JPH11112099A - 半導体光素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本来の特性を発揮できる量子ドット構成の活
性層を有する半導体光素子を容易に作製できるようにす
る。 【解決手段】 スルーホールメンブレン１０１を主表面
が（００１）のｎ形ＧａＡｓからなる基板５０１上に配
置し、そのスルーホールメンブレン１０１をマスクとし
てＰｔを蒸着し、基板５０１上にＰｔからなるマスクパ
ターン５０２を形成する。そして、マスクパターン５０
２をマスクとして基板５０１をエッチングし、このこと
により基板５０１表面にドット５０３からなるひずみ導
入層５０３ａを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、量子井戸構造を
有する活性層を備えた半導体光素子の作製方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光素子は、その機能部、たとえば、半導
体レーザや光変調器の活性層部分をバルク構造から多重
量子井戸構造（ＭＱＷ）にすることにより、発振しきい
値の低下をはじめとする素子特性の向上が図れる。さら
には、ＭＱＷ構造の中で、井戸層と障壁層との格子定数
を０．５〜１％程度に意図的にずらすことにより、ＭＱ
Ｗ内に応力を内在させたひずみＭＱＷ構造の採用によ
り、さらに高効率かを得ることができる。そして、量子
細線構造や量子ドット構造など、より低次元化すること
により、活性層のさらなる特性の向上が期待されてい
る。

【０００３】その量子ドット構造は、キャリア閉じ込め
効果や状態密度の増大などの量子効果に基づく更なる特
性の向上が期待されるものであり、これら低次元構造の
作製技術を確立をするための研究が活発に行われてい
る。上述した量子ドット構造の形成に関しては、自己組
織化成長やマスキングを利用した選択成長などの結晶成
長からアプローチする方法や、量子井戸構造を持つ結晶
をエッチング技術により微細加工して低次元化する方法
が試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平面的
に量子井戸層が形成されたＭＱＷ構造を有する光素子を
凌駕する技術は、開発されていないのが現状である。前
述した技術により形成された量子ドットによる光素子
が、本来の特性が得られていない主な原因として、形成
された量子ドットのサイズの揺らぎや配列の不規則性が
ある。この発明は、以上のような問題点を解消するため
になされたものであり、本来の特性を発揮できる量子ド
ット構成の活性層を有する半導体光素子を容易に作製で
きるようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の半導体光素子
の作製方法は、複数の貫通孔を有するスルーホールメン
ブレンを半導体からなる基板上に配置し、スルーホール
メンブレンをマスクとして基板上にマスク材料を堆積す
ることにより、マスク材料からなるドットパターンを貫
通孔の配置に合わせて基板上に形成する第１の工程と、
スルーホールメンブレンを基板上部より取り外す第２の
工程と、ドットパターンをマスクとして基板をエッチン
グして基板表面に突起を形成することにより基板表面に
歪み導入層を形成する第３の工程と、ドットパターンを
除去する第４の工程と、基板に格子整合する第１の半導
体を突起がほぼ埋め込まれるように結晶成長し、これに
より歪み導入層上に第１の半導体からなる第１の障壁層
を形成する第５の工程と、第１の半導体とは格子定数が
異なる第２の半導体を連続した膜状に形成されない程度
に結晶成長させることにより、第２の半導体からなる量
子ドットを歪み導入層の突起の位置に合わせて第１の障
壁層上に形成する第６の工程と、量子ドットを含む第１
の障壁層上に第１の半導体を結晶成長することにより、
量子ドットがほぼ埋め込まれるように第１の半導体から
なる第２の障壁層を形成する第７の工程とを少なくとも
備えるようにした。以上示すように半導体光素子を作製
するようにしたので、スルーホールメンブレンの貫通孔
の位置に合わせるように量子ドットが形成されるように
なる。また、この発明の半導体光素子の作製方法は、半
導体からなる基板上に基板と格子定数の異なる歪み膜を
形成する第１の工程と、複数の貫通孔を有するスルーホ
ールメンブレンを歪み膜上に配置し、スルーホールメン
ブレンをマスクとして歪み膜上にマスク材料を堆積する
ことにより、マスク材料からなるドットパターンを貫通
孔の配置に合わせて歪み膜上に形成する第２の工程と、
スルーホールメンブレンを基板上部より取り外す第３の
工程と、ドットパターンをマスクとして歪み膜をエッチ
ングして基板表面に突起を形成することにより基板上に
歪み導入層を形成する第４の工程と、ドットパターンを
除去する第５の工程と、基板に格子整合する第１の半導
体を突起がほぼ埋め込まれるように結晶成長し、これに
より歪み導入層上に第１の半導体からなる第１の障壁層
を形成する第６の工程と、第１の半導体とは格子定数が
異なる第２の半導体を連続した膜状に形成されない程度
に結晶成長させることにより、第１の障壁層上に歪み導
入層の突起の位置に合わせて第２の半導体からなる量子
ドットを形成する第７の工程と、量子ドットを含む第１
の障壁層上に第１の半導体を結晶成長することにより、
量子ドットがほぼ埋め込まれるように第１の半導体から
なる第２の障壁層を形成する第８の工程とを少なくとも
備えるようにした。以上示すように半導体光素子を作製
するようにしたので、スルーホールメンブレンの貫通孔
の位置に合わせるように量子ドットが形成されるように
なる。また、この発明の半導体光素子の作製方法は、複
数の貫通孔を有するスルーホールメンブレンを半導体か
らなる基板上に配置し、スルーホールメンブレンをマス
クとして基板上に基板と異なる格子定数を有する第１の
半導体を堆積することにより、基板上に第１の半導体か
らなるドットパターンを貫通孔の配置に合わせて形成す
る第１の工程と、スルーホールメンブレンを基板上部よ
り取り外す第２の工程と、基板に格子整合する第２の半
導体をドットパターンがほぼ埋め込まれるように結晶成
長し、これにより歪み導入層上に第２の半導体からなる
第１の障壁層を形成する第３の工程と、第２の半導体と
は格子定数が異なる第３の半導体を連続した膜状に形成
されない程度に結晶成長させることにより、第２の障壁
層上に歪み導入層の突起の位置に合わせて第３の半導体
からなる量子ドットを形成する第４の工程と、量子ドッ
トを含む第１の障壁層上に第２の半導体を結晶成長する
ことにより、量子ドットがほぼ埋め込まれるように第２
の半導体からなる第２の障壁層を形成する第５の工程と
を少なくとも備えるようにした。以上示すように半導体
光素子を作製するようにしたので、スルーホールメンブ
レンの貫通孔の位置に合わせるように量子ドットが形成
されるようになる。

【０００６】また、この発明の半導体光素子の作製方法
は、半導体からなる基板上に上下を障壁層に挾まれた量
子井戸層からなる活性層を形成する第１の工程と 複数
の貫通孔を有するスルーホールメンブレンを活性層上に
配置し、スルーホールメンブレンをマスクとして基板上
にマスク材料を堆積することにより、基板上にマスク材
料からなるドットパターンを貫通孔の配置に合わせて形
成する第２の工程と、スルーホールメンブレンを基板上
部より取り外す第３の工程と、ドットパターンをマスク
として活性層を選択的にエッチングして活性層からなる
ポストを形成する第４の工程と、ポスト周囲の基板上に
高抵抗な半導体からなる埋め込み層を形成する第５の工
程とを少なくとも備えるようにした。以上示すように半
導体光素子を作製するようにしたので、ポストの形成に
より分離された量子井戸層から量子ドットが形成され、
それがスルーホールメンブレンの貫通孔の位置に合わせ
るように形成される。また、この発明の半導体光素子の
作製方法は、複数の貫通孔を有するスルーホールメンブ
レンを半導体からなる基板上に配置し、スルーホールメ
ンブレンをマスクとして基板表面を選択的にエッチング
することにより、基板表面にスルーホールメンブレンの
貫通孔の配置に合わせて凹部を形成する第１の工程と、
スルーホールメンブレンを基板上部より取り外す第２の
工程と、凹部を埋め込むように半導体層を結晶成長する
ことにより凹部それぞれに量子ドットもしくは多重量子
ドット構造を形成する第３の工程とを少なくとも備える
ようにした。以上示すように半導体光素子を作製するよ
うにしたので、凹部内により分離された量子ドットや多
重量子ドット構造が形成され、それがスルーホールメン
ブレンの貫通孔の位置に合わせるように形成される。そ
して、この発明の半導体光素子の作製方法は、複数の貫
通孔を有するスルーホールメンブレンを半導体からなる
基板上に配置し、スルーホールメンブレンをマスクとし
て基板表面を選択的にエッチングすることにより、基板
表面に貫通孔の配置に合わせて凹部を形成する第１の工
程と、スルーホールメンブレンをマスクとして凹部を埋
め込むように半導体層を結晶成長することにより凹部そ
れぞれに量子ドットもしくは多重量子ドット構造を形成
する第２の工程と、スルーホールメンブレンを基板上部
より取り外す第３の工程とを少なくとも備えるようにし
た。以上示すように半導体光素子を作製するようにした
ので、凹部内により分離された量子ドットや多重量子ド
ット構造が形成され、それがスルーホールメンブレンの
貫通孔の位置に合わせるように形成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。 実施の形態１ まず、この発明の第１の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。はじめに概要について
説明すると、所定の間隔で所望の寸法の細孔（貫通孔）
が形成されたスルーホールメンブレンをマスクとして利
用することにより、ｎｍオーダーで、周期的に配列され
た微細な量子ドットを形成し、これを用いた半導体光素
子を作製するようにした。

【０００８】図１は、そのスルーホールメンブレン１０
１を示す斜視図であり、直径φの細孔（貫通孔）１０２
が間隔Λで規則正しく形成されている。また、細孔１０
２は、平面的にみて近直の３個を頂点とすると、正三角
形となるように配置されている。このスルーホールメン
ブレン１０１の作製方法を簡単に説明すると、まず、図
２（ａ）に示すように、表面に所望の配列に突起２０１
を有する基板２００と、電解研磨などにより表面が鏡面
に仕上げられたアルミニウムからなるアルミ基板２０３
を用意する。ここで、突起２０１は間隔Λで規則正しく
配置している。そして、図３（ｂ）に示すように、基板
２００の突起２０１形成面をアルミ基板２０３に押しつ
け、アルミ基板２０３表面の突起２０１に対応する部分
に微細な窪み２０４を形成する。すなわち、基板２００
の突起２０１のパターンを、アルミ基板２０３表面に転
写する。この押しつけは、基板２００の突起２０１形成
面をアルミ基板２０３表面に押しつけ、油圧プレスなど
を用いて両基板裏面より、例えば、１トン／ｃｍ² の圧
力を印加することなどにより実施すればよい。

【０００９】なお、基板２００としては、その押しつけ
によるパターンの転写において、基板２００自身や突起
２０１が破壊されたり変形したりすることのない、強度
と硬度を有する材料を用いることが望ましい。たとえ
ば、シリコン基板などを用いれば、突起も用意に形成で
きるのでよい。また、この基板を繰り返し使用すること
を考えると、より強度の高いダイヤモンドやシリコンカ
ーバイト（ＳｉＣ）もしくはタンタルを基板として用い
ることがより望ましい。

【００１０】次に、アルミ基板２０３を酸性電解質溶液
中において陽極酸化することにより、アルミ基板２０３
すなわちアルミニウムを酸化する。この陽極酸化によ
り、図３（ｃ）に示すように、アルミ基板２０３表面に
は、アルミナに変化した酸化層２０３ａが形成される。
このとき、窪み２０４が形成されていないアルミ基板２
０３表面が特に酸化され、その領域にアルミナが成長し
ていく。この結果、図３（ｃ）に示すように、形成され
た酸化層２０３ａには、アルミ基板２０３表面に形成さ
れた窪み２０４の位置に、穴２０４ａが形成された状態
となる。ここで、この陽極酸化においては、形成する細
孔の穴径（φ）や配列寸法（Λ）に対応して、図４に示
すように電圧条件を制御する。例えば、φ＝２０ｎｍ，
Λ＝５０ｎｍ程度とするならば、電圧は２０Ｖ程度とす
ればよい。そして、その電圧を変化させることにより、
穴径を配列寸法に応じて変化させることができる。な
お、穴径に関しては、燐酸などを用いた後処理により、
配列寸法の９０％程度まで大きくすることは可能であ
る。

【００１１】そして、上述した陽極酸化を適当な時間行
うことにより、所望の厚さに酸化層２０３ａを成長させ
るとともに、所望の深さに穴２０４ａを成長させる。そ
してその後、そのアルミ基板２０３の酸化層２０３ａ下
のアルミニウムの部分を選択的にエッチング除去し、加
えて、酸化層２０３ａも若干エッチングすることによ
り、図１に示すようなスルーホールメンブレン１０１が
完成する。ここで、アルミニウムに選択エッチングで
は、エッチング液としてＨｇＣｌ₂の飽和水溶液、もし
くは、Ｂｒ₂ の飽和メタノール溶液を用いればよい。ま
た、酸化層２０３ａのエッチングでは、燐酸などを用い
るようにすればよい。なお、スルーホールメンブレンの
厚さ（ｈ）は、陽極酸化の時間によって決定され、０．
５μｍ程度の薄膜から数１０μｍに及ぶ厚膜まで形成で
きる。また、スルーホールメンブレンの大きさは、数ｍ
ｍ角のオーダーまで形成可能である。

【００１２】以上に示したようにして作製した、スルー
ホールメンブレン１０１（図１）を用いて、この実施の
形態１における半導体光素子を作製する方法に関して以
下に説明する。なお、以下では、Λ＝５０ｎｍ，φ＝２
０ｎｍ，ｈ＝２μｍとした。まず、図５（ａ）に示すよ
うに、スルーホールメンブレン１０１を主表面が（００
１）のｎ形ＧａＡｓからなる基板５０１上に配置し、図
５（ｂ）に示すように、そのスルーホールメンブレン１
０１をマスクとしてＰｔを蒸着することにより、基板５
０１上にＰｔからなるマスクパターン５０２を形成す
る。ここで、マスクパターン５０２を形成した後、スル
ーホールメンブレン１０１は基板５０１上より取り外し
ておく。なお、このマスクパターンの材料としては、Ｐ
ｔに限る物ではなく、Ａｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔａなど、蒸
着できる他の金属や、酸化シリコン，窒化シリコンなど
を用いるようにしてもよい。すなわち、マスクパターン
として、下層の化合物半導体とのエッチングにおいて選
択性がとれ、かつ、後の工程において支障のない材料な
らよい。

【００１３】次に、図５（ｃ）に示すように、今度はマ
スクパターン５０２をマスクとして基板５０１をエッチ
ングし、このことにより基板５０１表面にドット５０３
からなるひずみ導入層５０３ａを形成する。ここで、こ
のエッチングは、酸などによるウエットエッチングを用
いてもよく、また、Ａｒイオンミリングや反応性イオン
によるエッチングなどのドライエッチングを用いるよう
にしてもよい。次に、プラズマ酸化処理や適当な酸処理
（ウエット）によりマスクパターン５０２を除去し、さ
らに酸処理などにより基板表面の自然酸化膜の除去など
を行い、基板表面を清浄化する。この結果、図５（ｄ）
に示すように、基板５０１表面には、高さ１０ｎｍ程度
のドット５０３が５０ｎｍ間隔で規則的に配列したひず
み導入層５０３ａが形成された状態が得られる。

【００１４】次に、図５（ｅ）に示すように、分子ビー
ムエピタキシー法（ＭＢＥ）により、基板温度５００℃
程度で、ひずみ導入層５０３ａを含めた基板５０１上に
ＧａＡｓを結晶成長し、このことにより下部障壁層５０
４を形成する。ここで、この成長膜の厚さは１５〜２０
ｎｍ程度とする。このように、下層のドット５０３の突
起高さ１０ｎｍの３倍程度までの厚さに、基板に格子整
合する（同一材料）ＧａＡｓ（下部障壁層５０４）を結
晶成長すると、ドット５０３の段差を解消する完全な平
坦化がされた状態とはならない。このため、ドット５０
３上に位置する下部障壁層５０４表面には、応力（ひず
み）が残存した状態となる。そして、この応力が残存し
た状態の下部障壁層５０４上に、同一の結晶成長装置内
で、ソースガスを変更するなど条件を変更させ、引き続
いてＩｎＡｓを２モノレーヤー相当分成長させることに
より、下層のドット５０３の配置に合わせて下部障壁層
５０４表面に量子ドット５０５からなる量子井戸層５０
５ａが形成される。

【００１５】一般に、格子不整合な系の結晶成長におい
ては、基板と格子定数の異なる結晶をエピタキシャル成
長させようとすると、その成長初期には成長させている
結晶は３次元的な島状に凝集した状態となっている。す
なわち、基板と格子定数の異なる結晶を、連続した膜状
に形成されない程度にエピタキシャル成長させると、成
長させている結晶は３次元的な島状に凝集した状態とな
っている。この島の形状や寸法は結晶成長条件によって
決定されるが、基板表面にひずみが存在する場合は、そ
のひずみの位置に優先的に島が形成される。したがっ
て、図５（ｅ）に示した状態では、ひずみ導入層５０３
ａの存在により、下部障壁層５０４表面には５０ｎｍ間
隔で規則正しく配置されたひずみが存在することにな
る。そして、この上に基板５０１に対して７％程度の格
子不整合を有するＩｎＡｓを２モノレーヤー程度結晶成
長させれば、そのひずみの位置に合わせてＩｎＡｓから
なる量子ドット５０５が形成されることになる。

【００１６】そして、この量子ドット５０５が５０ｎｍ
間隔で規則正しく形成された量子井戸層５０５ａの上
に、その量子ドット５０５を埋め込むようにＧａＡｓを
結晶成長して中間障壁層５０４ａを形成すれば、この中
間障壁層５０４ａ表面にも、量子ドット５０５形成位置
に合わせてひずみが存在した状態となる。したがって、
この上に、同一の結晶成長装置内で、同様にしてＩｎＡ
ｓを２モノレーヤー程度結晶成長させれば、図５（ｆ）
に示すように、そのひずみの位置に合わせて中間障壁層
５０４ａ上に量子ドット５０５が形成されることにな
る。以上のことを所望の回数繰り返すことにより、図５
（ｇ）に示すように、多重量子ドット構造５０６が形成
される。

【００１７】ここで、図５（ｇ）に示すように、多重量
子ドット構造５０６上に保護層５０７を形成した後、結
晶成長装置より取り出してフォトルミネッセンス法など
により多重量子ドット構造５０６の評価をすれば、その
ドット構造に反映した非常にスペクトル幅の狭い発光が
観測される。ついで、その評価の後で、保護層５０７を
選択的に除去し、図６（ｈ）に示すように、多重量子ド
ット構造５０６上にＰ形のＧａＡｓからなるクラッド層
５０８を形成し、さらに、オーミックコンタクト層５０
９を形成すれば、この実施の形態１における半導体光素
子の基本構造ができあがる。なお、上述の評価は必ず必
要な工程ではなく、これを省略し、保護層５０７を形成
せずに、多重量子ドット構造５０６上に、引き続いてク
ラッド層５０８，オーミックコンタクト層５０９を形成
するようにしてもよい。

【００１８】以上示したように、この実施の形態１によ
れば、スルーホールメンブレンの細孔位置に合わせて量
子ドットを形成できるので、正確に配列された量子ドッ
トからなる量子ドット構造を備えた半導体光素子を得る
ことができる。例えば、直径２０ｎｍの量子ドットを周
期を１００ｎｍとして規則正しく配置させた層を６層積
層した多重量子ドット構造を有し、１．５５μｍで発振
する共振器町３００μｍの半導体レーザを容易に形成す
ることが可能となる。そして、この半導体レーザは、発
振しきい値を１ｍＡ以下とすることができる。

【００１９】実施の形態２ 以下、この発明の第２の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態２にお
いても、上記実施の形態１と同様に、図１に示したスル
ーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実施の
形態２における半導体光素子を作製する方法に関して説
明する。まず、図７（ａ）に示すように、主表面が（０
０１）のｎ形ＧａＡｓからなる基板７０１上にＩｎＡｓ
層７０１ａを膜厚１０ｎｍ形成し、その上に、スルーホ
ールメンブレン１０１を配置する。そして、図７（ｂ）
に示すように、そのスルーホールメンブレン１０１をマ
スクとしてＰｔを蒸着することにより、ＩｎＡｓ層７０
１ａ上にＰｔからなるマスクパターン７０２を形成す
る。

【００２０】次に、図７（ｃ）に示すように、今度はマ
スクパターン７０２をマスクとしてＩｎＡｓ層７０１ａ
をエッチングし、このことにより基板７０１表面にＩｎ
Ａｓからなるドット７０３を形成する。ここで、このエ
ッチングは、上記実施の形態１と同様であり、酸などに
よるウエットエッチングを用いてもよく、また、Ａｒイ
オンミリングや反応性イオンによるエッチングなどのド
ライエッチングを用いるようにしてもよい。次に、プラ
ズマ酸化処理や適当な酸処理（ウエット）によりマスク
パターン７０２を除去し、さらに酸処理などにより基板
表面の自然酸化膜の除去などを行い、それらのことによ
り基板表面を清浄化する。この結果、図７（ｄ）に示す
ように、基板７０１表面には、高さ１０ｎｍ程度のＩｎ
Ａｓからなるドット７０３が５０ｎｍ間隔で規則的に配
列して形成されたひずみ導入層７０３ａが得られる。

【００２１】次に、図８（ｅ）に示すように、ＭＢＥに
より基板温度５００℃程度でひずみ導入層７０３ａを含
む基板７０１上にＧａＡｓを結晶成長し、このことによ
りドット７０３を埋め込むように下部障壁層７０４を形
成する。ここで、この成長膜の厚さは１５〜２０ｎｍ程
度とする。ところで、前述したように、ＩｎＡｓはＧａ
Ａｓに対して７％程度の格子不整合を有する。このた
め、下層のドット７０３の突起高さ１０ｎｍの３倍程度
までの厚さに、ＧａＡｓ（下部障壁層７０４）を結晶成
長すると、下部障壁層７０４表面の格子定数が異なるド
ット７０３上に位置する領域には、応力（ひずみ）が残
存した状態となる。そして、この応力が残存した状態の
下部障壁層７０４上に、同一の結晶成長装置内で、ソー
スガスを変更するなど条件を変更させ、引き続いてＩｎ
Ａｓを２モノレーヤー相当分成長させる。このことによ
り、上記実施の形態１と同様に、下層のドット７０３の
配置に合わせ、下部障壁層７０４表面に量子ドット７０
５が５０ｎｍ間隔に規則正しく配列形成される。

【００２２】そして、この量子ドット７０５からなる量
子井戸層７０５ａの上に、その量子ドット７０５を埋め
込むようにＧａＡｓからなる中間障壁層７０４ａを形成
し、引き続いて同一の結晶成長装置内で、同様にしてＩ
ｎＡｓを２モノレーヤー程度結晶成長させることを繰り
返せば、図８（ｆ）に示すように、多重量子ドット構造
７０６が形成される。ここで、図８（ｆ）に示すよう
に、多重量子ドット構造７０６上に保護層７０７を形成
した後、結晶成長装置より取り出し、フォトルミネッセ
ンス法などにより多重量子ドット構造７０６の評価をす
れば、そのドット構造に反映した非常にスペクトル幅の
狭い発光が観測される。

【００２３】ついで、その評価の後で、保護層７０７を
選択的に除去し、図８（ｇ）に示すように、多重量子ド
ット構造７０６上にＰ形のＧａＡｓからなるクラッド層
７０８を形成し、さらに、オーミックコンタクト層７０
９を形成すれば、この実施の形態１における半導体光素
子の基本構造ができあがる。なお、上述の評価は必ず必
要な工程ではなく、これを省略し、保護層７０７を形成
せずに、多重量子ドット構造７０６上に、引き続いてク
ラッド層７０８，オーミックコンタクト層７０９を形成
するようにしてもよい。以上示したように、この実施の
形態２においても、スルーホールメンブレンの細孔位置
に合わせて量子ドットを形成できるので、正確に配列さ
れた量子ドットからなる量子ドット構造を備えた半導体
光素子を得ることができる。

【００２４】ところで、上記実施の形態２では、量子ド
ットの形成位置を規則正しい配列とするためのひずみ導
入層として、格子定数の異なる材料からなるドットをリ
ソグラフィー技術と選択エッチングにより形成するよう
にしたが、これに限る物ではない。図１に示すスルーホ
ールメンブレン１０１をマスクとして、ＧａＡｓ基板表
面に、例えばＩｎＡｓを結晶成長することにより、Ｇａ
Ａｓ基板表面に格子定数の異なるＩｎＡｓのドットから
なるひずみ導入層を形成するようにしてもよい。

【００２５】このＩｎＡｓの結晶成長では、例えば、Ｍ
ＢＥや有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ）など
の結晶成長技術を用いればよい。そして、これらの結晶
成長技術を用い、スルーホールメンブレン１０１の細孔
１０２を通し、ＩｎおよびＧａ源となる原子，分子ある
いは反応ガスを供給するようにすれば、ＩｎＡｓからな
るドットが形成できる。なおこの結晶成長技術に関して
は、上記実施の形態１，２におけるＩｎＡｓの結晶成長
においても同様である。

【００２６】そして、このように、ひずみ導入層の形成
をスルーホールメンブレン１０１を用いた結晶成長のみ
で行うようにすれば、次に示すように、以降の工程を同
一の結晶成長装置より取り出すことなく連続的に行うこ
とができるので、結晶性の向上が図れる。例えば、スル
ーホールメンブレンを用いてひずみ導入層を形成した
後、まず、その結晶成長を行った反応室内より、その反
応室に同一の真空雰囲気で接続している基板交換などの
ためのロードロック室に、基板およびスルーホールメン
ブレンを待機させる。ついで、そのロードロック室にお
いてスルーホールメンブレンを基板表面より取り外す。
そして、基板のみを反応室に戻し、ロードロック室と反
応室とを隔離した後、反応室内で引き続いて下部障壁層
の結晶成長などを行うようにする。

【００２７】すなわち、上記実施の形態１，２において
は、ひずみ導入層形成のために一度結晶成長装置内より
取り出してリソグラフィーおよび選択エッチングを行っ
ている。したがって、ひずみ導入層形成後で、ひずみ導
入層を含めた基板表面が雰囲気に暴露されることにな
り、自然酸化膜の成長や汚染などを受け、結晶性の低下
がさけられない。これに対して、前述したように、同一
の結晶成長装置内で、ひずみ導入層の形成から多重量子
ドット構造の形成までを行うようにすれば、上述の汚染
などを受けることが無く、結晶性の向上が図れる。な
お、上述では、ＧａＡｓとＩｎＡｓの組み合わせについ
て説明したが、これに限る物ではなく、ＩｎＧａＡｓＰ
とＩｎＰの組み合わせや、Ｉｎ_0.5Ｇａ_0.5ＡｓとＧａＡ
ｓとの組み合わせや、ＧａＡｓとＳｉＧｅとＳｉとの組
み合わせでもよいことはいうまでもない。

【００２８】実施の形態３ 以下、この発明の第３の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態３にお
いても、上記実施の形態１，２と同様に、図１に示した
スルーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実
施の形態３における半導体光素子を作製する方法に関し
て説明する。まず、図９（ａ）に示すように、ｎ形Ｉｎ
Ｐからなる基板９０１上に、１．５５μｍ組成のＩｎＧ
ａＡｓＰ結晶を膜厚１００ｎｍ成長することにより半導
体層９０２を形成し、その上に、スルーホールメンブレ
ン１０１を配置する。そして、図１０（ｂ）に示すよう
に、そのスルーホールメンブレン１０１をマスクとして
Ｐｔを蒸着することにより、半導体層９０２上にＰｔか
らなるマスクパターン９０３を形成する。なお、このマ
スクパターンの材料としては、Ｐｔに限る物ではなく、
Ａｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔａなど、蒸着できる他の金属や、
酸化シリコン，窒化シリコンなどを用いるようにしても
よい。

【００２９】次に、図１０（ｃ）に示すように、半導体
層９０２および基板９０１の一部を、マスクパターン９
０３をマスクとして垂直異方性の強いエッチングでエッ
チングし、このことによりポスト９０２ａを形成する。
このエッチングとしては、例えば、臭素系のガスを用い
た反応性イオンビームエッチング装置を用いるようにす
ればよい。このドライエッチングは、垂直異方性を有
し、ダメージが低く、かつ、均一な深さを形成できると
いう特徴を備えている。このポスト９０２ａは、数１０
ｎｍ程度の直径をもち、高さ１００ｎｍ程度の量子ポス
トとなる。なお、図１０（ｄ）は、マスクパターン９０
３をマスクとしてポスト９０２ａが基板９０１上に形成
された状態を示す斜視図である。

【００３０】次に、プラズマ酸化、あるいは適当な酸処
理（ウエット処理）を施すことにより、マスクパターン
９０３を除去した後、図１０（ｅ）に示すように、液相
エピタキシャル成長装置を用い、ポスト９０２ａがちょ
うど埋まるように、半絶縁性のＰ形のＩｎＰ結晶を基板
９０１上に成長し、このことにより埋め込み層９０４を
形成する。さらに、図１０（ｆ）に示すように、有機金
属気相成長法などにより、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡ
ｓＰからなる光ガイド層９０５，Ｐ形のＩｎＰからなる
上部クラッド層９０６，さらに，Ｐ形のＩｎＡｓＰから
なるオーミックコンタクト層９０７を形成することによ
り、この実施の形態３における半導体光素子の基本構造
ができあがる。

【００３１】そして、この実施の形態３においては、ポ
ストが上下を障壁層で挾まれた量子井戸層から構成され
ているので、ポストごとに微細な量子井戸構造が形成さ
れていることになる。すなわち、ポストごとに量子ドッ
ト構造が形成されていることになる。そして、ポスト
は、スルーホールメンブレンの細孔位置に合わせて形成
されているので、量子ドット構造を構成するポストごと
の量子ドットも、精度よく配置形成されていることにな
る。

【００３２】実施の形態４ 以下、この発明の第４の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態４にお
いても、上記実施の形態１〜３と同様に、図１に示した
スルーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実
施の形態４における半導体光素子を作製する方法に関し
て説明する。まず、図１１（ａ）に示すように、ｎ形Ｉ
ｎＰからなる基板１１０１上に、多重量子井戸構造１１
０２および光ガイド層１１０３を形成し、その上に、ス
ルーホールメンブレン１０１を配置する。この量子井戸
構造１１０２は、６層のＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓＰよ
り構成され、１．５５μｍで発振する。また、光ガイド
層１１０３は、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰから構
成される。

【００３３】そして、図１１（ｂ）に示すように、その
スルーホールメンブレン１０１をマスクとしてＰｔを蒸
着することにより、光ガイド層１１０３上にＰｔからな
るマスクパターン１１０４を形成する。なお、このマス
クパターンの材料としては、Ｐｔに限る物ではなく、Ａ
ｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｔａなど、蒸着できる他の高融点金属
や、酸化シリコン，窒化シリコンなどを用いるようにし
てもよい。

【００３４】次に、図１１（ｃ）に示すように、光ガイ
ド層１１０３，多重量子井戸構造１１０２および基板１
１０１の一部を、マスクパターン１１０４をマスクとし
て垂直異方性の強いエッチングでエッチングし、ポスト
１１０５を形成する。次に、プラズマ酸化、あるいは適
当な酸処理（ウエット処理）を施すことにより、マスク
パターン１１０４を除去した後、図１１（ｄ）に示すよ
うに、液相エピタキシャル成長装置を用い、ポスト１１
０５がちょうど埋まるように、半絶縁性のＰ形のＩｎＰ
結晶を基板１１０１上に成長し、それらのことにより埋
め込み層１１０７を形成する。さらに、図１１（ｅ）に
示すように、有機金属気相成長法などにより、Ｐ形のＩ
ｎＰからなる上部クラッド層１１０８，さらに，Ｐ形の
ＩｎＡｓＰからなるオーミックコンタクト層１１０９を
形成することにより、この実施の形態４における半導体
光素子の基本構造ができあがる。この実施の形態４にお
いては、円柱状に加工された多重量子井戸構造からなる
多重量子ドット構造が形成された状態が得られる。

【００３５】なお、上述では、光ガイド層１１０３を先
に形成してからポスト１１０５を形成するようにした
が、ポストを形成して高抵抗層で埋め込んだ後に、光ガ
イド層１１０３を形成するようにしてもよい。なお、ポ
ストの高さはマスクパターン１１０４をマスクとしたド
ライエッチングの時間で制御できる。ここで、高抵抗層
の埋め込みの液相エピタキシャル成長は、ポストの上に
まで高抵抗層が成長しないようにする必要がある。この
ためには、ポストの高さを０．５μｍ以下とする必要が
ある。以上説明したように、この実施の形態４において
は、ポストごとに微細な多重量子井戸構造が形成されて
いることになる。すなわち、ポストごとに多重量子ドッ
ト構造が形成されていることになる。そして、ポスト
は、スルーホールメンブレンの細孔位置に合わせて形成
されているので、多重量子ドット構造を構成するポスト
ごとの量子ドットも、精度よく配置形成されていること
になる。

【００３６】実施の形態５ 以下、この発明の第５の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態５にお
いても、上記実施の形態１〜４と同様に、図１に示した
スルーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実
施の形態５における半導体光素子を作製する方法に関し
て説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、ｎ形Ｉ
ｎＰからなる基板１２０１上に、多重量子井戸構造１２
０２および光ガイド層１２０３を形成し、その上に、ス
ルーホールメンブレン１０１を配置する。この量子井戸
構造１２０２は、６層のＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓＰよ
り構成され、１．５５μｍで発振する。また、光ガイド
層１２０３は、１．３μｍ組成のＩｎＧａＡｓＰから構
成される。これらは、上記実施の形態４と同様である。

【００３７】そして、この実施の形態５では、そのスル
ーホールメンブレン１０１をマスクとしてまず、シリコ
ン酸化物などの酸化物を蒸着し、ついでＰｔを蒸着す
る。このことにより、図１２（ｂ）に示すように、光ガ
イド層１２０３上にシリコン酸化物からなる下層マスク
パターン１２０４ａとＰｔからなる上層マスクパターン
１２０４ｂを形成する。次に、図１２（ｃ）に示すよう
に、光ガイド層１２０３，多重量子井戸構造１２０２お
よび基板１２０１の一部を、上層マスクパターン１２０
４ｂをマスクとして垂直異方性の強いエッチングでエッ
チングし、このことによりポスト１２０５を形成する。

【００３８】次に、プラズマ酸化、あるいは適当な酸処
理（ウエット処理）を施すことにより、上層マスクパタ
ーン１２０４ｂのみを除去する。そしてその後、図１２
（ｄ）に示すように、ポスト１２０５上に下層マスクパ
ターン１２０４ａが形成された状態で液相エピタキシャ
ル成長装置を用い、ポスト１２０５および下層マスクパ
ターン１２０４ａの一部までが埋まるように、半絶縁性
のＰ形のＩｎＰ結晶を基板１２０１上に成長し、それら
のことにより埋め込み層１２０７を形成する。ここで
は、下層マスクパターン１２０４ａが選択成長マスクと
なる。

【００３９】ついで、その下層マスクパターン１２０４
ａを弗酸によるウエット処理により除去し、図１２
（ｅ）に示すように、有機金属気相成長法などにより、
Ｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド層１２０８，さら
に，Ｐ形のＩｎＡｓＰからなるオーミックコンタクト層
１２０９を形成することにより、この実施の形態５にお
ける半導体光素子の基本構造ができあがる。そして、こ
の実施の形態５においても、円柱状に加工された多重量
子井戸構造からなる多重量子ドット構造が形成された状
態が得られ、それを用いた半導体光素子を得ることがで
きる。

【００４０】また、この実施の形態５によれば、選択成
長マスクをポスト上に配置した状態で埋め込み層を形成
するようにしたので、ポストの高さ以上に埋め込み層を
形成することが可能となる。すなわち、この実施の形態
５によれば、ポストの高さにあまり制限を設ける必要が
ない。なお、上述では、パターン形成のためのマスクと
選択成長マスクとをそれぞれ用意するようにしたが、こ
れらを１つで兼用することもできる。例えば、マスクパ
ターンの材料として酸化ニッケルを用いるようにすれ
ば、ポスト形成の選択エッチング時にもエッチング選択
比を保ち、選択成長マスクとしても用いることができ
る。

【００４１】実施の形態６ 以下、この発明の第６の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態６にお
いても、上記実施の形態１〜５と同様に、図１に示した
スルーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実
施の形態６における半導体光素子を作製する方法に関し
て説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、ｎ形Ｉ
ｎＰからなる基板１３０１上に、スルーホールメンブレ
ン１０１を配置する。

【００４２】そして、この実施の形態６では、そのスル
ーホールメンブレン１０１をマスクとし、基板１３０１
を選択的にエッチングし、図１３（ｂ）に示すように、
基板１３０１表面に深さ１００ｎｍ程度の微細なホール
１３０２を形成する。このエッチングとしては、例え
ば、臭素系のガスを用いたＥＣＲプラズマエッチング装
置を用いるようにすればよい。このドライエッチング
は、垂直異方性を有し、ダメージが低く、かつ、均一な
深さを形成できるという特徴を備えている。

【００４３】次に、スルーホールメンブレン１０１を取
り外し、基板１３０１表面を硫酸などの酸処理をした
後、液相成長法を用いてホール１３０２がちょうど埋ま
るようにＩｎＧａＡｓＰを結晶成長させる。なお、Ｉｎ
ＧａＡｓＰの代わりにＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ多
重量子井戸を結晶成長させるようにしてもよい。この結
果、図１３（ｃ）に示すように、基板１３０１上に量子
ドット１３０３からなる量子ドット層１３０３ａが形成
される。ついで、図１３（ｅ）に示すように、有機金属
気相成長法などにより、ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイ
ド層１３０４，Ｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド層１
３０５，さらに，Ｐ形のＩｎＡｓＰからなるオーミック
コンタクト層１３０６を形成することにより、この実施
の形態６における半導体光素子の基本構造ができあが
る。

【００４４】そして、この実施の形態６においては、数
１０ｎｍの直径をもち、ホール１３０２の深さの高さを
有する量子ドットが規則正しく配列した量子ドット構造
が実現できる。また、ホール１３０２に多重量子井戸構
造を結晶成長させれば、数１０ｎｍの直径を有する量子
ドットが規則正しく配列した多重量子ドット構造が実現
でき、それを用いた半導体光素子を得ることができる。
そして、それら量子ドットの高さは、ホール１３０２の
深さにより任意に制御できる。

【００４５】実施の形態７ 以下、この発明の第７の実施の形態における半導体光素
子の製造方法に関して説明する。この実施の形態７にお
いても、上記実施の形態１〜６と同様に、図１に示した
スルーホールメンブレン１０１を用いる。以下、この実
施の形態７における半導体光素子を作製する方法に関し
て説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、ｎ形Ｉ
ｎＰからなる基板１４０１上に、スルーホールメンブレ
ン１０１を配置する。

【００４６】ついで、上記実施の形態６と同様に、その
スルーホールメンブレン１０１をマスクとし、基板１４
０１を選択的にエッチングし、図１４（ｂ）に示すよう
に、基板１４０１表面に深さ１００ｎｍ程度の微細なホ
ール１４０２を形成する。次に、この実施の形態７で
は、図１４（ｃ）に示すように、スルーホールメンブレ
ン１０１を配置したまま、これをマスクとして基板１４
０１上に選択的にＩｎＧａＡｓＰあるいはＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＧａＡｓＰ量子井戸を結晶成長させる。この結晶
成長は、例えば、ＭＯＶＰＥ法によればよい。この結
果、図１４（ｃ）に示すように、基板１４０１上に量子
ドット１４０３からなる量子ドット層１４０３ａが形成
される。

【００４７】ついで、スルーホールメンブレン１０１を
取り外し、図１４（ｄ）に示すように、ＭＯＶＰＥなど
により、ＩｎＧａＡｓＰからなる光ガイド層１４０４，
Ｐ形のＩｎＰからなる上部クラッド層１４０５，さら
に，Ｐ形のＩｎＡｓＰからなるオーミックコンタクト層
１４０６を形成することにより、上記実施の形態６と同
様にこの実施の形態７における半導体光素子の基本構造
ができあがる。そして、この実施の形態７においても、
数１０ｎｍの直径をもち、ホール１４０２の深さの高さ
を有する量子ドットが規則正しく配列した量子ドット構
造が実現できる。また、ホール１４０２に多重量子井戸
構造を結晶成長させれば、数１０ｎｍの直径を有する多
重量子ドットが規則正しく配列した多重量子ドット構造
が実現できる。そして、それら量子ドットの高さは、ホ
ール１４０２の深さにより任意に制御できる。

【００４８】以上示したように、この発明によれば、規
則正しく配列した量子ドットからなる量子ドット構造、
および、それらを障壁層を介して多層に形成した多重量
子ドット構造が容易に形成できる。そして、量子ドット
構造もしくは多重量子ドット構造を活性層として、図１
５に示すような半導体レーザなどの半導体光素子を構成
することができる。

【００４９】すなわち、例えば、上記実施の形態１にお
いて示した基本構造（図６）において、まず、オーミッ
クコンタクト層５０９にストライプ状のマスクパターン
を形成し、これをマスクとして基板５０１の一部まで選
択的にエッチングし、図１５に示すように、リッジ１５
０１を形成する。次に、そのリッジ１５０１両脇にリッ
ジ１５０１を埋めるように半絶縁性ＧａＡｓを成長させ
て埋め込み層１５０２を形成する。そして、上面にｐ側
電極１５０３を形成し下面にｎ側電極１５０４を形成す
れば、半導体レーザが構成できる。この半導体レーザ
は、図１５に示す、埋め込み層１５０２で埋め込まれた
活性層となる多重量子ドット構造５０６よりレーザが発
振される。

【００５０】図１６は、その半導体レーザにおける電流
注入における発光特性を示す特性図である。図１６にお
いて（ａ）は上記実施の形態１において得られた多重量
子ドット構造を活性層とした場合の結果を示している。
また、（ｂ）は上記実施の形態４において得られた多重
量子ドット構造を活性層とした場合の結果を示してい
る。また、（ｃ）は上記実施の形態３において得られた
多重量子ドット構造を活性層とした場合の結果を示して
いる。そして、（ｄ）は従来よりある多重量子井戸構造
を活性層とした場合の結果を示している。図１６から明
らかなように、この発明によれば、従来の多重量子井戸
構造を活性層とした場合に比較して、発振しきい値が低
下していることがわかる。なお、上述では、半導体レー
ザに適用した場合について説明したが、このほかにも、
光変調器や光受光器などへも適用できることはいうまで
もない。この場合においても、量子ドット構造および多
重量子ドット構造の構造は同様である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、ま
ず第１に、次に示す工程を備えることにより、半導体光
素子を作製するようにした。すなわち、複数の貫通孔を
有するスルーホールメンブレンを半導体からなる基板上
に配置し、スルーホールメンブレンをマスクとして基板
上にマスク材料を堆積することにより、基板上にマスク
材料からなるドットパターンを貫通孔の配置に合わせて
形成する第１の工程と、スルーホールメンブレンを基板
上部より取り外す第２の工程と、ドットパターンをマス
クとして基板をエッチングして基板表面に突起を形成す
ることにより基板表面に歪み導入層を形成する第３の工
程と、ドットパターンを除去する第４の工程と、基板に
格子整合する第１の半導体を突起がほぼ埋め込まれるよ
うに結晶成長し、このことにより歪み導入層上に第１の
半導体からなる第１の障壁層を形成する第５の工程と、
第１の半導体とは格子定数が異なる第２の半導体を連続
した膜状に形成されない程度に結晶成長させることによ
り、第１の障壁層上に歪み導入層の突起の位置に合わせ
て第２の半導体からなる量子ドットを形成する第６の工
程と、量子ドットを含む第１の障壁層上に第１の半導体
を結晶成長することにより、量子ドットがほぼ埋め込ま
れるように第１の半導体からなる第２の障壁層を形成す
る第７の工程とを少なくとも備えるようにした。以上示
すように半導体光素子を作製するようにしたので、スル
ーホールメンブレンの貫通孔の位置に合わせるように量
子ドットが形成されるようになる。したがって、スルー
ホールメンブレンの貫通孔の開口径とその配置がｎｍオ
ーダーで精度よく形成されていれば、量子ドットを精度
よく形成できるので、本来の特性を発揮できる量子ドッ
ト構成の活性層を有する半導体光素子を容易に作製でき
るようになる。

【００５２】また、この発明では、第２に、次に示す工
程を備えることにより、半導体光素子を作製するように
した。すなわち、半導体からなる基板上に基板と格子定
数の異なる歪み膜を形成する第１の工程と、複数の貫通
孔を有するスルーホールメンブレンを歪み膜上に配置
し、スルーホールメンブレンをマスクとして歪み膜上に
マスク材料を堆積することにより、歪み膜上にマスク材
料からなるドットパターンを貫通孔の配置に合わせて形
成する第２の工程と、スルーホールメンブレンを基板上
部より取り外す第３の工程と、ドットパターンをマスク
として歪み膜をエッチングして基板表面に突起を形成す
ることにより基板上に歪み導入層を形成する第４の工程
と、ドットパターンを除去する第５の工程と、基板に格
子整合する第１の半導体を突起がほぼ埋め込まれるよう
に結晶成長し、このことにより歪み導入層上に第１の半
導体からなる第１の障壁層を形成する第６の工程と、第
１の半導体とは格子定数が異なる第２の半導体を連続し
た膜状に形成されない程度に結晶成長させることによ
り、第１の障壁層上に歪み導入層の突起の位置に合わせ
て第２の半導体からなる量子ドットを形成する第７の工
程と、量子ドットを含む第１の障壁層上に第１の半導体
を結晶成長することにより、量子ドットがほぼ埋め込ま
れるように第１の半導体からなる第２の障壁層を形成す
る第８の工程とを少なくとも備えたるようにした。以上
示すように半導体光素子を作製するようにしたので、ス
ルーホールメンブレンの貫通孔の位置に合わせるように
量子ドットが形成されるようになる。したがって、前述
した方法と同様に、スルーホールメンブレンの貫通孔の
開口径とその配置がｎｍオーダーで精度よく形成されて
いれば、量子ドットを精度よく形成できるので、本来の
特性を発揮できる量子ドット構成の活性層を有する半導
体光素子を容易に作製できるようになる。

【００５３】また、この発明では、第３に、次に示す工
程を備えることにより、半導体光素子を作製するように
した。すなわち、複数の貫通孔を有するスルーホールメ
ンブレンを半導体からなる基板上に配置し、スルーホー
ルメンブレンをマスクとして基板上に基板と異なる格子
定数を有する第１の半導体を堆積することにより、基板
上に第１の半導体からなるドットパターンを貫通孔の配
置に合わせて形成する第１の工程と、スルーホールメン
ブレンを基板上部より取り外す第２の工程と、基板に格
子整合する第２の半導体をドットパターンがほぼ埋め込
まれるように結晶成長し、このことにより歪み導入層上
に第２の半導体からなる第１の障壁層を形成する第３の
工程と、第２の半導体とは格子定数が異なる第３の半導
体を連続した膜状に形成されない程度に結晶成長させる
ことにより、第２の障壁層上に歪み導入層の突起の位置
に合わせて第３の半導体からなる量子ドットを形成する
第４の工程と、量子ドットを含む第１の障壁層上に第２
の半導体を結晶成長することにより、量子ドットがほぼ
埋め込まれるように第２の半導体からなる第２の障壁層
を形成する第５の工程とを少なくとも備えるようにし
た。以上示すように半導体光素子を作製するようにした
ので、この方法においても、スルーホールメンブレンの
貫通孔の位置に合わせるように量子ドットが形成される
ようになる。そして、やはり、スルーホールメンブレン
の貫通孔の開口径とその配置がｎｍオーダーで精度よく
形成されていれば、量子ドットを精度よく形成できるの
で、本来の特性を発揮できる量子ドット構成の活性層を
有する半導体光素子を容易に作製できるようになる。

【００５４】また、この発明では、第４に、次に示す工
程を備えることにより、半導体光素子を作製するように
した。すなわち、半導体からなる基板上に上下を障壁層
に挾まれた量子井戸層からなる活性層を形成する第１の
工程と 複数の貫通孔を有するスルーホールメンブレン
を活性層上に配置し、スルーホールメンブレンをマスク
として基板上にマスク材料を堆積することにより、基板
上にマスク材料からなるドットパターンを貫通孔の配置
に合わせて形成する第２の工程と、スルーホールメンブ
レンを基板上部より取り外す第３の工程と、ドットパタ
ーンをマスクとして活性層を選択的にエッチングして活
性層からなるポストを形成する第４の工程と、ポスト周
囲の基板上に高抵抗な半導体からなる埋め込み層を形成
する第５の工程とを少なくとも備えるようにした。

【００５５】以上示すように半導体光素子を作製するよ
うにしたので、ポストの形成により分離された量子井戸
層から量子ドットが形成され、それがスルーホールメン
ブレンの貫通孔の位置に合わせるように形成される。そ
して、ポストごとに上下を障壁層に挾まれた量子井戸層
が形成されることになるので、微少な量子井戸構造、す
なわち、量子ドット構造がスルーホールメンブレンの貫
通孔の位置に合わせるように形成されることになる。し
たがって、この方法においても、スルーホールメンブレ
ンの貫通孔の開口径とその配置がｎｍオーダーで精度よ
く形成されていれば、量子ドットを精度よく形成できる
ので、本来の特性を発揮できる量子ドットや多重量子ド
ット構造の活性層を有する半導体光素子を容易に作製で
きるようになる。

【００５６】そして、この発明では、第５に、複数の貫
通孔を有するスルーホールメンブレンを半導体からなる
基板上に配置し、前記スルーホールメンブレンをマスク
として前記基板表面を選択的にエッチングすることによ
り、前記基板表面に前記貫通孔の配置に合わせて凹部を
形成し、その凹部を埋め込むように埋めるように半導体
層を結晶成長することにより凹部それぞれに量子ドット
や多重量子ドット構造を形成するようにした。以上示す
ように半導体光素子を作製するようにしたので、凹部内
により分離された量子ドットや多重量子ドット構造が形
成され、それがスルーホールメンブレンの貫通孔の位置
に合わせるように形成される。したがって、この方法に
おいても、スルーホールメンブレンの貫通孔の開口径と
その配置がｎｍオーダーで精度よく形成されていれば、
量子ドットを精度よく形成できるので、本来の特性を発
揮できる量子ドットや多重量子ドット構造の活性層を有
する半導体光素子を容易に作製できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 スルーホールメンブレンの構成を示す斜視図
である。

【図２】 図１のスルーホールメンブレンの作製方法を
示す説明図である。

【図３】 図２に続く、図１のスルーホールメンブレン
の作製方法を示す説明図である。

【図４】 スルーホールメンブレンの作製における陽極
酸化における電圧条件を示す特性図である。

【図５】 この発明の第１の実施の形態における半導体
光素子の作製方法を示す説明図である。

【図６】 図５に続く、この発明の第１の実施の形態に
おける半導体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図７】 この発明の第２の実施の形態における半導体
光素子の作製方法を示す説明図である。

【図８】 図７に続く、この発明の第２の実施の形態に
おける半導体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図９】 この発明の第３の実施の形態における半導体
光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１０】 図９に続く、この発明の第３の実施の形態
における半導体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１１】 この発明の第４の実施の形態における半導
体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１２】 この発明の第５の実施の形態における半導
体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１３】 この発明の第５の実施の形態における半導
体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１４】 この発明の第５の実施の形態における半導
体光素子の作製方法を示す説明図である。

【図１５】 この発明による半導体光素子の概略的な構
成を示す斜視図である。

【図１６】 この発明による半導体光素子の発振特性を
示す特性図である。

【符号の説明】

１０１…スルーホールメンブレン、１０２…細孔、５０
１…基板、５０２…マスクパターン、５０３…ドット、
５０３ａ…ひずみ導入層、５０４…下部障壁層、５０４
ａ…中間障壁層、５０５…量子ドット、５０５ａ…量子
井戸層、５０６…多重量子ドット構造、５０７…保護
層、５０８…クラッド層、５０９…オーミックコンタク
ト層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 利昌 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 益田 秀樹 東京都八王子市別所２−13−２−510

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の貫通孔を有するスルーホールメン
   ブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルーホ
   ールメンブレンをマスクとして前記基板上にマスク材料
   を堆積することにより、前記マスク材料からなるドット
   パターンを前記貫通孔の配置に合わせて前記基板上に形
   成する第１の工程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第２の工程と、 前記ドットパターンをマスクとして前記基板をエッチン
   グして前記基板表面に突起を形成することにより前記基
   板表面に歪み導入層を形成する第３の工程と、 前記ドットパターンを除去する第４の工程と、 前記基板に格子整合する第１の半導体を前記突起がほぼ
   埋め込まれるように結晶成長し、これにより前記歪み導
   入層上に前記第１の半導体からなる第１の障壁層を形成
   する第５の工程と、 前記第１の半導体とは格子定数が異なる第２の半導体を
   連続した膜状に形成されない程度に結晶成長させること
   により、前記第２の半導体からなる量子ドットを前記歪
   み導入層の突起の位置に合わせて前記第１の障壁層上に
   形成する第６の工程と、 前記量子ドットを含む前記第１の障壁層上に前記第１の
   半導体を結晶成長することにより、前記量子ドットがほ
   ぼ埋め込まれるように前記第１の半導体からなる第２の
   障壁層を形成する第７の工程とを少なくとも備えたこと
   を特徴とする半導体光素子の作製方法。
2. 【請求項２】 半導体からなる基板上に前記基板と格子
   定数の異なる歪み膜を形成する第１の工程と、 複数の貫通孔を有するスルーホールメンブレンを前記歪
   み膜上に配置し、前記スルーホールメンブレンをマスク
   として前記歪み膜上にマスク材料を堆積することによ
   り、前記マスク材料からなるドットパターンを前記貫通
   孔の配置に合わせて前記歪み膜上に形成する第２の工程
   と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第３の工程と、 前記ドットパターンをマスクとして前記歪み膜をエッチ
   ングして前記基板表面に突起を形成することにより前記
   基板上に歪み導入層を形成する第４の工程と、前記ドッ
   トパターンを除去する第５の工程と、 前記基板に格子整合する第１の半導体を前記突起がほぼ
   埋め込まれるように結晶成長し、これにより前記歪み導
   入層上に前記第１の半導体からなる第１の障壁層を形成
   する第６の工程と、 前記第１の半導体とは格子定数が異なる第２の半導体を
   連続した膜状に形成されない程度に結晶成長させること
   により、前記第２の半導体からなる量子ドットを前記歪
   み導入層の突起の位置に合わせて前記第１の障壁層上に
   形成する第７の工程と、 前記量子ドットを含む前記第１の障壁層上に前記第１の
   半導体を結晶成長することにより、前記量子ドットがほ
   ぼ埋め込まれるように前記第１の半導体からなる第２の
   障壁層を形成する第８の工程とを少なくとも備えたこと
   を特徴とする半導体光素子の作製方法。
3. 【請求項３】 複数の貫通孔を有するスルーホールメン
   ブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルーホ
   ールメンブレンをマスクとして前記基板上に前記基板と
   異なる格子定数を有する第１の半導体を堆積することに
   より、前記第１の半導体からなるドットパターンを前記
   貫通孔の配置に合わせて前記基板上に形成する第１の工
   程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第２の工程と、 前記基板に格子整合する第２の半導体を前記ドットパタ
   ーンがほぼ埋め込まれるように結晶成長し、これにより
   前記第２の半導体からなる第１の障壁層を前記歪み導入
   層上に形成する第３の工程と、 前記第２の半導体とは格子定数が異なる第３の半導体を
   連続した膜状に形成されない程度に結晶成長させること
   により、前記第３の半導体からなる量子ドットを前記歪
   み導入層の突起の位置に合わせて前記第２の障壁層上に
   形成する第４の工程と、 前記量子ドットを含む前記第１の障壁層上に前記第２の
   半導体を結晶成長することにより、前記量子ドットがほ
   ぼ埋め込まれるように前記第２の半導体からなる第２の
   障壁層を形成する第５の工程とを少なくとも備えたこと
   を特徴とする半導体光素子の作製方法。
4. 【請求項４】 上下を障壁層に挾まれた量子井戸層から
   なる活性層を半導体からなる基板上に形成する第１の工
   程と複数の貫通孔を有するスルーホールメンブレンを前
   記活性層上に配置し、前記スルーホールメンブレンをマ
   スクとして前記基板上にマスク材料を堆積することによ
   り、前記マスク材料からなるドットパターンを前記貫通
   孔の配置に合わせて前記基板上に形成する第２の工程
   と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第３の工程と、 前記ドットパターンをマスクとして前記活性層を選択的
   にエッチングして前記活性層からなるポストを形成する
   第４の工程と、 前記ポスト周囲の前記基板上に高抵抗な半導体からなる
   埋め込み層を形成する第５の工程とを少なくとも備えた
   ことを特徴とする半導体光素子の作製方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体光素子の作製方法
   において、 前記第５の工程の前に前記ドットパターンを除去するこ
   とを特徴とする半導体光素子の作製方法。
6. 【請求項６】 請求項４，５記載の半導体光素子の作製
   方法において、 前記第１の工程で、前記量子井戸層とこの上に配置され
   る障壁層との組を複数形成することにより前記活性層を
   形成することを特徴とする半導体光素子の作製方法。
7. 【請求項７】 請求項４〜６いずれか１項記載の半導体
   光素子の作製方法において、 前記第２の工程の前に、前記活性層上に光ガイド層を形
   成しておくことを特徴とする半導体光素子の作製方法。
8. 【請求項８】 複数の貫通孔を有するスルーホールメン
   ブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルーホ
   ールメンブレンをマスクとして前記基板表面を選択的に
   エッチングすることにより、前記貫通孔の配置に合わせ
   て前記基板表面に凹部を形成する第１の工程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第２の工程と、 前記凹部を埋め込むように半導体層を結晶成長すること
   により前記凹部それぞれに量子ドットを形成する第３の
   工程とを少なくとも備えたことを特徴とする半導体光素
   子の作製方法。
9. 【請求項９】 複数の貫通孔を有するスルーホールメン
   ブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルーホ
   ールメンブレンをマスクとして前記基板表面を選択的に
   エッチングすることにより、前記基板表面に前記貫通孔
   の配置に合わせて凹部を形成する第１の工程と、 前記スルーホールメンブレンをマスクとして前記凹部を
   埋め込むように半導体層を結晶成長することにより、前
   記凹部それぞれに量子ドットを形成する第２の工程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
   す第３の工程とを少なくとも備えたことを特徴とする半
   導体光素子の作製方法。
10. 【請求項１０】 複数の貫通孔を有するスルーホールメ
    ンブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルー
    ホールメンブレンをマスクとして前記基板表面を選択的
    にエッチングすることにより、前記貫通孔の配置に合わ
    せて前記基板表面に凹部を形成する第１の工程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
    す第２の工程と、 前記凹部を埋め込むように、障壁層となる第１の半導体
    層と量子井戸層となる第２の半導体層を交互に結晶成長
    することにより、前記凹部内それぞれに多重量子ドット
    構造を形成する第３の工程とを少なくとも備えたことを
    特徴とする半導体光素子の作製方法。
11. 【請求項１１】 複数の貫通孔を有するスルーホールメ
    ンブレンを半導体からなる基板上に配置し、前記スルー
    ホールメンブレンをマスクとして前記基板表面を選択的
    にエッチングすることにより、前記貫通孔の配置に合わ
    せて前記基板表面に凹部を形成する第１の工程と、 前記スルーホールメンブレンをマスクとして前記凹部を
    埋め込むように、障壁層となる第１の半導体層と量子井
    戸層となる第２の半導体層を交互に結晶成長することに
    より、前記凹部内それぞれに多重量子ドット構造を形成
    する第２の工程と、 前記スルーホールメンブレンを前記基板上部より取り外
    す第３の工程とを少なくとも備えたことを特徴とする半
    導体光素子の作製方法。