JP2005072338A - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】量子ドット層が積層されてなる活性層を有する光半導体装置及びその製造方法に関し、量子ドット層の積層数及び光閉じ込め係数を容易に増加しうる光半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 量子ドット層が積層されてなる活性層を有する光半導体装置において、バリア層１６を介して積層された複数の量子ドット層１４を有する量子ドット積層体１８，２２，２６を、バリア層１６よりも厚いバリア層２０，２４を介して積層し、活性層２８を形成する。これにより、基板と量子ドットとの間の格子不整合に伴う転位の発生を抑制しつつ量子ドット層を積層することができる。また、所望の光閉じ込め係数を確保しつつ、量子ドット層を多層積層できるので、光半導体装置の特性を容易に向上することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光半導体装置及びその製造方法に係り、特に、量子ドット層が積層されてなる活性層を有する光半導体装置及びその製造方法に関する。
光ファイバ通信の高速化・大容量化に伴い、ネットワークの中継点において信号を電気に変換しない１Ｒ（regeneration）、２Ｒ（regeneration, reshaping）、３Ｒ（regeneration, reshaping, retiming）といった、全光信号処理が要求されている。また、フォトニック・ネットワークにおいて使用する波長（チャンネル）の衝突を回避してサブネットワーク間の自由な接続を実現するために、超高速で動作する波長スイッチが要求されている。
全光信号処理や波長スイッチ用のデバイスとして、ＳＯＡ（半導体光増幅器：Semiconductor Optical Amplifier）が注目されており、種々の研究が行われている。ＳＯＡは、光を増幅するための素子として利用するばかりでなく、その非線形効果を用いた波長スイッチ素子、すなわちＸＧＭ（相互利得変調：Cross Gain Modulation）素子やＦＷＭ（四光波混合：Four-wave Mixing）素子としても機能する。
現在、バルク活性層や量子井戸活性層を有するＳＯＡが製品化されているが、高ビットレートの全光信号処理能力に限界がある。その原因の一つは、増幅素子として利用する場合やＸＧＭによる波長スイッチ素子として用いる場合のパターン効果によるものである。すなわち、バルク活性層や量子井戸活性層を有するＳＯＡでは、利得飽和出力近辺で使用すると利得の回復がビットレートに追随できなくなり、出力パルス波形が乱れてしまう。また、ＦＷＭによる波長変換ではその変換効率が十分ではなく、さらに正の離調と負の離調との場合で非対称になる。このため、十分なＳ／Ｎ比が得られる変換波長の範囲が限られてしまう。なお、量子井戸活性層を有するＳＯＡについては、例えば特許文献１に記載されている。
これらの問題については、活性層に量子ドットを用いることによって解決することが提案されており、素子実現のための研究が活発に行われている。量子ドットでは、バルクや量子井戸に比較して利得の回復が非常に早いため、利得飽和領域で使用してもパターン効果が現れることがない。また、量子ドットＳＯＡを用いたＦＷＭによる波長変換においては、変換方向によらない波長変換が可能である。以上のことは、総て実験的に実証されている。なお、量子ドットを用いたＳＯＡについては、例えば非特許文献１及び非特許文献２に記載されている。
次に、量子ドットを用いた従来の光半導体装置について図９を用いて説明する。図９は従来の光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
半導体基板１００上には、ＳＣＨ層（光閉じ込め層：Separate Confinement Hetero-structure）１０２が形成されている。ＳＣＨ層１０２上には、量子ドット層１０６とバリア層１０８とが繰り返し積層されてなる活性層１０４が形成されている。活性層１０４上には、ＳＣＨ層１１０が形成されている。ＳＣＨ層１１０上には、クラッド層１１２及びｐコンタクト層１１４が形成されている。クラッド層１１２及びコンタクト層１１４は、メサ形状にパターニングされている。メサ頂上のコンタクト層１１４上には、絶縁膜１１６を介してｐ側電極１１８が形成されている。基板１００の裏面側には、ｎ側電極１２０が形成されている。
このようにして、量子ドット層が複数層積層された活性層を有する光半導体装置が構成されていた。
特開２００３−０１７８１２ Tomoyuki Akiyama et al., "Pattern-effect-free semiconductor optical amplifier achieved using quantum dots", Electronics Letters, Sep. 12, 2002, Vol. 38, No. 19, pp. 1139-1140 Tomoyuki Akiyama et al., "Symmetric highly efficient (0~dB) wavelength conversion based on four-wave mixing in quantum dot optical amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, Aug. 8, 2002, Vol. 14, No. 8, pp. 1139-1141
量子ドット活性層を用いた光半導体装置において、量子ドットを複数層積層し且つ光閉じ込め係数を大きくするためには、量子ドット層の層間隔を相互作用しないようになるべく小さく（５ｎｍ〜２０ｎｍ程度）して近接積層することが望ましい。
しかしながら、この程度の層間隔で量子ドットを繰り返し積層すると、格子不整合に起因する転位が発生し、ＳＯＡの損失が増大する。このため、従来の光半導体装置では、量子ドットを積層できる層数は３層程度が限界であり、十分な光閉じ込め係数を得ることができなかった。
本発明の目的は、量子ドット層が積層されてなる活性層を有する光半導体装置及びその製造方法において、量子ドット層の積層数を容易に増加することができ、光閉じ込め係数を大きくしうる光半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的は、第１導電型の第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に形成され、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層とを有することを特徴とする光半導体装置によって達成される。
また、上記目的は、第１導電型の第１のクラッド層上に、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層を形成する工程と、前記活性層上に、第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程とを有することを特徴とする光半導体装置の製造方法によっても達成される。
本発明によれば、量子ドット層が積層されてなる活性層を有する光半導体装置において、基板と量子ドットとの間の格子不整合に伴う転位の発生を抑制しつつ量子ドット層を積層するので、転位に起因する損失を防止することができる。また、所望の光閉じ込め係数を確保しつつ、量子ドット層を多層積層できるので、光半導体装置の特性を容易に向上することができる。
本発明の一実施形態による光半導体装置について図１乃至図７を用いて説明する。
図1は本実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図、図２は本実施形態による光半導体装置の構造を示す斜視図、図３及び図４は本実施形態による光半導体装置の具体例を示す斜視図、図５乃至図７は本実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
はじめに、本実施形態による光半導体装置の構造について図１及び図２を用いて説明する。なお、図２では、本実施形態による光半導体装置における活性層の構造を明示するために、メサストライプの一部を除去した状態の斜視図を表している。
ＩｎＰ基板１０上には、ＩｎＡｌＧａＡｓよりなるＳＣＨ層（光閉じ込め層：Separate Confinement Hetero-structure）１２が形成されている。ＳＣＨ層１２上には、活性層２８が形成されている。活性層２８は、ＩｎＡｓよりなる複数の量子ドットを有する量子ドット層１４とＩｎＡｌＧａＡｓよりなるバリア層１６とが複数層積層されてなる量子ドット積層体１８，２２，２６と、これらの間に形成されたＩｎＡｌＧａＡｓよりなるバリア層２０，２４とを有している。活性層２８上には、ＩｎＡｌＧａＡｓよりなるＳＣＨ層３０が形成されている。ＳＣＨ層３０上には、ｐ−ＩｎＰよりなるクラッド層３２及びｐ−ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３４が形成されている。クラッド層３２及びコンタクト層３４は、メサ形状にパターニングされている。メサ頂上のコンタクト層３４上には、シリコン酸化膜３８を介してｐ側電極４２が形成されている。ＩｎＰ基板１０の裏面側には、ｎ側電極４４が形成されている。
ここで、本実施形態による光半導体装置は、活性層２８が複数の量子ドット層の積層体により構成されている点は、図９に示す従来の光半導体装置と同様である。本実施形態による光半導体装置の主たる特徴は、活性層２８が、第１の膜厚のバリア層１６を介して積層された複数の量子ドット層１４を有する複数の量子ドット積層体１８，２２，２６を複数有し、これら複数の量子ドット積層体１８，２２，２６が第１の膜厚よりも厚い第２の膜厚のバリア層を介して積層された構造を有していることにある。
量子ドット活性層を用いた光半導体装置では、層厚方向に隣接する量子ドット間の相互作用防止及び光閉じ込め係数向上の観点から、量子ドット層間に形成するバリア層の膜厚を規定する必要がある。すなわち、量子ドット層間に形成するバリア層の膜厚が薄すぎると、量子ドット層間の波動関数が重なり、個別の量子ドット層として機能しなくなる。これに対し、量子ドット層間に形成するバリア層の膜厚が厚すぎると、光閉じ込め係数が低下し、光半導体装置の特性が劣化する。なお、光閉じ込め係数とは、素子の活性層に閉じ込められる光エネルギーの割合のことであり、一般に大きい方が特性上有利である。
一方、特性の更なる向上を狙い、このような条件を満足するバリア層を介して量子ドット層を複数層積層すると、量子ドットの層数を増加するに伴って基板と量子ドットとの間の格子不整合に起因した転位が発生し、光半導体装置の特性を劣化する。
そこで、本実施形態による光半導体装置では、活性層２８を以下のようにして構成している。
まず、活性層２８を、第１の膜厚のバリア層１６を介して積層された複数の量子ドット層１４を有する複数の量子ドット積層体１８，２２，２６により構成することとする。ここで、バリア層１６の膜厚（第１の膜厚）は、量子ドット間の相互作用防止及び光閉じ込め係数向上の観点から最適化された膜厚とする。なお、バリア層１６の膜厚の下限値は、量子ドット層１４間の相互作用を防止する観点から規定され、約５ｎｍ以上に設定する必要がある。また、バリア層１６の膜厚の上限値は、光閉じ込め係数により決定されるものであり、デバイスの構造に応じて適宜選択することが望ましい。本実施形態による光半導体装置における材料系では、バリア層１６の膜厚は、約３０ｎｍ以下に設定することが望ましい。
量子ドット積層体１８，２２，２６は、基板と量子ドットとの間の格子不整合に起因した転位が発生する臨界膜厚以下になるように、バリア層１６の膜厚や量子ドット層１４の積層数を適宜設定する。本実施形態による光半導体装置における材料系では、バリア層１６が１５ｎｍの場合、量子ドット層１４の積層数を３層とすることができる。
そして、量子ドット積層体１８，２２，２６を、第２の膜厚のバリア層２０，２４を介して積層する。バリア層２０，２４は、バリア層としての本来の機能を有するほか、量子ドット積層体１８，２２において発生した格子不整合に伴う歪みを緩和するためのものである。したがって、バリア層１８，２２の膜厚（第２の膜厚）は、少なくとも格子歪みを緩和するに必要な膜厚とする。本実施形態による光半導体装置おける材料系では、バリア層２０，２４の膜厚の下限値は約１５ｎｍとなる。また、バリア層２０，２４の膜厚の上限値は、バリア層１６の場合と同様、光閉じ込め係数により決定されるものであり、デバイスの構造に応じて適宜選択することが望ましい。
なお、図１に示す本実施形態による光半導体装置において、バリア層１６の膜厚を１５ｎｍとし、量子ドット積層体１８，２２，２６をそれぞれ３層の量子ドット層により構成した場合、バリア層２０，２４の膜厚を６５ｎｍ以下に設定することにより、図９に示す従来の光半導体装置においてバリア層１０８の膜厚を３０ｎｍとして９層の量子ドット層１０６を積層する場合よりも、光閉じ込め係数を大きくすることができた。
このようにして活性層２８を構成することにより、光閉じ込め係数を最適化するとともに、基板と量子ドットとの間の格子不整合に起因した転位の発生を抑制しつつ、量子ドット層の積層数を容易に増加することができる。
図３は、本実施形態による光半導体装置をＳＯＡに適用した一例を示す斜視図である。図３に示すＳＯＡにおいて、電極４２から所定の駆動電流を注入した状態で、ＳＯＡの一方の端面から入力光を入射することにより、他方の端面から増幅された出力光を得ることができる。ＳＯＡの活性層に本発明を適用することにより、高利得且つパターン効果フリーの活性層を有するＳＯＡを構成することができる。また、このＳＯＡを波長変換素子に適用した場合、Ｃバンド全域をカバーできる波長変換素子を構成することができる。
図４は、本実施形態による光半導体装置を半導体レーザに適用した一例を示す斜視図である。図４に示すＳＯＡにおいて、電極４２から発振閾値より高い所定の駆動電流を注入することによりレーザ発振し、レーザ光を出力することができる。半導体レーザにおける量子ドットの利点は、アルファパラメータがゼロに近いことにある。これにより、４０ＧＨｚ程度の高速で変調してもチャープの非常に小さいレーザを実現することができる。したがって、ＣＷレーザ光源＋外部変調器の組み合わせや変調器集積化光源に比較して、高速変調光源のコストダウンを図ることができる。
なお、図３及び図４に示すように、ＳＯＡ及び半導体レーザの基本的な構造は同じであるが、ＳＯＡでは端面が無反射処理されているのに対し、半導体レーザでは共振器を構成するために端面が高反射処理されている点で異なっている。なお、無反射処理としては、端面に反射防止膜を形成する処理が挙げられる。また、高反射処理としては、端面に所定の反射率を有する膜を形成する処理や、劈開により端面を形成する処理が挙げられる。
また、本実施形態による光半導体装置の構造は、活性層を含むｐ−ｉ−ｎ接合を持つ導波路構造であるため、ＳＯＡや半導体レーザばかりでなく、受光素子としても用いることができる。
次に、本実施形態による光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。
まず、例えば不純物濃度が２×１０１８ｃｍ−３のｎ−ＩｎＰ（３１１）基板１０上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚４２ｎｍのＩｎＡｌＧａＡｓよりなるＳＣＨ層１２を形成する。
なお、ＩｎＰ基板１０とＳＣＨ層１２との間に、ｎ型の下部クラッド層を形成してもよい。本実施形態による光半導体装置では、ＩｎＰ基板１０が、下部クラッド層としても機能する。
次いで、ＳＣＨ層１２上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば２．５原子層程度のＩｎＡｓを成長する。このＩｎＡｓは、基板のＩｎＰとの間の格子不整合に起因して三次元成長島よりなる量子ドットに自己形成される。こうして、ＳＣＨ層１２上に、ＩｎＡｓよりなる量子ドット層１４を形成する。
次いで、量子ドット層１４が形成されたＳＣＨ層１２上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚１５ｎｍのＩｎＡｌＧａＡｓよりなるバリア層１６を形成する。
次いで、上述の量子ドット層１４及びバリア層１６の形成と同様にして、量子ドットの形成とＩｎＡｌＧａＡｓ層の形成とを繰り返し行い、ＳＣＨ層１２上に、バリア層１６を介して３層の量子ドット層１４が繰り返し積層された量子ドット積層体１８を形成する（図５（ａ））。
次いで、量子ドット積層体１８上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＩｎＡｌＧａＡｓよりなるバリア層２０を形成する。
次いで、量子ドット積層体１８の形成と同様にして、バリア層２０上に、ＩｎＡｌＧａＡｓ層を介して３層の量子ドット層が繰り返し積層された量子ドット積層体２２を形成する。
次いで、量子ドット積層体２２上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚３０ｎｍのＩｎＡｌＧａＡｓよりなるバリア層２４を形成する。
次いで、量子ドット積層体１８の形成と同様にして、バリア層２４上に、ＩｎＡｌＧａＡｓ層を介して３層の量子ドット層が繰り返し積層された量子ドット積層体２６を形成する。
こうして、バリア層２０，２４を介して積層された量子ドット積層体１８，２２，２６を有する活性層２８を形成する。
次いで、活性層２８上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚４２ｎｍのＩｎＡｌＧａＡｓよりなるＳＣＨ層３０を形成する（図５（ｂ））。
次いで、ＳＣＨ層３０上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚が３０００ｎｍ、例えば不純物濃度が２×１０１８ｃｍ−３の、ｐ−ＩｎＰよりなるクラッド層３２を形成する。
次いで、クラッド層３２上に、例えばＭＢＥ法やＭＯＶＰＥ法により、例えば膜厚が５００ｎｍ、例えば不純物濃度が１．５×１０１９ｃｍ−３の、ｐ−ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層３４を形成する（図５（ｃ））。
次いで、コンタクト層３４上に、例えばＣＶＤ法により、膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜３６を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィー及び弗酸系エッチング液を用いたウェットエッチングによりシリコン酸化膜３６をパターニングし、シリコン酸化膜３６を幅４μｍのストライプ状にパターニングする。
次いで、例えばＳｉＣｌ４プラズマを用いた反応性イオンエッチングにより、シリコン酸化膜３６をマスクとしてコンタクト層３４及びクラッド層３２を異方性エッチングし、コンタクト層３４及びクラッド層３２をメサ形状にパターニングする（図６（ａ））。
次いで、弗酸系水溶液を用いたウェットエッチングにより、シリコン酸化膜３６を除去する。
次いで、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜３８を堆積する。
次いで、フォトリソグラフィー及び弗酸系エッチング液を用いたウェットエッチングによりシリコン酸化膜３８をパターニングし、メサ頂上のシリコン酸化膜３８に、幅３μｍのストライプ状の開口部４０を形成する（図６（ｂ））。
次いで、例えば電子ビーム蒸着法により、例えば膜厚１００ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と、例えば膜厚３００ｎｍのプラチナ（Ｐｔ）膜とを堆積する。
次いで、チタン膜及びプラチナ膜をシードとして、メッキ法により、プラチナ膜上に膜厚３μｍの金（Ａｕ）膜を堆積する。
こうして、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造よりなり、開口部４０を介してコンタクト層３４に電気的に接続されたｐ側電極４２を形成する（図７（ａ））。
次いで、ＩｎＰ基板１０の厚さが１５０μｍになるまで、ＩｎＰ基板１０を裏面側から研磨する。
次いで、ＩｎＰ基板１０の裏面上に、例えば抵抗加熱蒸着法により、膜厚５０ｎｍのＡｕＧｅ合金膜と膜厚２５０ｎｍの金膜とを堆積する。
次いで、ＡｕＧｅ合金膜及び金膜をシードとして、メッキ法により、膜厚３μｍの金膜を堆積する。
こうして、Ａｕ／ＡｕＧｅの積層構造よりなり、ＩｎＰ基板１０の裏面側に電気的に接続されたｎ側電極を形成する（図７（ｂ））。
このように、本実施形態によれば、第１の膜厚のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層１４を有する複数の量子ドット積層体を、第１の膜厚よりも厚い第２の膜厚のバリア層を介して積層することにより活性層を構成するので、基板と量子ドットとの間の格子不整合に伴う転位の発生を抑制しつつ量子ドット層を積層することができる。これにより、転位に起因する光半導体装置の損失を防止することができる。また、所望の光閉じ込め係数を確保しつつ、量子ドット層を多層積層できるので、光半導体装置の特性を容易に向上することができる。
［変形実施形態］
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。
例えば、上記実施形態では、量子ドット層を３層積層した量子ドット積層体を３層積層して活性層を構成したが、量子ドット層の層数や量子ドット積層体の層数は、上記実施形態に限定されるものではない。これらパラメータは、所望のデバイス特性等に応じて適宜選択することが望ましい。
また、上記実施形態では、基板及びクラッド層をＩｎＰにより構成し、量子ドット層をＩｎＡｓにより構成し、バリア層及びＳＣＨ層をＩｎＡｌＧａＡｓ層により構成したが、光半導体装置を構成する材料は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、量子ドットを多層積層してなる活性層を有する光半導体装置に広く適用できるものである。
また、上記実施形態では、活性層２８を量子ドット層の積層体により構成したが、例えば図８に示すように、量子ドットの代わりに量子細線４６を用いるようにしてもよい。すなわち、活性層２８を、第１のバリア層（バリア層１６に相当）を介して積層された複数の量子細線４６を有する複数の量子細線積層体４８が、第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層（バリア層２０，２４に相当）を介して積層されてなる活性層により構成するようにしてもよい。また、量子ドットの代わりに、歪量の大きい量子井戸を用いるようにしてもよい。すなわち、活性層２８を、第１のバリア層（バリア層１６に相当）を介して積層された複数の量子井戸を有する複数の量子井戸積層体が、第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層（バリア層２０，２４に相当）を介して積層されてなる活性層により構成するようにしてもよい。
以上、詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
（付記１）
第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成され、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と
を有することを特徴とする光半導体装置。
（付記２）
付記１記載の光半導体装置において、
前記量子ドット積層体の厚さは、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する転位が発生する臨界膜厚以下である
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記３）
付記１又は２記載の光半導体装置において、
前記第２のバリア層の膜厚は、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する格子歪みを緩和するために必要な膜厚以上である
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記第１のバリア層の膜厚は、前記量子ドット層間の相互作用を防止するために必要な膜厚以上である
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記第１のバリア層及び前記第２のバリア層の上限膜厚は、所望の光閉じ込め係数に応じて制御されている
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記６）
付記１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
第１のバリア層の膜厚は、５〜３０ｎｍである
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記７）
付記１乃至６のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記第２のバリア層の膜厚は、１５〜６５ｎｍである
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記８）
付記１乃至７のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記第１のクラッド層と前記活性層との間に形成された第１のＳＣＨ層と、
前記活性層と前記第２のクラッド層との間に形成された第２のＳＣＨ層とを更に有する
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記９）
付記１乃至８のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記活性層の端面が、無反射処理されている
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記１０）
付記１乃至８のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
前記活性層の端面が、高反射処理されている
ことを特徴とする光半導体装置。
（付記１１）
第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成され、第１のバリア層を介して積層された複数の量子細線を有する複数の量子細線積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と
を有することを特徴とする光半導体装置。
（付記１２）
第１導電型の第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に形成され、第１のバリア層を介して積層された複数の量子井戸層を有する複数の量子井戸積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層と、
前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と
を有することを特徴とする光半導体装置。
（付記１３）
第１導電型の第１のクラッド層上に、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層を形成する工程と、
前記活性層上に、第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程と
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記１４）
付記１３記載の光半導体装置の製造方法において、
前記活性層を形成する工程では、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する転位が発生しないように、前記量子ドット積層体の厚さを制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記１５）
付記１３又は１４記載の光半導体装置の製造方法において、
前記活性層を形成する工程では、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する格子歪みを緩和するように、前記第２のバリア層の膜厚を制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
（付記１６）
付記１３乃至１５のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
前記活性層を形成する工程では、所望の光閉じ込め係数が得られるように、前記第１のバリア層及び前記第２のバリア層の膜厚を制御する
ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
本発明の一実施形態による光半導体装置の構造を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の具体例を示す斜視図（その１）である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の具体例を示す斜視図（その２）である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。 本発明の一実施形態による光半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。 本発明の実施形態の変形例による光半導体装置の構造を示す斜視図である。 従来の光半導体装置の構造を示す概略断面図である。
符号の説明
１０…ＩｎＰ基板
１２，３０…ＳＣＨ層
１４…量子ドット層
１６，２０，２４…バリア層
１８，２２，２６…量子ドット積層体
２８…活性層
３２…クラッド層
３４…コンタクト層
３６，３８…シリコン酸化膜
４０…開口部
４２，４４…電極
４６…量子細線
４８…量子細線積層体
１００…基板
１０２，１１０…ＳＣＨ層
１０４…活性層
１０６…量子ドット層
１０８…バリア層
１１２…クラッド層
１１４…コンタクト層
１１６…絶縁膜
１１８，１２０…電極

Claims (10)

  1. 第１導電型の第１のクラッド層と、
    前記第１のクラッド層上に形成され、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層と、
    前記活性層上に形成された第２導電型の第２のクラッド層と
    を有することを特徴とする光半導体装置。
  2. 請求項１記載の光半導体装置において、
    前記量子ドット積層体の厚さは、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する転位が発生する臨界膜厚以下である
    ことを特徴とする光半導体装置。
  3. 請求項１又は２記載の光半導体装置において、
    前記第２のバリア層の膜厚は、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する格子歪みを緩和するために必要な膜厚以上である
    ことを特徴とする光半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
    前記第１のバリア層の膜厚は、前記量子ドット層間の相互作用を防止するために必要な膜厚以上である
    ことを特徴とする光半導体装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
    前記第１のバリア層及び前記第２のバリア層の上限膜厚は、所望の光閉じ込め係数に応じて制御されている
    ことを特徴とする光半導体装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光半導体装置において、
    第１のバリア層の膜厚は、５〜３０ｎｍであり、
    前記第２のバリア層の膜厚は、１５〜６５ｎｍである
    ことを特徴とする光半導体装置。
  7. 第１導電型の第１のクラッド層上に、第１のバリア層を介して積層された複数の量子ドット層を有する複数の量子ドット積層体が、前記第１のバリア層よりも厚い第２のバリア層を介して積層されてなる活性層を形成する工程と、
    前記活性層上に、第２導電型の第２のクラッド層を形成する工程と
    を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  8. 請求項７記載の光半導体装置の製造方法において、
    前記活性層を形成する工程では、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する転位が発生しないように、前記量子ドット積層体の厚さを制御する
    ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  9. 請求項７又は８記載の光半導体装置の製造方法において、
    前記活性層を形成する工程では、前記第１のバリア層と前記量子ドット層との間の格子不整合に起因する格子歪みを緩和するように、前記第２のバリア層の膜厚を制御する
    ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  10. 請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法において、
    前記活性層を形成する工程では、所望の光閉じ込め係数が得られるように、前記第１のバリア層及び前記第２のバリア層の膜厚を制御する
    ことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
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