(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＢＥ法により量子ドットを形成する量子ドットの製造方法において、
ＩｎＰ基板上にＶ族元素が砒素からなるIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ下地結晶層を形成する下地結晶層形成工程と、
前記下地結晶層上に砒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを形成する量子ドット形成工程と、
前記量子ドット上にＶ族元素が砒素からなるIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ埋込結晶層を形成する埋込結晶層形成工程と、
を有し、
前記下地結晶層及び前記埋込結晶層を形成する材料と、前記量子ドットを形成する材料とは異なる組成または異なる組成比の材料であって、
前記砒素は、前記ＩｎＰ基板上に、前記下地結晶層形成工程においてはＡｓ４分子の状態で供給され、前記量子ドット形成工程においてはＡｓ２分子を含む状態で供給され、前記埋込結晶層形成工程においてはＡｓ４分子の状態で供給されることを特徴とする量子ドットの製造方法。
【請求項２】
前記Ａｓ２分子を生成する砒素分子線発生装置は、金属砒素を昇華させＡｓ４分子を生成するための第１の加熱部と、前記Ａｓ４分子を熱分解しＡｓ２分子を生成するための第２の加熱部を有しており、
前記Ａｓ２分子を生成する際には、前記第２の加熱部の温度は、前記第１の加熱部の温度よりも高い温度であることを特徴とする請求項１に記載の量子ドットの製造方法。
【請求項３】
前記砒素分子線発生装置の第２の加熱部の温度を、前記量子ドット形成工程では、前記下地結晶層形成工程及び前記埋込結晶層形成工程よりも高くすることにより、同一の砒素分子線発生装置から前記Ａｓ４分子、前記Ａｓ２分子の供給を行うことを特徴とする請求項２に記載の量子ドットの製造方法。
【請求項４】
前記量子ドット形成工程は、
砒素分子線発生装置より前記Ａｓ２分子と、インジウム分子線発生装置よりインジウム分子とを同時に供給する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記インジウム分子の供給を停止し、前記Ａｓ２分子のみを供給する第２の工程と、
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
【請求項５】
前記量子ドット形成工程は、前記埋込結晶層上においても行われるものであって、
前記量子ドット形成工程と前記埋込結晶層形成工程とを繰り返し行うことにより量子ドットを３次元的に形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
【請求項６】
ＩｎＰ基板上に、請求項１から５のいずれかの量子ドットの製造方法により形成された量子ドットを含む活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、
前記上部クラッド層上に上部電極を形成し、前記ＩｎＰ基板の裏面に下部電極を形成する電極形成工程と、
を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドットの製造方法及び光半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信トラフィックの増大に伴い、光通信用の光半導体装置の小型化、低消費電力化、低コスト化が進んでいる。これに伴い、光半導体装置において性能を大きく左右する活性層は、ヘテロ構造、量子井戸構造、歪量子井戸構造へと変化し、特に最近では、量子ドットを用いることが注目されている。活性層に量子ドットを用いれば、エネルギー状態密度を特異な離散的な状態にすることができ、これを利用した高性能な半導体レーザ、半導体光増幅器が開示されており（例えば、非特許文献１、２）、実証的なデータも報告されている（例えば、非特許文献３〜５）。
【０００３】
量子ドットを形成する方法としては、格子不整合系のヘテロ結晶成長の初期に生じているものとされるＳ−Ｋ（Stranski-Krastanow）モードにより、量子ドットを自己形成的に成長させて形成する技術が着目されている。Ｓ−Ｋモードとは、エピタキシャル成長する際、成膜開始直後の初期段階においては、２次元成長（膜成長）するが、膜の弾性限界を超えると３次元的に島状に成長するモードである。例えば、下地となるＧａＡｓ結晶表面上に、ＩｎＡｓを供給すると、最初の１〜２分子層は膜状に成長するが、それ以上供給すると底面直径が２０〜３０ｎｍ、高さが３〜８ｎｍの円錐状（凸レンズ状）の形状の量子ドットが形成されることが知られている。また、下地となるＧａＡｓ結晶上に、ＩｎＡｓとＧａＡｓとの組成比が、１：１となるＩｎ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層を３〜５分子層に相当する膜厚を成長させる。これにより、底面の直径が２０〜４０ｎｍ程度、高さが３〜５ｎｍの円錐形状の量子ドットを成長させることが可能である（例えば、非特許文献６）。
【０００４】
また、こうしたＳ−Ｋモードにより自己形成的に成長した量子ドットは、３次元的にキャリアが閉じ込められた状態密度を有すること、即ち、量子箱と同様にエネルギーに対して離散的な状態密度を有することが報告されている（例えば、非特許文献７）。このようなＳ−Ｋモードにより自己形成的に成長した量子ドットを用いたものとしては、半導体レーザ、半導体メモリ、光増幅器等が開示されている（例えば、非特許文献８、９）。特に、ＩｎＰ基板上にＳ−Ｋモードの成長モードにより成長させて形成したＩｎＡｓ量子ドットは、波長帯域が１．４μｍを超えるものであり、通信用半導体レーザ、光増幅器への適用が期待されている。
【０００５】
ところで、ＩｎＰ基板において、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、ガスソースＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線結晶成長）等の成長法により、ＩｎＡｓ量子ドットを形成した場合、比較的孤立性の高い量子ドットが形成される。しかしながら、このような方法により形成されるＩｎＡｓ量子ドットは、特定の方向に長軸を有する楕円形状となってしまう（例えば、非特許文献１０）。特に、固体ソースを原料とするＭＢＥ法では、細線形状(Quantum wire)若しくは異方性の高い楕円形状(Quantum dash)の構造しか形成することができず、等方的な形状のＩｎＡｓ量子ドットを得ることはできなかった（例えば、特許文献１１〜１４）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Y. Arakawa, H. Sakaki, Appl. Phys. Lett.,40. (1982) 939
【非特許文献２】M. Sugawara, et. al., Jpn. J. Appl. Phys.40 L488 (2001)
【非特許文献３】N. Kristaedter, et. al., Electron. Lett.,30 (1994) 1416
【非特許文献４】H. Shoji, et. Al., Jpn. J. Appl. Phys.,(1996) L903
【非特許文献５】H. Shoji, et., al., Electron. Lett., 32(1996) 2032
【非特許文献６】D. Leonard, et al, Appl. Phys. Lett., 63(1993) p.3203
【非特許文献７】M. Grundmann, et., al., Appl. Phys. Lett.,68 (1996) 979
【非特許文献８】K. Mukai, et., al., Jpn. J. Appl. Phys., 33(1994) L1710
【非特許文献９】Y. Sugiyama, at. al., Electron. Lett. 33(1997) 1665
【非特許文献１０】A. Michon, et. al., Appl. Phys. Lett. 87(2005) 253114.
【非特許文献１１】H. Li, et. al., Appl. Phys. Lett. 75(1999) 1173.
【非特許文献１２】H. Li, et. al., Appl. Phys. Lett. 80(2002) 1367.
【非特許文献１３】P. Miska, et. al., J. Appl. Phys. 95(2004) 1074.
【非特許文献１４】S. Fafard, et. al., Appl. Phys. Lett. 68 (1996) 991.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＭＢＥ法は、ＭＯＣＶＤ法等と比較して、低い基板温度であっても結晶成長させることができるという特徴を有している。また、量子ドットを等方的に形成することができれば、よりエネルギー状態密度を特異な離散的な状態にしやすい。
【０００８】
このため、低い基板温度でエピタキシャル成長させることのできるＭＢＥ法により、ＩｎＰ等の基板上に等方的なＩｎＡｓを含む材料からなる量子ドットを得ることのできる量子ドットの製造方法及びこの量子ドットを用いた半導体装置の製造方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態の一観点によれば、ＭＢＥ法により量子ドットを形成する量子ドットの製造方法において、ＩｎＰ基板上にＶ族元素が砒素からなるIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ下地結晶層を形成する下地結晶層形成工程と、前記下地結晶層上に砒素を含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを形成する量子ドット形成工程と、前記量子ドット上にＶ族元素が砒素からなるIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ埋込結晶層を形成する埋込結晶層形成工程と、を有し、前記下地結晶層及び前記埋込結晶層を形成する材料と、前記量子ドットを形成する材料とは異なる組成または異なる組成比の材料であって、前記砒素は、前記ＩｎＰ基板上に、前記下地結晶層形成工程においてはＡｓ４分子の状態で供給され、前記量子ドット形成工程においてはＡｓ２分子を含む状態で供給され、前記埋込結晶層形成工程においてはＡｓ４分子の状態で供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
開示の量子ドットの製造方法及び半導体装置の製造方法によれば、ＭＢＥ法により、ＩｎＰ等の基板上にＩｎＡｓを含む材料の等方的な量子ドットを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＭＢＥ装置の構造図
【図２】砒素分子線発生装置の構造図
【図３】第１の実施の形態における量子ドットの製造方法のフローチャート（１）
【図４】第１の実施の形態における量子ドットの製造方法の工程図
【図５】形成された量子ドットのＡＦＭ像
【図６】第１の実施の形態における量子ドットの製造方法のフローチャート（２）
【図７】形成された量子ドットのＴＥＭ像
【図８】第１の実施の形態における製造方法により製造された量子ドットの構造図
【図９】第１の実施の形態における他の量子ドットの製造方法のフローチャート
【図１０】第１の実施の形態における製造方法により製造された他の量子ドットの構造図
【図１１】図１０に示す構造の量子ドットのＰＬ発光特性図
【図１２】第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（１）
【図１３】第２の実施の形態における光半導体装置の活性層の説明図
【図１４】第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（２）
【図１５】第２の実施の形態における光半導体装置の製造方法の工程図（３）
【発明を実施するための形態】
【００１２】
発明を実施するための形態について、以下に説明する。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
最初に、第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、量子ドット（量子ドット構造体）の製造方法であり、具体的には、ＩｎＰ基板上に、ＩｎＡｓ量子ドット等のＩｎＡｓを含む材料からなる量子ドットをＭＢＥ法により形成する量子ドットの製造方法である。
【００１４】
（ＭＢＥ装置）
最初に、図１に基づき本実施の形態に用いられるＭＢＥ装置について説明する。このＭＢＥ装置は、不図示の真空ポンプ等により超高真空に排気可能な超高真空チャンバー１０内に、砒素分子線発生装置２０と、インジウム分子線発生装置４０、ガリウム分子線発生装置５０を有している。砒素分子線発生装置２０には、シャッター２１が設けられており、シャッター２１を開閉することにより、砒素の分子線２２の供給を制御することができる。インジウム分子線発生装置４０には、シャッター４１が設けられており、シャッター４１を開閉することにより、インジウムの分子線４２の供給を制御することができる。また、ガリウム分子線発生装置５０には、シャッター５１が設けられており、シャッター５１を開閉することにより、ガリウムの分子線５２の供給を制御することができる。また、超高真空チャンバー１０内には、不図示の基板固定部が設けられており、ＩｎＰ基板６０等を設置することができる。
【００１５】
砒素分子線発生装置２０は、図２に示すように、金属砒素２３が収納されている砒素供給部２４と砒素分子をより細かな分子とするためのサーマルクラッカー３０を有しており、砒素供給部２４とサーマルクラッカー３０とは接続管２５により接続されている。
【００１６】
砒素供給部２４は、砒素供給部２４内に収納されている金属砒素２３を加熱し昇華させるための第１の加熱部２６を有している。第１の加熱部２６により加熱された金属砒素２３は、昇華し砒素分子となる。一方、サーマルクラッカー３０内には、この砒素分子を更に加熱しクラッキングすることにより、より小さな砒素分子とするための第２の加熱部３１が設けられている。尚、接続管２５には、砒素分子が接続管２５に付着しないように、第１の加熱部２６と略同じ温度に加熱することのできるヒータ２７が設けられている。
【００１７】
より具体的に説明すると、この砒素分子線発生装置２０は、砒素供給部２４に収納されている金属砒素２３を第１の加熱部２５により約３８０℃に加熱することにより昇華させ、Ａｓ４分子として接続管２５内に供給する。接続管２５内に供給されたＡｓ４分子は、Ａｓ４分子の状態で接続管２５内を介し、サーマルクラッカー３０内に入る。サーマルクラッカー３０に入ったＡｓ４分子は、第２の加熱部３１により更に加熱され、クラッキングされてＡｓ２分子となる。砒素分子線発生装置２０は、このようにＡｓ２分子となった砒素分子線を超高真空チャンバー１０内に供給するものである。尚、サーマルクラッカー３０は、第２の加熱部３１の温度の設定を変更することにより、砒素分子線をＡｓ４分子の状態で超高真空チャンバー１０内に供給することも可能である。
【００１８】
（量子ドットの製造方法）
次に、本実施の形態における量子ドットの製造方法について説明する。本実施の形態における量子ドットは、ＩｎＰ基板６０上に形成されるものである。
【００１９】
最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、ＩｎＰ基板６０の表面のクリーニングを行う。具体的には、面方位（００１）面のＩｎＰ基板６０をＭＢＥ装置の超高真空チャンバー１０内に設置し、ＩｎＰ基板６０の表面に形成されている酸化膜を熱的に除去しクリーニングを行う。この状態においては、図４（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板６０上には膜等は形成されてはいない。尚、このクリーニングは、ＩｎＰ基板６０に砒素の分子線を照射しながら行なう。これは、ＩｎＰ基板６０のクリーニングを行う際に、ＩｎＰ基板６０よりＰ（リン）が抜けてしまう場合があるため、砒素の分子線を照射することによりＰの抜けた部分を補うために行なうものである。これにより、ＩｎＰ基板６０の表面には、１から２分子層のＩｎＡｓの層が形成される場合があるが、この後の工程において、後述するようにＩｎＰ基板６０上にはＩｎＧａＡｓからなる下地結晶層６１が形成されるため、問題となることはない。
【００２０】
次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、ＩｎＰ基板６０の表面に下地結晶層６１を形成する。下地結晶層６１は、ＩｎＰ基板６０に格子整合するＩｎＧａＡｓをＭＢＥによりエピタキシャル成長させることにより形成する。具体的には、図４（ｂ）に示すように、ＩｎＰ基板６０を５００℃に加熱し、ＩｎＧａＡｓを約３００ｎｍの厚さエピタキシャル成長させることにより下地結晶層６１を形成する。この際、超高真空チャンバー１０内では、砒素分子線発生装置２０より砒素の分子線２２、インジウム分子線発生装置４０よりインジウムの分子線４２、ガリウム分子線発生装置５０よりガリウムの分子線５２が、ＩｎＰ基板６０に向かって各々所定量供給される。この状態では、シャッター２１、４１、５１はすべて開いた状態となっている。また、砒素分子線発生装置２０におけるサーマルクラッカー３０の第２の加熱部３１の温度は約６００℃であり、砒素の分子線２２は、砒素分子線発生装置２０よりＡｓ４分子の状態で供給される。この際、形成される下地結晶層６１は、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓである。尚、この工程においては、砒素分子線発生装置は、砒素分子線をＡｓ４分子の状態で供給することができればよいため、サーマルクラッカー３０を有しない別の砒素分子線発生装置を用いてもよい。
【００２１】
次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、量子ドット６２を形成する。具体的には、図４（ｃ）に示すように、インジウム分子線発生装置４０のシャッター４１を開きインジウムの分子線４２を供給し、砒素分子線発生装置２０のシャッター２１を開き砒素の分子線２２を供給する。これにより、ＩｎＡｓからなる量子ドット６２を形成する。この際、サーマルクラッカー３０における第２の加熱部３１の温度は約１１００℃に設定されており、砒素分子線発生装置２０より供給される砒素分子線は、Ａｓ２分子の状態で供給される。このように砒素分子線発生装置２０より砒素分子線をＡｓ２分子の状態で供給することにより、等方的なＩｎＡｓ量子ドットを得ることができる。尚、このようにして得られる量子ドット６２は、最初に下地結晶層６１上に１〜２分子層の薄い膜が形成された後、量子ドット６２が形成されたものである。
【００２２】
尚、砒素分子線発生装置２０におけるサーマルクラッカー３０は、供給されたＡｓ４分子を加熱しクラッキングすることにより、Ａｓ２分子とすることができるものである。よって、サーマルクラッカー３０における第２の加熱部３１の温度を高くすることにより、Ａｓ２分子の発生量を増やすことができる。
【００２３】
図５は、砒素分子線発生装置２０において、サーマルクラッカー３０の第２の加熱部３１の温度を変化させてＩｎＡｓを形成したものの表面の原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）像である。図５（ａ）は、第２の加熱部３１の温度が６００℃の場合、図５（ｂ）は、第２の加熱部３１の温度が７５０℃の場合、図５（ｃ）は、第２の加熱部３１の温度が９００℃の場合、図５（ｄ）は、第２の加熱部３１の温度が１１００℃の場合である。図５（ａ）に示されるように、第２の加熱部３１の温度が６００℃の場合では、形成されるＩｎＡｓは細線形状であり、等方的な量子ドットは形成されてはいない。しかしながら、図５（ｄ）に示されるように、第２の加熱部３１の温度が１１００℃の場合では、形成されるＩｎＡｓは等方的な量子ドットとなる。
【００２４】
このように、第２の加熱部３１の温度を１１００℃以上にすることにより、Ａｓ４分子をより多くＡｓ２分子にクラッキングすることができるため、等方的なＩｎＡｓからなる量子ドットを形成することができるものと考えられる。
【００２５】
具体的に、図６に基づきステップ１０６におけるＩｎＡｓからなる量子ドット６２を形成する工程について、より詳細に説明する。
【００２６】
最初に、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、砒素分子線発生装置２０のシャッター２１を開きＡｓ２分子の状態の砒素の分子線を供給し、同時に、インジウム分子線発生装置４０のシャッター４１を開きインジウムの分子線を供給する。この際、サーマルクラッカー３０における第２の加熱部３１の温度は約１１００℃に設定されているため、砒素分子線発生装置２０より砒素分子線をＡｓ２分子の状態で供給される。このようにして、約９分子層相当のＩｎＡｓを形成する（第１の工程）。砒素の分子線及びインジウムの分子線の供給速度は、１秒間に約０．３分子層相当であり、約３０秒間供給する。
【００２７】
次に、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、インジウム分子線発生装置４０のシャッター４１を閉じ、インジウムの分子線の供給を停止し、砒素分子線発生装置２０よりＡｓ２分子の状態の砒素の分子線のみを約３０秒間供給する（第２の工程）。
【００２８】
これにより、図４（ｃ）に示すような、等方的なＩｎＡｓからなる量子ドット６２を形成することができる。
【００２９】
次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、量子ドット６２上に、埋込結晶層６３を形成する。具体的には、図４（ｄ）に示すように、基板温度を約５００℃に設定し、ＩｎＧａＡｓを約１００ｎｍの厚さエピタキシャル成長させることにより埋込結晶層６３を形成する。この際、超高真空チャンバー１０内では、砒素分子線発生装置２０より砒素の分子線２２、インジウム分子線発生装置４０よりインジウムの分子線４２、ガリウム分子線発生装置５０よりガリウムの分子線５２が、各々ＩｎＰ基板６０に向かって所定量供給される。この状態では、シャッター２１、４１、５１はすべて開いた状態となっている。また、砒素分子線発生装置２０におけるサーマルクラッカー３０の第２の加熱部３１の温度は６００℃であり、砒素の分子線２２は、砒素分子線発生装置２０よりＡｓ４分子の状態で供給される。この際、形成される埋込結晶層６３の組成は下地結晶層６１と同じであり、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓである。尚、この工程においては、砒素分子線発生装置は、砒素分子線をＡｓ４分子の状態で供給することができればよいため、サーマルクラッカー３０を有しない別の砒素分子線発生装置を用いてもよい。
【００３０】
ステップ１０４における下地結晶層６１を形成する工程及び、ステップ１０８における埋込結晶層６３を形成する工程では、砒素分子線はＡｓ４分子の状態で供給される。これは、砒素分子線をＡｓ２分子の状態で供給した場合、Ａｓ４分子の状態で供給した場合と比較して超高真空チャンバー１０の壁面等に多く付着する傾向にある。このように超高真空チャンバー１０の壁面等への付着量が多いと、メンテナンスを頻繁に行う必要があり、スループットを低下させるとともに、コスト上昇の原因となる。このため、量子ドット６２を形成する工程以外においては、砒素分子線をＡｓ４分子の状態で供給した方が、メンテナンス頻度を減らすことができるため、高いスループットで、かつ、低コストで量子ドットをより製造することができる。
【００３１】
このようにして、図４（ｄ）に示す量子ドットを作製することができる。このように形成された量子ドット６２における透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；ＴＥＭ）像を図７に示す。図７（ａ）は、形成された量子ドット６２のＩｎＰ基板６０に対し平行な面におけるＴＥＭ像であり、図７（ｂ）は、ＩｎＰ基板６０に対し垂直な面におけるＴＥＭ像である。図７に示されるように、等方的なＩｎＡｓからなる量子ドット６２が形成されていることが確認される。
【００３２】
また、量子ドット６２を形成する工程と埋込結晶層６３を形成する工程とを繰り返し行うことにより、図８に示すように３次元的に量子ドットを形成することができる。このような３次元的に量子ドットを形成する方法について図９に基づき説明する。
【００３３】
最初に、ステップ３０２（Ｓ３０２）において、ＩｎＰ基板６０の表面のクリーニングを行う。
【００３４】
次に、ステップ３０４（Ｓ３０４）において、ＩｎＰ基板６０の表面に下地結晶層６１を形成する。
【００３５】
次に、ステップ３０６（Ｓ３０６）において、量子ドット６２を形成する。
【００３６】
次に、ステップ３０８（Ｓ３０８）において、量子ドット６２上に、埋込結晶層６３を形成する。
【００３７】
次に、ステップ３１０（Ｓ３１０）において、形成された量子ドット６２の層が、所定の層数であるか否かが判断される。形成された量子ドット６２の層が所定の層数に達している場合には、そのまま終了する。一方、形成された量子ドット６２の層が所定の層数に達していない場合には、ステップ３０６に移行する。
【００３８】
このようにして、量子ドット６２の層が所定の層数形成されるまで、量子ドット６２を形成する工程と埋込結晶層６３を形成する工程とを交互に繰り返し行うことにより、等方的なＩｎＡｓからなる量子ドットを３次元的に形成することができる。
【００３９】
次に、図１０に示すようなＩｎＰ基板６０上に、ＩｎＧａＡｓからなる下地結晶層６１、ＩｎＡｓからなる量子ドット６２、埋込結晶層６３、更に量子ドット６２を形成した構造のものについて、ＰＬ（Photoluminescence）発光強度を調べた結果を図１１に示す。図１１に示されるように、１．９μｍの波長領域において、ＰＬ発光が観測されており、高品質な量子ドットが形成されていることが確認された。
【００４０】
本実施の形態においては、下地結晶層６１及び埋込結晶層６３として、ＩｎＧａＡｓを用いた場合について説明したが、ＩｎＰまたはＩｎＡｌＧａＡｓを用いた場合であっても同様の効果を得ることができる。また、量子ドット６２として、ＩｎＡｓを用いた場合について説明したが、量子ドット６２を形成する材料としては、ＩｎＡｓ組成が、０．８以上であれば、同様の効果を得ることができるものと考えられる。即ち、Ａ、ＢをIII族の元素とした場合、量子ドット６２がＩｎｘＡｙ１Ｂｙ２Ａｓの構成の場合、０．８≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ１＋ｙ２＝１、０≦ｙ１、０≦ｙ２の条件を満たしていればよい。
【００４１】
〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態における量子ドットの製造方法を含む光半導体装置の製造方法である。図１２から図１５に基づき本実施の形態における光半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
最初に、図１２（ａ）に示すように、ＩｎＰ基板１１０上に、バッファ層１２０及び下部クラッド層１３０をＭＢＥ法により形成する。ＩｎＰ基板１１０はｐ型であり、不純物濃度が１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３となるように、ｐ型の不純物材料がドープされている。また、バッファ層１２０は、ｐ型ＩｎＰにより形成されており、不純物濃度が約１×１０１８ｃｍ−３となるように、ｐ型の不純物材料がドープされており、厚さは１００〜１０００ｎｍ形成されている。また、下部クラッド層１３０は、ｐ型ＩｎＰにより形成されており、不純物濃度が約５×１０１７ｃｍ−３となるように、ｐ型の不純物材料がドープされており、厚さは約３μｍ形成されている。
【００４３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、下部クラッド層１３０上に活性層１４０を形成する。活性層１４０は、図１３に示すように、３次元の量子ドット構造により形成されているものであり、第１の実施の形態における量子ドットの製造方法により形成される。具体的には、第１の実施の形態に示す下地結晶層６１を形成する工程（ステップ１０４）を行なった後、量子ドット６２を形成する工程（ステップ１０６）と、埋込結晶層６３を形成する工程（ステップ１０８）とを交互に繰り返すことにより活性層１４０を形成する。このようにして、アンドープのＩｎＧａＡｓからなる下地結晶層６１が形成されたものの上に、アンドープのＩｎＡｓからなる量子ドット６２とアンドープのＩｎＧａＡｓからなる埋込結晶層６３とが交互に積層形成された活性層１４０が形成される。
【００４４】
次に、図１４（ａ）に示すように、活性層１４０上に、上部クラッド層１５０及びコンタクト層１６０をＭＢＥ法により形成する。上部クラッド層１５０は、ｎ型ＩｎＰにより形成されており、不純物濃度が約１×１０１７〜５×１０１７ｃｍ−３となるように、ｎ型の不純物材料がドープされており、厚さは約３μｍ形成されている。また、コンタクト層１６０は、ｎ型ＩｎＰにより形成されており、不純物濃度が約１×１０１９ｃｍ−３となるように、ｎ型の不純物材料がドープされており、厚さは約０．５μｍ形成されている。
【００４５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、コンタクト層１６０及び上部クラッド層１５０の一部をエッチングすることによりメサ１７０を形成する。具体的には、図１４（ａ）に示されるコンタクト層１６０上に不図示のＳｉＯ２膜を形成し、更に、ＳｉＯ２膜上にフォトレジストを塗布する。この後、メサ１７０の形成される領域にレジストパターンが形成されるように露光装置による露光、現像を行う。この後、このレジストパターンの形成されていない領域のＳｉＯ２膜をＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等のドライエッチングまたはウエットエッチングにより除去し、不図示のＳｉＯ２マスクを形成する。この後、ＳｉＯ２マスクの形成されていない領域のコンタクト層１６０及び上部クラッド層１５０の一部をＲＩＥ等のドライエッチングにより除去することにより、メサ１７０を形成する。
【００４６】
次に、図１５に示すように、スパッタリング又は真空蒸着により、コンタクト層１６０上に上部電極１８１を形成し、ＩｎＰ基板１１０の裏面に下部電極１８２を形成する。この後、劈開面の両面に不図示のミラーを形成することにより半導体レーザを製造することができ、また、劈開面の一方の面、または両面に不図示の反射防止膜を形成することにより半導体光増幅器を製造することができる。
【００４７】
以上により、本実施の形態における光半導体装置を製造することができる。
【００４８】
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００４９】
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
ＭＢＥ法により量子ドットを形成する量子ドットの製造方法において、
ＩｎＰ基板上にIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ下地結晶層を形成する下地結晶層形成工程と、
前記下地結晶層上にIII−Ｖ族化合物半導体からなる量子ドットを形成する量子ドット形成工程と、
前記量子ドット上にIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ埋込結晶層を形成する埋込結晶層形成工程と、
を有し、
前記下地結晶層及び前記埋込結晶層を形成する材料と、前記量子ドットを形成する材料とは異なる組成または異なる組成比の材料であって、
前記量子ドットは、砒素を含む材料により形成されるものであって、前記量子ドット形成工程において、前記砒素は砒素分子線発生装置よりＡｓ２分子を含む状態で供給されることを特徴とする量子ドットの製造方法。
（付記２）
前記砒素分子線発生装置は、金属砒素を昇華させＡｓ４分子を生成するための第１の加熱部と、前記Ａｓ４分子を熱分解しＡｓ２分子を生成するための第２の加熱部を有しており、
前記Ａｓ２分子を生成する際には、前記第２の加熱部の温度は、前記第１の加熱部の温度よりも高い温度であることを特徴とする付記１に記載の量子ドットの製造方法。
（付記３）
前記量子ドット形成工程は、
前記砒素分子線発生装置より前記Ａｓ２分子と、前記インジウム分子線発生装置よりインジウム分子とを同時に供給する第１の工程と、
前記第１の工程の後、前記インジウム分子の供給を停止し、前記Ａｓ２分子のみを供給する第２の工程と、
を有することを特徴とする付記１または２に記載の量子ドットの製造方法。
（付記４）
前記下地結晶層及び前記埋込結晶層は、砒素を含む材料により形成されるものであり、前記Ａｓは砒素分子線発生装置よりＡｓ４分子を含む状態で供給されるものであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
（付記５）
前記下地結晶層及び前記埋込結晶層は、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｌＧａＡｓのうちいずれかの材料により形成されており、
前記下地結晶層及び前記埋込結晶層は、同一の組成比であることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
（付記６）
前記量子ドットは、Ａ、ＢをIII族の元素とした場合、ＩｎｘＡｙ１Ｂｙ２Ａｓの材料により形成されており、０．８≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ１＋ｙ２＝１、０≦ｙ１、０≦ｙ２であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
（付記７）
前記量子ドットは、ＩｎＰにより形成されていることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
（付記８）
前記量子ドット形成工程は、前記埋込結晶層上においても行われるものであって、
前記量子ドット形成工程と前記埋込結晶層形成工程とを繰り返し行うことにより量子ドットを３次元的に形成することを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の量子ドットの製造方法。
（付記９）
ＩｎＰ基板上に、付記１から８のいずれかの量子ドットの製造方法により形成された量子ドットを含む活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に上部クラッド層を形成する上部クラッド層形成工程と、
前記上部クラッド層上に上部電極を形成し、前記ＩｎＰ基板の裏面に下部電極を形成する電極形成工程と、
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１０）
前記光半導体装置は、半導体レーザ又は半導体光増幅器であることを特徴とする付記９に記載の光半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５０】
１０        超高真空チャンバー
２０        砒素分子線発生装置
２１        シャッター
２２        砒素の分子線
２３        金属砒素
２４        砒素供給部
２５        接続管
２６        第１の加熱部
２７        ヒータ
３０        サーマルクラッカー
３１        第２の加熱部
４０        インジウム分子線発生装置
４１        シャッター
４２        インジウムの分子線
５０        ガリウム分子線発生装置
５１        シャッター
５２        ガリウムの分子線
６０        ＩｎＰ基板
６１        下地結晶層（ＩｎＧａＡｓ）
６２        量子ドット（ＩｎＡｓ）
６３        埋込結晶層（ＩｎＧａＡｓ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図５】
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【図７】
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