(57)【要約】【課題】  平坦かつ急峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合を形成する。【解決手段】  少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ａｓを含みＳｂを含まない１種類以上のＶ族元素と、からなる第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＡｓとＳｂを含む２種類以上のＶ族元素と、からなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、のヘテロ接合を含む化合物半導体装置の製造方法であって、前記ヘテロ接合を、４６０℃以上５４０℃以下の温度範囲で、かつＡｓ分子線の分子種としてＡｓ４が用いた分子線エピタキシャル成長により形成することを特徴とする。【選択図】  図１
2006294818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ａｓを含みＳｂを含まない１種類以上のＶ族元素と、からなる第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＡｓとＳｂを含む２種類以上のＶ族元素と、からなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法であって、
４６０℃以上５４０℃以下の温度範囲で、かつＡｓ分子線の分子種としてＡｓ４を使用した分子線エピタキシャル成長法を用いて、前記ヘテロ接合を形成することを特徴とするヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長を行う工程の後に、前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上層に、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長を行うことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記へテロ接合を有する化合物半導体装置が、前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、からなる短周期超格子構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記ヘテロ接合を有する化合物半導体装置を、ＧａＡｓ基板上に作製することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ヘテロ接合を有する化合物半導体装置を、ＩｎＰ基板上に作製することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合の善し悪しは、量子井戸レーザやヘテロ接合を有するバイポーラトランジスタ（ＨＢＴと称する）などのデバイス特性に大きな影響を与える。このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においては、平坦かつ急峻で不純物や欠陥の少ない良質なヘテロ接合を形成することが重要である。
【０００３】
ところで、近年、量子井戸レーザの分野において、ＧａＡｓやＩｎＰにＩｎ、Ｓｂ、Ｎなどを混晶化することにより、光ファイバー通信に重要な波長である１.３μｍや１.５５μｍ、あるいはそれよりも長波長で発光し、バンドギャップの小さい半導体材料が得られること、及びＩｎＰ基板や安価なＧａＡｓ基板に格子整合できることが分かり、ＧａＡｓ等にＩｎ、Ｓｂ、Ｎなどを混晶化した材料が、発光デバイスへの適用の観点から注目されている。
【０００４】
ここでＩｎ、Ｓｂ等を含む混晶半導体については、混晶半導体を構成する各半導体層を薄く交互に積層することにより、組成の均一性を向上させ、合金散乱の影響を低減させたりすることができることが知られている。しかし、ＧａＡｓをベースとするＩＩＩ−Ｖ族化合物混晶においては、Ｇａ、Ａｓよりも原子半径の大きな元素、例えばＩｎ、Ｓｂなどを含む場合、原子半径の大きな元素により各元素の混合が乱され不安定となるために、高品質な結晶が得られにくいという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献１に、ヘテロ接合界面を有する活性層を用いた半導体量子井戸レーザとして、Ｉｎを含むＩＩＩ族元素とＳｂを含まないＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と、Ｉｎを含まないＩＩＩ族元素とＳｂを含むＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とのヘテロ接合を含む化合物半導体装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２００２−０７８１４４号公報
【０００７】
上記特許文献１は、ＧａＩｎ（Ｎ）Ａｓ／Ｇａ（Ｎ）ＡｓＳｂ短周期超格子薄膜をＧａＩｎ（Ｎ）ＡｓＳｂ混晶の代わりに適用する方法を開示している。この方法により、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶のＩｎを含む混晶に対してＳｂを混晶化した場合の混晶化取り込み効率の低下と、ＧａＩｎ（Ｎ）ＡｓＳｂ系の混合不安定性による結晶性の悪化を回避できるとされる。
【０００８】
具体的には、窒素（Ｎ）と、Ｓｂと、窒素及びＳｂ以外の一種類以上のＶ族元素をＶ族組成として含み、かつＩｎをＩＩＩ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長方法であって、少なくともＩｎを含み、Ｓｂを含まない複数の原料を同時に供給する工程Ａ（Ｉｎを含む層Ａ）と、Ｉｎを含まず、Ｓｂを含む複数の原料を同時に供給する工程Ｂ（Ｓｂを含む層Ｂ）とを有し、該工程Ａと該工程Ｂとを含むサイクルを、一回以上繰り返すことにより結晶成長を行っている。この結晶成長方法によって、Ｉｎ原料とＳｂ原料とを分離することができ、Ｉｎを含む混晶に対するＳｂの混晶化効率の低下と結晶性の悪化を回避できる。
【０００９】
また、上記特許文献１では、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法においては基板温度４００℃〜５００℃、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法においては基板温度５５０℃で、結晶成長を行っている。
【００１０】
しかし、上記のような化合物半導体装置の製造方法（結晶成長方法）であっても、Ｉｎを含む層ＡとＳｂを含む層Ｂとの界面では、ＧａＩｎＡｓＳｂ混晶と同様に、ＩｎとＳｂとの混合不安定性の問題が無視できず、界面での結晶性が低下するという問題がある。
【００１１】
この界面での結晶性の低下の主な要因を微視的に考察すると、原子半径の大きなＩｎとＳｂの結合が生じることによる局所歪の増大が影響しているものと考えられる。特に、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤといったＶ族リッチで成長が進行する結晶成長方法では、Ｓｂを含む層Ｂが下層（基板に近い層）、Ｉｎを含む層Ａが上層（基板から遠い層）の場合に、この問題が顕著となる。また、Ｓｂを含むＶ族の層とＩｎを含むＩＩＩ族の層が隣接するため、界面にＩｎ−Ｓｂ結合が生じやすくなり、界面での結晶性が低下する。
【００１２】
この問題を解決するため、特許文献１では、上記工程Ａと上記工程Ｂとの間に、Ｉｎ及びＳｂを含まない原料を供給して、１〜２分子層のＩｎおよびＳｂを含まない層を形成する工程Ｃを含ませることを提案している。工程Ｃで形成されるＩｎおよびＳｂを含まない層Ｃの存在により、工程Ａで形成されるＩｎを含む層と工程Ｂで形成されるＳｂを含む層とが直接接触しないので、工程ＡとＢとを連続して行う場合に生じ易い、これら両層の界面での非混和性の問題が回避できるとされる。
【００１３】
しかしながら、本来必要なＩｎを含む層ＡとＳｂを含む層Ｂ以外に、ＩｎおよびＳｂを含まない層Ｃを界面挿入しなければならず、結晶成長工程が非常に複雑となり、歩留まりが悪化して生産コストが高くなる。また、求められる特性が得られない可能性があり、この技術を適用できる範囲が制限されることとなる。しかも、ＩｎおよびＳｂを含まない層の層厚は、１分子層以上、２分子層以下とすることが好ましいが、このように制御することは困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記課題を解決するものであり、平坦かつ急峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ接合を形成することを目的とする。
【００１５】
特に、ＩｎＧａＡｓのようなＩｎを含むＩＩＩ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、ＧａＡｓＳｂのようなＳｂを含むＶ族元素からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とのヘテロ接合において、界面に別の層を追加挿入することなく、成長条件を最適化することで、結晶性の高い良質なヘテロ接合を有する半導体装置の結晶成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための本発明は、少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ａｓを含みＳｂを含まない１種類以上のＶ族元素と、からなる第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＡｓとＳｂを含む２種類以上のＶ族元素と、からなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、のヘテロ接合を有する化合物半導体装置の製造方法であって、４６０℃以上５４０℃以下の温度範囲で、かつＡｓ分子線の分子種としてＡｓ４を使用した分子線エピタキシャル成長法を用いて、前記ヘテロ接合を形成することを特徴とする。
【００１７】
上記構成によると、ヘテロ接合の成長条件において、Ａｓ分子線の分子種としてＡｓ４を使用した分子線エピタキシャル成長法を用いることにより、ＩＩＩ族原子のマイグレーションが大きくなる。よって、ヘテロ界面に原子半径が大きい原子同士の結合、すなわちＩｎＳｂ結合ができなくなる。これにより、結晶性の高い良質なヘテロ結合が得られやすくなる。
【００１８】
しかし、製造時の温度を高くしすぎたり、低くしすぎたりすると、良質なヘテロ界面が形成されないため、結晶成長温度を４６０℃以上５４０℃以下とする。
【００１９】
ここで、前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長を行う工程の後に、前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の上層に、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層の結晶成長を行う構成、とすることができる。
【００２０】
また、前記へテロ接合を含む化合物半導体装置が、前記第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、前記第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、からなる短周期超格子構造を有する構成、とすることができる。
【００２１】
また、前記ヘテロ接合を含む化合物半導体装置を、ＧａＡｓ基板上に作製する構成、とすることができる。
【００２２】
また、前記ヘテロ接合を含む化合物半導体装置を、ＩｎＰ基板上に作製する構成、とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、平坦かつ急峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照にして説明する。
【００２５】
［実施の形態１］
実施の形態１では、本発明の製造方法を適用した、少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ａｓを含みＳｂを含まない１種類以上のＶ族元素と、からなる第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＡｓとＳｂを含む２種類以上のＶ族元素と、からなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、のヘテロ接合を有する量子井戸構造について説明する。
【００２６】
（実施例１）
実施例１に係る量子井戸構造１００は、図１の断面模式図に示すように、
Ａ）Ｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）１０と、
Ｂ）この基板の（１００）面上に設けられたＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）１１と、
Ｃ）このバッファー層の上に設けられたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層（層厚：１μｍ）１２と、
Ｄ）この下部クラッド層の上に設けられたＧａＡｓ下部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）１３と、
Ｅ）この下部ガイド層の上に設けられたＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層（活性層）（層厚：７ｎｍ）１４と、
Ｆ）この井戸層の上に設けられたＧａＡｓ上部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）１５と、
Ｇ）この上部ガイド層の上に設けられたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層（層厚：１μｍ）１６と、
からなる積層構造体である。
【００２７】
上記構成の量子井戸構造を、各半導体層を構成する原子（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｎ）源として、固体原料（金属Ａｌ，金属Ｇａ，金属Ｉｎ，金属Ａｓ，金属Ｓｂ）及び高周波（ＲＦ：Radio Frequency）プラズマにより活性化した窒素（Ｎ2）ガスを用いて、分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法により作製した。
【００２８】
ここで、各原料分子線の供給量および時間の調節により、上記混晶比および層厚のバッファー層１２から上部クラッド層１６を基板上に積層した成長ウエハを形成した。井戸層（活性層）の成長温度を４８０℃とし、井戸層（活性層）を除く化合物半導体層の成長温度を５２０℃とした。
【００２９】
＜井戸層の作製方法＞
上記Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層１４の形成方法について詳細に説明する。
【００３０】
上記Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層１４は、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａと、ＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂの短周期超格子構造を有する擬似混晶からなっている。
【００３１】
図２に、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＮＡｓＳｂ短周期超格子構造の結晶成長時における、原料交互供給の１サイクル分のシーケンスを示す。図中の斜線領域は、原料供給を示している。このシーケンスにおいては、まず、Ｇａ、Ａｓ、Ｎ、Ｓｂを供給し、Ｉｎを供給せずにＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂを積層する（工程１４ｂ）。次に１４ｂ層の上に、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｎを供給し、Ｓｂを供給せずにＧａＩｎＮＡｓ層１４ａを積層する（工程１４ａ）。ＩｎとＳｂが交互に供給されており、ＩｎとＳｂとが同時に供給されないことが、この短周期超格子構造の結晶成長方法の特徴である。
【００３２】
具体的に説明すると、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（工程１４ａ）は、毎時間１.０μｍの成長速度で、およそ２秒間原料を供給した。これによると層厚２分子層相当のＧａＩｎＮＡｓ層１４ａが形成される。ＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（工程１４ｂ）は、毎時間０.７μｍの成長速度でおよそ３秒間原料を供給した。これによると層厚２分子層相当のＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂが形成される。
【００３３】
したがって、シーケンスを１サイクル実行するのにおよそ５秒を要し、工程１４ａと工程１４ｂとからなる１サイクルで、層厚４分子層相当のＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065擬似混晶が結晶成長する。結晶成長の制御は、原料ビームの強度を調節することにより行った。具体的には、Ｇａ分子線を２.５×１０-7torr、Ｉｎ分子線を３.０×１０-7torr、Ａｓ分子線を１.５×１０-5torr、Ｎ2ガス供給量を０.５ｍl／ｍｉｎ、Ｓｂ分子線を１.０×１０-6torrとした。このサイクルを６回繰り返すことにより、層厚７０Åの混晶の結晶成長を行った。
【００３４】
この実施例１では、ＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（工程１４ｂ）と、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（工程１４ａ）の成長温度を４８０℃とし、Ａｓ分子線の分子種として工程１４ａ、工程１４ｂともにＡｓ４（Ａｓの４原子分子）を用いた。
【００３５】
（比較例１）
実施例１に係る井戸層の成長温度を４８０℃、Ａｓの分子種を工程１４ａ、工程１４ｂともにＡｓ２（Ａｓの２原子分子）とし、それ以外のすべての成長条件は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る量子井戸構造を作製した。
【００３６】
室温におけるＰＬ（フォトルミネッセンス）の測定は、励起光源としてアルゴンイオンレーザを用い、焦点距離３２０ｍｍ、グレーティングの本数が１５０本／ｍｍ、逆線分散が１９.２ｎｍ／ｍｍである分光器を用い、室温（２５℃）でフォトルミネッセンス・スペクトルを測定した。
【００３７】
実施例１の混晶結晶の室温におけるＰＬ発光波長はおよそ１.３μｍであり、発光の半値全幅は２０ｍｅＶであったのに対し、比較例１の混晶結晶の発光波長は１.３μｍであり、発光の半値全幅は４５ｍｅＶであった。また、比較例１における発光強度は実施例１に係る量子井戸構造の発光強度の２／５であった。
【００３８】
このことから、本発明のヘテロ接合の製造方法によると、発光の半値幅が狭く、発光強度が非常に強い発光特性を有するヘテロ接合のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶が得られることが分かる。つまり、本発明のヘテロ接合の製造方法によると、欠陥の少ない結晶性の高い結晶を提供でき、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ接合を形成できる。
【００３９】
なお、上記の実施例１、比較例１においては、Ａｓ分子線源として固体Ａｓを加熱し、発生したＡｓ分子線をさらに加熱するクラッキングセルを用いた。分子線加熱部の温度（クラッキング温度）を６００℃以下に設定することでＡｓ４を得（実施例１）、９００℃以上とすることでＡｓ２（比較例１）を得た。
【００４０】
＜作用＞
ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａとＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂの短周期超格子構造を微視的に図示した図３、図４を用いて、本発明についてさらに詳しく説明する。なお、実施例１では、混晶中に含まれるＮ組成がわずか（０.００５）であるので、以下の説明においては、Ｎの結晶への影響は無視する。
【００４１】
実施例１では、工程１４ａ、工程１４ｂを６サイクル実行しているので、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａとＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂの界面としては、図３のようなＧａＩｎＮＡｓ層１４ａを下層とし、ＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂを上層とする界面と、図４のようにＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂを下層とし、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａを上層とする界面とが存在することとなる。ヘテロ接合の結晶性に着眼した場合、図４のようなＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（下層）と、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（上層）の界面において、界面の結晶性低下の問題が顕著であると考えられる。この理由を以下に説明する。
【００４２】
図３に示したようにＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（下層）と、ＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（上層）の界面の場合、ＧａＩｎＮＡｓ層１４ａを１分子層ごとで示すと、１４ａ−ＩＩＩのようなＧａとＩｎを含むＩＩＩ族の層と、１４ａ−ＶのようなＡｓを含むＶ族の層が交互に重なっている。Ｖ族リッチな成長条件（Ａｓ／ＩＩＩ＝５程度）で成長を行っているので、界面における下層は必ずＶ族元素で終わり、上層はＩＩＩ族元素で始まる界面となる。図３に示したＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（下層）とＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（上層）の界面の場合、下層のＶ族層はＡｓのみであり、上層のＩＩＩ族層はＧａのみである。したがって、界面での結合はほとんどがＧａ−Ａｓ結合となり、原子半径の大きいＩｎとＳｂとが結合することがないので、安定となる。
【００４３】
一方、図４に示したＧａＮＡｓＳｂ層１４ｂ（下層）とＧａＩｎＮＡｓ層１４ａ（上層）の界面の場合、下層のＶ族層１４ｂ−ＶはＡｓとＳｂであり、上層のＩＩＩ族層１４ａ−ＩＩＩはＧａとＩｎである。したがって、界面での結合はＧａＡｓ、ＧＡＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂの結合が生じうる。ここで、原子半径の大きなＩｎとＳｂ同士が結合したＩｎＳｂ結合が生じた場合、局所的に歪が生じるため、歪を緩和させるような転位や結晶欠陥が生じやすくなり、その界面で結晶性が低下する。
【００４４】
ここで、成長温度とＡｓ分子種の組み合わせを、成長温度４６０℃以上５４０℃以下、さらに好ましくは成長温度４６０℃以上５００℃以下とし、かつＡｓの分子種を４原子分子とすることにより、ヘテロ接合の成長条件において、ＩＩＩ族原子のマイグレーションを大きくすることができる。マイグレーションが大きくなると、界面にＩｎＳｂ結合ができにくくなる。
【００４５】
この理由は、界面成長時に適度な熱エネルギーを加えること、また、Ａｓの分子種を２原子分子に比べて不活性な（反応性の低い）４原子分子とすることで、ＩＩＩ族原子（本実施例の場合ＧａとＩｎ）のマイグレーションが大きくなり、不安定な結合であるＩｎＳｂができにくくなるためであると考えられる。
【００４６】
他方、Ａｓの分子種をＡｓ４よりも反応性の高いＡｓ２とした場合、ＩＩＩ族原子のマイグレーションが小さくなり、不安定な結合であるＩｎＳｂができやすくなる。
【００４７】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓ層中のＩｎ、ＧａＮＡｓＳｂ層中のＳｂのいずれかが５０％より多い場合には、Ｉｎ、Ｓｂが過大であるので、本発明の製造方法を採用しても、ヘテロ界面にＩｎＳｂ結合が生じる。他方、Ｉｎ、Ｓｂがいずれも１％以下の場合には、上記方法を採用しない場合でもヘテロ界面にＩｎＳｂ結合が生じにくく、Ｉｎ、Ｓｂを含ませることによる効果が得られない。このため、Ｉｎ、Ｓｂは、好ましくはそれぞれ１〜５０％とする。
【００４８】
（積層構造２００−Ａｓ２、２００−Ａｓ４）
図５は、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合を有する積層構造２００の断面模式図である。
この積層構造２００は、図５に示すように、
半絶縁性ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）２２と、この基板の（１００）面上に設けられたＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）２１と、このバッファー層の上に設けられたＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子層（層厚：０.４μｍ）２０からなる積層構造体である。下地（ＧａＡｓバッファー層２１）からの影響を避ける必要性から、積層構造の層厚を０.４μｍとし、プラズモン結合モードの影響を避けるためバッファー層はアンドープとし、基板は半絶縁性ＧａＡｓ基板を使用した。
【００４９】
ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子層（層厚：０.４μｍ）２０は、ＧａＩｎＡｓ層２０ａ（２分子層）と、ＧａＡｓＳｂ層２０ｂ（２分子層）を１周期とする構造を３５０周期繰り返した構造である。
【００５０】
（積層構造３００−Ａｓ２、３００−Ａｓ４）
図６は、ＧａＩｎＡｓ層を有する積層構造３００の断面模式図である。
この積層構造３００は、図６に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）３２と、この基板の（１００）面上に設けられたＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）３１と、このバッファー層の上に設けられたＧａＩｎＡｓ層（層厚：０.４μｍ）３０と、からなる積層構造体である。膜厚設定、材料の選択は、上記積層構造２００と同じである。
【００５１】
（積層構造４００-Ａｓ２、４００-Ａｓ４）
図７は、ＧａＡｓＳｂ層を有する積層構造４００の断面模式図である。
この積層構造４００は、図７に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）４２と、この基板の（１００）面上に設けられたＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）４１と、このバッファー層の上に設けられたＧａＡｓＳｂ層（層厚：０.４μｍ）４０と、からなる積層構造体である。膜厚設定、材料の選択は、上記積層構造２００と同じである。
【００５２】
上記構成の積層構造を、各半導体層を構成する原子（Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ）源として、固体原料（金属Ｇａ、金属Ｉｎ、金属Ａｓ、金属Ｓｂ）を用いて、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により作製した。ＧａＩｎＡｓ層については、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ａｓ混晶が結晶成長するように、ＧａＡｓＳｂ層については、ＧａＡｓ0.88Ｓｂ0.12混晶が結晶成長するように原料ビームの強度を調節した。
【００５３】
それぞれの積層構造について、成長条件として、成長温度を４８０℃、Ａｓの分子種をＡｓ２（成長条件１）のものと、成長温度を４８０℃、Ａｓの分子種をＡｓ４（成長条件２）のものの２種類作製した。
【００５４】
上記６つの積層構造（２００〜４００、Ａｓ２及びＡｓ４）についてラマン測定を行い、ラマンスペクトルを測定した。このラマンスペクトルより、ＧａＡｓ結合に起因するピーク（ＧａＡｓ−likeモード）、ＧＡＳｂ結合に起因するピーク（ＧＡＳｂ−likeモード）、ＩｎＡｓ結合に起因するピーク（ＩｎＡｓ−likeモード）、ＩｎＳｂ結合に起因するピーク（ＩｎＳｂ−likeモード）の同定を行い、強度比較を行った。励起光源は無偏光の波長６３２.８ｎｍのヘリウムネオンレーザを用いた。
【００５５】
成長条件１（成長温度：４８０℃、Ａｓの分子種：Ａｓ２）の３つの積層構造２００−Ａｓ２、３００−Ａｓ２、４００−Ａｓ２についてのラマンスペクトル分析結果を下記表１に示す。
【００５６】
【表１】
2006294818.tif 000003
【００５７】
上記表１から、ＧａＩｎＡｓ層を有する積層構造３００−Ａｓ２においては、ＧａＩｎＡｓ層に起因するＧａＡｓ結合（ＧａＡｓ−likeモード）、ＩｎＡｓ結合（ＩｎＡｓ−likeモード）のみが観測され、ＧａＡｓＳｂ層を有する積層構造４００-Ａｓ２においては、ＧａＡｓＳｂ層に起因するＧａＡｓ結合（ＧａＡｓ−likeモード）、ＧＡＳｂ結合（ＧＡＳｂ−likeモード）のみが観測されていることがわかる。
【００５８】
一方で、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子）を有する積層構造２００−Ａｓ２では、ＧａＩｎＡｓ層、ＧａＡｓＳｂ層に起因するのＧａＡｓ結合（ＧａＡｓ−likeモード）、ＧＡＳｂ結合（ＧＡＳｂ−likeモード）、ＩｎＡｓ結合（ＩｎＡｓ−likeモード）に加えて、ＧａＩｎＡｓ層とＧａＡｓＳｂ層とのヘテロ接合界面で生じるＩｎＳｂ結合に起因するピーク（ＩｎＳｂ−likeモード）が観測された。
【００５９】
また、これらのモードより低波数側にブロードなモード（不規則モード）が観測された。これは不規則活性ラマン散乱によるものであると考えられる。不規則活性ラマン散乱とは、局所歪などの導入により結晶の対称性が低下し、本来禁制なモードが活性化されたものである。これらの結果より、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合を有する積層構造２００−Ａｓ２では、ＩｎＳｂ結合が生じているとともに、局所歪が生じていると考えられる。
【００６０】
したがって、成長温度を４８０℃、Ａｓの分子種をＡｓ２として成長させたＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子）においては、ＩｎＳｂ結合が生じやすく、それに起因した局所歪が発生するために、結晶欠陥や転位が発生しやすく、結晶性が低下することがわかる。
【００６１】
次に、成長条件２（成長温度：４８０℃、Ａｓの分子種：Ａｓ４）の３つの積層構造２００−Ａｓ４、３００−Ａｓ４、４００−Ａｓ４についてのラマンスペクトル分析結果を下記表２に示す。
【００６２】
【表２】
2006294818.tif 000004
【００６３】
上記表１及び表２から、成長条件２（成長温度：４８０℃、Ａｓの分子種：Ａｓ４）であり、ＧａＩｎＡｓ層を有する積層構造３００-Ａｓ４、及びＧａＡｓＳｂ層を有する積層構造４００-Ａｓ４においては、成長条件１（成長温度：４８０℃、Ａｓの分子種：Ａｓ２）である積層構造３００−Ａｓ４、４００−Ａｓ４と同様に、ＧａＡｓ結合（ＧａＡｓ−likeモード）、ＧＡＳｂ結合（ＧＡＳｂ−likeモード）又はＩｎＡｓ結合（ＩｎＡｓ−likeモード）のみが観測されていることがわかる。
【００６４】
一方、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子）を有する積層構造２００−Ａｓ４においては、成長条件１（成長温度：４８０℃、Ａｓの分子種：Ａｓ２）である２００−Ａｓ４では観測されたＩｎＳｂ−likeモードは、観測されなかった。また、不規則モードも観測されなかった（ＧａＡｓ結合（ＧａＡｓ−likeモード）、ＧＡＳｂ結合（ＧＡＳｂ−likeモード）、ＩｎＡｓ結合（ＩｎＡｓ−likeモード）のみが観測された。）。
【００６５】
つまり、成長温度を４８０℃、Ａｓ分子線の分子種をＡｓ４として成長させたＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子）においては、ＩｎＳｂ結合が生じない。よって、局所歪が発生しないため、結晶性が低下しない。
【００６６】
＜成長温度と発光強度の関係＞
さらに、成長温度を３９０℃〜６００℃の範囲内で変化させたこと以外は、上記実施例１又は比較例１と同様にして結晶成長を行った１７種類ずつの量子井戸構造を作製し、その発光強度を測定した。成長温度と発光強度の相関を図８に示す。図８のグラフの横軸は成長温度を、縦軸は発光強度を表し、Ａｓ分子線の分子種としてＡｓ４を用いかつ成長温度４８０℃で結晶成長を行った量子井戸構造の発光強度を１とした相対値で示している。なお、図中の三角印（▲）がＡｓ４を用いたものを示し、四角印（□）がＡｓ２を用いたものを示す。
【００６７】
図８から、Ａｓ分子線の分子種としてＡｓ４を用いた場合、成長温度が４６０℃以上５４０℃以下において、相対発光強度が０.７５以上と高い。４６０℃以上５００℃において発光強度０.９５以上ときわめて高く、ほぼ一定値を示している。一方、４６０℃未満の温度では成長温度の低下に伴い発光強度が低下している。また、５４０℃より高い温度においては成長温度の上昇に伴い発光強度が低下している。
【００６８】
また、Ａｓ分子線の分子種としてＡｓ２を用いた場合、Ａｓ４を用いた場合と異なり、ある成長温度を臨界点にして発光強度が大きく異なることはないが、４８０℃から５００℃付近の成長温度をピークに発光強度が最も増加している。しかし、その発光強度は、同一成長温度におけるＡｓ４成長の場合の約４０％である。そして、４８０℃未満の温度では成長温度の低下に伴い発光強度が低下し、５００℃より高い温度においては成長温度の上昇に伴い発光強度が低下している。
【００６９】
したがって、本発明にかかる少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ｓｂを含まない１種類以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＳｂを含む１種類以上のＶ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とのヘテロ接合の製造方法により製造されたヘテロ接合を有する量子井戸構造の成長条件として、成長温度が４６０℃以上５４０℃以下かつＡｓ分子線の分子種としてＡｓ４を用いて作製した場合に、発光強度が高く、高品位なヘテロ接合を有する量子井戸構造を作製できる。
【００７０】
以上説明したように、実施例１にかかる製造方法であると、ＧａＩｎＡｓ層とＧａＡｓＳｂ層とのヘテロ接合作製時の、ＩＩＩ族元素のマイグレーションが増加するので、ＧａＡｓ結合、ＧＡＳｂ結合、ＩｎＡｓ結合より結合力の弱いＩｎＳｂ結合が形成されなくなる。よって、これに起因した局所歪、結晶欠陥や転位など結晶性を低下させる要因の発生が抑えられる。その結果、高品質なヘテロ接合を有する量子井戸構造を作製できる。
【００７１】
このようにして作製された量子井戸構造は、工業的には、半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイスや、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光デバイスなどに応用することができる。
【００７２】
＜レーザダイオードへの適用＞
上記実施例１に係る技術を半導体レーザに適用した１例を以下に示す。図９は、本発明にかかる化合物半導体装置の製造方法により製造された量子井戸構造を適用した半導体レーザ素子５００を断面模式図である。
【００７３】
半導体レーザ素子は、
Ａ）Ｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）５１と、
Ｂ）この基板の（１００）面上に設けられたＮ型ＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）５２と、
Ｃ）このバッファー層の上に設けられたＮ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層（層厚：１μｍ）５３と、
Ｄ）この下部クラッド層の上に設けられたアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ下部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）５４ａと、
Ｅ）この下部ガイド層の上に設けられたＧａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層（活性層）（層厚：７ｎｍ）５５と、
Ｆ）この井戸層の上に設けられたアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ上部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）５４ｂと、
Ｇ）この上部ガイド層の上に設けられたＰ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層（層厚：１μｍ）５６と、
Ｈ）この上部クラッド層の上に設けられたＰ型ＧａＡｓコンタクト層（層厚：０.５μｍ）５７およびポリイミド電流狭窄層５８と、
からなる積層構造体であり、さらに、ＡｕＧｅ電極金属５９ａとＡｕＺｎ電極５９ｂとが設けられている。
【００７４】
上記構成の半導体レーザ素子を、各半導体層を構成する原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｎ）源として、固体原料（金属Ａｌ、金属Ｇａ、金属Ｉｎ、金属Ａｓ、金属Ｓｂ）や、高周波（RF：Radio Frequency）プラズマにより活性化した窒素ガス（Ｎ2ガス）を用いて、分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法により作製した。
【００７５】
ここで、各原料分子線の供給量および時間の調節により、上記混晶比および層厚のバッファー層５２からコンタクト層５７を基板上に積層した成長ウエハを形成した。また、半導体層の導電型を制御するドーパントを添加させる場合には、半導体層の形成時に、Ｎ型ドーパントとしての固体ケイ素（Ｓｉ）またはＰ型ドーパントとして固体ベリリウム（Be）を同時に供給した。また、井戸層（活性層）の成長温度を４６０℃とし、活性層を除く半導体層の成長温度を５２０℃とした。
【００７６】
次に、フォトリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて、この成長ウエハの上面が図９に示すような３μｍ幅のストライプ状のリッジ型導波路構造となるように、コンタクト層５７と上部クラッド層５６の一部をエッチングした。このリッジ型導波路構造の側面とリッジ構造部以外の上部クラッド層５６の表面にポリイミドによる電流狭窄層５８を形成した。また、この電流狭窄層５８とコンタクト層５７の表面にＡｕＺｎからなる金属電極５９ｂを、この成長ウエハの裏面にＡｕＧｅからなる電極金属５９ａを形成し、半導体レーザ素子ウエハを完成させた。
【００７７】
最後に、この半導体レーザ素子ウエハをリッジ型導波路構造と垂直な方向に劈開してレーザ共振器の端面ミラーを形成した後、分割し、半導体レーザ素子５００を得た。この半導体レーザ素子５００は、発振しきい値電流密度２００［Ａ／ｃｍ2］（０.２ｋＡ／ｃｍ2）にて、波長１．３μｍでレーザ発振を生じた。
【００７８】
（実施例２）
ＭＢＥ、ＩｎＰ基板、Ｔｇ＝５００℃
実施例２に係る量子井戸構造６００は、積層構造がＩｎＰ基板上に設けられており、成長温度５００℃で結晶成長させ、ヘテロ接合を形成させている点において、上記実施例１と異なる。
【００７９】
この量子井戸構造６００は、図１０の断面模式図に示すように、
Ａ）Ｎ型ＩｎＰ基板（厚さ：１００μｍ）６０と、
Ｂ）この基板の（１００）面上に設けられたＩｎＰバッファー層（層厚：０.５μｍ）６１と、
Ｃ）このバッファー層の上に設けられたＩｎＰ下部クラッド層（層厚：１μｍ）６２と、
Ｄ）この下部クラッド層の上に設けられたＧａＩｎＡｓＰ下部ガイド層（λ＝１３７０ｎｍ相当の組成）（層厚：０.１５μｍ）６３と、
E）この下部ガイド層の上に設けられたＧａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ0.6Ｓｂ0.4井戸層（活性層）（層厚：８ｎｍ）６４と、
F）この井戸層の上に設けられたＧａＩｎＡｓＰ上部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）６５と、
G）この上部ガイド層の上に設けられたＩｎＰ上部クラッド層（層厚：１.５μｍ）６６と、
からなる積層構造体である。
【００８０】
上記構成の量子井戸構造を、各半導体層を構成する原子（Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐ）源として、固体原料（金属Ｇａ、金属Ｉｎ、金属Ａｓ、金属Ｓｂ、金属Ｐ）を用いて、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により作製した。
【００８１】
ここで、各原料分子線の供給量および時間の調節により、上記混晶比および層厚のバッファー層６２から上部クラッド層６６を基板上に積層した成長ウエハを形成した。井戸層（活性層）の成長温度を５００℃とし、活性層を除く半導体層の成長温度を６４０℃とした。
【００８２】
＜井戸層の作製方法＞
上記Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ0.6Ｓｂ0.4井戸層６４の形成方法についてさらに詳細に説明する。
上記Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層６４は、ＧａＩｎＡｓ層６４ａと、ＧａＡｓＳｂ層６４ｂの短周期超格子構造を有している。
【００８３】
ＧａＩｎＡｓ層６４ａは、毎時間１.０μｍの成長速度でおよそ２秒間原料を供給し、層厚２分子層相当である。ＧａＡｓＳｂ層１４ｂは、毎時間０.７μｍの成長速度で約３秒間原料を供給し、層厚２分子層相当である。したがって、シーケンスを１サイクル実行するのに約５秒を要し、ＧａＩｎＡｓ層６４ａとＧａＡｓＳｂ層６４ｂとからなる１サイクルで、膜厚４分子層相当のＧａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ0.6Ｓｂ0.4混晶が結晶成長する。この成長条件の制御は、原料ビームの強度調節により行った。このサイクルを６回繰り返すことにより（約３０秒）、層厚２４分子層相当（８０Å）の混晶結晶を成長させた。
【００８４】
このとき、ＧａＩｎＡｓ層６４ａと、ＧａＡｓＳｂ層６４ｂの成長温度を５００℃、Ａｓの分子種はＡｓ４とした。
【００８５】
（比較例２）
成長温度を４３０℃、Ａｓの分子種をＡｓ２としたこと以外は、上記実施例２に係る量子井戸構造と同様にして、比較例２に係る量子井戸構造を作製した。
【００８６】
実施例２及び比較例２に係る量子井戸構造の室温におけるＰＬ（フォトルミネッセンス）を測定したところ、実施例２のＰＬ発光波長はおよそ１.７μｍ、発光の半値全幅は２５ｍｅＶであるのに対し、比較例２では、発光波長は１.７μｍ、発光の半値全幅は５０ｍｅＶであった。また、実施例２の発光強度は、比較例２の発光強度の約７倍であった。
【００８７】
このことから、本発明のヘテロ接合の製造方法により製造されたヘテロ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶であると、発光の半値幅が狭く、発光強度の非常に強い発光特性の優れた結晶が得られることが分かる。よって、ＧａＡｓ基板ではなく、ＩｎＰ基板を用いた場合にも、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ接合を形成できることが分かる。
【００８８】
（実施例３）
ＭＢＥ、タイプＩＩ、Ｔｇ＝４９０℃
実施例３に係る量子井戸構造７００は、ヘテロ接合を有する量子井戸構造がタイプＩＩ構造である点において、上記実施例１と異なる。
【００８９】
この量子井戸構造７００は、図１１の断面模式図に示すように、
Ａ）Ｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ：１００μｍ）７０と、
Ｂ）この基板の（１００）面上に設けられたＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）７１と、
Ｃ）このバッファー層の上に設けられたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層（層厚：１μｍ）７２と、
Ｄ）この下部クラッド層の上に設けられたＧａＡｓ下部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）７３と、
Ｅ）この下部ガイド層の上に設けられたＧａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ／ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45／Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ井戸層（活性層）（層厚：７ｎｍ）７４と、
Ｆ）この井戸層の上に設けられたＧａＡｓ上部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）７５と、
Ｇ）この上部ガイド層の上に設けられたＡｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層（層厚：１μｍ）７６と、
からなる積層構造体である。
【００９０】
上記構成の量子井戸構造を、各半導体層を構成する原子（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｐ）源として、固体原料（金属Ａｌ、金属Ｇａ、金属Ｉｎ、金属Ａｓ、金属Ｓｂ、金属Ｐ）を用いて、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法により作製した。
【００９１】
ここで、各原料分子線の供給量および時間の調節により、上記混晶比および層厚のバッファー層７２から上部クラッド層７６を基板上に積層した成長ウエハを形成した。井戸層（活性層）の成長温度を４９０℃とし、活性層を除く半導体層の成長温度を６００℃とした。
【００９２】
＜井戸層の作製方法＞
上記Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ／ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45／Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ井戸層７４の形成方法についてさらに説明する。
【００９３】
上記Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ／ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45／Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ井戸層７４は、Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ層７４ａと、ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45層７４ｂと、Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ層７４ｃとからなるタイプIIへテロ構造を有している。
【００９４】
ＧａＩｎＡｓ層７４ａとＧａＩｎＡｓ層７４ｃは、毎時間１.０μｍの成長速度でおよそ１１秒間原料を供給した。層厚は約３０Åであった。ＧａＰＡｓＳｂ層７４ｂは、毎時間０.７μｍの成長速度で約１５秒間原料を供給した。層厚は約３０Åであった。したがって、井戸層全体で約３７秒を要し、層厚８０Åの混晶結晶を成長させた。この際、原料ビームの強度を調節し、各層の組成がＧａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ／ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45／Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓとなるようにした。
【００９５】
また、Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ／ＧａＰ0.15Ａｓ0.4Ｓｂ0.45／Ｇａ0.4Ｉｎ0.6Ａｓ井戸層７４の成長温度を４９０℃とし、Ａｓの分子種はＡｓ４とした。
【００９６】
（比較例３）
成長温度を４３０℃、Ａｓの分子種をＡｓ２としたこと以外は、上記実施例３と同様にして、比較例３に係る量子井戸構造を作製した。
【００９７】
実施例３に係る量子井戸構造の室温におけるＰＬ（フォトルミネッセンス）発光波長はおよそ１.２７μｍ、発光の半値全幅は２０ｍeＶであった。また、比較例３に係る量子井戸構造の室温におけるＰＬ発光波長は１.２５μｍ、発光の半値全幅は４５ｍeＶであった。また、実施例３の発光強度は、比較例３の約１０倍であった
【００９８】
このことから、本発明のヘテロ接合の製造方法によると、タイプＩＩ構造であっても、優れた特性のヘテロ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置が得られることがわかる。
【００９９】
（その他の事項）
上記実施例では、本発明にかかる少なくともＩｎを含む１種類以上のＩＩＩ族元素と、Ｓｂを含まない１種類以上のＶ族元素とからなる第１のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層と、Ｉｎを含まない１種類以上のＩＩＩ族元素と、少なくともＳｂを含む１種類以上のＶ族元素とからなる第２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層とのヘテロ接合の一例として、ＧａＡｓ基板上／短周期超格子構造（実施例１）、ＩｎＰ基板上／短周期超格子構造（実施例２）、及びＧａＡｓ基板上／タイプＩＩダブルへテロ構造（実施例３）を示したが、ヘテロ接合を有する構造であれば、構造の種類はこれらに限定されない。また、基板と構造の組み合わせもこれらに限定されない。
【０１００】
また、上記実施例ではクラッキングによりＡｓ４を得たが、クラッキングを行わないでもよい。また、クラッキングを用いる場合、純度の高いＡｓ４を得るために、クラッキング温度を６５０℃以下とすることが好ましい。
【０１０１】
また、Ｉｎ以外のＩＩＩ族元素としては、Ｇａ、Ａｌ、Ｔｌ等を用いることができ、Ａｓ，Ｓｂ以外のＶ族元素としては、Ｎ、Ｐ等を用いることができる。
【０１０２】
また、本発明の製造方法によって作製されたヘテロ接合を有する構造は、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）などの発光／受光デバイスだけでなく、バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などの電子デバイスにも適用することができる。
【０１０３】
なお、本明細書を通じて、用語「上」は基板から離れる方向を示し、用語「下」は基板へ近づく方向を示すものとする。ここで、結晶成長は「下」から「上」の方向へ向かって進行する。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上に説明したように、本発明によると、平坦かつ急峻で、不純物や欠陥の少ない高品質なヘテロ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を実現でき、これにより発光特性に優れた量子井戸レーザを提供できる。したがって、産業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、実施例１に係る量子井戸構造（短周期超格子構造）１００を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ成長時の原料供給シーケンスを示す図である。
【図３】図３は、ＧａＩｎＡｓ層（下層）とＧａＡｓＳｂ層（上層）とのヘテロ接合付近の原子配列の模式図である。
【図４】図４は、ＧａＡｓＳｂ層（下層）とＧａＩｎＡｓ層（上層）とのヘテロ接合付近の原子配列の模式図である。
【図５】図５は、ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合（ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ短周期超格子）を有する積層構造２００を示す模式的な断面図である。
【図６】図６は、ＧａＩｎＡｓを有する積層構造３００を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、ＧａＡｓＳｂを有する積層構造４００を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、量子井戸構造作製時のＡｓ分子種及び成長温度と、発光強度との相関を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明に係る量子井戸構造（短周期超格子構造）を適用した半導体レーザ素子５００を示す模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、実施例２に係る量子井戸構造（短周期超格子構造）６００を示す模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係る量子井戸構造（タイプＩＩダブルへテロ量子井戸構造）７００を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１００          量子井戸構造（短周期超格子構造）
１０            ＧａＡｓ基板
１１            ＧａＡｓバッファー層
１２            ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
１３            ＧａＡｓ下部ガイド層
１４            井戸層
１４ａ          ＧａＩｎＡｓ層
１４ｂ          ＧａＡｓＳｂ層
１５            ＧａＡｓ上部ガイド層
１６            ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
１４ａ−ＩＩＩ  ＧａＩｎＡｓ層中のＩＩＩ族原子層
１４ａ−Ｖ      ＧａＩｎＡｓ層中のＶ族原子層
１４ｂ−ＩＩＩ  ＧａＡｓＳｂ層中のＩＩＩ族原子層
１４ｂ−Ｖ      ＧａＡｓＳｂ層中のＶ族原子層
２００          ＧａＩｎＡｓとＧａＡｓＳｂとのヘテロ接合を有する積層構造
２０            ＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓＳｂ層短周期超格子構造
２０ａ          ＧａＩｎＡｓ層
２０ｂ          ＧａＡｓＳｂ層
２１            ＧａＡｓバッファー層
２２            半絶縁性ＧａＡｓ基板
３００          ＧａＩｎＡｓを有する積層構造
３０            ＧａＩｎＡｓ層
３１            ＧａＡｓバッファー層
３２            半絶縁性ＧａＡｓ基板
４００          ＧａＡｓＳｂを有する積層構造
４０            ＧａＡｓＳｂ層
４１            ＧａＡｓバッファー層
４２            半絶縁性ＧａＡｓ基板
５００          半導体レーザ構造
５１            Ｎ型ＧａＡｓ基板
５２            Ｎ型ＧａＡｓバッファー層（層厚：０.５μｍ）
５３            Ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ下部クラッド層（層厚：１μｍ）
５４ａ          アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ下部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）
５４ｂ          アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ａｓ上部ガイド層（層厚：０.１５μｍ）
５５            Ｇａ0.75Ｉｎ0.25Ｎ0.005Ａｓ0.93Ｓｂ0.065井戸層（活性層）（層厚：７ｎｍ）
５６            Ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ａｓ上部クラッド層（層厚：１μｍ）
５７            Ｐ型ＧａＡｓコンタクト層（層厚：０.５μｍ）
５８            ポリイミド電流狭窄層
５９ａ          ＡｕＧｅ電極金属
５９ｂ          ＡｕＺｎ電極
６００          量子井戸構造（短周期超格子構造）
６０            ＩｎＰ基板
６１            ＩｎＰバッファー層
６２            ＩｎＰ下部クラッド層
６３            ＧａＩｎＡｓＰ下部ガイド層
６４            井戸層
６４ａ          ＧａＩｎＡｓ層
６４ｂ          ＧａＡｓＳｂ層
６５            ＧａＩｎＡｓＰ上部ガイド層
６６            ＩｎＰ上部クラッド層
７００          量子井戸構造（タイプIIダブルへテロ量子井戸構造）
７０            ＧａＡｓ基板
７１            ＧａＡｓバッファー層
７２            ＡｌＧａＡｓ下部クラッド層
７３            ＧａＡｓ下部ガイド層
７４            井戸層
７４ａ          ＧａＩｎＡｓ層
７４ｂ          ＧａＰＡｓＳｂ層
７４ｃ          ＧａＩｎＡｓ層
７５            ＧａＡｓ上部ガイド層
７６            ＡｌＧａＡｓ上部クラッド層
【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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【図１０】
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【図１１】
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