(57)【要約】【課題】  量子ドットを埋め込むバリア層の膜質を高めることが可能な光半導体装置とその製造方法を提供すること。【解決手段】  InP基板（半導体基板）１０と、InP基板１０上に形成されたInxAlyGa1-x-yAs(0≦x, y≦1)よりなる下地層１３と、下地層１３上に形成され、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドット１４と、量子ドット１４の上に形成され、該量子ドット１４の頂上を覆う厚さを有し、InpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層１５と、第１バリア層１５上に形成され、InrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア層１６と、を有することを特徴とする光半導体装置による。【選択図】  図６
2006229010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された下地層と、
前記下地層上に形成され、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットと、
前記量子ドットの上に形成されたInpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層と、
前記第１バリア層上に形成されたInrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア層と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記量子ドットは、半導体レーザと半導体光増幅器のいずれかの活性領域として機能することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
半導体基板の上に下地層を形成する工程と、
第１の基板温度において、前記下地層の上に、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットを形成する工程と、
第２の基板温度において、前記量子ドットの上に、InpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層を形成する工程と、
前記第２の基板温度よりも高い第３の基板温度において、前記第１バリア層上に、InrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア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。
【請求項４】
前記第１の基板温度と前記第２の基板温度は、４５０℃以上５００℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３の基板温度は６００℃以上であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の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、光半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドットレーザは、高温でもアンクールド（非冷却）動作が可能で、量子井戸レーザと比較して低消費電力であるという利点を有しており、現在様々な研究がなされている。
【０００３】
図１は、その量子ドットレーザの要部拡大断面図である。
【０００４】
この量子ドットレーザは、InPよりなる半導体基板１の上に、下地層２、InAs量子ドット３、及びバリア層４を順に形成してなり、バリア層４からInAs量子ドット３に電子を注入することにより、InAs量子ドット３からレーザ光が出力される。
【０００５】
図２は、この量子ドットレーザのエネルギバンド図である。
【０００６】
図２において、InAs量子ドット３におけるエネルギギャップΔEdは、量子ドット３の材料であるInAsによってのみ定まる。これに対し、価電子帯の底から頂上までのエネルギ差ΔE1や、伝導帯の頂上から底までのエネルギ差ΔE2は、量子ドット３を構成するInAsの他に、InAs量子ドット３の上下に形成される下地層２とバリア層４のそれぞれの材料によっても定まる。
【０００７】
なお、バリア層４の名称である「バリア」とは、バリア層４のバンドギャップΔEbが量子ドット３のそれよりも広いため、量子ドット３内に閉じ込められる電子９が量子ドット３の外に漏れ出すのをバリアする機能をバリア層４が有していることに由来する。
【０００８】
このような量子ドットレーザでは、InAs量子ドット３内に電子９を閉じ込め易いほど閾値電流値が安定するが、その電子の閉じ込め易さを表す指標にバンドオフセットがある。バンドオフセットとは、上記したΔE1とΔE2とを用いて、ΔE2/(ΔE1+ΔE2)で定義される値である。この値が大きいほど、InAs量子ドット３における伝導帯の頂上から底部までの深さが深くなり、InAs量子ドット３に電子９を閉じ込め易いということになる。
【０００９】
下記の特許文献１、３には、下地層２とバリア層４のそれぞれを、InGaAsP層やInP層で構成する構造が開示されている。
【００１０】
しかしながら、下地層２及びバリア層４としてInGaAsP層やInP層を形成すると、上記したバンドオフセットが小さくなるので、InAs量子ドット３内に電子を安定的に閉じ込めることができず、レーザを発振するための閾値電流が増大すると共に、高温での閾値電流値も不安定となる。
【００１１】
このバンドオフセットを大きくする構造として、非特許文献２には、アルミ系の化合物半導体、例えばInAlGaAs層を下地層２やバリア層４に使用する構造が提案されている。
【非特許文献１】Weon et al., Appl. Phys. Lett. 78, 1171 (2001)
【非特許文献２】Journal of Crystal Growth 245 (2002) pp31-36
【非特許文献３】K.Kawaguch et al., Appl. Phy. Lett., 85, 4331(2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、量子ドット３を構成するInAsは、高温で加熱すると容易に蒸発して形状が崩れる性質を有している。そのため、特許文献２のように、バリア層４となるInAlGaAs層をInAs量子ドット３上に形成する際には、InAs量子ドット３が蒸発して消失するのを防ぐために、例えば５００℃以下の温度でInAlGaAs層を形成する必要がある。
【００１３】
しかしながら、このように低温でInAlGaAsバリア層４を形成すると、リアクタ内や配管内に残留する酸素等の不純物がバリア層４に取り込まれ、バリア層４の膜質が劣化する。このようにバリア層４の膜質が劣化すると、量子ドットレーザの動作電流が上昇するといった不都合が新たに発生するので、好ましくない。
【００１４】
本発明の目的は、量子ドットを埋め込むバリア層の膜質を高めることが可能な光半導体装置とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された下地層と、前記下地層上に形成され、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットと、前記量子ドットの上に形成されたInpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層と、前記第１バリア層上に形成されたInrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア層と、を有する光半導体装置が提供される。
【００１６】
また、本発明の別の観点によれば、半導体基板の上に下地層を形成する工程と、第１の基板温度において、前記下地層の上に、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットを形成する工程と、第２の基板温度において、前記量子ドットの上に、InpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層を形成する工程と、前記第２の基板温度よりも高い第３の基板温度において、前記第１バリア層上に、InrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア層を形成する工程と、を有する光半導体装置の製造方法が提供される。
【００１７】
なお、前記第１の基板温度と前記第２の基板温度は、４５０℃以上５００℃以下であることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、例えば４５０℃以上５００℃以下の第２の基板温度において、量子ドットの上に第１バリア層を形成するので、高い基板温度に起因して量子ドットが蒸発したり、その形状が崩れるのが防がれる。
【００１９】
更に、その第１バリア層で量子ドットを埋め込んだ後に、上記の第２の基板温度よりも高い第３の基板温度において、第１バリア層上に、InAlGaAsよりなる第２バリア層を形成する。InAlGaAs層は、低温で形成されると酸素等の不純物が膜中に取り込まれ易いが、本発明では第２の基板温度よりも高い第３の基板温度において第２バリア層を形成するので、第２バリア層への不純物の取り込みが抑制され、第２バリア層の膜質が向上する。
【００２０】
しかも、第２バリア層をInAlGaAsで構成するので、量子ドットと第２バリア層のそれぞれの伝導帯のエネルギ差が大きくなる。そのため、量子ドットから電子が逃げるのを第２バリア層によって防止するのが容易となるので、量子ドット内に電子が閉じ込め易くなる。その結果、レーザ構造にした場合に閾値電流を下げることが可能になると共に、光増幅器構造にした場合には、光信号の出力を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、量子ドットを形成する際の４５０℃以上５００℃以下の温度で第１バリア層を形成するので、第１バリア層を形成する際の基板温度によって量子ドットが蒸発したりその形状が崩れるのを防ぐことができる。また、この第１バリア層をInGaAsPから構成するので、このように第１バリア層を低温で形成しても、第１バリア層の膜中に不純物が取り込まれ難く、第１バリア層の膜質が劣化するのを防ぐことができる。
【００２２】
更に、第１バリア層の形成時よりも高い基板温度で第２バリア層を形成するので、第２バリア層の膜質を高めることができる。そして、その第２バリア層をInAlGaAsで構成するので、量子ドットと第２バリア層の伝導帯のエネルギ差が大きくなり、量子ドットに電子をとじこめ易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
（１）第１実施形態
図３〜図６は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの製造途中の断面図である。
【００２５】
最初に、図３（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００２６】
まず、表面の面方位が（１００）のn型InP基板（半導体基板）１０を不図示のリアクタ内に入れ、基板温度を６３０℃に安定させる。そして、トリメチルインジウム(TMI)、ホスフィン(PH3)、及びシラン(SiH4)をリアクタ内に供給して、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、n型不純物としてシリコンが５．０×１０17cm-3の濃度でドープされたInP層をn型InP基板１０上に厚さ約１．０μm形成し、それを下部クラッド層１２とする。
【００２７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、下部クラッド層１２と同じ反応ガスをリアクタ内に供給して、基板温度を６３０℃とする条件下で、MOCVD法により組成波長が１．１０μmのInAlGaAs層を厚さ約５０nmに形成し、それを下地層１３とする。
【００２８】
なお、下地層１３を構成するIn、Al、Ga、及びAsの組成比は特に限定されず、xとyが共に０以上１以下となるInxAlyGa1-x-yAs層を下地層１３として形成してよい。
【００２９】
ところで、次の図３（ｃ）に示す工程では、下地層１３の上にInAs量子ドット１４を形成するのであるが、InAs量子ドット１４を構成するIn（インジウム）は蒸気圧が高く低温でも蒸発し易いため、上記の下地層１３の形成温度である６３０℃に基板温度が保持されていると、下地層１３の上に量子ドット１４を形成するのが困難となる。
【００３０】
そこで、下地層１３を形成した後は、InAs量子ドットが蒸発し難くなる温度である４５０℃以上５００℃以下の温度、より好ましくは４８０℃程度にまで基板温度（第１の基板温度）を下げる。
【００３１】
この後に、トリメチルインジウムとアルシンとをリアクタ内に供給すると、１〜１．５ML(Mono Layer：原子層)程度の厚さのInAsウエッティングレイヤーがInAlGaAs下地層１３の上に形成された後、InAsとInAlGaAsとの格子定数の差に起因する歪を緩和するように、InAsウエッティングレイヤーの上にInAs量子ドット１４が形成される。このようなInAs量子ドット１４の形成モードはS-K(Stranski-Krastanov)モードと呼ばれる。また、この量子ドット１４は、レーザの活性領域となるものであり、InとAsとの混晶で構成されると共に、典型的には約２ML程度の厚さとなる。
【００３２】
なお、量子ドット１４には、下地層１３を構成するInAlGaAs層からIII族元素（Al、Ga）が拡散する場合もある。その場合、量子ドット１４は、InAsのみで構成されず、上記のIII族元素を含む混晶となる。
【００３３】
次に、図４（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００３４】
まず、高い基板温度に起因してInAs量子ドット１４が蒸発するのを防ぐために、上記のリアクタ内において、４５０℃以上５００℃以下の第２の基板温度、より好ましくは４８０℃に基板温度を下げる。そして、リアクタ内に、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、アルシン、及びホスフィンの混合ガスを供給し、InGaAsPよりなる第１バリア層１５の成長を開始する。そして、量子ドット１４の頂上部が完全に埋め込まれる程度の厚さ、例えば約１０nmの厚さにInGaAsP第１バリア層１５が成長したところで、ホスフィン以外のガスの供給を停止し、第１バリア層１５の成長を終了する。なお、この第１バリア層１５の組成波長は、量子ドット１４のそれよりも広ければ特に限定されず、本実施形態では約１．１０μmとする。また、第１バリア層を構成するIn、Ga、As、及びPの組成比も特に限定されず、pとqが共に０以上１以下となるInpGa1-pAsqP1-q層を第１バリア層１５としてよい。
【００３５】
このようにしてInAs量子ドット１４がInGaAsP第１バリア層１５によって完全に埋め込まれた状態では、基板温度を高めてもInAs量子ドット１４が蒸発する恐れは無い。そこで、P元素の供給源であるホスフィンがリアクタ内に供給された状態で、InGaAsP第１バリア層１５の形成温度である４８０℃以上の温度、例えば６００℃以上、より好ましくは６３０℃〜６４０℃に基板温度を上昇させる。その後、ホスフィンの供給を停止し、代わりにトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム、トリエチルガリウム、及びアルシンの混合ガスをリアクタに供給する。
【００３６】
そして、これらの混合ガスを使用するMOCVD法により、基板温度（第３の基板温度）を６００℃以上、より好ましくは６３０℃以上６４０度以下とする条件下で、第１バリア層１５の上に、組成波長が約１．１０μmのInAlGaAs層を厚さ約５０nmに形成し、それを第２バリア層１６とする。但し、第２バリア層１６を構成するIn、Al、Ga、及びAsの組成比は特に限定されず、rとsが共に０以上１以下となるInrAlsGa1-r-sAs層を第２バリア層１２として形成してよい。
【００３７】
このように、第２バリア層１６は、InAs量子ドット１４の形成時よりも高い基板温度で形成されるが、基板温度をこのように高めることで、リアクタや配管内に残留する酸素等の不純物が第２バリア層１６内に取り込まれ難くなる。その結果、不純物に起因する欠陥が第２バリア層１６やその下方の量子ドット１４に入り難くなり、第２バリア層１６の膜質が向上して、最終的に得られる量子ドットレーザの動作電流の低下等を防止することが可能となる。
【００３８】
ここまでの工程により、InAs量子ドット１４、InGaAsP第１バリア層１５、及びInAlGaAs第２バリア層１６で構成される積層体１７がInAlGaAs下地層１３の上に得られたことになる。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、上記した積層体１７を更に二層形成して、基板１０の上方に三つのInAs量子ドット１４が形成された構造を得る。なお、InAs量子ドット１４の積層数は三層に限定されず、任意の層数のInAs量子ドット１４を形成してよい。
【００４０】
続いて、図５（ａ）に示すように、トリメチルインジウム、ホスフィン、及びジエチル亜鉛(DEZn)の混合ガスをリアクタ内に供給して、最上層のInAlGaAs第２バリア層１６上に、Znが約５．０×１０17cm-3の濃度でドープされたp型InP層を厚さ約３００nmに形成し、それを上部クラッド層の下側層１８ａとする。
【００４１】
次に、CVD法により酸化シリコン（SiO2）層を厚さ約２００nmに形成した後、フォトリソグラフィによりこの酸化シリコン層をパターニングし、共振器の軸方向に延在するストライプ状のマスク２０とする。そのマスク２０の幅は、例えば約１．５μmである。
【００４２】
続いて、図５（ｂ）に示すように、塩素系ガスをエッチングガスとして使用するプラズマエッチングにより、下側層１８ａ、積層体１７、下地層１３、及び下部クラッド層１２を順次エッチングしていき、下部クラッド層１２の途中の厚さでそのエッチングを止める。これにより、上記した各層において、マスク２０で覆われている部分が、高さ約１．５μmのメサ２２となる。そのメサ２２の平面形状は、マスク２０と同様にストライプ状である。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００４４】
まず、マスク２０が形成された状態で、MOCVD法によりメサ２２の両側に埋め込み層２４としてp型InP層を形成し、この埋め込み層２４でメサ２２の側面を完全に覆う。このMOCVD法で使用される反応ガスは特に限定されないが、本実施形態ではトリメチルインジウムとホスフィンとがそれぞれInとPの供給源と使用され、p型にドープするためのドーパント用のガスとしてジエチル亜鉛(DEZn)が使用される。
【００４５】
その後、これらのガスのうち、トリメチルインジウムとホスフィンとの供給を続けながら、ドーパント用のガスをモノシラン(SiH4)に変えることにより、埋め込み層２４の上に電流ブロック層２５としてn型InP層を厚さ約５００nmに形成する。
【００４６】
なお、上記した埋め込み層２４と電流ブロック層２５とを形成するMOCVD法では、酸化シリコンよりなるマスク２０の上には膜は成長しない。マスク２０は、各層２４、２５の成長が終了した後に、HF溶液をエッチング液とするウエットエッチングによって除去される。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【００４８】
まず、上部クラッド層の下側層１８ａと同じ反応ガスを使用するMOCVD法により、その下側層１８ａと電流ブロック層２５のそれぞれの上面に、Znが約１．０×１０18cm-3の濃度でドープされたp型InP層を厚さ約２０００nmに形成し、それを上部クラッド層１８の上側層１８ｂとする。
【００４９】
更に、上側層１８ｂの上に、コンタクト層２６としてp型InGaAs層をMOCVD法により厚さ約５００nmに形成する。このコンタクト層２６を形成する際の反応ガスとしては、例えば、トリメチルインジウム、トリエチルガリウム、及びホスフィンの混合ガスが使用され、p型にドープするためのドーパント用のガスとしては例えばジエチル亜鉛(DEZn)が使用される。
【００５０】
次いで、コンタクト層２６の上面に金層、亜鉛層、及び金層をこの順に積層してなる金属積層膜を蒸着法により厚さ約３００nmに形成してそれをp側電極層２８とし、更に、n型InP基板１０の裏面に金層、ゲルマニウム層、及び金層をこの順に積層してなる金属積層膜を蒸着法により形成してそれをn側電極層２９とする。
【００５１】
図７は、この後に行われる工程を終了後の断面図であり、レーザの共振器の軸方向に沿う断面図である。
【００５２】
図７に示す工程では、レーザ光３９の射出端面に低反射率膜３０を形成すると共に、射出端面の反対側の端面に高反射率膜３１を形成する。これらの低反射率膜３０と高反射率膜３１は共振器を構成するものであり、InAs量子ドット１４で発生した光は、各膜３０、３１によって反射を繰り返し、それによりInAs量子ドット１４内においてレーザ光の新たな誘導放出が行われることになる。なお、これら低反射率膜３０と高反射率膜３１は、誘電体膜であれば特に限定されず、その成膜方法も蒸着法やCVD法等の任意の方法を採用し得る。
以上により、本実施形態に係る量子ドットレーザの基本構造が完成したことになる。
【００５３】
図８は、この量子ドット１４とその周囲におけるエネルギバンドの様子を示す図である。
【００５４】
本実施形態では、下地層１３を構成する半導体層として、特許文献１、３に開示されるようなInP層やInGaAsP層ではなく、InAlGaAs層を形成した。このInAlGaAs層で構成される下地層１３とInAs量子ドット１４のそれぞれの導電帯のエネルギ差ΔE3は、特許文献１、３のInP層やInGaAsP層で下地層１３を構成する場合と比較して大きくなるので、導電帯の電子４０はInAs量子ドット１４に閉じ込められやすくなり、高温でも電子４０が量子ドット１４から逃げ難くなって、高温での量子ドットレーザ１４の閾値電流が安定する。
【００５５】
更に、本実施形態では、図４（ａ）に示したように、４５０℃以上５００℃以下の温度でInGaAsP層を第１バリア層１５として形成し、その第１バリア層１５でInAs量子ドット１４を完全に埋め込むようにした。このように低温で第１バリア層１５を形成することにより、高い基板温度に起因してInAs量子ドット１４が蒸発したりその形状が崩れるのを防ぐことが可能になる。
【００５６】
更に、第１バリア層１５を構成するInGaAsP層は、４５０℃以上５００℃以下の温度で形成しても、膜中に酸素等の不純物が取り込まれにくい。そのため、低温で形成すると酸素が混入し易いAlGaInAs層で量子ドットを埋め込む従来例と比較して、本実施形態では、取り込まれた不純物に起因して第１バリア層１５やInAs量子ドット１４に発生する欠陥等が減少し、第１バリア層１５の膜質が向上して、量子ドットレーザの動作電流の上昇を抑えることが可能となる。
【００５７】
ところで、図８に示すように、上記したInGaAsP第１バリア層１５とInAs量子ドット１４のそれぞれの伝導帯のエネルギ差ΔE4は、AlGaInAs第２バリア層１６とInAs量子ドット１４のそれぞれの導電帯のエネルギ差ΔE5と比較して小さい。従って、AlGaInAs第２バリア層１６を形成せずに、InGaAsP第１バリア層１５を単独でバリア層とすると、InAs量子ドット１４にトラップされている電子４０が、小さなエネルギ差ΔE4を乗り越えて第１バリア層１５側に逃げやすくなってしまう。
【００５８】
そこで、本実施形態では、InGaAsP第１バリア層１５の上に、InAs量子ドット１４の導電帯とのエネルギ差ΔE5が大きくなるAlGaInAs第２バリア層１６を形成するようにした。このようにすると、量子ドット１４にトラップされている電子４０は、上記した大きなエネルギ差ΔE5によって、第２バリア層１６の上側に逃げるのが困難となり、量子ドット１４内に留まろうとする。これにより、量子ドット１４から電子４０が逃げることに起因して閾値電流が不安定になるのが防止され、高温でも発振強度が安定した高品位な量子ドットレーザを提供することが可能になる。
【００５９】
但し、上記したInGaAsP第１バリア層１５を厚く形成し過ぎると、量子ドット１４内の電子のうち、エネルギ差ΔE4の小さな第１バリア層１５に移動する電子の数が増え、これにより量子ドット１４内の電子数が減る恐れがある。この点が懸念される場合は、InGaAsP第１バリア層１５の厚さを、量子ドット１４を埋め込むための必要最低限の厚さ、つまり量子ドット１４と同じ厚さに留め、第１バリア層１５に移動してくる電子の数を少なくし、第２バリア層１６の上方に逃げる電子の数を低減するのが好ましい。
【００６０】
（２）第２実施形態
上記した第１実施形態では量子ドットレーザを作製したが、本実施形態では量子ドット光増幅器を作成する。但し、その製造プロセスは、第１実施形態で説明した量子ドットレーザと同じなので、その説明は省略する。
【００６１】
図９は、この量子ドット光増幅器の共振器の軸方向に沿った断面図である。なお、図９において、第１実施形態で説明した要素には第１実施形態と同じ符号を付してある。
【００６２】
この量子ドット光増幅器は、図７で説明した量子ドットレーザにおける低反射率膜３０と高反射率膜３１のそれぞれを、これらよりも反射率の小さな第１、第２無反射膜３５、３６に置き換えることにより得られる。そして、第１無反射膜３５からの入力光５１は、活性領域として機能する量子ドット１４において誘導放出を引き起こし、それにより入射光が増幅され、増幅された光が第２無反射膜３６から外部に出力光５２として放出される。
【００６３】
このような量子ドット光増幅器では、第１実施形態と同様に、４５０℃以上５００℃以下の基板温度でInGaAsP層（第１バリア層）を形成しても膜中への不純物の取り込みは少ない。これにより、不純物によって動作電流が増大するのが防がれ、消費電力の小さな量子ドット光増幅器を提供することが可能となる。
【００６４】
また、InGaAsP第１バリア層１５の上にAlGaInAs第２バリア層１６を形成するので、図８に示したように、InAs量子ドット１４とAlGaInAs第２バリア層１６のそれぞれの導電帯のエネルギ差ΔE5が大きくなる。その結果、電子がInAs量子ドット１４に閉じ込められ易くなるので、InAs量子ドット１４において光子の誘導放出が効果的に行われ、高出力の量子ドット光増幅器を実現することができる。
【００６５】
以下に、本発明の特徴を付記する。
【００６６】
（付記１）  半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された下地層と、
前記下地層上に形成され、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットと、
前記量子ドットの上に形成されたInpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層と、
前記第１バリア層上に形成されたInrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア層と、
を有することを特徴とする光半導体装置。
【００６７】
（付記２）  前記第１バリア層は、前記量子ドットの頂上を覆う厚さに形成されたことを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
【００６８】
（付記３）  前記第１バリア層の厚さは、前記量子ドットの厚さと同じであることを特徴とする付記２に記載の光半導体装置。
【００６９】
（付記４）  前記下地層はInxAlyGa1-x-yAs(0≦x, y≦1)よりなることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の光半導体装置。
【００７０】
（付記５）  前記半導体基板と前記下地層との間に下部クラッド層が形成されると共に、
前記下地層、前記量子ドット、及び前記第２バリア層の積層体の断面形状がメサ状であり、該積層体の両側に形成された埋め込み層と、前記埋め込み層の上に形成された電流ブロック層と、該電流ブロック層と前記積層体のそれぞれの上に形成された上部クラッド層とを有することを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の光半導体装置。
【００７１】
（付記６）  前記量子ドットは、半導体レーザと半導体光増幅器のいずれかの活性領域として機能することを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の光半導体装置。
【００７２】
（付記７）  半導体基板の上に下地層を形成する工程と、
第１の基板温度において、前記下地層の上に、少なくともAs（砒素）とIII族元素とを含む混晶よりなる量子ドットを形成する工程と、
第２の基板温度において、前記量子ドットの上に、InpGa1-pAsqP1-q(0≦p, q≦1)よりなる第１バリア層を形成する工程と、
前記第２の基板温度よりも高い第３の基板温度において、前記第１バリア層上に、InrAlsGa1-r-sAs(0≦r, s≦1)よりなる第２バリア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。
【００７３】
（付記８）  前記第１の基板温度と前記第２の基板温度は、４５０℃以上５００℃以下であることを特徴とする付記７に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７４】
（付記９）  前記第３の基板温度は６００℃以上であることを特徴とする付記７又は付記８に記載の光半導体装置の製造方法。
【００７５】
（付記１０）  前記下地層、前記量子ドット、前記第１バリア層、及び前記第２バリア層の少なくとも一つをMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法で形成することを特徴とする付記７乃至付記９のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
【００７６】
（付記１１）  前記第１バリア層を形成する工程において、前記量子ドットと同じ厚さに前記第１バリア層を形成することを特徴とする付記７乃至付記１０のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
【００７７】
（付記１２）  前記下地層として、InxAlyGa1-x-yAs(0≦x, y≦1)層を形成することを特徴とする付記７乃至付記１１のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、従来例に係る量子ドットレーザの要部拡大断面図である。
【図２】図２は、図１に示した量子ドットレーザのエネルギバンド図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの製造途中の断面図（その１）である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの製造途中の断面図（その２）である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの製造途中の断面図（その３）である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの製造途中の断面図（その４）である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザの共振器の軸方向に沿う断面図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態に係る量子ドットレーザのエネルギバンドを示す図である。
【図９】図９は、本発明の第２実施形態に係る量子ドット光増幅器の共振器の軸方向に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…半導体基板、２…下地層、３…InAs量子ドット、４…バリア層、１０…InP基板、１２…下部クラッド層、１３…下地層、１４…量子ドット、１５…第１バリア層、１６…第２バリア層、１７…積層体、１８…上部クラッド層、１８ａ…上部クラッド層の下側層、１８ｂ…上部クラッド層の上側層、２０…マスク、２２…メサ、２４…埋め込み層、２５…電流ブロック層、２６…コンタクト層、２８…p側電極層、２９…n側電極層、３０…低反射率膜、３１…高反射率膜、３５…第１無反射膜、３６…第２無反射膜、３９…レーザ光、４０…電子、５１…入射光、５２…出力光。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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