特許 6362402 半導体量子ドット及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6362402

(24)【登録日】2018年7月6日

(45)【発行日】2018年7月25日

(54)【発明の名称】半導体量子ドット及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/06 20100101AFI20180712BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20180712BHJP

   B82Y 40/00 20110101ALI20180712BHJP

   B82Y 20/00 20110101ALI20180712BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20180712BHJP

   H01S 5/34 20060101ALI20180712BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/06

   H01L21/203 M

   B82Y40/00

   B82Y20/00

   H01L29/06 601D

   H01S5/34

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-96322(P2014-96322)

(22)【出願日】2014年5月7日

(65)【公開番号】特開2015-216144(P2015-216144A)

(43)【公開日】2015年12月3日

【審査請求日】2017年5月1日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】301022471

【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】100116850

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 隆行

(74)【代理人】

【識別番号】100165847

【弁理士】

【氏名又は名称】関 大祐

(72)【発明者】

【氏名】赤羽 浩一

(72)【発明者】

【氏名】山本 直克

(72)【発明者】

【氏名】川西 哲也

【審査官】 高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８７３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３２６５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１１４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７９６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１９９４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２３７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２６０３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９７９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１４９９８２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板（１１）と，前記基板（１１）上に設けられた埋め込み層（１３）と，前記埋め込み層（１３）に設けられた量子ドット（１５）とを含む，半導体量子ドット（１７）であって，
前記埋め込み層（１３）は，第１結晶層（２１）と第２結晶層（２３）とを組み合わせた超格子を含み，前記超格子は前記基板（１１）と格子整合がとられ，
前記基板（１１）は，ＩｎＰ基板であり，
第１結晶層（２１）は，ＩｎＧａＡｓ結晶層であり，
第２結晶層（２３）は，ＩｎＡｌＡｓ結晶層である，
半導体量子ドット。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体量子ドットであって，
前記基板（１１）は，ＩｎＰ（３１１）基板であり，
第１結晶層（２１）は，Ｉｎ_ｘＧａ_１−ＸＡｓで示される組成を有し，ここでｘは，０．３以上０．７以下の数であり，
第２結晶層（２３）は，Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙＡｓで示される組成を有し，ここでｙは，０．３以上０．７以下の数である
半導体量子ドット。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体量子ドットであって，
前記埋め込み層（１３）は，
歪補正のための歪補正層（２５）をさらに含む，
半導体量子ドット。

【請求項4】

基板（１１）上に埋め込み層（１３）を形成する工程と，
前記埋め込み層（１３）に量子ドット（１５）を形成する工程と，
を含む，半導体量子ドットの製造方法であって，
前記埋め込み層（１３）を形成する工程は，
第１結晶層（２１）と第２結晶層（２３）とを，前記基板（１１）と格子整合がとられた超格子となるように形成する工程を含み，
前記基板（１１）は，ＩｎＰ基板であり，
第１結晶層（２１）は，ＩｎＧａＡｓ結晶層であり，
第２結晶層（２３）は，ＩｎＡｌＡｓ結晶層である，
半導体量子ドットの製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の半導体量子ドットの製造方法であって，
前記基板（１１）は，ＩｎＰ（３１１）基板であり，
第１結晶層（２１）は，Ｉｎ_ｘＧａ_１−ＸＡｓで示される組成を有し，ここでｘは，０．３以上０．７以下の数であり，
第２結晶層（２３）は，Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙＡｓで示される組成を有し，ここでｙは，０．３以上０．７以下の数である，
半導体量子ドットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は，半導体量子ドット及びその製造方法に関する。より詳しく説明すると，本発明は，量子ドットを埋め込む結晶を基板に格子整合させた超格子とすることにより，量子ドットの発光波長及び発光効率を制御できる半導体量子ドット及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１０−１９９４１４号公報には，半導体量子ドット及び同形成方法が開示されている。この半導体量子ドットは，基板，結晶成長層，量子ドット，及び埋め込み層を含む。この文献には，具体的な半導体量子ドットの例として，ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓバッファ層を形成し，ＧａＡｓ埋め込み層にＩｓＡｓ量子ドットを形成したものが開示されている。

【0003】

特許４９７２９９５号公報には，ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ／ＡｌＡｓの短周期超格子構造層を有する半導体量子ドットが開示されている。

【0004】

また，特許第４００６７２９号公報には，ＧａＩｎＡｓＰ格子整合層とＧａＩｎＡｓＰ歪層とを交互に積層したＧａＩｎＡｓＰ超格子歪層に超格子歪層を有する，自己形成量子ドットを用いた半導体発光素子が開示されている。

【0005】

Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２４５， ｐｐ．３１−３６ （２００２）には，バリア層の組成を制御することで歪みを補償する歪補償法が開示されている。この文献では，ＩｎＰ（３１１）Ｂ基板が用いられ，量子ドットを埋め込むバリア層の組成を制御することで，高い品質のＩｎＡｓ量子ドットが提案されている。ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ量子ドットは，光通信波長帯である１．５５μｍの領域で発光する。

【0006】

Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓｉｃａ ｓｔａｔｕｓ ｓｏｌｉｄｉ （ａ） Ｖｏｌ． ２０８， ｐｐ．４２５−４２８（２０１１）には，ＩｎＰ基板上のＩｎＡｓ量子ドットをＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で埋め込む量子ドットの製造方法が開示されている。ＩｎＧａＡｌＡｓの格子定数は，Ｉｎ，Ｇａ，及びＡｌの組成に応じて変化する。このため，量子ドットをＩｎＧａＡｌＡｓ系材料で埋め込んだ際に，高品質な量子ドットを得るためには，ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料の組成を制御する必要がある。また，ＩｎＧａＡｓＰ系材料とＩｎＧａＡｌＡｓＰ系材料の混晶を埋め込み層に用いる場合も，最適な組成となるように混晶の組成比を制御することは容易ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１０−１９９４１４号公報

【特許文献2】特許４９７２９９５号公報

【特許文献3】特許第４００６７２９号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２４５， ｐｐ．３１−３６ （２００２）

【非特許文献2】Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓｉｃａ ｓｔａｔｕｓ ｓｏｌｉｄｉ （ａ） Ｖｏｌ． ２０８， ｐｐ．４２５−４２８（２０１１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｌＡｓ系の結晶成長を行う場合，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶の格子定数をＩｎＰの格子定数に近いものとすることが望まれる。ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶の格子定数は，Ｉｎの組成比による影響が大きい。このため，Ｉｎの組成比を変化させつつ，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶の格子定数を測定することで，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶の格子定数をＩｎＰの格子定数に近いものとすることができる。一方，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶におけるＧａ及びＡｌの組成比は，結晶の格子定数に大きな影響を与えないものの，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶を含む埋め込み層のバンドギャップに影響を及ぼす。つまり，Ｇａ及びＡｌの組成比は，量子ドットの発光波長に影響を及ぼす。このため，量子ドットが適切な波長で発光するためには，Ｇａ及びＡｌの組成比も制御する必要がある。最適なＧａ及びＡｌの組成比は，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶の格子定数を制御するだけでは達成できないため，ＩｎＧａＡｌＡｓ系結晶を最適化することは容易ではない。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は，基本的には，量子ドットを埋め込む埋め込み層が，第１結晶層及び第２結晶層を用いた超格子であって基板と格子整合したものを含むことで，量子ドットの発光波長及び発光効率を適切に制御できるという知見に基づく。基板の例は，ＩｎＰ基板であり，第１結晶層及び第２結晶層の例は，ＩｎＧａＡｓ結晶層及びＩｎＡｌＡｓ結晶層である。

【0011】

本発明は，半導体量子ドットに関する。この半導体量子ドットは，基板１１と，基板１１上に設けられた埋め込み層１３と，埋め込み層１３に設けられた量子ドット１５とを含む。そして，埋め込み層１３は，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを組み合わせた超格子を含み，この超格子は，基板１１と格子整合がとられたものである。

【0012】

本発明の半導体量子ドットにおける好ましい例は，基板１１がＩｎＰ基板のものである。そして，第１結晶層２１がＩｎＧａＡｓ結晶層であり，第２結晶層２３が，ＩｎＡｌＡｓ結晶層のものである。なお，好ましいとされる例に，本発明が限定されることは無い。以下同様である。

【0013】

本発明の半導体量子ドットにおける好ましい例は，基板１１が，ＩｎＰ（３１１）基板又はＩｎＰ（３１１）Ｂ基板である。また，第１結晶層２１は，Ｉｎ_ｘＧａ_１−ＸＡｓで示される組成を有し，ここでｘは，０．３以上０．７以下の数である。そして，第２結晶層２３は，Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙＡｓで示される組成を有し，ここでｙは，０．３以上０．７以下の数である。

【0014】

本発明の半導体量子ドットの埋め込み層１３は，歪補正のための歪補正層２５をさらに含んでもよい。

【0015】

本発明は，半導体量子ドットの製造方法をも提供する。この方法は，基板１１上に埋め込み層１３を形成する。そして，埋め込み層１３に量子ドット１５を形成する。埋め込み層１３を形成する際に，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを，基板１１と格子整合がとられた超格子となるように形成する。

【0016】

この方法の例は，第１結晶層２１又は第２結晶層２３の結晶周期又は膜厚を調整することで，ＩｎＡｓ量子ドット１５から出射される光の波長を制御するものが好ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば，量子ドットの発光波長及び発光効率を適切に制御できる半導体量子ドットを提供できる。具体的に説明すると，本発明によれば，第１結晶層及び第２結晶層のＸＲＤスペクトルを測定するだけで，半導体量子ドットを制御できるため，望ましい発光波長や発光効率を有する半導体量子ドットを容易に作製できることとなる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は，半導体量子ドットの基本構成例を示す概念図である。

【図2】図２は，半導体量子ドットの基本構成例を示す概念図である。

【図3】図３は，デジタル埋め込み法により形成された例の模式図を示す。

【図4】図４は，ＡＦＭ像を示す図面に替わる写真である。図４（ａ）は，サンプル１のＡＦＭ像を示し，図４（ｂ）は対照サンプルのＡＦＭ像を示す。

【図5】図５は，ＳＴＥＭによって測定したサンプル１の断面画像を示す。

【図6】図６は，室温で測定したＰＬスペクトルを示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。

【0020】

本発明は，半導体量子ドットに関する。図１は，半導体量子ドットの基本構成例を示す概念図である。図１に示されるように，この半導体量子ドットは，基板１１と，基板１１上に設けられた埋め込み層１３と，埋め込み層１３に設けられた量子ドット１５とを含む。そして，埋め込み層１３は，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを組み合わせた超格子を含み，この超格子は，基板１１と格子整合がとられたものである。

【0021】

半導体量子ドットは，電子などのキャリアを，一辺が数ｎｍ程度の半導体の立体構造に閉じ込めたものである。半導体量子ドットは，公知である。本明細書において，半導体量子ドットの基本構成を説明している。しかし，本明細書に記載されていない公知の構成を適宜採用しても構わない。

【0022】

基板１１の例は，ＩｎＰ基板，ＧａＡｓ基板，及びＧａＳｂ基板である。基板は，これらに限定されるものではなく，例えば，ＩｎＧａＡｓ基板といった混晶基板を含め，これら以外の基板を用いてもよい。以下では，ＩｎＰ基板を例に説明する。ＩｎＰ基板は，インジウム（Ｉｎ）及びリン（Ｐ）を含む基板である。リン化インジウム（ＩｎＰ）基板の例は，ＩｎＰ（３１１）基板，ＩｎＰ（３１１）Ｂ基板，ＩｎＰ（１００）基板，及びＩｎＰ（００１）基板である。実験の結果，これらの中では，ＩｎＰ（３１１）基板，ＩｎＰ（３１１）Ｂ基板が最適であることがわかった。なお，ＩｎＰ基板の別の例は，これらの基板から所定方向（例えば［１１０］方向や，［１−１０］方向へオフ角０．１°〜１０°で傾斜させた主面を有するＩｎＰ基板であり，より具体的な例，ＩｎＰ（００１）面から［１１０］方向へオフ角１°，２°，３°，５°で傾斜させた主面を有するＩｎＰ基板である。同様の原理を用いて，ＩｎＰ基板に換えて，ＧａＡｓ基板又はＧａＳｂ基板を用いることもできる。

【0023】

埋め込み層１３は，半導体量子ドットを埋め込むための層である。この埋め込み層１３は，ＩｎＰ基板１１上に設けられる。埋め込み層１３とＩｎＰ層１１との間に，例えばバッファ層が設けられてもよい。また，量子ドットを覆うバリア層が形成されてもよい。これらバッファ層やバリア層は，基板又は埋め込み層と同様の組成を有してもよい。

【0024】

埋め込み層１３は，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを組み合わせた超格子を含み，この超格子は，ＩｎＰ基板１１と格子整合がとられたものである。格子整合がとられているとは，歪みが全く発生しない場合のみならず，実質的に歪みが生じないか，歪みが大きな問題とならないものも含む。ＩｎＰ基板と格子整合された層自体は，公知である。例えば，特許３８６８３５３号公報には，ＩｎＰ基板と格子整合したアンドープＩｎ_０．５３（Ａｌ_０．５Ｇａ_０．５）_０．４７Ａｓ層が開示されている。特許４９７２９９５号公報には，ｎ型ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｓ／ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ／ＡｌＡｓの短周期超格子構造層を有する半導体量子ドットが開示されている。また，特許第４００６７２９号公報には，ＧａＩｎＡｓＰ格子整合層とＧａＩｎＡｓＰ歪層とを交互に積層したＧａＩｎＡｓＰ超格子歪層に超格子歪層を有する，自己形成量子ドットを用いた半導体発光素子が開示されている。半導体量子ドットにおける超格子とは，半導体量子ドットが，たとえば格子状など周期的に配置され，ドット間を電子が移動できるようにされた系を意味する。

【0025】

本発明の半導体量子ドットにおける好ましい例は，基板がＩｎＰ基板であり，第１結晶層２１がＩｎＧａＡｓ結晶層であり，第２結晶層２３が，ＩｎＡｌＡｓ結晶層のものである。この場合の量子ドットの例は，ＩｎＡｓである。

【0026】

本発明の半導体量子ドットにおける好ましい例は，ＩｎＰ基板１１が，ＩｎＰ（３１１）基板である。また，第１結晶層２１は，Ｉｎ_ｘＧａ_１−ＸＡｓで示される組成を有し，ここでｘは，０．３以上０．７以下の数である。ｘの好ましい例は，０．４以上０．６以下である。そして，第２結晶層２３は，Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙＡｓで示される組成を有し，ここでｙは，０．３以上０．７以下の数である。ｙの好ましい例は，０．４以上０．６以下である。

【0027】

量子ドットの例は，ＩｎＡｓである。量子ドットの他の例は，ＩｎＳｂ量子ドット，ＧａＳｂ量子ドット，ＩｎＧａＡｓ量子ドット，及びＧａＡｓＳｂ量子ドットである。

【0028】

基板がＩｎＰ基板以外の場合の基板，量子ドット，及び埋め込み層の組み合わせの例は，以下のとおりである。
例１
基板：ＧａＡｓ
量子ドット：Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ=０．１以上１以下）
埋め込み層：ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ/ＧａＡｓ（０＜x≦１），Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ／Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（x＞y），又はＩｎＧａＰ/ＩｎＡｌＰ

【0029】

例２
基板：ＧａＡｓ
量子ドット：ＧａＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（ｘ=０．１以上１以下）
埋め込み層：ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ，Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ／ＧａＡｓ（x＞0），Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ／Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＡｓ（x＞y），又はＩｎＧａＰ/ＩｎＡｌＰ

【0030】

図２は，埋め込み層が歪補正層を有する半導体量子ドットの基本構成例を示す概念図である。図２に示されるように，埋め込み層１３は，歪補正のための歪補正層２５をさらに含んでもよい。歪補正層２５は，単層であってもよいし，複数種類の結晶層から構成されるものであってもよい。歪補正層の例は，ＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層である。

【0031】

本発明は，半導体量子ドットの製造方法をも提供する。半導体量子ドットを製造する方法は，公知である。本発明は，例えば実施例として開示された製造例に限定されるものではない。半導体量子ドットは，例えば，特開２０１０−１９９４１４号公報に開示されたＭＢＥ装置を用いて製造できる。以下，ＭＢＥを用いて半導体量子ドットを形成する例を説明する。

【0032】

ガスソースＭＢＥを用いて，基板１１上にバッファ層３１を成長させる。このバッファ層の例は，例えば，Ｓｉが１×１０^１６以上１×１０^１８ｃｍ^−３程度ドーピングされたＩｎＰバッファ層である。バッファ層を成長させる際は，チャンバ内の温度を５００℃以上７００℃以下とすればよい。バッファ層は公知であるから，公知のバッファ層と同様のものを同様にして形成すればよい。

【0033】

次に，たとえばＰＨ_３雰囲気で基板温度を４５０℃以上５５０℃程度に下げる。その状態で，埋め込み層を形成する。埋め込み層は，第１結晶層２１と第２結晶層２３を含む構造を基本単位とし，その基本単位を繰り返し含む。基本単位には，歪み補正層が更に含まれていてもよい。この基本単位は，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを，第１結晶層_１ＭＬ第２結晶層_１ＭＬのように含んでもよいし，第１結晶層_１ＭＬ第２結晶層_２ＭＬのように含んでもよいし，第１結晶層_２ＭＬ第２結晶層_１ＭＬのように含んでもよい。ＭＬは，分子層を意味する。埋め込み層１３を形成する際に，第１結晶層２１と第２結晶層２３とを，基板１１と格子整合がとられた超格子となるように形成する。格子整合をとるためには，例えば，第１結晶層２１の格子定数と基板１１（又はバッファ層３１）の格子定数とが同程度のなるように調整すればよい。このようにして，基板１１上に埋め込み層１３を形成する。第１結晶層２１又は第２結晶層２３の結晶周期又は膜厚を調整することで，量子ドット１５から出射される光の波長を制御することができる。

【0034】

次に，基板温度を維持しつつ，量子ドットを構成する半導体を，例えば，２分子層形成する。この量子ドットは，規則的に配置されることが好ましい。量子ドットは，通常起伏を有している。このため，量子ドットが含まれる部位を平坦にするため，適宜，バリア層３３を形成する。バリア層３３は，たとえば，基板温度を維持しつつ，埋め込み層を構成する組成の層を形成することで作製できる。このようにして，埋め込み層１３に量子ドット１５を形成する。バリア層は公知であるから，公知のバリア層と同様のものを同様にして形成すればよい。

【0035】

上記のようにして形成したバッファ層，埋め込み層，半導体量子ドット，及びバリア層を繰り返し形成する。すると，多層構造を有する半導体量子ドットを形成できる。

【実施例1】

【0036】

実施例
全てのサンプルを，公知の固体ソース分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）によって成長させた。ＩｎＰ（３１１）Ｂ基板上に６層の積層量子ドット構造を作製した（Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ２４５， ｐｐ．３１−３６ （２００２）．， Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．， Ｐｈｙｓｉｃａ ｓｔａｔｕｓ ｓｏｌｉｄｉ （ａ） Ｖｏｌ． ２０８， ｐｐ．４２５−４２８（２０１１）．）。ＭＢＥによってＩｎＰ（００１）基板上にＩｎＡｓを成長させると量子ダッシュ構造が形成されるため（Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａ Ｅ, ４０， １９１６ （２００８）.），この基板を用いた。

【0037】

図３は，デジタル埋め込み法により形成された例の模式図を示す。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定するために，一番上のＩｎＡｓ量子ドット層が，埋め込まれていない。ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの格子定数は，ＩｎＰ基板に整合される。Ａｓ溶剤下でＭＢＥチャンバ内のＩｎＰ基板をサーマルクリーニングした後，ＩｎＧａＡｓ＼ＩｎＡｌＡｓ超格子を成長させた。サンプル名，厚さ，及びそれぞれの超格子の周期を表１に示す。超格子の総厚を１００ｎｍとした。この時，５ＭＬのＩｎＡｓ量子ドットが成長した。Ｉｎ_０．５２Ｇａ_０．２４Ａｌ_０．２４Ａｓの埋め込み層を有する対照サンプルも成長させた。成長後の表面の形態を，通常の大気条件下で，ＡＦＭを用いて観察した。試料の断面は，走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて観察した。また，フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定は、ＹＶＯ_４レーザの５３２ｎｍの光線と，電気的に冷却されたＰｂＳ検出器を用いて室温で行った。

【0038】

【表1】

【0039】

結果および議論
図４は，ＡＦＭ像を示す図面に替わる写真である。図４（ａ）は，サンプル１のＡＦＭ像を示し，図４（ｂ）は対照サンプルのＡＦＭ像を示す。ＩｎＧａＡｌＡｓとＩｎＡｌＡｓ上の表面拡散の差に起因して，すべてのサンプルにおいて、超格子上に成長した量子ドットは，対照サンプルのものと比べてわずかにサイズが小さく，より高密度であった。したがって，ほぼ同じサイズの量子ドットを，バルクのＩｎＧａＡｌＡｓ上およびＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子上の両者に成長させることができるといえる。

【0040】

図５は，ＳＴＥＭによって測定したサンプル１の断面画像を示す。この図から，ＩｎＡｓ量子ドットがＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子に正常に埋め込まれていることが確認できる。上側の超格子は，ＩｎＡｓ量子ドットの周囲でも大きく乱れていない。超格子の成長が，量子ドットの周囲で促進されたと考えられる。超格子の構造は，ほぼ完璧であったため，超格子のミニバンドが量子ドットのためのバリアとして働くと考えられる。

【0041】

図６は，室温で測定したＰＬスペクトルを示す。縦軸は強度（任意単位）であり，横軸は波長である。全てのサンプルは，１６００ｎｍの波長領域で強いＰＬ発光を示した。対照サンプルは，以前の結果とよく一致する１６８８ｎｍのピーク波長を示した（Ｋ．Ａｋａｈａｎｅ， ｅｔ ａｌ．，Ｊ． Ｃｒｙｓｔ． Ｇｒｏｗｔｈ， ３７８， ４５０ （２０１３）．）。デジタル埋め込みサンプルのピーク波長は，より小さいサイズの量子ドットに起因している対照サンプルのピーク波長よりも短かった。また，ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの厚さが増加するに伴って，これらのサンプルのピーク波長が、短い波長側へシフトした。ＰＬピークのブルーシフトの原因は，バリア材料の有効バンドギャップを増加させるＳＬ厚さが増加したことにより，ミニバンド幅が収縮したことによると考えられる。この技術を使用することで，簡単な方法で正確に量子ドットの発光波長を制御することができた。

【0042】

ＩｎＰ（３１１）Ｂ基板上にＩｎＡｓ積層構造の成長させるためにデジタル埋め込み法を発展させた。自己形成ＩｎＡｓ量子ドットは、異なる厚さのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子に埋め込まれた。ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓの厚さの増加に伴って，ＰＬ発光波長は短い波長領域にシフトした。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は半導体量子ドットに関する。本発明の量子ドットは，例えば，ダイオード，半導体レーザ及び半導体光増幅器といった光学機器に用いることができる。よって，本発明は，例えば，光学機器産業において利用されうる。

【符号の説明】

【0044】

１１．．．基板 １３．．．埋め込み層
１５．．．量子ドット １７．．．半導体量子ドット
２１．．．第１結晶層 ２３．．．第２結晶層 ２５．．．歪補正層
３１．．．バッファ層 ３３．．．バリア層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】