Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JP2001308465A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

Info

Publication number
JP2001308465A
JP2001308465A JP2000123539A JP2000123539A JP2001308465A JP 2001308465 A JP2001308465 A JP 2001308465A JP 2000123539 A JP2000123539 A JP 2000123539A JP 2000123539 A JP2000123539 A JP 2000123539A JP 2001308465 A JP2001308465 A JP 2001308465A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
quantum dots
layer
quantum
quantum dot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000123539A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Taketeru Mukai
剛輝 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2000123539A priority Critical patent/JP2001308465A/en
Publication of JP2001308465A publication Critical patent/JP2001308465A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the characteristics of a semiconductor device by controlling and suppressing the delay in light emitting life of a semiconductor element using a quantum dot and, in addition, by realizing such a configuration that can eliminate phonon bottle neck phenomena. SOLUTION: A self-formed quantum dot 2 containing no impurity is formed in contact with a p-type wetting layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、キャリヤ再結合効
率や再結合寿命の制御と改善、高速なキャリヤ注入を可
能にする、特に量子ドットを用いた半導体素子に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using quantum dots, which enables control and improvement of carrier recombination efficiency and recombination life and high-speed carrier injection.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体プロセスの進歩に伴い、ナノスケ
ールの成長技術、或いは、微細加工技術が半導体素子作
成に利用されるようになっていて、このような成長技術
及び微細加工技術に依って、集積回路の集積度を向上さ
せることは勿論、量子力学的効果を利用した半導体素
子、例えばHBT(heterojunction b
ipolar transistor)や量子井戸レー
ザ等が実用化されている。
2. Description of the Related Art With the progress of semiconductor processes, nano-scale growth technology or fine processing technology has been used for the fabrication of semiconductor devices. A semiconductor device utilizing a quantum mechanical effect, such as an HBT (heterojunction b), as well as improving the degree of integration of an integrated circuit.
An ipolar transistor and a quantum well laser have been put to practical use.

【0003】量子力学的効果を利用する究極の材料とし
て、この分野に於ける量子ドットに対する期待は大き
く、例えば、半導体レーザの分野では、量子井戸レーザ
の特性改善に限界が指摘されていて、この問題を解決す
る手段の一つとして量子ドットを用いることが提案され
ている。
There is great expectation for quantum dots in this field as the ultimate material utilizing the quantum mechanical effect. For example, in the field of semiconductor lasers, improvement of the characteristics of quantum well lasers has been pointed out. It has been proposed to use quantum dots as one of the means for solving the problem.

【0004】また、その他にも、ホールバーニング効果
を応用した量子ドット・メモリが提案されるなど、新し
い材料である量子ドットを用いた次世代の半導体素子を
実現する研究が盛んに行われている。
In addition, researches for realizing next-generation semiconductor devices using quantum dots, which is a new material, have been actively conducted, such as a proposal of a quantum dot memory utilizing the hole burning effect. .

【0005】量子ドット構造は、キャリヤを3次元的な
量子閉じ込めを与えるほど極微細なポテンシャルの箱で
あって、デルタ関数的になった状態密度の為、一つの量
子ドットの伝導帯の基底準位には電子が2個しか入るこ
とができない。
[0005] The quantum dot structure is a box of potential that is extremely fine enough to give the carrier three-dimensional quantum confinement. Since the density of states becomes a delta function, the conduction band basis of one quantum dot is Only two electrons can enter the position.

【0006】このような量子ドットをレーザの活性領域
に用いることで、電子・正孔と光との相互作用を極限ま
で効率化することができる利点があり、次世代半導体素
子技術として期待されるところが大きい。
The use of such quantum dots in the active region of a laser has the advantage that the interaction between electrons and holes and light can be made as efficient as possible, and is expected as a next-generation semiconductor device technology. But big.

【0007】量子ドット構造を作成する為の技術として
は、微細加工技術開発の延長線上にある高度の人為的加
工技術を挙げることができ、例えば、電子線を用いたリ
ソグラフィに依る方法、マスク・パターンの開口内に積
み上げたピラミッド型結晶の頂上を量子ドット構造とす
る方法、マスク・パターンの開口内にエッチングで形成
された四面体穴の底に量子ドット構造を作成する方法、
微傾斜基板上に於ける成長初期の横方向成長を利用する
方法、STM(scanning tunneling
microscope)技術を応用した原子マニピュ
レーション方法などがそれであり、これ等の方法は、人
為的に加工する旨の共通な特徴から、量子ドット構造の
形成位置を任意に制御できる利点をもっている。
As a technique for forming a quantum dot structure, there can be mentioned a high-level artificial processing technique which is an extension of the development of a fine processing technique. For example, a method using lithography using an electron beam, a mask / A method of forming a quantum dot structure at the top of the pyramid-shaped crystal stacked in the opening of the pattern, a method of forming a quantum dot structure at the bottom of a tetrahedral hole formed by etching in the opening of the mask pattern,
A method using a lateral growth at an initial stage of growth on a vicinal substrate, a scanning tunneling (STM) method.
Atomic manipulation methods and the like that apply a microscopic technique, and these methods have an advantage that the formation position of the quantum dot structure can be arbitrarily controlled due to the common feature of processing artificially.

【0008】また、最近、実現された新しい技術とし
て、量子ドットを自己形成させる方法(自己組織化現
象)が知られていて、具体的には、ある特定の条件下で
格子不整合系(歪み系)の半導体を気相エピタキシャル
成長させることに依るものであって、この場合、二次元
の層ではなく、三次元的な微細構造、即ち、量子ドット
構造が自己形成される。
As a new technique realized recently, a method of self-forming quantum dots (self-organization phenomenon) is known. Specifically, a lattice-mismatched system (strain In this case, a semiconductor of (system) is grown by vapor phase epitaxial growth. In this case, not a two-dimensional layer but a three-dimensional fine structure, that is, a quantum dot structure is self-formed.

【0009】自己組織化現象に依る方法は、実施が容易
であり、しかも人為的に加工する場合に比較して、均一
性が極めて高く、高個数密度で且つ高品質の量子ドット
を得ることができる。
The method based on the self-assembly phenomenon is easy to carry out, and it is possible to obtain quantum dots of extremely high uniformity, high number density and high quality as compared with the case of processing artificially. it can.

【0010】近年、前記自己形成量子ドットを用いた半
導体レーザなどが実現された報告がなされていて、量子
ドット素子の可能が現実のものとなりつつある。
In recent years, there have been reports that semiconductor lasers and the like using the self-formed quantum dots have been realized, and the possibility of quantum dot devices is becoming a reality.

【0011】量子ドットの自己組織化現象のうち、最も
よく用いられる手段は、SK(Stranski−Kr
astanov)モードと呼ばれる手段であり、これ
は、高歪み系の半導体を気相エピタキシャル成長させる
際、成長初期には二次元膜(濡れ層)が成長し、更に原
料供給を続けると、やがて三次元微細構造、即ち、量子
ドット構造を自己形成するものである。
Among the self-organization phenomena of quantum dots, the most frequently used means is SK (Transki-Kr).
This is a means called an “astanov” mode. When a high-strain semiconductor is grown by vapor phase epitaxial growth, a two-dimensional film (wetting layer) grows in the initial stage of the growth, and when the supply of the raw material is further continued, the three-dimensional microstructure is eventually formed. It is a self-forming structure, ie, a quantum dot structure.

【0012】この自己形成量子ドットを制御する方法も
種々と開発されていて、代表的な方法としては、SKモ
ードで成長した量子ドットを量子井戸でカバー、即ち、
埋め込みをする技術であり、これに依って、量子井戸の
波長制御、均一性向上などに効果があると考えられてい
る。
Various methods have been developed for controlling the self-formed quantum dots. A typical method is to cover a quantum dot grown in SK mode with a quantum well,
It is a technique of embedding, and it is considered that this technique is effective in controlling the wavelength of a quantum well, improving uniformity, and the like.

【0013】前記したように、量子ドットの形成技術に
関する進歩は眞に目覚ましいものがあるが、他方、デバ
イスとして実用化する場合の課題も明らかになりつつあ
り、一つは量子ドットに対するキャリヤ注入の問題、他
の一つはフォノン・ボトルネックの問題である。
As described above, progress in the technology of forming quantum dots is truly remarkable. On the other hand, problems in practical use as a device are becoming clearer. The other problem is the phonon bottleneck problem.

【0014】図2は量子ドットに対するキャリヤ注入の
問題に関する説明図であり、半導体量子ドット素子への
キャリヤ注入時には、全体としては電荷中性条件は満た
されているが、個々の量子ドットを見た場合には、必ず
しもそうはならない。
FIG. 2 is a diagram for explaining the problem of carrier injection into quantum dots. At the time of carrier injection into a semiconductor quantum dot device, the charge neutral condition is satisfied as a whole, but individual quantum dots are viewed. If so, this is not always the case.

【0015】即ち、電子と正孔とが別々に、また、ラン
ダムに注入される為、直ぐには発光に寄与しない量子ド
ットが一定の確率で存在する(図2に於ける[B]と
[C]を参照)。
That is, since electrons and holes are separately and randomly injected, quantum dots which do not immediately contribute to light emission exist with a certain probability ([B] and [C] in FIG. 2). ]).

【0016】これ等のケースの場合、発光する為には、
他の量子ドットから逆荷電のキャリヤが拡散してくるま
で待たなければならず、これは、見掛け上、系全体の発
光寿命が長くなることを意味する。
In these cases, in order to emit light,
One has to wait for the oppositely charged carriers to diffuse from the other quantum dots, which means that the emission lifetime of the entire system apparently becomes longer.

【0017】前記見掛け上の発光寿命は、図2に見られ
る事象の確率配分に依存することとなり、その結果、素
子の特性予測は難しくなり、また、発光を待っているキ
ャリヤが、その間に非発光準位に捕捉されれば、発光効
率は低下し、更にまた、実際には、有効質量が大きい正
孔が量子ドットから再放出される可能性は高くないと考
えられ、図2に見られる[B]は殆ど発光に寄与しない
と考えられる。
The apparent light emission lifetime depends on the probability distribution of the events shown in FIG. 2. As a result, it is difficult to predict the characteristics of the device, and the carrier waiting for light emission has a non-intermediate time. If trapped in the emission level, the luminous efficiency is reduced, and furthermore, in fact, it is considered that the possibility that holes having a large effective mass are re-emitted from the quantum dots is not high, as shown in FIG. [B] is considered to hardly contribute to light emission.

【0018】さて、フォノン・ボトルネック現象の問題
であるが、フォノン・ボトルネック現象とは、離散準位
へのキャリヤ緩和がエネルギ保存則により抑制されるこ
とを指称している。
Now, regarding the problem of the phonon bottleneck phenomenon, the phonon bottleneck phenomenon indicates that carrier relaxation to discrete levels is suppressed by the law of conservation of energy.

【0019】量子ドットの物理学的特徴は、状態密度関
数がデルタ関数的になるとことであり、これは、量子ド
ット素子が従来の半導体素子を凌駕すると予想される根
拠になっている物性であるが、逆に、この物性の為、準
位間キャリヤ緩和に必要な光学フォノンの放出が抑制さ
れてキャリヤが基底準位に注入され難くなると考えられ
ていて、これがフォノン・ボトルネック現象と呼ばれる
現象である。
A physical feature of the quantum dot is that the density of states function becomes a delta function, which is the physical property on which the quantum dot device is expected to surpass the conventional semiconductor device. However, on the contrary, it is thought that the emission of optical phonons necessary for relaxation of interlevel carriers is suppressed due to these physical properties, making it difficult for carriers to be injected into the ground level. This phenomenon is called a phonon bottleneck phenomenon. It is.

【0020】実際のフォノン・ボトルネック現象が量子
箱素子の特性をどの程度阻害するかは学術レベルで論議
されている最中であるが、量子井戸に比較して準位間キ
ャリヤ緩和が遅いことを示す実験結果が得られていて
(要すれば、「Physical Review B5
4,R5243,1996」、を参照)、量子箱素子の
特性向上の為には、できる限り、フォノン・ボトルネッ
ク現象を抑制することが必要であるのは明らかである。
Although the degree to which the actual phonon bottleneck phenomenon impairs the characteristics of the quantum box device is being discussed at the academic level, the carrier relaxation between levels is slower than in a quantum well. Has been obtained (if necessary, “Physical Review B5
4, R5243, 1996 "), it is clear that it is necessary to suppress the phonon bottleneck phenomenon as much as possible in order to improve the characteristics of the quantum box device.

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、量子ドッ
トを用いた半導体素子に於ける発光寿命の遅延を制御・
抑制し、且つ、フォノン・ボトルネック現象を解消でき
る構成を実現させ、これに依って、半導体装置の特性を
向上させようとする。
SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, it is possible to control the delay of light emission lifetime in a semiconductor device using quantum dots.
It is intended to realize a configuration capable of suppressing the phonon bottleneck phenomenon and improving characteristics of the semiconductor device.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明では、量子ドット
に接する半導体層に予めドーピングすることで、キャリ
ヤ注入時に於ける局所的な電荷中性条件の破れに起因す
る問題を解消し、又、フォノン・ボトルネック現象を回
避して量子ドットを用いる半導体装置の特性を向上させ
ることが基本になっている。
According to the present invention, by doping a semiconductor layer in contact with a quantum dot in advance, it is possible to eliminate a problem caused by local breaking of a neutral charge condition at the time of carrier injection. It is fundamental to improve the characteristics of a semiconductor device using quantum dots by avoiding the phonon bottleneck phenomenon.

【0023】図1は本発明の原理を明らかにする為の半
導体素子の説明図であり、(A)及び(B)は本発明に
とって好ましい構成の半導体素子を表し、(C)及び
(D)は、(A)及び(B)と比較する為の半導体素子
を表している。
FIG. 1 is an explanatory view of a semiconductor device for clarifying the principle of the present invention. FIGS. 1A and 1B show a semiconductor device having a preferred structure for the present invention, and FIGS. Represents a semiconductor element for comparison with (A) and (B).

【0024】(A)及び(B)に於いて、1は自己形成
量子ドットのp型濡れ層、2は自己形成量子ドット、3
は自己形成量子ドットが埋め込まれたn型量子井戸層、
4は自己形成量子ドットをそれぞれ示している。尚、上
記の導電型とドーピングされる半導体層との組み合わせ
は任意である。
In (A) and (B), 1 is a p-type wet layer of self-formed quantum dots, 2 is a self-formed quantum dot, 3
Is an n-type quantum well layer in which self-formed quantum dots are embedded,
Reference numeral 4 denotes a self-formed quantum dot. The combination of the conductivity type and the semiconductor layer to be doped is arbitrary.

【0025】図示の構成をもつ半導体素子では、ドーピ
ングに依る豊富なキャリヤが量子ドットの準位を埋める
為、逆の極性のもつキャリヤが量子ドットに入った時点
で図2に見られる[A]の状態となり、キャリヤ注入に
起因する問題は解消される。
In the semiconductor device having the structure shown in the figure, since abundant carriers due to doping fill the level of the quantum dot, when a carrier having the opposite polarity enters the quantum dot, it can be seen in FIG. 2 [A]. And the problem caused by carrier injection is eliminated.

【0026】また、同時にキャリヤが量子ドットの準位
を埋めている状態は、それ以上の準位間緩和を必要とし
ないことを意味し、フォノン・ボトルネックの問題も解
消される。
At the same time, the state where the carrier fills the level of the quantum dot means that no further relaxation between levels is required, and the problem of the phonon bottleneck is eliminated.

【0027】尚、量子ドットにもドーピングした場合、
ドーピングに依って量子ドット自体の結晶性が悪化する
旨の新たな問題が発生することも考えられるが、これ
は、量子ドットに接する半導体層にのみドーピングを行
い、量子ドット自体にはドーピングしないようにすれば
良い。
When the quantum dots are also doped,
It is conceivable that the doping may cause a new problem that the crystallinity of the quantum dots themselves deteriorates, but this is done by doping only the semiconductor layer in contact with the quantum dots and not doping the quantum dots themselves. You can do it.

【0028】本発明に依る半導体素子に於ける量子ドッ
トは、半導体微細加工技術を適用して作成するほか、例
えば、SK−モード、即ち、自己組織化現象に依って作
成することができる。
The quantum dots in the semiconductor device according to the present invention can be formed by applying a semiconductor fine processing technique, or can be formed by, for example, SK-mode, that is, a self-organization phenomenon.

【0029】自己組織化現象を利用する場合、濡れ層に
ドーピングすれば、濡れ層と自己形成量子ドットとは結
晶成長時に同時成長されて略同一組成を有し、しかも、
濡れ層は全ての量子ドットと接触している為、量子ドッ
トへのキャリヤ注入は高効率で実施することが可能であ
って、本発明が期待する効果を充分に得ることができ
る。
When the self-assembly phenomenon is used, if the wetting layer is doped, the wetting layer and the self-formed quantum dots are simultaneously grown during crystal growth and have substantially the same composition.
Since the wetting layer is in contact with all the quantum dots, carrier injection into the quantum dots can be performed with high efficiency, and the effects expected of the present invention can be sufficiently obtained.

【0030】また、量子ドットを量子井戸層に埋め込む
構造を採った場合には、量子井戸層にドーピングするこ
とで、量子ドットに近いポテンシャルからのキャリヤ注
入が実現され、それに依って量子ドットへのキャリヤ注
入効率が高くなるので、この場合も本発明が期待する効
果を充分に得ることができる。
In the case where a structure in which quantum dots are embedded in a quantum well layer is adopted, carrier injection from a potential close to the quantum dots is realized by doping the quantum well layers, whereby the quantum dots are injected into the quantum dots. Since the carrier injection efficiency increases, the effect expected by the present invention can be sufficiently obtained in this case as well.

【0031】また、本発明では、量子ドットにpnの何
れか片方のキャリヤが潤沢に注入されれば良いので、必
ずしも電極側から量子ドットまでの全ての半導体層にド
ーピングする必要はなく、量子ドットに接する半導体層
にドーピングしてあれば足りる。
Further, in the present invention, it is only necessary that one of pn carriers is sufficiently injected into the quantum dot, so that it is not necessary to dope all the semiconductor layers from the electrode side to the quantum dot. It suffices if the semiconductor layer in contact with is doped.

【0032】従って、そのドーピングされた半導体層と
同極性である電極側の半導体層との間に別のノンドープ
半導体層が在っても良く、それに依って、過度のドーピ
ングに依って半導体の結晶性が低下することを防止する
ことができる。
Therefore, there may be another non-doped semiconductor layer between the doped semiconductor layer and the semiconductor layer on the electrode side having the same polarity, whereby the semiconductor crystal is over-doped. It is possible to prevent the property from lowering.

【0033】また、フォノン・ボトルネック問題に関し
ては、有効質量が軽く、準位間隔が広いとされている電
子をドーピング種、従って、n型ドーパントをドーピン
グ種として選択することに依って、本発明の効果を高め
ることができる。
Regarding the phonon bottleneck problem, the present invention is based on the fact that an electron whose effective mass is light and whose level spacing is wide is selected as a doping species, and therefore, an n-type dopant is selected as a doping species. Effect can be enhanced.

【0034】図1の(C)はノンドープの場合を表し、
既に図2を用いて説明した問題が発生し、図1の(D)
は電極7から半導体層5及び量子ドット6の内部まで全
てドーピングした場合を表し、この場合は、過度のドー
ピングに依って結晶性が低下し、素子特性は劣化する。
FIG. 1C shows the case of non-doping.
The problem already described with reference to FIG. 2 occurs, and FIG.
Represents the case where the entirety from the electrode 7 to the inside of the semiconductor layer 5 and the quantum dot 6 is doped. In this case, the crystallinity is reduced due to excessive doping, and the device characteristics are deteriorated.

【0035】本発明の手段を採ることに依り、局所的な
電荷中性条件の破れに依る発光寿命・効率を制御し且つ
改善し、また、フォノン・ボトルネック現象を回避する
ことができ、高性能の半導体素子を実現することができ
る。尚、本発明を実施する場合、半導体材料の種類に依
存することなく、量子ドットを生成できる導体材料であ
れば良い。
By employing the means of the present invention, it is possible to control and improve the light emission lifetime and efficiency due to the local violation of the charge neutrality condition, and to avoid the phonon bottleneck phenomenon. A high performance semiconductor device can be realized. In practicing the present invention, any conductive material that can generate quantum dots without depending on the type of semiconductor material may be used.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明に依る半導体素子の構造を
例示すると、GaAs基板上に厚さが450〔nm〕の
GaAsバッファ層、厚さが100〔nm〕のAl0.3
Ga0.7 As層、厚さが100〔nm〕のGaAs層、
SKモードに依る量子ドット層、厚さが100〔nm〕
のGaAs層、厚さが100〔nm〕のAl0.3 Ga
0.7 As層、最後に50〔nm〕のGaAs層の積層体
を成している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS To illustrate the structure of a semiconductor device according to the present invention, a GaAs buffer layer having a thickness of 450 nm and an Al 0.3 layer having a thickness of 100 nm are formed on a GaAs substrate.
A Ga 0.7 As layer, a GaAs layer having a thickness of 100 nm,
Quantum dot layer by SK mode, thickness 100 [nm]
GaAs layer, 100 nm thick Al 0.3 Ga
A stacked body of a 0.7 As layer and finally a 50 [nm] GaAs layer is formed.

【0037】前記積層体を形成するには、MBE(mo
lecular beam epitaxy)法を適用
し、成膜温度を520〔℃〕として成膜することで実現
できる。
To form the laminate, MBE (mo
This method can be realized by applying a linear beam epitaxy method and setting the film formation temperature to 520 ° C.

【0038】図3はフォトルミネッセンス発光強度の励
起光強度依存性、図4は発光寿命の励起光強度依存性に
関する線図であり、何れの図に於いても、ドーピング無
しの場合の実験結果、及び、ドーピングの有無両方に関
する理論計算結果を表してある。
FIG. 3 is a diagram showing the dependence of the photoluminescence emission intensity on the excitation light intensity, and FIG. 4 is a diagram showing the dependence of the emission lifetime on the excitation light intensity. Also, the results of theoretical calculations regarding the presence or absence of doping are shown.

【0039】図3に於ける縦軸にはフォトルミネッセン
ス発光強度を、横軸には励起光強度(W/cm2 )をそ
れぞれ採ってあり、そして、図4に於ける縦軸には発光
寿命を、横軸には励起光強度(相対強度)をそれぞれ採
ってある。
The vertical axis in FIG. 3 shows the photoluminescence emission intensity, the horizontal axis shows the excitation light intensity (W / cm 2 ), and the vertical axis in FIG. , And the horizontal axis indicates the intensity of the excitation light (relative intensity).

【0040】図示されている実験結果を見ると、フォト
ルミネッセンス発光強度及び発光寿命は共に励起光強度
に依存していることが看取され、その理由は、励起され
るキャリヤ数に依って、図2に見られる事象の生成確率
が異なることに依るものであって、例えば励起キャリヤ
数が増加すると、図2の[A]の事象の生成確率が増大
する。
From the experimental results shown, it can be seen that both the photoluminescence emission intensity and the emission lifetime depend on the excitation light intensity, because the number of carriers to be excited depends on the number of carriers. This is due to the fact that the event generation probabilities seen in FIG. 2 are different. For example, when the number of excited carriers increases, the event generation probability of [A] in FIG. 2 increases.

【0041】前記実験結果は理論と良く一致し、ドーピ
ングすることで発光効率の著しい改善が見られ、また、
発光寿命も励起光強度に依って変動しなくなることが明
らかであって、本発明が発光強度の改善及び発光寿命の
制御に有効である。
The above experimental results are in good agreement with the theory, and the luminous efficiency is significantly improved by doping.
It is clear that the light emission lifetime does not fluctuate depending on the excitation light intensity, and the present invention is effective for improving the light emission intensity and controlling the light emission lifetime.

【0042】図5は時間分解フォトルミネッセンスの立
ち上がりを量子ドット基底準位に関して計算した結果を
表す線図であって、横軸には時間を、また、縦軸には光
出力をそれぞれ採ってあり、図には、本発明を実施した
場合、即ち、n型不純物ドープの場合、及び、本発明を
実施しない場合、即ち、ノンドープの場合を併記してあ
る。
FIG. 5 is a diagram showing the result of calculating the rise of time-resolved photoluminescence with respect to the ground level of the quantum dot. Time is plotted on the horizontal axis, and light output is plotted on the vertical axis. The figure also shows the case where the present invention is implemented, that is, the case of n-type impurity doping, and the case where the present invention is not implemented, that is, the case of non-doping.

【0043】本発明を用いない場合、立ち上がりに2
〔nsec〕程度の時間が掛かるのに対し、本発明を用
いた場合、立ち上がりの遅れは無視できる程度であっ
て、前記立ち上がりの遅れは電子のフォノン・ボトルネ
ック現象に起因するものであるから、本発明がフォノン
・ボトルネック問題の解消に有効であることが明らかで
ある。
When the present invention is not used, the rise time is 2
In contrast, it takes about [nsec], whereas when the present invention is used, the rise delay is negligible, and the rise delay is caused by the electron phonon bottleneck phenomenon. It is clear that the present invention is effective in solving the phonon bottleneck problem.

【0044】図6は本発明を適用して得られるストライ
プ・レーザの要部斜面図であり、図に於いて、11はn
−GaAs基板、12は厚さ1.0〔μm〕のn−Al
GaAsバッファ兼クラッド層、13はn側SCH(s
eparate confinement heter
ostructure)層、14は活性層、15はp側
SCH層、16は厚さ1.0〔μm〕のp−AlGaA
sクラッド層、17は厚さ0.5〔μm〕のp−GaA
sキャップ層、18はp側電極、19はn側電極をそれ
ぞれ示している。
FIG. 6 is a perspective view of an essential part of a stripe laser obtained by applying the present invention. In FIG.
-GaAs substrate, 12 is a 1.0 [μm] thick n-Al
The GaAs buffer / cladding layer 13 is an n-side SCH (s
eparte definition heater
14, an active layer, 15 a p-side SCH layer, and 16 a p-AlGaAs layer having a thickness of 1.0 μm.
The s cladding layer 17 is a 0.5 μm thick p-GaAs layer.
An s cap layer, 18 indicates a p-side electrode, and 19 indicates an n-side electrode.

【0045】図7は本発明を適用して得られる面型レー
ザの要部切断側面図であり、図に於いて、21はGaA
s基板、22はInAs/GaAsからなるミラー層、
23はSCH層、24は活性層、25はSCH層、26
はInAs/GaAsからなるミラー層、27及び28
は電極をそれぞれ示している。
FIG. 7 is a cutaway side view of a main part of a surface laser obtained by applying the present invention. In FIG.
s substrate, 22 is a mirror layer composed of InAs / GaAs,
23 is an SCH layer, 24 is an active layer, 25 is an SCH layer, 26
Are mirror layers made of InAs / GaAs, 27 and 28
Indicates an electrode.

【0046】図6並びに図7に見られる何れのレーザに
於いても、活性層14或いは活性層24が本発明を適用
して作成した量子ドットを含む層で構成されている。
In each of the lasers shown in FIGS. 6 and 7, the active layer 14 or the active layer 24 is constituted by a layer containing quantum dots formed by applying the present invention.

【0047】本発明に於いては、前記説明した実施の形
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。
The present invention can be embodied in many forms, including the above-described embodiment, and will be exemplified below as additional notes.

【0048】(付記1)不純物を含有しない半導体量子
ドット(例えば自己形成量子ドット2或いは4:図1参
照)が不純物を含有した半導体層(例えば自己形成量子
ドットのp型濡れ層1或いは自己形成量子ドットが埋め
込まれたn型量子井戸層3:図1参照)に接して形成さ
れてなることを特徴とする半導体素子。(1)
(Supplementary Note 1) Semiconductor quantum dots that do not contain impurities (for example, self-formed quantum dots 2 or 4: see FIG. 1) are semiconductor layers that contain impurities (for example, p-type wet layer 1 of self-formed quantum dots or self-formed). A semiconductor element formed in contact with an n-type quantum well layer 3 in which quantum dots are embedded (see FIG. 1). (1)

【0049】(付記2)不純物を含有しない半導体量子
ドットが不純物を含有した量子井戸層に接して形成され
てなることを特徴とする半導体素子。(2)
(Supplementary Note 2) A semiconductor device characterized in that a semiconductor quantum dot containing no impurity is formed in contact with a quantum well layer containing an impurity. (2)

【0050】(付記3)不純物を含有しない半導体量子
ドットに接する不純物を含有した半導体層及び該半導体
層と同極性側の電極の間に不純物を含有しない半導体層
が介在してなることを特徴とする半導体素子。(3)
(Supplementary Note 3) A semiconductor layer containing an impurity in contact with a semiconductor quantum dot containing no impurity, and a semiconductor layer containing no impurity is interposed between an electrode having the same polarity as the semiconductor layer. Semiconductor device. (3)

【0051】(付記4)不純物を含有しない半導体量子
ドットに接する不純物を含有した半導体層がn型である
ことを特徴とする半導体素子。
(Supplementary Note 4) A semiconductor element characterized in that a semiconductor layer containing an impurity in contact with a semiconductor quantum dot containing no impurity is an n-type.

【0052】(付記5)自己組織化現象で生成されて島
状をなす不純物を含有しない半導体量子ドットが不純物
を含有した濡れ層である半導体層に接して形成されてな
ることを特徴とする半導体素子。
(Supplementary Note 5) A semiconductor characterized in that island-shaped semiconductor quantum dots which are generated by self-organization and do not contain impurities are formed in contact with a semiconductor layer which is a wetting layer containing impurities. element.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明に依る半導体素子に於いては、不
純物を含有しない半導体量子ドットが不純物を含有した
半導体層に接して形成されている。
In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor quantum dots containing no impurities are formed in contact with the semiconductor layer containing the impurities.

【0054】前記構成を採ることに依り、局所的な電荷
中性条件の破れに依る発光寿命・効率を制御し且つ改善
し、また、フォノン・ボトルネック現象を回避すること
ができ、高性能の半導体素子を実現することができる。
By adopting the above configuration, it is possible to control and improve the light emission lifetime and efficiency due to the local violation of the charge neutrality condition, to avoid the phonon bottleneck phenomenon, and to obtain a high performance. A semiconductor element can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を明らかにする為の半導体素子の
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a semiconductor device for clarifying the principle of the present invention.

【図2】量子ドットに対するキャリヤ注入の問題に関す
る説明図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a problem of carrier injection into a quantum dot.

【図3】フォトルミネッセンス発光強度の励起光強度依
存性に関する線図である。
FIG. 3 is a diagram relating to excitation light intensity dependence of photoluminescence emission intensity.

【図4】発光寿命の励起光強度依存性に関する線図であ
る。
FIG. 4 is a diagram relating to excitation light intensity dependence of emission lifetime.

【図5】時間分解フォトルミネッセンスの立ち上がりを
量子ドット基底準位に関して計算した結果を表す線図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing the result of calculating the rise of time-resolved photoluminescence with respect to the ground level of quantum dots.

【図6】本発明を適用して得られるストライプ・レーザ
の要部斜面図である。
FIG. 6 is a perspective view of a principal part of a stripe laser obtained by applying the present invention.

【図7】本発明を適用して得られる面型レーザの要部切
断側面図である。
FIG. 7 is a cutaway side view of a main part of a surface laser obtained by applying the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 自己形成量子ドットのp型濡れ層 2 自己形成量子ドット 3 自己形成量子ドットが埋め込まれたn型量子井戸層 4 自己形成量子ドット REFERENCE SIGNS LIST 1 p-type wet layer of self-assembled quantum dots 2 self-assembled quantum dots 3 n-type quantum well layer embedded with self-assembled quantum dots 4 self-assembled quantum dots

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】不純物を含有しない半導体量子ドットが不
純物を含有した半導体層に接して形成されてなることを
特徴とする半導体素子。
2. A semiconductor device comprising: a semiconductor quantum dot containing no impurity formed in contact with a semiconductor layer containing an impurity.
【請求項2】不純物を含有しない半導体量子ドットが不
純物を含有した量子井戸層に接して形成されてなること
を特徴とする半導体素子。
2. A semiconductor device, wherein a semiconductor quantum dot containing no impurity is formed in contact with a quantum well layer containing an impurity.
【請求項3】不純物を含有しない半導体量子ドットに接
する不純物を含有した半導体層及び該半導体層と同極性
側の電極の間に不純物を含有しない半導体層が介在して
なることを特徴とする半導体素子。
3. A semiconductor comprising: a semiconductor layer containing an impurity in contact with a semiconductor quantum dot containing no impurity; and a semiconductor layer containing no impurity interposed between electrodes of the same polarity as the semiconductor layer. element.
JP2000123539A 2000-04-25 2000-04-25 Semiconductor element Pending JP2001308465A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000123539A JP2001308465A (en) 2000-04-25 2000-04-25 Semiconductor element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000123539A JP2001308465A (en) 2000-04-25 2000-04-25 Semiconductor element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001308465A true JP2001308465A (en) 2001-11-02

Family

ID=18633830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000123539A Pending JP2001308465A (en) 2000-04-25 2000-04-25 Semiconductor element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001308465A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003007445A1 (en) * 2001-07-10 2003-01-23 Nec Corporation Semiconductor quantum dot⋅device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697571A (en) * 1992-09-14 1994-04-08 Hitachi Ltd Semiconductor laser
JPH09260779A (en) * 1996-03-22 1997-10-03 Nec Corp Semiconductor surface emission laser and manufacturing method thereof
JPH09270508A (en) * 1996-03-29 1997-10-14 Nec Corp Semiconductor quantum dot element and method of manufacture
JPH1187834A (en) * 1997-09-04 1999-03-30 Nec Corp Semiconductor laser and its manufacture
JPH11266004A (en) * 1998-03-17 1999-09-28 Fujitsu Ltd Quantum semiconductor device and quantum semiconductor light emitting device
JP2001267693A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor laser element

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697571A (en) * 1992-09-14 1994-04-08 Hitachi Ltd Semiconductor laser
JPH09260779A (en) * 1996-03-22 1997-10-03 Nec Corp Semiconductor surface emission laser and manufacturing method thereof
JPH09270508A (en) * 1996-03-29 1997-10-14 Nec Corp Semiconductor quantum dot element and method of manufacture
JPH1187834A (en) * 1997-09-04 1999-03-30 Nec Corp Semiconductor laser and its manufacture
JPH11266004A (en) * 1998-03-17 1999-09-28 Fujitsu Ltd Quantum semiconductor device and quantum semiconductor light emitting device
JP2001267693A (en) * 2000-03-17 2001-09-28 Sanyo Electric Co Ltd Semiconductor laser element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003007445A1 (en) * 2001-07-10 2003-01-23 Nec Corporation Semiconductor quantum dot⋅device
JP2003023219A (en) * 2001-07-10 2003-01-24 Nec Corp Semiconductor quantum dot device
US7189986B2 (en) 2001-07-10 2007-03-13 Nec Corporation Semiconductor quantum dot device
US8106378B2 (en) 2001-07-10 2012-01-31 Nec Corporation Semiconductor quantum dot device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Maximov et al. High-power continuous-wave operation of a InGaAs/AlGaAs quantum dot laser
JP3830051B2 (en) Nitride semiconductor substrate manufacturing method, nitride semiconductor substrate, optical semiconductor device manufacturing method, and optical semiconductor device
US6751243B2 (en) Semiconductor device with quantum dots having high carrier injection efficiency, its manufacture method, and semiconductor laser device
US6462354B1 (en) Semiconductor device and semiconductor light emitting device
US10586887B2 (en) Deterministic quantum emitter operating at room temperature in optical communication wavelength using intersubband transition of nitride-based semiconductor quantum dot, method of fabricating same, and operating method thereof
US10541511B2 (en) Semiconductor light-emitting element, manufacturing method of semiconductor light-emitting element, and semiconductor device
JP2008022014A (en) Treating method of light-emitting device obtained by processing nitride semiconductor
JP5023419B2 (en) Semiconductor quantum dot device
JP4151042B2 (en) Semiconductor laser
US9401404B2 (en) Semiconductor device and fabrication method
JP2013510419A (en) Tunable quantum light source
JP2000208875A (en) Multiplex quantum well structure semiconductor light- emitting element
Paranthoen et al. Room temperature laser emission of 1.5 μm from InAs/InP (311) B quantum dots
JP2000188443A (en) Semiconductor quantum dot element and its manufacture
JP3829153B2 (en) Optical semiconductor device
JPH0878776A (en) Semiconductor laser device
JP2001308465A (en) Semiconductor element
JP2004335665A (en) Quantum dot light emitting device
JP2002368342A (en) Multiplex quantum well semiconductor element
US20230006426A1 (en) Group iii-n light emitter electrically injected by hot carriers from auger recombination
JPH11121870A (en) Optical semiconductor device
WO2015092849A1 (en) Germanium light-emitting element and method for manufacturing same
JP2005136267A (en) Semiconductor quantum dot element
JP4075003B2 (en) Semiconductor laser and manufacturing method thereof
JP3801410B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070308

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20091222

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100420