、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモ
ードの場合の発光半値幅は約８０ｍｅＶであるので、量
子ドットの均一性がＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎ
ｏｖモードの場合より高くなっていることが明らかであ
る。
態によるＩｎＧａＡｓ量子ドットの均一性を説明する。 図３参照 図３は、本発明のＩｎＧａＡｓ量子ドットのフォトルミ
ネッセンス測定による発光強度の波長依存性を示す図で
あり、図から明らかなように発光半値幅は約０．９６１
ｅＶ（１２９００Å）を中心に、約３５ｍｅＶとなって
おり、これは、通常の交互供給モードの場合と同程度で
ある。一方、Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモ
ードの場合の発光半値幅は約８０ｍｅＶであるので、量
子ドットの均一性がＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎ
ｏｖモードの場合より高くなっていることが明らかであ
る。
【００５０】また、発光強度自体からは、ＩｎＧａＡｓ
量子ドットの結晶性が良好であることが明らかであり、
したがって、本発明の実施の形態によって、結晶性の悪
化を引き起こすことなく、半導体量子ドットのサイズ、
及び、面内の個数密度を制御することができる。
量子ドットの結晶性が良好であることが明らかであり、
したがって、本発明の実施の形態によって、結晶性の悪
化を引き起こすことなく、半導体量子ドットのサイズ、
及び、面内の個数密度を制御することができる。
【００５１】次に、図４を参照して、本発明の実施の形
態の具体的応用例である量子ドット半導体レーザを説明
する。 図４（ａ）参照 図４（ａ）は量子ドット半導体レーザの概略的断面図で
あり、まず、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２
２、厚さ１０００ｎｍのｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐクラッ
ド層２３、及び、厚さ１００ｎｍの下地半導体層となる
ｎ型ＧａＡｓ層２４を順次成長させる。
態の具体的応用例である量子ドット半導体レーザを説明
する。 図４（ａ）参照 図４（ａ）は量子ドット半導体レーザの概略的断面図で
あり、まず、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型ＧａＡｓ基板２
１上に、厚さ５００ｎｍのｎ型ＧａＡｓバッファ層２
２、厚さ１０００ｎｍのｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐクラッ
ド層２３、及び、厚さ１００ｎｍの下地半導体層となる
ｎ型ＧａＡｓ層２４を順次成長させる。
【００５２】次いで、ＴＭＩ及びＡｓＨ3 をＩｎＡｓ換
算で１ＭＬ分供給したのち、ＴＭＩＤＭＥＡ、ＴＭＧ、
及び、ＡｓＨ3 を交互に１０サイクル供給するＡＬＥ法
によって量子ドット活性層２５を形成し、次いで、再
び、ＭＯＶＰＥ法によって厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＡ
ｓ層２６、厚さ１０００ｎｍのｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
クラッド層２７、及び、厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層２８を形成する。
算で１ＭＬ分供給したのち、ＴＭＩＤＭＥＡ、ＴＭＧ、
及び、ＡｓＨ3 を交互に１０サイクル供給するＡＬＥ法
によって量子ドット活性層２５を形成し、次いで、再
び、ＭＯＶＰＥ法によって厚さ１００ｎｍのｐ型ＧａＡ
ｓ層２６、厚さ１０００ｎｍのｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ
クラッド層２７、及び、厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層２８を形成する。
【００５３】次いで、図示しないものの、ｎ型ＧａＡｓ
基板２１の裏面にｎ側電極を設けると共に、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２８上にｐ側電極を設けることによって
量子ドット半導体レーザが完成する。
基板２１の裏面にｎ側電極を設けると共に、ｐ型ＧａＡ
ｓコンタクト層２８上にｐ側電極を設けることによって
量子ドット半導体レーザが完成する。
【００５４】図４（ｂ）参照 図４（ｂ）は図４（ａ）における破線で示す円内の部分
を拡大して模式的に示した図であり、量子ドット活性層
２５の成長工程において、成長開始当初においてはＳｔ
ｒａｎｓｋｉ−ＫｒａｓｔａｎｏｖモードでＩｎＧａＡ
ｓ濡れ層２９及び３次元核（図示せず）が形成され、最
終的にはＩｎ組成比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層３
１及びＩｎＧａＡｓ濡れ層２９で囲まれたＩｎ組成比が
相対的に大きなＩｎＧａＡｓ量子ドット３０が形成され
る。
を拡大して模式的に示した図であり、量子ドット活性層
２５の成長工程において、成長開始当初においてはＳｔ
ｒａｎｓｋｉ−ＫｒａｓｔａｎｏｖモードでＩｎＧａＡ
ｓ濡れ層２９及び３次元核（図示せず）が形成され、最
終的にはＩｎ組成比が相対的に小さなＩｎＧａＡｓ層３
１及びＩｎＧａＡｓ濡れ層２９で囲まれたＩｎ組成比が
相対的に大きなＩｎＧａＡｓ量子ドット３０が形成され
る。
【００５５】なお、ＩｎＧａＡｓ量子ドット３０の組成
比は、原料の供給比を制御することによって任意に変え
ることができるものであり、Ｉｎ組成比ｘは０＜ｘ≦
１、好適には、０．２＜ｘ≦０．７の範囲であれば良
く、その場合のＩｎＧａＡｓ量子ドット３０が内部に形
成されたＩｎＧａＡｓ層３１のＩｎ組成比はＩｎＧａＡ
ｓ量子ドット３０のＩｎ組成比より小さくなる。
比は、原料の供給比を制御することによって任意に変え
ることができるものであり、Ｉｎ組成比ｘは０＜ｘ≦
１、好適には、０．２＜ｘ≦０．７の範囲であれば良
く、その場合のＩｎＧａＡｓ量子ドット３０が内部に形
成されたＩｎＧａＡｓ層３１のＩｎ組成比はＩｎＧａＡ
ｓ量子ドット３０のＩｎ組成比より小さくなる。
【００５６】以上、本発明の実施の形態及びその具体的
応用例を説明してきたが、本発明は実施の形態及びその
具体的応用例に記載した構成に限られるものではなく、
各種の変更が可能であり、例えば、成長開始当初の原料
の同時供給時において、Ｉｎ源となるＴＭＩとＡｓ源と
なるＡｓＨ3 のみを供給しているが、Ｇａ源となるＴＭ
Ｇも同時に供給しても良いものである。
応用例を説明してきたが、本発明は実施の形態及びその
具体的応用例に記載した構成に限られるものではなく、
各種の変更が可能であり、例えば、成長開始当初の原料
の同時供給時において、Ｉｎ源となるＴＭＩとＡｓ源と
なるＡｓＨ3 のみを供給しているが、Ｇａ源となるＴＭ
Ｇも同時に供給しても良いものである。
【００５７】また、原料の交互供給時においては、ＴＭ
ＩＤＭＥＡ、ＴＭＧ、及び、ＡｓＨ 3 の順で交互供給し
ているが、ＴＭＩＤＭＥＡ、ＡｓＨ3 、ＴＭＧ、及び、
ＡｓＨ3 の順で交互供給しても良く、さらには、ＴＭＩ
ＤＭＥＡとＴＭＧの供給順を逆にしても良いものであ
る。
ＩＤＭＥＡ、ＴＭＧ、及び、ＡｓＨ 3 の順で交互供給し
ているが、ＴＭＩＤＭＥＡ、ＡｓＨ3 、ＴＭＧ、及び、
ＡｓＨ3 の順で交互供給しても良く、さらには、ＴＭＩ
ＤＭＥＡとＴＭＧの供給順を逆にしても良いものであ
る。
【００５８】また、原料の交互供給時において、再現性
良く量子ドットの個数密度を高めるために、ＴＭＩの様
に分子量の小さなメチル基と結合した有機金属化合物よ
りも、有機金属化合物のアダクトである分子量の大きな
ＴＭＩＤＭＥＡを用いているが、ＴＭＩでも良いもので
あり、さらに、他の材料も同じ元素の供給が可能な他の
材料に置き換えても良いものである。
良く量子ドットの個数密度を高めるために、ＴＭＩの様
に分子量の小さなメチル基と結合した有機金属化合物よ
りも、有機金属化合物のアダクトである分子量の大きな
ＴＭＩＤＭＥＡを用いているが、ＴＭＩでも良いもので
あり、さらに、他の材料も同じ元素の供給が可能な他の
材料に置き換えても良いものである。
【００５９】また、本発明の実施の形態の説明において
は、量子ドットをＩｎＧａＡｓ量子ドットとして説明し
ているが、他のIII-Ｖ族化合物半導体で構成しても良い
ことは原理的に自明であり、さらに、ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体、或いはＩＶ−ＶＩ族化合物半導体等の他の化
合物半導体にも適用し得ることは明らかである。
は、量子ドットをＩｎＧａＡｓ量子ドットとして説明し
ているが、他のIII-Ｖ族化合物半導体で構成しても良い
ことは原理的に自明であり、さらに、ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体、或いはＩＶ−ＶＩ族化合物半導体等の他の化
合物半導体にも適用し得ることは明らかである。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、半導体量子ドットを気
相成長させる際に、成長開始当初においては原料を同時
供給してＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード
で３次元核を高個数密度で形成し、次いで、原料の交互
供給法によって高個数密度の３次元核を成長核として均
一性の高い半導体量子ドットを形成しているので、均一
性の高い半導体量子ドットを高個数密度で作製すること
ができ、半導体素子の性能向上に寄与するところが大き
い。
相成長させる際に、成長開始当初においては原料を同時
供給してＳｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード
で３次元核を高個数密度で形成し、次いで、原料の交互
供給法によって高個数密度の３次元核を成長核として均
一性の高い半導体量子ドットを形成しているので、均一
性の高い半導体量子ドットを高個数密度で作製すること
ができ、半導体素子の性能向上に寄与するところが大き
い。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の製造工程の説明図であ
る。
る。
【図３】本発明の実施の形態の半導体量子ドットの発光
半値幅の説明図である。
半値幅の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態の具体的応用例の量子ドッ
ト半導体レーザの断面図である。
ト半導体レーザの断面図である。
【図５】Ｓｔｒａｎｓｋｉ−Ｋｒａｓｔａｎｏｖモード
による半導体量子ドットの形成過程の説明図である。
による半導体量子ドットの形成過程の説明図である。
【図６】原料の交互供給による半導体量子ドットの形成
過程の説明図である。
過程の説明図である。
１ 成長下地半導体 ２ 一方の族の原料 ３ 他方の族の原料 ４ 濡れ層 ５ ３次元構造 ６ 一方の族の原料 ７ 金属島 ８ 化合物半導体成長層 ９ 半導体量子ドット １１ ＧａＡｓバッファ層 １２ ＡｓＨ3 １３ ＴＭＩ １４ ＩｎＧａＡｓ濡れ層 １５ ３次元核 １６ ＴＭＩＤＭＥＡ １７ ＴＭＧ １８ 金属島 １９ ＩｎＧａＡｓ量子ドット ２０ ＩｎＧａＡｓ層 ２１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ２３ ｎ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐクラッド層 ２４ ｎ型ＧａＡｓ層 ２５ 量子ドット活性層 ２６ ｐ型ＧａＡｓ層 ２７ ｐ型Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐクラッド層 ２８ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ２９ ＩｎＧａＡｓ濡れ層 ３０ ＩｎＧａＡｓ量子ドット ３１ ＩｎＧａＡｓ層 ４１ ＧａＡｓバッファ層 ４２ Ａｓ原料 ４３ Ｉｎ原料 ４４ Ｇａ原料 ４５ ＩｎＧａＡｓ濡れ層 ４６ ３次元核 ４７ ＩｎＧａＡｓ量子ドット ５１ ＧａＡｓバッファ層 ５２ Ｉｎ原料 ５３ Ｉｎ金属島 ５４ Ｇａ原料 ５５ Ｇａ金属島 ５６ Ｉｎ＋Ｇａ金属島 ５７ Ａｓ原料 ５８ ＩｎＧａＡｓ層 ５９ ＩｎＧａＡｓ量子ドット
Claims (8)
- 【請求項１】 化合物半導体量子ドットを気相成長する
際に、前記化合物半導体を構成する一方の族の原料と他
方の族の原料を同時に成長下地半導体の表面に供給した
のち、前記化合物半導体を構成する一方の族の原料と他
方の族の原料とを別々に交互に供給することを特徴とす
る半導体量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項２】 上記化合物半導体を構成する一方の族の
原料と他方の族の原料を同時に成長下地半導体の表面に
供給する工程が、前記成長下地半導体の表面にストラン
スキー−クラスタノフモードでオングストロームオーダ
ーの３次元構造を形成する工程であることを特徴とする
請求項１記載の半導体量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項３】 上記化合物半導体を構成する一方の族の
原料と他方の族の原料とを別々に交互に供給する工程に
おいて、前記化合物半導体を構成する一方の族の原料及
び他方の族の原料の内の少なくとも一方が複数の異なっ
た同族の原料からなると共に、前記複数の異なった同族
の原料も個別に供給することを特徴とする請求項１また
は２に記載の半導体量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項４】 上記化合物半導体がIII-Ｖ族化合物半導
体であり、上記化合物半導体を構成する一方の族がIII
族元素であり、上記他方の族がＶ族元素であることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体
量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項５】 上記化合物半導体を構成する一方の族の
原料が少なくともＩｎ原料であり、上記他方の族の原料
がＡｓ原料であることを特徴とする請求項４記載の半導
体量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項６】 上記化合物半導体を構成する一方の族の
原料がＩｎ原料とＧａ原料であり、上記化合物半導体を
構成する一方の族の原料と他方の族の原料とを別々に交
互に供給する工程において、Ｉｎ原料、Ｇａ原料、及
び、Ａｓ原料の順で交互に供給することを特徴とする請
求項５記載の半導体量子ドット素子の作製方法。 - 【請求項７】 上記化合物半導体を構成する一方の族の
原料がＩｎ原料とＧａ原料であり、上記化合物半導体を
構成する一方の族の原料と他方の族の原料とを別々に交
互に供給する工程において、Ｉｎ原料、Ａｓ原料、Ｇａ
原料、及び、Ａｓ原料の順で交互に供給することを特徴
とする請求項５記載の半導体量子ドット素子の作製方
法。 - 【請求項８】 上記量子ドットの組成が、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ａｓ（０＜ｘ≦１）であることを特徴とする請求項
５乃至７のいずれか１項に記載の半導体量子ドット素子
の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10187085A JP2000022130A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 半導体量子ドット素子の作製方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10187085A JP2000022130A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 半導体量子ドット素子の作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000022130A true JP2000022130A (ja) | 2000-01-21 |
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ID=16199866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10187085A Withdrawn JP2000022130A (ja) | 1998-07-02 | 1998-07-02 | 半導体量子ドット素子の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000022130A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100434536B1 (ko) * | 1999-02-04 | 2004-06-05 | 삼성전자주식회사 | 양자 도트를 이용한 비휘발성 단일 전자 트랜지스터 메모리와 그 제조방법 및 양자 도트를 이용한 단일 전자 트랜지스터와 그 제조방법 |
| JP2004349542A (ja) * | 2003-05-23 | 2004-12-09 | Fujitsu Ltd | 量子半導体装置およびその作製方法 |
| KR100471745B1 (ko) * | 2002-05-10 | 2005-03-16 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 양자점 형성방법 |
| JP2008251903A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体量子ドットの製造方法 |
| JP2012134386A (ja) * | 2010-12-22 | 2012-07-12 | Univ Of Tokyo | 太陽電池 |
| JP2012195381A (ja) * | 2011-03-15 | 2012-10-11 | Univ Of Tokyo | 太陽電池 |
| JP2014056983A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体光素子及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-07-02 JP JP10187085A patent/JP2000022130A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100434536B1 (ko) * | 1999-02-04 | 2004-06-05 | 삼성전자주식회사 | 양자 도트를 이용한 비휘발성 단일 전자 트랜지스터 메모리와 그 제조방법 및 양자 도트를 이용한 단일 전자 트랜지스터와 그 제조방법 |
| KR100471745B1 (ko) * | 2002-05-10 | 2005-03-16 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 양자점 형성방법 |
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| JP2008251903A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体量子ドットの製造方法 |
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| JP2014056983A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体光素子及びその製造方法 |
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