(57)【要約】  対称量子ドットを量子井戸に埋め込む。対称性は、僅かに軸を外した基板、および／または量子ドット成長中の超過圧力を用いて達成する。量子ドット構造は、半導体レーザーを含む各種用途で用いることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲインを提供するための半導体活性領域であって、
僅かに軸外しした基板上に形成した量子井戸と、
前記量子井戸に埋め込んだ複数の量子ドットであって、前記量子ドットは、３未満から１までの平均の長さ対幅比を有するものと、
を備える半導体活性領域。
【請求項２】
前記僅かに軸外しした基板が、ＩｎＰ基板であり、
前記量子井戸が、ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸であり、
前記量子ドットが、前記量子井戸の厚さ未満の厚さを有するＩｎＡｓ量子ドットを備える、請求項１の半導体活性領域。
【請求項３】
前記僅かに軸外しした基板が、公称の結晶方位（１００）をもつＩｎＰである請求項１の半導体活性領域。
【請求項４】
前記僅かに軸外しした基板が、一群の方向（１１０）内の一つに向かって方位を外した結晶方位（１００）をもつＩｎＰである請求項３の半導体活性領域。
【請求項５】
前記基板が、一群の方向（１１１）内の一つに向かって方位を外した結晶方位（１００）をもつＩｎＰである請求項３の半導体活性領域。
【請求項６】
前記量子ドットが、連続光ゲインスペクトルを形成するよう選定した、サイズ分布、およびエネルギー状態を閉じ込めた量子シーケンス、を有する請求項１の半導体活性領域。
【請求項７】
前記量子ドットが、２〜５ｎｍの平均高さ、１５〜２５ｎｍの平均幅、１５〜２５ｎｍの平均長さ、および１：１〜３：１の平均の長さ対幅比を有する請求項１の半導体活性領域。
【請求項８】
前記量子ドットが、前記基板より７％以下だけ大きい緩和格子定数を有する請求項１の半導体活性領域。
【請求項９】
僅かに軸外しした基板上に形成した量子井戸と、前記量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドットであって、前記量子ドットの非対称性が細長い方向により特徴付けられるものと、を備える活性領域、および、
前記活性領域を含む横型レーザーキャビティであって、前記横型レーザーキャビティは、前記横型レーザーキャビティ内のＴＥ偏波の電場が、前記細長い方向に整列するように配向されるもの、
を備える半導体レーザー。
【請求項１０】
前記僅かに軸外しした基板は、前記方向（１１０）に向いて傾斜した公称（１００）ＩｎＰ基板であり、
前記横型レーザーキャビティは、前記基板の前記方向（０１１）に整列している、請求項９の半導体レーザー。
【請求項１１】
前記僅かに軸を外した基板は、Ｂ方向（１１１）に向いて傾斜した公称（１００）ＩｎＰ基板であり、
前記横型レーザーキャビティは、前記基板の前記方向（０１１）に整列している、請求項９の半導体レーザー。
【請求項１２】
III−Ｖ族量子井戸に埋め込んだ自己形成III−Ｖ族量子ドットを成長させる方法であって、
基板上の底部III−Ｖ族量子井戸層を成長させるステップと、
前記底部III−Ｖ族量子井戸層上にIII−Ｖ族アイランドを成長させるステップであって、前記III−Ｖ族アイランドは、前記基板より少なくとも１．８％大きい緩和格子定数を有し、前記III−Ｖ族アイランドは、前記III−Ｖ族アイランド内のＶ族元素の超過圧力を含むものと、
前記III−Ｖ族アイランドを埋め込むよう選定した成長条件の下で、量子井戸内に、上部III−Ｖ族量子井戸層を成長させるステップであって、前記量子井戸は、前記底部III−Ｖ族量子井戸層、および前記上部III−Ｖ族量子井戸層により形成されるものとも
を具備する方法。
【請求項１３】
前記基板が、僅かに軸外しした基板である請求項１２の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、Ａｌｌｅｎ Ｌ．Ｇｒａｙ等による２００３年１０月２４日出願の米国仮特許出願番号第６０／５１４，２１１号、「量子ドット構造」に対する優先権を３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づいて請求する。上記主題を全て参照して本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は一般に、半導体量子ドットの構造およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体量子ドットは、３次元の電子および正孔の量子閉じ込めを提供するエネルギー障壁を有する構造である。この特性があるために、量子ドット構造を各種の電子および光電子デバイスに用いることに関心が抱かれている。例えば、諸研究の示唆によれば、量子ドットレーザーは、多くの点で従来の量子井戸レーザーより良好に動作する可能性がある。量子井戸と比較すると、量子ドットレーザーは充填比（すなわち、ポンピングする材料の体積）を低くでき、および／または状態密度関数が改善される。また、諸研究の示唆によれば、半導体レーザーのしきい値電流は、材料体積が小さくなり、かつ状態数が減少するので、量子ドット活性領域を用いることにより改善できる。
【０００４】
１．３〜１．６μｍの波長範囲の量子ドットレーザー発光は、特にファイバ光学通信システム用に関心がもたれている。特に、半導体レーザーの活性領域として、ＩｎＡｓ量子ドットを用いることに関心が抱かれている。ＩｎＡｓ量子ドットを創成する従来手法は、成長によりＧａＡｓ、またはＩｎＰ基板に歪みが加えられると発生する自然過程に基づくのが普通である。残念ながら、これら従来の手法は、特に、１．３〜１．６μｍの波長範囲で、得られる量子ドット構造の効用が制限されるという大きな欠点を有する。
【０００５】
例えば、重要な挑戦の一つは、量子ドット形状を制御している。通常、量子ドット形状の対称性は高いほうが望ましい。例えば、球状量子ドットにより、特定の光電子用途では重要となることがある等方性光特性が得られる。しかしながら、従来の手法は、光電子デバイスで有用な形でＩｎＰ基板上に対称ＩｎＡｓ量子ドットを作製することができなかった。代わりに得られる量子ドットは、形状が細長く、量子ダッシュと一般に呼ばれている。結果として得られるデバイスは非対称性が強く、対称性がないために性能が制限される。対称性が高いＩｎＡｓ量子ドットを創成する企ては、高いしきい値電流、低いモーダルゲイン、および強い温度依存性等の、不十分なデバイス特性を得るに留まっている。これらの欠陥は、所望の形状、および／またはＩｎＡｓ量子ドットの密度の達成が失敗して起きたと考えられている。
【０００６】
従って、改良した量子ドット構造を創成する必要がある。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の一態様は、量子井戸に埋め込んだ対称性が高い量子ドットを作製することにより、従来技術の限界を克服する。一手法では、対称性は、僅かに軸外しした基板、および／または量子ドット形成中の超過圧力を用いることにより達成する。
【０００８】
例えば、一実施の形態では、ＩｎＡｓ量子ドットは、ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸に埋め込まれ、基板は、僅かに軸外しした（１００）ＩｎＰ基板（例えば、（１１０）、または（１１１）方向のいずれかに方位をずらす）である。ＩｎＡｓ量子ドットに対する成長条件は、２〜５のＡｓ超過圧力を含む。得られたＩｎＡｓ量子ドットは、平均高さ２〜５ｎｍ、平均幅１５〜２５ｎｍ、平均長さ１５〜２５ｎｍ、および平均の長さ対幅比１：１〜３：１を有する。
【０００９】
本発明の他の態様は、これらの構造を動作させるための、これらの構造および方法に基づく各種のデバイスを含む。例えば、一実施の形態では、量子ドット構造は、横型レーザーキャビティをもつ半導体レーザーの活性領域として用いられる。（１１０）または（１１１）方向に方位をずらして、僅かに軸を外した（１００）ＩｎＰ基板に対して、横型レーザーキャビティは、それぞれ（０１１）、または
【数１】
2007538382.tif 000002
方向に整列するのが好ましい。
【００１０】
付帯の図面と併せ見ると、以下の本発明の詳細説明、および付属のクレームにより直ちに明らかになる他の利点および特徴を本発明は有する。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１Ａは、量子ドットをもつコア領域の一実施例の寸法を説明する側面図である。量子ドット２０５は、平均高さｈ、幅ｗ、および長さｌを有する。一実施の形態では、量子ドットの３つの寸法（ｈ、ｗ、およびｌ）それぞれは、室温でのドブロイ波長未満に選定する。図１Ａの実施例では、量子ドット２０５Ａ〜２０５Ｃは、半導体基板２１０上に形成した離間するメサとして示す。しかしながら、他の実施の形態では、量子ドット２０５は、矩形メサ以外の形状となることがある。
【００２２】
図１Ｂの側面図に示すように、本実施例では、基板２１０上に下地層２１５（１層または複数層）を最初に形成する。量子ドット２０５は、埋込層２２０に埋め込む。同様に、追加層２２５を成長させてもよい。図１Ｃの側面図に示すように、一実施の形態では、量子ドット２０５は、底部障壁層２９０、第１および第２量子井戸層２８０、２８５、および上部障壁層２９５を有する量子井戸に形成する。層の材料組成は、厚い層を格子整合させるか、またはほぼ格子整合させて（例えば、転位形成の臨界厚さ未満で）、不整転位の形成を防ぐよう選定することが好ましい。しかしながら、量子ドットおよび個々の層は、疑似格子整合型歪み層となることがある。
【００２３】
図１Ａを再度参照すると、量子ドット２０５の高さは、成長の方向と一致するｚ軸に沿って、基板２１０の面に垂直な方向で測定する。従って、高さを層の厚さと称することもある。例えば、ｚ方向に成長する層は、成長厚さで説明するのが普通である。量子ドット２０５の長さおよび幅は、成長面（すなわち、基板面に平行な面）に平行なｘおよびｙ方向で測定する。
【００２４】
一実施の形態では、量子ドットは、高さ２〜１２ｎｍ、幅１０〜３０ｎｍ（各方向に）が代表的である。それぞれの量子ドットの高さは、幅と等しいか、未満であることが好ましく、量子ドットは、細長くならずに、１：１〜３：１の範囲の平均長さ対幅比を保つことが好ましい。また、量子ドットのサイズおよび形状の分布は、室温で飽和する基底状態エネルギー準位を有するとともに、高利得、広帯域の光ゲインスペクトルの形成を容易にするエネルギー準位分離をもつ励起状態シーケンスを有するように選定することが好ましい。好適な実施の形態では、量子ドットは、III−Ｖ族複合半導体材料系の自己形成構造として作製される（「自己組織化構造」として知られることもある」）。これらの材料系では、III族元素の実施例は、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎを含み、Ｖ族元素の実施例は、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、およびＳｂを含む。様々なIII−Ｖ族複合のバンドギャップエネルギーと格子定数との間の既知の関係に基づいて、多くの異なるIII−Ｖ族半導体合金組成を用いることができる。ＧａＡｓおよびＩｎＰが、最も普通に用いられるIII−Ｖ族複合半導体基板であるが、他の種類の基板を用いてもよい。
【００２５】
同様に、様々な結晶成長技法を用いることができる。成長技法は、十分な表面動力学的反応（例えば、表面の吸着原子または分子移動）により、格子定数が小さい材料上の、格子定数が大きい材料の成長に合わせて、アイランドの成長を助けるのが典型的である。適切な成長技法の例には、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）、ガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢＥ）、および有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）がある。
【００２６】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明による自己形成量子ドット作製の態様を幾つか示す。図２Ａでは、半導体基板３０２は、僅かに軸外し（off-axis）した基板である（以下に詳細に説明する）。微斜の基板３０２は、アイランド成長を促進する棚／ベランダをもつ階段形状をしている。とりあえず層３０４〜３０８を無視して説明すると、ほぼ平坦なIII−Ｖ族複合半導体支持層３１０を成長させる。例えば、基板３０２がＩｎＰの場合、支持層３１０は、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＧａＡｓＰということになる。支持層３１０は、基板３０２上に直接、または基板上に先に成長させた他の層の上に、成長させることができる。図２Ａの実施の形態では、支持層３１０は、下地の障壁層３０８、導波路層３０６、およびクラッド層３０４上に成長させた量子井戸の一部である。一実施の形態では、支持層３１０の成長パラメータを選定して、０．３ｎｍ未満の平均表面粗さを得る。
【００２７】
図２Ｂを参照する。成長パラメータを選定して、支持層３１０上に複合半導体を堆積中に、自己形成アイランド３２０を形成する。堆積した複合半導体３２０は、支持層３１０より小さいバンドギャップを有し、また、下地層３１０より大きな緩和格子定数を有する（例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ上に成長させたＩｎＡｓ量子ドット）。特に、低バンドギャップ半導体３２０の格子不整合は、下地半導体層３１０より少なくとも約１．８％大きくなるよう選定して、ストランスキー・クラスタノフ（Ｓ−Ｋ）成長モードを生成するのが好ましい。Ｓ−Ｋ成長モードでは、アイランド形成の原動力は、弾性変形により生じる歪みエネルギーの減少であり、すなわち、Ｓ−Ｋ成長では、転位生成により歪みを緩和するより、アイランド化により表面エネルギーを増加させるほうがエネルギー的にずっと有利である。Ｓ−Ｋ成長モードでは、成長は、より大きな格子定数材料の臨界厚さが最初のウエット層３２５上に成長した後は、３次元となる。
【００２８】
この場合、成長パラメータの選定により、アイランドの高さ、および長さ／幅（長さ対幅）比を制御して、より対称性が高い量子ドットを形成する。特に、Ｖ族元素の超過圧力を半導体３２０の成長中に加えて、長さ／幅比が３：１を越えない量子ドットを得る。本技法の一利点は、歪みが小さい系でも、より対称性が高い量子ドットを成長させることができることである。
【００２９】
図２Ｂに示すように、各アイランド３２０は、公称高さ、幅、および長さをもつ量子ドットである。アイランドは、好適な結晶方位に沿って整列する傾向がある。残りのウェット層３２５は、井戸部３１０の表面に残っていてもよい。自己形成アイランドが形成された後、図２Ｃに示すように、アイランドは高バンドギャップ材料３３０（例えば、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＩｎＧａＡｓＰの層）に埋め込まれる。相分離、および埋め込みプロセス中のスピノーダル分解等の要因を考慮するのが好ましい。なぜなら、量子ドットの形状および組成に影響するからである。一実施の形態では、量子ドット３２０は、量子井戸の残部３３０に埋め込まれ、別の障壁層３３５、導波路層３４０、クラッド層３４５、およびキャップ層３５０がそのあとに続く。このように、各量子ドットは、高バンドギャップ材料にすべての側面を囲まれる低バンドギャップ材料のアイランドよりなる。アイランド形成を繰り返して追加の量子ドット層を形成できる。
【００３０】
上記のように、量子ドットを量子井戸に埋め込むことができる。量子井戸層の組織は、基板と格子整合するか、または不整転位生成の臨界厚さまでは歪みが増加することになる。成長させたままのアイランドは高さが著しく変化する。量子井戸に埋め込んだ量子ドットでは、通常、アイランドが量子井戸に完全に埋め込まれるのが望まれる。幾つかの技法を用いてこれを達成する。
【００３１】
図３Ａの手法では、量子ドット５２０は、厚さｄ１の下側量子井戸層５１０と、厚さｄ２（ｄ２＞ｄ１）の上側量子井戸層５３０との間に埋め込む。図３Ａの実施例では、量子井戸層５１０、５３０は、量子井戸層よりバンドギャップエネルギーが高い障壁層５０８、５３５の間に配置する。上側量子井戸層５３０は、量子ドット５２０をすべて覆うのに十分なほど厚い。このように、量子ドットの高さが変化するにもかかわらず、量子ドット５２０は、量子井戸５１０、５３０に埋め込まれる。
【００３２】
図３Ｂでは、成長パラメータを調整して量子ドットのトリミングを行う。この場合、量子ドット５２０が成長してから、上部量子井戸層５３０が成長する。上部量子井戸層５３０の厚さは、成長したままのＩｎＡｓアイランド５２０の高さを超えないように選定してもよい。量子井戸層５３０が成長してから、熱脱離（蒸発）ステップを実行して、ＩｎＡｓドット５２０の覆われていない部分を、破線で示すようにいずれも除去する。こうして、量子ドット５２０の頂上部がトリミングされ、量子ドットが量子井戸５１０、５３０に埋め込まれる。
【００３３】
図４は、一実施例の量子ドットレーザーの層構造を示す。本構造の好適な製法はＭＢＥによるが、他の技法を用いてもよい。本構造は、以下のように作製する。基板７０２は、僅かに軸を外したｎ型ＩｎＰ基板である。特に、（１１１）Ｂ、または（１１０）面に向かって１〜５°の範囲で、ＩｎＰの単一結晶の方位がずれた（１００）基板が好適である。方位がずれた（１００）基板の結晶面を図５に示す。ＩｎＰ基板は、８×１０-6Ａｓ2ミリバール（ｍｂａｒ）のビーム等価圧力（ＢＥＰ）のもとで、基板を５４５℃に過熱することにより、成長させる前に超高真空で洗浄することが好ましい。
【００３４】
ＩｎＰ基板７０２とほぼ格子整合するｎ型ＡｌＩｎＡｓ光クラッド層７０５が成長する。一実施の形態では、段階的インターフェース層７０４が、基板７０２と層７０５との間に含まれ、電気抵抗を減少させる。次いで、１．０３ｅＶのエネルギーバンドギャップをもつＡｌＧａＩｎＡｓ導波路層７１０を成長させる。ＡｌＧａＩｎＡｓ導波路層７１０は、約１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚さをもつのが好ましい。
【００３５】
次いで、１．０３ｅＶのバンドギャップエネルギーと対応する組成を有するＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸障壁層７１５を成長させる。一実施の形態では、障壁層は、厚さ約１５ｎｍを有するＡｌ0.28Ｇａ0.22Ｉｎ0.50Ａｓ層である。次いで、下側量子井戸層７２０を成長させる。一実施の形態では、この量子井戸層には、０．９５ｅＶの半導体バンドギャップエネルギーをもつＡｌ0.20Ｇａ0.16Ｉｎ0.64Ａｓの１．３ｎｍ層が含まれる。
【００３６】
次いで、ＩｎＡｓの十分な数の単層（本実施例では４層）を有するあらかじめ選定したＩｎＡｓの公称厚さ７２５を成長させて、アイランドを形成する。一実施の形態では、基板温度は、パイロメータで測定すると摂氏４９０℃と５１０℃の間であり、Ａｓ超過圧力は、Ｉｎの２〜５倍である。これらの成長パラメータは、２×４（すなわち、Ａｓリッチ）再構成と、４×２（メタルリッチ）再構成との間の中間遷移を生じると考えられ、従って、より対称性の高い量子ドットが生み出される。得られたヒ素リッチの２×１量子ドットは、高さ２〜５ｎｍ、長さ、および幅１５〜２５ｎｍが代表的である。ドット密度は２〜５Ｅ１０／ｓｑｃｍの範囲にある。成長温度を上げると、より一様な分布が得られる傾向がある。逆に、成長率の増大は、ドットサイズ一様性を低下させる傾向がある。
【００３７】
次いで、上部量子井戸層７３０を成長させて、アイランドを埋め込む。一実施の形態では、第２量子井戸層は、０．９５ｅＶの半導体バンドギャップエネルギーをもつＡｌ0.20Ｇａ0.16Ｉｎ0.64Ａｓの６．３ｎｍ層である。より一般的には、Ａｌ１８〜２２％、Ｇａ１４〜１８％を有する量子井戸層７２０、７３０が、概して好適である。次いで、もう一つの障壁層７３５を成長させる。一実施の形態では、この障壁層は１５ｎｍのＡｌ0.28Ｇａ0.22Ｉｎ0.50Ａｓである。埋め込んだ量子ドットの多層は、層７１５、７２０、７２５、７３０、および７３５の成長シーケンスを繰り返して形成できる。本実施例では、層７１５、７２０、７２５、７３０、および７３５のシーケンスを５回繰り返す。
【００３８】
次いで、Ａｌ0.30Ｇａ0.18Ｉｎ0.52Ａｓ層等の、第２導波路層７４０を成長させる。次いで、ｐ型光クラッド層７４５を成長させる。次に、強くｐドープしたキャップ層７５０を成長させて、ダイオードレーザー構造に高品位のオーム接触を容易に形成させることができる。接触抵抗を更に減少させるために段階的組成のｐ型層７４７を含めてもよい。
【００３９】
光クラッド層７０５、７４５、および導波路層７１０、７４０の屈折率は、材料から形成されるキャビティレーザーに顕著な光閉じ込めを達成するよう選定するのが好ましい。光クラッドおよび導波路の、組成および厚さを選定する実験的および理論的技法は、従来技術で周知である。
【００４０】
量子ドット層に戻ると、注目すべきは、Ａｓ安定条件のもとで格子整合したＧａ0.5Ｉｎ0.50Ａｓの表面再構成は、異方性が大きな２×４再構成である。これらの成長条件のもとでは、得られるＩｎＡｓ量子ドットは、図６Ａに示すように、非常に細長い。ヒ素安定の異方性２×４再構成を超えて、より対称性が高い２×１表面再構成まで、ヒ素の超過圧力を増加させると、ＩｎＡｓのドット形状の対称性が増加する。これには６×１０-6ｍｂａｒを超えるＡｓ超過圧力が必要なのが典型である。（１００）ＩｎＰに加わるヒ素圧力による空間依存性を示す原子間力顕微鏡写真を図６Ａ〜図６Ｂに示す。
【００４１】
図７は、ＩｎＰ基板の（１１１）Ｂに向かって（１００）より２°だけ大きいヒ素リッチＩｎＡｓの原子間力顕微鏡写真である。シート密度は５Ｅ１０／ｃｍ＾２を超える。
【００４２】
上記の成長技法、および得られた量子ドット構造は著しい利点を有する。例えば、得られた量子ドット構造は、軸上の（１００）ＩｎＰ基板での従来プロセスと比較すると、著しく高い量子ドット密度が得られる。また、高指数ＩｎＰ基板（例えば、（３１１）基板等の大きく軸を外した基板）と比較すると、僅かに軸を外した（１００）基板の使用により、レーザーカット面を処理するのが困難な材料を避けることができる。例えば、僅かに軸を外した（１００）基板を用いると、大きく軸を外した（３１１）基板に基づくレーザーに現れる大きなミラー損失による高いしきい値電流を避けることができる。更に、高指数基板は、エネルギー的にＩｎＡｓ層の不整転位を促進する。
【００４３】
上記の成長技法は、ここに示した特定の構造または材料系に限定されない。例えば、この技法は一般に、低歪み系（例えば、３〜７％歪み）で良好に機能し、これは重要なことだが、他の作製技法の多くはこれらの低歪み系で良好に機能しない。従って、これらの成長技法は、類似の歪みをもつ他の材料系にも応用できる。このような系の実施例には、ＳｂまたはＴｅに基づくものが含まれる。従って、類似技法を用いて、例えば、ＧａＳｂ基板上にＩｎＳｂの量子ドットを形成できる。
【００４４】
各種の成長技法は、常に組み合わせるとは限らず、別々に用いることもできる。例えば、僅かに軸を外した基板は、Ｖ族の超過圧力がなくても用いることができ、その逆も可である。
【００４５】
量子ドット構造を半導体レーザーの文脈で説明した。光増幅器、ディスクリートレーザー、同調可能レーザー、およびレーザーモノリシックアレイ等の、多様な光電子デバイスの活性領域でこれらを用いることができる。量子ドットは、光閉じ込めを提供するための光導波路構造を含むｐ-ｉ-ｎ接合レーザーダイオード構造の活性領域に含めることができる。量子ドットは、他の用途（例えば、電子回路）にも同様に用いることができる。上記の量子ドット成長技法を用いて、広範囲なデバイスに対する量子ドットを、各種の形状、サイズ、およびドット密度の量子ドットに基づいて作製できる。好適な実施の形態では、量子ドットは、長さ／幅比が３を超えない自己形成量子ドットである。
【００４６】
量子ドットを用いることができる幾つかの例として、２００１年９月２０日出願、２００３年７月２９日発行の米国特許第６，６００，１６９号、「量子ダッシュデバイス」を参照すると、上記の量子ドット領域は、図９のリッジレーザー活性層、図１５〜図１６の同調可能外部キャビティレーザー、図１７〜図１８のＤＦＢ／ＤＢＲレーザー、図１９のマルチ波長レーザーアレイ、図２０のＶＣＳＥＬ、および／または図２０〜図２１のトランジスタ、として用いることができる。それ以上のレーザー構造の例、および記述が、２００１年１０月５日出願の米国特許出願第０９／９７２，３０３号、「量子ドットレーザー」、および２００２年３月１日出願の米国特許出願第１０／０８７，４０８号、「量子ドット縦型キャビティ表面発光レーザー」にある。上記全てを参照して本明細書に組み込む。
【００４７】
特定の実施例として、図８に示す半導体レーザーを考える。このレーザーは、横型レーザーキャビティ８１０（ＶＣＳＥＬに見ることができるような縦型レーザーキャビティとは逆である）を有する。横型レーザーキャビティ８１０は、基板面に（すなわち、主としてｘ−ｙ面に）配向している。劈開ファセット面に基づくものを含むエッジ発光レーザー、ならびにＤＦＢおよびＤＢＲレーザーは、横型レーザーキャビティを有する半導体レーザーの幾つかの例である。図８にレーザーキャビティを断面で示す。上記に説明したもののような量子ドット構造８２０は、レーザーキャビティに光ゲインを提供する。
【００４８】
構造８２０の量子ドットが幾らかの非対称性を示す場合（例えば、一方向に細長い等）、レーザーキャビティ内のＴＥ偏波の電場が、量子ドットの細長い方向と整列するように、レーザーキャビティ８１０を配向するのが好ましい。例えば、（１１０）方向に向いて２°傾斜した公称（１００）ＩｎＰ基板に対しては、横型レーザーキャビティ８１０は、基板の（０１１）方向に整列するのが好ましい。（１１１）Ｂ方向に向いて３°傾斜した公称（１００）ＩｎＰ基板に対しては、横型レーザーキャビティ８１０は、基板の（０１１）方向に整列するのが好ましい。完全に対称な量子ドットを期待する場合でも、予測しない非対称が幾らか現れる場合にだけ、これらの方向にレーザーキャビティを配向するのが有利なことがある。横型レーザーキャビティをこの方法で配向すると、低しきい値電流、高い光ゲイン、および／または良好な温度性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】量子ドットのコア領域の透視図である。
【図１Ｂ】埋め込まれた量子ドットを示す側面図である。
【図１Ｃ】量子井戸に埋め込まれた量子ドットを示す側面図である。
【図２Ａ】量子ドットレーザーを形成するために用いる幾つかのステップを説明する透視図である。
【図２Ｂ】量子ドットレーザーを形成するために用いる幾つかのステップを説明する透視図である。
【図２Ｃ】量子ドットレーザーを形成するために用いる幾つかのステップを説明する透視図である。
【図３Ａ】量子ドットを埋め込むための成長シーケンスを説明する側面図である。
【図３Ｂ】量子ドットを埋め込むための成長シーケンスを説明する側面図である。
【図４】量子ドットレーザーのための例示の成長シーケンスを説明する側面図である。
【図５】僅かに軸を外した（１００）ＩｎＰ基板の結晶面を示す。
【図６Ａ】軸上の（１００）ＩｎＰ基板に対するヒ素圧力による空間依存性を示す原子間力顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】軸上の（１００）ＩｎＰ基板に対するヒ素圧力による空間依存性を示す原子間力顕微鏡写真である。
【図７】僅かに軸を外したＩｎＰ基板に対するヒ素リッチＩｎＡｓの原子間力顕微鏡写真である。
【図８】量子ドット活性領域をもつ半導体レーザーの透視図である。
【図１Ａ】
2007538382.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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