(57)【要約】  【課題】  表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる半導体層の形成方法を提供する。  【解決手段】  組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８，０．３０である場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度を５９０℃乃至６４５℃とし、Ａｓの供給圧力を０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒにすることにより、表面状態及び電気特性の双方に優れた膜を形成することができる（領域６１）。一方、組成比ｘが０．５以上である場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度を６４５℃乃至７２０℃とし、Ａｓの供給圧力を３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒにすることにより、表面状態及び電気特性の双方に優れた膜を形成することができる（領域６２）。組成比ｘによって最適な成長温度が相違するのは、ＡｌとＧａとの表面拡散距離の相違によるものと推定される。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の表面に、組成比ｘが０．１乃至０．３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する半導体層の形成方法において、
前記半導体の表面に、Ｇａ、Ａｌ及びＡｓを供給し、５９０℃乃至６４５℃の温度にて前記半導体層を形成すること
を特徴とする半導体層の形成方法。
【請求項２】
Ａｓを０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力で前記半導体の表面に供給すること
を特徴とする請求項１に記載の半導体層の形成方法。
【請求項３】
半導体の表面に、組成比ｘが０．５以上のＡｌx Ｇａ1-x  Ａｓの半導体層を形成する半導体層の形成方法において、
前記半導体の表面に、Ｇａ、Ａｌ及びＡｓを供給し、６４５℃乃至７２０℃の温度にて前記半導体層を形成すること
を特徴とする半導体層の形成方法。
【請求項４】
Ａｓを３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力で前記半導体の表面に供給すること
を特徴とする請求項３に記載の半導体層の形成方法。
【請求項５】
前記半導体はIII族元素及びV族元素からなる化合物半導体であること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の半導体層の形成方法。
【請求項６】
前記半導体の表面は、（１００）面及び（３１１）Ａ面を有すること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体層の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の表面に、Ｇａ、Ａｌ及びＡｓを供給して、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ：組成比）の半導体層を形成する半導体層の形成方法に関し、例えば、ＧａＡｓの（１００）面と（３１１）Ａ面の双方に表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる半導体層の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野において、III族元素であるＧａ，ＡｌとV族元素であるＡｓとを含む化合物半導体（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（ｘ：組成比））は、従来のＳｉ半導体と比較して高い電子移動度、直接遷移型のバンド構造を有することから、次世代の光デバイス、電子デバイスなどに広く利用される。
【０００３】
（１００）面及び（３１１）Ａ面に形成されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓは、ドーパントであるＳｉ（IV族）が供給されることにより、それぞれｎ型半導体層及びｐ型半導体層となるため、一度の成長によって（１００）面及び（３１１）Ａ面の双方に、極めて簡単な方法で、かつ低コストで、ｎ型及びｐ型の半導体層を同時に形成した横型接合デバイスを実現することができるという利点を有している。
【０００４】
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜は、一般的にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）、ＣＶＤ法（化学的気相成長法）などのエピタキシャル成長法によって形成される。薄膜成長温度は、薄膜の表面状態及び成長速度などを決定する重要因子であり、膜質に優れた薄膜を形成するには、照射された元素を薄膜上で拡散させ、最適な位置で薄膜に吸収されるようにすることが重要であるため、温度を調整して各元素の表面拡散距離を制御する。
【０００５】
ところで、表面が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜を形成するには、５９０乃至７２０℃の温度が必要であるとされている（例えば、非特許文献１参照。）。これは、同一の温度環境下では、Ａｌの表面拡散距離がＧａの表面拡散距離より短いために、Ａｌが最適な位置に吸収される前に薄膜に吸収されるためであると推定される。
【非特許文献１】フィッシャー（R.Fischer），他６名著  「ＧａＡｓ基板上での分子線エピタキシャル成長によるＧａ及びＡｌの結合速度（Incorporation rates of gallium and aluminum on GaAsduring molecular beam epitaxy at high substrate temperatures）」  応用物理学論文誌（Journal of Applied Physics）  1983年発行，54巻，5号，p2508
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した温度条件は、あくまで表面が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜を形成するために必要とされる条件であり、非特許文献１には、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓのキャリア密度及びキャリア移動度が、組成比ｘによって、どのように変化するかについては開示されていない。もちろん、表面が平滑化された薄膜を形成することは重要であるが、それ以上に、Ｓｉをドープすることによって、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓがｎ型半導体層又はｐ型半導体層のいずれになるか、さらに、デバイスの特性を決定する半導体層のキャリア濃度及びキャリア移動度を最適化することが重要である。
【０００７】
本発明者は、半導体（ＧａＡｓ）の（１００）面及び（３１１）Ａ面上のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜成長プロセスについて鋭意研究を行った結果、キャリア濃度及びキャリア移動度を最適化することができる薄膜の成長温度及びＡｓ圧が、組成比ｘに応じて異なっているとの知見を得た。つまり、組成比ｘを大きくすることによってＡｌの占有率が増加することになるが、Ａｌの方がＧａより表面拡散距離が短いため、表面拡散距離を長くするように、高い温度環境下にて薄膜を成長させる必要があるとの知見を得た。
【０００８】
本発明は、この知見を得てなされたものであり、半導体の表面に、組成比ｘが０．１乃至０．３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合には、５９０℃乃至６４５℃の温度にて半導体層を形成することにより、表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる半導体層の形成方法の提供を目的とする。
【０００９】
また本発明は、半導体の表面に、組成比ｘが０．１乃至０．３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合に、０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力でＡｓを供給することにより、表面状態が平滑化された半導体層を形成することができる半導体層の形成方法の提供を目的とする。
【００１０】
また本発明は、半導体の表面に、組成比ｘが０．５以上のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合には、６４５℃乃至７２０℃の温度にて半導体層を形成することにより、表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる半導体層の形成方法の提供を目的とする。
【００１１】
また本発明は、半導体の表面に、組成比ｘが０．５以上のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合に、３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力でＡｓを供給することにより、表面状態が平滑化された半導体層を形成することができる半導体層の形成方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１発明に係る半導体層の形成方法は、半導体の表面に、組成比ｘが０．１乃至０．３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する半導体層の形成方法において、前記半導体の表面に、Ｇａ、Ａｌ及びＡｓを供給し、５９０℃乃至６４５℃の温度にて前記半導体層を形成することを特徴とする。
【００１３】
第１発明にあっては、組成比ｘが０．１乃至０．３の半導体層、すなわちＧａがＡｌより多量に含むＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を半導体の表面に形成する場合、５９０℃より低い成長温度では半導体層の表面が荒れ、６４５℃より高い成長温度では半導体層のキャリア濃度が低くなるため、５９０℃乃至６４５℃の温度で形成することによって、表面状態及び電気特性に優れた半導体層が形成される。ＧａはＡｌより表面拡散距離が長いため、温度が５９０℃乃至６４５℃である場合であっても、半導体の表面上を十分に拡散し、最適な位置で吸収される。
【００１４】
第２発明に係る半導体層の形成方法は、第１発明において、Ａｓを０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力で前記半導体の表面に供給することを特徴とする。
【００１５】
第２発明にあっては、組成比ｘが０．１乃至０．３のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を半導体の表面に形成する場合、Ａｓの圧力を０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒで半導体の表面に供給することにより、表面状態が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層が形成される。組成比ｘが０．１乃至０．３の場合には、Ａｓの圧力が０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒであっても、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面がミラー状となる。
【００１６】
第３発明に係る半導体層の形成方法は、半導体の表面に、組成比ｘが０．５以上のＡｌx Ｇａ1-x  Ａｓの半導体層を形成する半導体層の形成方法において、前記半導体の表面に、Ｇａ、Ａｌ及びＡｓを供給し、６４５℃乃至７２０℃の温度にて前記半導体層を形成することを特徴とする。
【００１７】
第３発明にあっては、組成比ｘが０．５以上の半導体層、すなわちＡｌがＧａと同量、又はＡｌがＧａより多量に含むＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を半導体の表面に形成する場合、６４５℃より低い成長温度では半導体層のキャリア移動度が低くなり、７２０℃より高い成長温度では半導体層の表面が荒れるため、６４５℃乃至７２０℃の温度で形成することによって、表面状態及び電気特性に優れた半導体層が形成される。ＡｌはＧａより表面拡散距離が短いため、半導体の表面上を十分に拡散して最適な位置で吸収されるように、温度を６４５℃乃至７２０℃にする。
【００１８】
第４発明に係る半導体層の形成方法は、第３発明において、Ａｓを３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒの圧力で前記半導体の表面に供給することを特徴とする。
【００１９】
第４発明にあっては、組成比ｘが０．５以上のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を半導体の表面に形成する場合、Ａｓの圧力を３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒで半導体の表面に供給することにより、表面状態が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層が形成される。組成比ｘが０．５以上の場合には、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面が荒れる虞があるため、Ａｓの圧力を３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒにする。
【００２０】
第５発明に係る半導体層の形成方法は、第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記半導体はIII族元素及びV族元素からなる化合物半導体であることを特徴とする。
【００２１】
第５発明にあっては、III族元素とV族元素とを含む化合物半導体に表面にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層が形成された半導体素子は、従来のＳｉ半導体と比較して高い電子移動度、直接遷移型のバンド構造を有することから、優れた性能のデバイスを実現できる。
【００２２】
第６発明に係る半導体層の形成方法は、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記半導体の表面は、（１００）面及び（３１１）Ａ面を有することを特徴とする。
【００２３】
第６発明にあっては、例えば、Ｇａ及びＡｓからなる化合物半導体が（１００）面及び（３１１）Ａ面の双方を有していることから、Ｓｉをドープすることにより、（１００）面はｎ型半導体層、（３１１）Ａ面はｐ型半導体層になるため、１種類のドーパントを用いるだけで、ｎ型及びｐ型の半導体層を同時に形成することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する温度を、組成比ｘが０．１乃至０．３の場合には５９０℃乃至６４５℃とし、組成比ｘが０．５以上の場合には６４５℃乃至７２０℃とすることにより、表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる。組成比ｘが０．１乃至０．３の場合、温度を低くすることによってキャリア濃度を高くすることができる。一方、組成比ｘが０．５以上の場合、キャリア濃度の温度依存性は殆どないので、温度を高くすることによってキャリア移動度を高くすることができる。
【００２５】
また本発明によれば、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合のＡｓの供給圧力を、組成比ｘが０．１乃至０．３の場合には０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒとし、組成比ｘが０．５以上の場合には３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒとすることにより、表面状態が平滑化された半導体層を形成することができる。
【００２６】
従って、例えばＧａＡｓの（１００）面と（３１１）Ａ面の双方に表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができ、さらにＳｉをドープすることにより、（１００）面上の半導体層はｎ型、（３１１）Ａ面上の半導体層はｐ型となり、１種類のドーパントを用いるだけで、ｎ型及びｐ型の半導体層を同時に形成することができる等、優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００２８】
図１は本発明に係る半導体層の形成方法を示す説明図である。まず、下地半導体であるＧａＡｓ基板１０の温度を制御して、ＧａＡｓ基板１０の（１００）面１０ａ及び（３１１）Ａ面１０ｂに、ＭＢＥ法によってＡｌ分子線２１、Ｇａ分子線２２、Ａｓ分子線２３を照射する（図１（ａ））。この各分子線の照射によって、ＧａＡｓ基板１０の各面上には、Ａｌ、Ｇａ及びＡｓからなるＡｌx Ｇａ1-x Ａｓのエピタキシャル膜３０が成長する（図１（ｂ））。
【００２９】
なお、ＧａＡｓ基板１０は、（３１１）Ａ面を有する基板を、リン酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングを行うことにより、略２５°の傾斜を有する（１００）面を安定して形成することが可能である。また、エピタキシャル膜を成長させる方法として、ＭＢＥ法に限定されるものではなく、エピタキシャル成長法であればＭＯＣＶＤ法、ＣＶＤ法などであってもよい。
【００３０】
次に、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度及びＡｓ圧に対する伝導型について説明する。図２は成長温度及びＡｓ圧とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面における伝導型との関係を示す模式図であり、図３は成長温度及びＡｓ圧とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面における伝導型との関係を示す模式図である。なお、成長温度は、例えばＧａＡｓ基板１０の温度をヒータなどで調整することにより制御可能である。
【００３１】
図２及び図３において、（１００）面及び（３１１）Ａ面におけるＡｌx Ｇａ1-x Ａｓは、共に、Ａｓ圧が高い、すなわちV族元素であるＡｓの供給量が多いほど、Ｓｉをドープしたとき、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓがｎ型半導体層となることがわかる。また、成長温度が高いほどＡｌx Ｇａ1-x Ａｓがｐ型半導体層となることがわかる。これは、Ｓｉ（IV族）が、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓのうち、Ａｓ（V族）の位置より、Ｇａ又はＡｌ（III族）の位置に吸収される割合が高い場合にはｎ型半導体層となり、逆に、Ｇａ又はＡｌの位置より、Ａｓの位置に吸収される割合が高い場合にはｐ型半導体層となることに起因する。
【００３２】
なお、Ｓｉの位置への吸収の容易さは、基板の面方位によって異なるため、（１００）基板におけるｎ型半導体層及びｐ型半導体層の境界５１（図２参照）と、（３１１）Ａ基板におけるｎ型半導体層及びｐ型半導体層の境界５２（図３参照）とは、その位置が相違する。例えば、（１００）基板では、ほとんどの条件でｎ型半導体層となるが、（３１１）Ａ基板では、成長温度及びＡｓ圧の条件によってｎ型半導体層になったり、ｐ型半導体層になったりする。また、境界５１，５２に近傍する領域では、ＳｉがＧａ及びＡｌの位置又はＡｓの位置のいずれの位置に吸収されるか不確定であるため、キャリア濃度が低くなる。
【００３３】
次に、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度とキャリア濃度との関係について評価した。図４は成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面におけるキャリア（電子）濃度との関係を示すグラフであり、図５は成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面におけるキャリア（正孔）濃度との関係を示すグラフである。
【００３４】
図４において、組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの電子濃度は、６００℃及び６３０℃の方が６６０℃より高いことがわかる。一方、組成比ｘが０．３０，０．５０の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの電子濃度は、６００℃，６３０℃及び６６０℃ではほとんど相違がないことがわかる。
【００３５】
図５において、組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８，０．３０の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの正孔濃度は、６００℃及び６３０℃の方が６６０℃より高いことがわかる。一方、組成比ｘが０．５０の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの正孔濃度は、６００℃，６３０℃及び６６０℃ではほとんど相違がないことがわかる。
【００３６】
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面及び（３１１）Ａ面におけるキャリア濃度の評価結果を鑑みると、組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８の場合、（１００）面及び（３１１）Ａ面は共に、６００℃及び６３０℃の方が６６０℃より好ましいと結論することができる。また、組成比ｘが０．３０の場合、（１００）面ではいずれの温度条件でも相違はないため、（３１１）Ａ面の結果に基づいて、６００℃及び６３０℃の方が６６０℃より好ましいと結論することができる。
【００３７】
ところで、それ自体公知であるが、表面が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜を形成するためには、５９０乃至７２０℃の温度条件が必要であるとされている。従って、組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８，０．３０の場合、すなわち、０．１乃至０．３の場合、６３０℃と６６０℃との中間値である６４５℃を高温側の閾値とし、５９０℃乃至６４５℃の温度環境下で成長膜を形成することにより、表面状態及びキャリア濃度に優れたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成することができる。
【００３８】
一方、組成比ｘが０．５０の場合、（１００）面及び（３１１）Ａ面ではいずれの温度条件でも相違はないため、キャリア濃度の観点においては、いずれの温度条件であってもよいと結論することができる。また、キャリア濃度は、組成比ｘが大きくなれば、成長温度による影響が小さくなると考えられるので、組成比ｘが０．５以上の場合、いずれの温度条件であっても、キャリア濃度の相違は小さいと結論することができる。
【００３９】
次に、組成比ｘが０．５０であるＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度とキャリア移動度との関係について評価した。図６は成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面におけるキャリア（電子）移動度との関係を示すグラフであり、図７は成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面におけるキャリア（正孔）移動度との関係を示すグラフである。
【００４０】
図６において、組成比ｘが０．５０の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの電子移動度は、６００℃，６３０℃及び６６０℃ではほとんど相違がないことがわかるが、一方、図７において、組成比ｘが０．５０の場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの正孔移動度は、６６０℃の方が６３０℃及び６００℃より高いことがわかる。
【００４１】
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面及び（３１１）Ａ面におけるキャリア移動度の評価結果を鑑みると、組成比ｘが０．５０の場合、（１００）面ではいずれの温度条件でも相違はないため、（３１１）Ａ面の結果に基づいて、６６０℃の方が６３０℃及び６００℃より好ましいと結論することができる。つまり、組成比ｘが０．５０の場合、キャリア濃度の観点ではなく、キャリア移動度の観点から好適な温度条件を結論づけることができる。また、結晶学的には、ＡｌがＧａより多量に含むＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの場合も、同量のＡｌとＧａとを含むＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓの場合と同様に、温度が高い方がキャリア移動度に優れると考えられる。
【００４２】
ところで、上述したように、表面が平滑化されたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの薄膜を形成するためには、５９０乃至７２０℃の温度条件が必要であるため、組成比ｘが０．５以上の場合、６６０℃と６３０℃との中間値である６４５℃を低温側の閾値とし、６４５℃乃至７２０℃の温度環境下で成長膜を形成することにより、表面状態、キャリア濃度及びキャリア移動度に優れたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成することができる。
【００４３】
組成比ｘによって最適な成長温度が相違するのは、ＡｌとＧａとの表面拡散距離の相違によるものと推定される。一般に、III族原子では、原子番号の小さな原子ほど表面拡散距離が短いとされており、本例にあってはＡｌ（原子番号１３）＜Ｇａ（原子番号＝３１）の関係を有することから、同一温度環境下では、Ａｌの方がＧａより表面拡散距離が短い。組成比ｘが高くなることはＡｌの占有率が増大することに他ならず、Ａｌを薄膜上で拡散させ、最適な位置で薄膜に吸収されるように、より高い温度環境下にしてＡｌの表面拡散距離を長くする必要があるため、組成比ｘが高くなるに従って最適な成長温度が上昇すると推定される。
【００４４】
次に、Ａｓ圧及び成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面及び（３１１）Ａ面における表面状態及び電気特性との関係について評価した。図８はＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面及び（３１１）Ａ面における表面状態及び電気特性の観点から鑑みたＡｓ圧及び成長温度の最適条件を示す図である。
【００４５】
組成比ｘが０．０９４２，０．１４，０．１８，０．３０である場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度を５９０℃乃至６４５℃とし、Ａｓの供給圧力を０．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至４．０×１０-6ｔｏｒｒにすることにより、表面状態及び電気特性の双方に優れた膜を形成することができることがわかった（領域６１）。一方、組成比ｘが０．５以上である場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度を６４５℃乃至７２０℃とし、Ａｓの供給圧力を３．５×１０-6ｔｏｒｒ乃至６．０×１０-6ｔｏｒｒにすることにより、表面状態及び電気特性の双方に優れた膜を形成することができることがわかった（領域６２）。組成比ｘが０．５以上である場合、Ａｓの供給圧力は、通常ＭＢＥ法で用いる圧力よりも高くすることが必要である。
【００４６】
図９は図８の最適条件を導出するために、表面状態の判定に用いたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面を示すＡＦＭ像（写真）であり、同図（ａ）は表面状態を「良い」とした例であり、同図（ｂ）は表面状態を「悪い」とした例である。
【００４７】
より詳細には、同図（ａ）は、組成比ｘが０．３０、Ａｓ圧が２．８×１０-6ｔｏｒｒの場合のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面の形状であり、組成比ｘが０．３０の場合、Ａｓ圧が２．８×１０-6ｔｏｒｒのように低い圧力であっても、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面はミラー状となり、優れた平滑性を示す。一方、同図（ｂ）は、組成比ｘが０．５０、Ａｓ圧が２．８×１０-6ｔｏｒｒの場合のＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面の形状であり、組成比ｘが０．５０の場合、Ａｓ圧が２．８×１０-6ｔｏｒｒであれば、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面が荒れてしまい、結晶性の点で好ましくない。つまり、組成比ｘが０．５０の場合、Ａｓ圧が２．８×１０-6ｔｏｒｒでは圧力が低すぎる。
【００４８】
以上詳述したように、組成比ｘに応じて、図８に示した条件のＡｓ圧及び成長温度によって、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓのエピタキシャル成長を行えば、ＧａＡｓの（１００）面と（３１１）Ａ面の双方に表面状態及び電気特性に優れた半導体層を形成することができる。従って、Ｓｉをドープすることにより、（１００）面上の半導体層はｎ型、（３１１）Ａ面上の半導体層はｐ型となり、１種類のドーパントを用いるだけで、ｎ型及びｐ型の半導体層を同時に形成することができる。また、本発明に係る条件で形成された、（１００）面及び（３１１）Ａ面上の半導体層は電気特性に優れる。
【００４９】
なお、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓは、Ｓｉがドープされることにより、（１００）面上の半導体層はｎ型、（３１１）Ａ面上の半導体層はｐ型となるが、（３１１）Ａ面におけるキャリア（正孔）移動度は、（１００）面におけるキャリア（電子）移動度よりも小さいため、（３１１）Ａ面における半導体層の電気特性を重視することが好ましい。したがって、組成比ｘが０．１乃至０．３である場合、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度の下限値を５９０℃より高くして、（３１１）Ａ面における半導体層の電気特性を向上することが好ましく、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの成長温度を６１０℃乃至６４５℃とすることにより、さらに表面状態及び電気特性の双方に優れた膜を形成することができる（図８：領域６１Ａ）。
【００５０】
本実施形態では、ＧａＡｓ基板の（１００）面及び（３１１）Ａ面にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する場合について説明したが、Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの半導体層を形成する下地の半導体（基板）については、これに限定されるものではなく、III族元素及びV族元素からなる化合物半導体であればよい。例えば、下地の半導体として、ＩｎＰ，ＧａＰ，ＡｌＮ，ＧａＮなどに対しても有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る半導体層の形成方法を示す説明図である。
【図２】成長温度及びＡｓ圧とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面における伝導型との関係を示す模式図である。
【図３】成長温度及びＡｓ圧とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面における伝導型との関係を示す模式図である。
【図４】成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面におけるキャリア（電子）濃度との関係を示すグラフである。
【図５】成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面におけるキャリア（正孔）濃度との関係を示すグラフである。
【図６】成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面におけるキャリア（電子）移動度との関係を示すグラフである。
【図７】成長温度とＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの（３１１）Ａ面におけるキャリア（正孔）移動度との関係を示すグラフである。
【図８】Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓの（１００）面及び（３１１）Ａ面における表面状態及び電気特性の観点から鑑みたＡｓ圧及び成長温度の最適条件を示す図である。
【図９】図８の最適条件を導出するために、表面状態の判定に用いたＡｌx Ｇａ1-x Ａｓの表面を示すＡＦＭ像（写真）である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ＧａＡｓ基板
１０ａ  （１００）面
１０ｂ  （３１１）Ａ面
２１  Ａｌ分子線
２２  Ｇａ分子線
２３  Ａｓ分子線
３０  エピタキシャル膜
【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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