(57)【要約】【課題】    歪みの点から、光半導体装置の偏光無依存性、発光波長ないし吸光波長の長波長化に改良を与える。【解決手段】    光半導体装置は、第１の格子定数を有する半導体基板と、半導体基板上方に形成され、第１の格子定数より大きな第２の格子定数を有する量子ドットと、半導体基板上方で量子ドットの側面を囲み、第１の格子定数より小さな第３の格子定数を有するサイドバリアと、半導体基板上方で量子ドット及びサイドバリアに接して形成され、第１の格子定数より大きく、前記第２の格子定数より小さな第４の格子定数を有する第１の歪み緩和層と、を有する。【選択図】  図１
2012209315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の格子定数を有する半導体基板と、
前記半導体基板上方に形成され、前記第１の格子定数より大きな第２の格子定数を有する量子ドットと、
前記半導体基板上方で前記量子ドットの側面を囲み、前記第１の格子定数より小さな第３の格子定数を有するサイドバリアと、
前記半導体基板上方で前記量子ドット及び前記サイドバリアに接して形成され、前記第１の格子定数より大きく、前記第２の格子定数より小さな第４の格子定数を有する第１の歪み緩和層と、
を有する光半導体装置。
【請求項２】
前記第１の歪み緩和層は、前記半導体基板との格子不整合が０．７％を超え、２．８％以下である請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記第１の歪み緩和層が、前記半導体基板と前記量子ドット及び前記サイドバリアの間に形成され、さらに
前記量子ドット及び前記サイドバリア上に接して形成され、前記第１の格子定数より大きく、前記第２の格子定数より小さな第５の格子定数を有する第２の歪み緩和層を有する、
請求項１又は２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記第１の歪み緩和層と前記第２の歪み緩和層とが同一組成の半導体で形成されている請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板がＧａＡｓ基板であり、前記第１の歪み緩和層がＩｎＧａＡｓを含む材料で形成され、前記サイドバリアがＧａＡｓＰを含む材料で形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記第１の歪み緩和層が、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘは、０．１〜０．４の範囲内）である請求項５記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記量子ドットは、偏光依存性を持たず、１．３μｍ以上の発光ないし吸光ピーク波長を有する請求項１〜６のいずれか１項記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体光増幅器や半導体レーザは、小型で消費電力が小さいため、光通信の分野で大きな注目を集めている。特に、活性層に量子ドットを含む量子ドット半導体光増幅器は、優れた特性を実現可能な素子として有望視されている。
【０００３】
ＩｎＰ基板又はＧａＡｓ基板上に、基板と格子整合するバッファ層を介してＩｎＡｓをいわゆるＳ−Ｋ（Stranski-Krastanow）モード成長することによってＩｎＡｓ系量子ドットを形成できることが知られている。Ｓ−Ｋモードで形成した単層の量子ドットは、一般に、形状が扁平で、非等方的な歪みを持つため、ＴＥ偏光に対する利得が大きく、偏波依存性が大きい。量子ドットの高さを高くすることで、偏波依存性を改善することが可能である。
【０００４】
Ｓ−Ｋモードにより量子ドットの形成した後、少なくとも量子ドットを囲んでウェッティング層上にバリア層を成長し、量子ドットとバリア層を繰り返し積層することで、量子ドットを結合させ、コラムナ量子ドットを形成することが提案されている(例えば特許文献１〜５、非特許文献１)。
【０００５】
ＧａＡｓ基板上に、ＩｎＡｓ量子ドットとＩｎＧａＡｓバリア層とを形成すると、バリア層の組成が、量子ドットの上下ではＩｎリッチに、量子ドットの側方ではＧａリッチになり、偏光無依存に近い発光が可能になると報告されている。ＩｎＰ基板上にＩｎＡｓドットを形成し、ＩｎＧａＡｓＰサイドバリアで埋め込んで、偏光無依存にすることができると報告されている。また、ＩｎＰ基板上に成長したコラムナＩｎＡｓ量子ドットの発光ピーク波長と偏光感度は、ＩｎＡｓ成長前のアルシンの予備フロー時間とＩｎＡｓ供給量に依存し、コラムナ量子ドットの高さの変化より歪みの変化によると考えられると報告されている。
【０００６】
ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ量子ドットを形成する場合、偏光無依存を実現し、かつ通信波長１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯で動作させることは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１１１７１０号公報、
【特許文献２】特開２００６−２４５３７３号公報、
【特許文献３】特開２００７−２２７５６８号公報、
【特許文献４】特開２００８−２４４２３５号公報、
【特許文献５】特開２０１０−４０８７２号公報。
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】K. Kawaguchi et al.: Appl. Phys. Letters 93, 121908 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
歪みの点から、光半導体装置の偏光無依存性、発光波長ないし吸光波長の長波長化に改良を与える。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施例によれば、
第１の格子定数を有する半導体基板と、
前記半導体基板上方に形成され、前記第１の格子定数より大きな第２の格子定数を有する量子ドットと、
前記半導体基板上方で前記量子ドットの側面を囲み、前記第１の格子定数より小さな第３の格子定数を有するサイドバリアと、
前記半導体基板上方で前記量子ドット及び前記サイドバリアに接して形成され、前記第１の格子定数より大きく、前記第２の格子定数より小さな第４の格子定数を有する第１の歪み緩和層と、
を有する光半導体装置
が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
光半導体装置において、歪み緩和層が量子ドットの歪みを緩和し、偏光依存性がなく、発光波長ないし吸光波長の長波長化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１Ａ，図１Ｂは、単層の量子ドット層及び複数層の量子ドット層を有する、実施例による光半導体装置の概略断面図である。
【図２−１】および、
【図２−２】および、
【図２−３】図２Ａは、実施例による光半導体装置のシミュレーション用モデルを示す断面図、図２Ｂは量子ドット内の歪み分布を示すグラフである。図２Ｃ，図２Ｄ，図２Ｅ，図２Ｆは、静水圧歪みの歪み緩和層厚に対する関係を示すグラフ、発光波長のサイドバリア組成ｙに対する関係を示すグラフ、発光波長の伸び量の歪み緩和層厚に対する関係を示すグラフ、歪み緩和層の組成ｘと厚さに対する有効範囲を示すグラフである。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、単層の量子ドット層を有する光半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、複数層の量子ドット層を有する光半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
光半導体装置の基板として、ＧａＡｓ基板とＩｎＰ基板が最も広く用いられる。ＩｎＰ基板のコストは、ＧａＡｓ基板のコストよりかなり高く、実用品の基板としては、ＧａＡｓ基板を使えることが望ましい。そこで、制限的ではないが、ＧａＡｓ基板上に、ＩｎＡｓ量子ドットを形成し、量子ドットの側面をサイドバリアで包み込む構成を主たる対象とする。なお、サイドバリアは、量子ドットの高さと同じ厚さを有する。即ち、量子ドットの周囲にサイドバリアを形成した状態で、量子ドットの頂点はサイドバリアから露出する。サイドバリアは、ＧａＡｓＰ，ＧａＡｌＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓＰ，Ｓｉ，Ｇｅ等で形成できる。
【００１４】
ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ量子ドットを形成し、基板より格子定数の小さなＩｎＧａＡｓＰ等でサイドバリアを形成することにより、ＴＭモードに対する感度を高くすることができる。但し、１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯で動作するデバイスを得ることは難しい。ＩｎＡｓ／ＧａＡｓは格子不整合が大きい。ＧａＡｓよりも小さい格子定数を有するサイドバリアを形成すると、ＩｎＡｓ量子ドットとサイドバリアとの格子不整合はもっと大きくなる。基板より格子定数の大きなＩｎＡｓ量子ドットに、基板より格子定数の小さなサイドバリアから大きな圧縮歪みがかかり、量子ドットのバンドギャップが大きくなる。
【００１５】
モデル計算によれば、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子構造の場合、３％格子不整合に相当する歪みであれば、偏光依存性の低い１．３μｍの発光が可能である。ところが、実際のＩｎＡｓ／ＧａＡｓ系の格子不整合は７％である。本発明者は、圧縮歪みを緩和できる構成により、発光（受光）波長を長波長化することを考察した。
【００１６】
ＧａＡｓ基板の上に形成するＩｎＡｓ量子ドットの上下に、ＧａＡｓ基板より格子定数が大きく、量子ドットより格子定数が小さな、例えばＩｎＧａＡｓ層を形成する。基板より大きな格子定数を有する層で量子ドットを挟めば、基板から量子ドットに印加されていた圧縮歪みは緩和されるであろう。また、基板より大きな格子定数を有する層が、基板より小さな格子定数を有するサイドバリアが与える圧縮歪みを緩和する機能も期待できよう。この歪みを緩和する層を、歪み緩和層と呼ぶことにする。ＧａＡｓ基板の場合、歪み緩和層はＧａＡｓより大きく、量子ドットより小さな格子定数を持つ層である。量子ドットをＩｎＡｓとすると、ＩｎＧａＡｓの他、ＩｎＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等で歪み緩和層を形成できる。
【００１７】
図１Ａは、量子ドット層が単層の場合の構成を示す。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１を成長し、その上にＧａＡｓより格子定数が大きく、ＩｎＡｓより格子定数が小さい、ｎ型或いはノンドープＩｎＧａＡｓの下側歪み緩和層２２を成長する。下側歪み緩和層２２の上に、ＩｎＡｓ量子ドット３０を成長する。例えばＳ−Ｋモードにより成長する量子ドットは、下地全面を覆う濡れ層と、局部的に隆起する量子ドットとを含む。量子ドット３０形成後、ＧａＡｓ基板より格子定数が小さいＩｎＧａＡｓＰサイドバリア２４を成長し、量子ドットの側面を埋め込む。量子ドットの頂点は露出するようにする。ＩｎＧａＡｓＰサイドバリア２４の厚さは、ＩｎＡｓ量子ドット３０の高さと一致する。量子ドットとサイドバリアとが１つの層（量子ドットを含む量子ドット層)を形成する。量子ドット３０とサイドバリア２４とを併せて、量子ドット層と呼ぶことがある。量子ドット３０、サイドバリア２４の上に、ＧａＡｓより格子定数が大きく、ＩｎＡｓより格子定数が小さい、ｐ型或いはノンドープＩｎＧａＡｓの上側歪み緩和層２３を成長し、さらにｐ型ＧａＡｓ又はｐ型ＩｎＡｌＧａＡｓのコンタクト層１２を形成する。典型的には、上側歪み緩和層２３は下側歪み緩和層２２と同じ組成を有する。
【００１８】
図１Ｂは、量子ドット層が複数層の場合を示す。例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板１０の上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１１を成長し、その上にｎ型ＩｎＧａＡｓの下側歪み緩和層２２を成長するところまでは、図１Ａの場合と同様である。下側歪み緩和層２２の上に、ＩｎＡｓ量子ドット３０を成長し、ＩｎＧａＡｓＰサイドバリア２４で量子ドット３０側面を埋め込み、その上にＩｎＡｓ量子ドット３０を成長し、ＩｎＧａＡｓＰサイドバリア２４で量子ドット３０側面を埋め込むことを繰り返す。所望層数の量子ドット３０を成長し、(サイドバリア２４で側面を埋め込み、)量子ドット間を結合することにより、コラムナ量子ドットを形成する。その後、上側歪み緩和層２３を成長し、さらにコンタクト層１２を成長する点は、図１Ａの場合と同様である。
【００１９】
図１Ａ，図１Ｂの構成においては、量子ドット３０が側方はサイドバリア２４によって囲まれ、上下は歪み緩和層２２，２３によって挟まれた構成となる。この構成をモデル化して、シミュレーションを行った。
【００２０】
図２Ａは、シミュレーションに用いたモデルを示す。ＧａＡｓ基板１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１、厚さ１５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ下側歪み緩和層２２を形成し、下側歪み緩和層２２上に面内寸法２０ｎｍ×２０ｎｍ×高さ２０ｎｍのＩｎＡｓ立方体形状の量子ドット３０と量子ドット３０の側面を囲む厚さ２０ｎｍのＧａＡｓ０．７Ｐ０．３サイドバリア２４を形成し、量子ドット３０とサイドバリア２４の上に厚さ１５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ上側歪み緩和層２３，ＧａＡｓコンタクト層１２を形成する。まず、量子ドット３０に働く歪みを計算した。
【００２１】
図２Ｂは、歪み緩和層２２，２３がない場合とある場合の、量子ドット３０中心を通る高さ方向の歪み分布を示すグラフである。横軸が、量子ドット中心を０とした時の高さｚを単位ｎｍで示し、縦軸がＧａＡｓ基板上で０である歪みを示す。高さｚが−１０ｎｍ〜＋１０ｎｍの範囲がＩｎＡｓ量子ドット３０の領域であり、その上下の厚さ１５ｎｍの領域が歪み緩和層２２，２３の領域である。面内歪みεｘｘと高さ方向歪みεｚｚを示す。破線が歪み緩和層２２、２３がなく、代わりにＧａＡｓ層がある場合の歪みを示し、実線が歪み緩和層２２、２３を形成した場合の歪みを示す。
【００２２】
ＩｎＡｓ量子ドットは、格子定数が大きく、歪み緩和層２２、２３がない破線の状態では、周囲から強い圧縮歪みを受ける。歪み緩和層２２、２３を設けると、実線で示すように、量子ドット内における面内歪みεｘｘも高さ方向歪みεｚｚも、減少することが明らかである。グラフに示す実線は、歪み緩和層２２、２３が厚さ１５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ層であるとした場合の結果である。歪み緩和層２２、２３の組成、厚さを変えると、その影響も変わる。
【００２３】
図２Ｃは、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層２２、２３の組成ｘを０．１，０．２，０．３，０．４と変化させた場合の、歪み緩和層２２、２３の厚さに対する静水圧（hydrostatic）歪みεｘｘ＋εｙｙ＋εｚｚの変化を示すグラフである。横軸が歪み緩和層２２、２３の厚さを単位ｎｍで示し、縦軸が量子ドット３０中の静水圧歪みを示す。なお、縦軸は負の数であり、上に向かって絶対値が減少する。歪み緩和層２２、２３の厚さが増加すると、負の値である静水圧歪みの絶対値が減少する傾向は共通である。
【００２４】
転位の発生により歪み緩和層２２、２３の層厚の上限が決まる。組成ｘが０．１の場合は、歪み緩和層２２、２３の厚さの増加に対する静水圧歪みの増加がゆるやかで飽和する傾向が見られる。組成ｘが０．２，０．３の場合、歪み緩和層２２、２３の層厚の増加に対する静水圧歪みの減少は顕著である。組成ｘが０．４の場合は、歪み緩和層２２、２３の層厚の増加に対する静水圧歪みの減少はより急峻であるが、転位の発生により制限される。
【００２５】
量子ドットのバンドギャップは、Ｅｇ＝Ｅｇ０＋ａ（εｘｘ＋εｙｙ＋εｚｚ）と近似することができる。ここで、ａ（＜０）は、変形ポテンシャルと呼ばれ、Ｅｇ０はバルク材料のバンドギャップである。上述のように、静水圧歪みεｘｘ＋εｙｙ＋εｚｚは、負の値であり、歪み緩和層２２、２３の厚さの増大と共に、絶対値は減少する。ａ（εｘｘ＋εｙｙ＋εｚｚ）は、歪み緩和層２２、２３の厚さの増大と共に、減少する正の値となる。従って、単純近似では、歪み緩和層が導入されると、量子ドットのバンドギャップは小さくなる。発光波長や吸収波長が長波長化する。ここまでのシミュレーションは、サイドバリア２４の組成はＧａＡｓ０．７Ｐ０．３であるとした。サイドバリア２４の組成を変えれば、歪みの分布も変化する。ＧａＡｓ１−ｙＰｙサイドバリア２４の組成ｙを変化させた時、量子ドットの基底準位発光(吸光)波長がどのように変化するかをシミュレーションした。
【００２６】
図２Ｄは、ＧａＡｓ１−ｙＰｙサイドバリアの組成ｙに対する、２０ｎｍ×２０ｎｍ×２０ｎｍのＩｎＡｓ量子ドット内のライトホールとヘビーホールの発光波長を示すグラフである。横軸がＧａＡｓ１−ｙＰｙサイドバリアの組成ｙを示し、縦軸が発光波長を単位μｍで示す。歪み緩和層なしの場合を破線で示し、上下両方に厚さ１５ｎｍの歪み緩和層を設けた場合を実線で示す。歪み緩和層の導入により、ライトホールもヘビーホールも長波長化することが明らかである。上又は下の一方に厚さ１５ｎｍの歪み緩和層を設けた場合を点線で示す。上又は下の一方のみに歪み緩和層を設けると、上下に歪み緩和層を設けた場合の約半分の効果が得られることが判る。図１Ａ，１Ｂの構成において、下側歪み緩和層２２，上側歪み緩和層２３の一方を省略する構成も可能であることが判る。
【００２７】
一般に、歪み緩和層による波長伸び効果は、偏光依存性を持たない。ドットの形状にもよらない。ドット寸法にも限界はない。勿論、偏光無依存条件を満たすドット層は、寸法、組成などに制限がある。制限を満たす範囲内で、歪み緩和層を用いて偏光無依存素子を長波長化することになる。
【００２８】
ライトホールの特性とヘビーホールの特性の交点は、偏光無依存状態を示す。歪み緩和層がない場合の偏光無依存はほぼｙ＝０．２０で生じているのに対し、上下に歪み緩和層を設けると偏光無依存はｙ＝０．２３で生じるようになる。歪み緩和層の導入が、偏光無依存に必要なサイドバリアの引張歪みを少し大きくすることが判る。図２Ｄの特性は、１．３μｍ以上の偏光無依存発光が可能になることを示している。波長伸び量は、サイドバリア組成ｙにほとんど拠らないことも判る。図２Ｄは、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ歪み緩和層の厚さが１５ｎｍの場合である。歪み緩和層の組成、厚さを変化させれば、特性も変化する。
【００２９】
図２Ｅは、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層の組成ｘを０．１，０．２，０．３，０．４に設定し、その厚さを変化させた時の偏光無依存（ヘビーホールとライトホールのクロスオーバ(交差)）波長の変化分(波長伸び量)Δλの歪み緩和層厚依存性を示す。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層のＩｎ組成ｘが低い時、例えばｘ＝０．１未満では、波長の伸びが飽和する傾向があり、歪み緩和層を厚くする意味が余りない。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層のＩｎ組成ｘが０．２〜０．３だと、波長伸び効果が著しく表れる。ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層のＩｎ組成ｘが０．４以上だと、波長伸び効果は顕著だが、転位で制限され有効な範囲が狭い。
【００３０】
図２Ｆは、これらの結果からまとめたグラフであり、横軸がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層のＩｎ組成ｘであり、縦軸がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層の厚さ（ｎｍ）である。波長伸び効果が０．０１μｍ以上あり、転位が発生しない範囲を有効領域として示す。量子ドットの発光波長(吸光波長)を伸ばす効果がある歪み緩和層は、基板との格子不整合が０．７％を越え、２．８％以下の領域である。より具体的には、ＧａＡｓ基板(格子定数５．６５３５Å)上に導入されるＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ歪み緩和層は、格子定数５．６９３９８Å〜５．８１５４２Åの範囲となる。Ｉｎ組成ｘで表現すると、組成ｘは０．１〜０．４の範囲となる。０．１２〜０．３２がさらに好ましい。
【００３１】
典型実施例としては、ＧａＡｓ基板上、サイズ２０ｎｍ×２０ｎｍ×２０ｎｍのＩｎＡｓドットがＧａＡｓ０．７７Ｐ０．２３サイドバリアで囲まれ、上下を厚さ１５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ａｓ歪み緩和層で挟みこまれる構造で、通信波長帯１．３μｍの偏光無依存光電子素子を実現できるであろう。
【００３２】
各種デバイス構造の活性的な部分を、以上説明した機能素子で置き換えることにより、実用的なデバイスが製造できる。例えば、ＧａＡｓバリア／ＡｌＧａＡｓクラッド／ＧａＡｓコンタクト層等で構成した導波路、キャビティの中に、歪み緩和層が量子ドットを挟みこむ活性領域を入れることにより、長波長化偏光無依存レーザや光増幅器を提供できる。
【００３３】
図３Ａ〜３Ｄは、図１Ａに示す単層量子ドット層の半導体装置の製造方法を示す断面図である。基板上の各層の成長は、分子線エピタキシ（molecular beam epitaxy, ＭＢＥ）または有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）によって行う。
【００３４】
図３Ａに示すように、ＧａＡｓ基板１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１を成長し、その上に格子定数がＧａＡｓ基板の格子定数より大きく、ＩｎＡｓの格子定数より小さいＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）の下側歪み緩和層２２を成長する。組成ｘは０．４以下にし、転位限界を超えないようにする。
【００３５】
図３Ｂに示すように、成長条件を調整して、ＩｎＡｓ量子ドット３０を作製する。例えば、Ｓ−Ｋモードで自己組織とする。他の方法の適用も可能である。
【００３６】
図３Ｃに示すように、量子ドット３０形成後、格子定数が基板より小さな半導体材料を堆積して、面内量子ドットの間にサイドバリアを形成する。例えばＧａＡｓＰサイドバリア２４を成長する。ＧａＡｓＰサイドバリア２４の厚さは、ＩｎＡｓ量子ドット３０の高さと一致する。そのために、サイドバリアを成長した後、Ｉｎフラッシュなどの手段で、表面にドットの突出する部分を平坦に形成する。量子ドットとサイドバリアとが１つの層(量子ドットを含む量子ドット層)を形成する。
【００３７】
図３Ｄに示すように、サイドバリア２４を覆って、基板より格子定数の大きく、ＩｎＡｓの格子定数より小さい、例えばＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）の上側歪み緩和層２３を成長し、さらにその上にＧａＡｓなどのコンタクト層１２を形成する。なお、公知の種々の層をさらに組み合わせてもよい。量子ドットの高さ対幅の比を高くしたい場合には、コラムナ量子ドットを形成することが好ましい。
【００３８】
図４Ａに示すように、ＧａＡｓ基板１０の上に、ＧａＡｓバッファ層１１を成長し、その上に格子定数がＧａＡｓ基板の格子定数より大きく、ＩｎＡｓの格子定数より小さいＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの下側歪み緩和層２２を成長する。基板上の各層の成長は、分子線エピタキシ（molecular beam epitaxy, ＭＢＥ）または有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）によって行う。下側歪み緩和層２２の上に、ＩｎＡｓ量子ドット３０をＳ−Ｋモードの自己組織により作製する。
【００３９】
図４Ｂに示すように、量子ドット３０側面を覆うように、格子定数が基板より小さな半導体材料、例えばＧａＡｓＰサイドバリア２４を成長する。
【００４０】
図４Ｃに示すように、サイドバリア２４の上にさらに量子ドット３０を形成し、量子ドット側面をサイドバリア２４で覆う。その上にさらに量子ドット３０を形成し、量子ドット側面をサイドバリア２４で覆う工程を必要数繰り返す。このようにしてコラムナ量子ドットを形成する。
【００４１】
図４Ｄに示すように、コラムナ量子ドットの上に上側歪み緩和層２３を形成し、その上にコンタクト層１２を形成する。
【００４２】
なお、上側歪み緩和層又は下側歪み緩和層を省略することも可能である。
【００４３】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、例示した材料、数値は、例示であって、制限的なものではない。その他、種々の変更、置換、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００４４】
１０    半導体基板、
１１    バッファ層、
１２    コンタクト層、
２２    下側歪み緩和層、
２３    上側歪み緩和層、
３０    量子ドット、
２４    サイドバリア。
【図１】
2012209315.tif 000003
【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図３】
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【図４】
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