(57)【要約】【課題】本発明は、格子歪みがなく、平坦な一面を有するデバイス作製用基板、その簡便な製造方法、上記構造を用いた近赤外線発光デバイスを提供することを課題とする。【解決手段】ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板１１に形成したＧａＡｓバッファ層１２の（１１１）Ａ面１２ａに格子緩和層１３と被格子緩和層１４をこの順序で積層したデバイス作製用基板であって、格子緩和層１３が膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜であり、被格子緩和層１４がＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）であることを特徴とするデバイス作製用基板３１を用いることにより、前記課題を解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面に格子緩和層と被格子緩和層をこの順序で積層したデバイス作製用基板であって、
前記格子緩和層が膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜であり、
前記被格子緩和層がＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）であることを特徴とするデバイス作製用基板。
【請求項２】
前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａ又はＡｌであることを特徴とするデバイス作製用基板。
【請求項３】
前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａであり、前記被格子緩和層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）であることを特徴とするデバイス作製用基板。
【請求項４】
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）の膜厚が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とするデバイス作製用基板。
【請求項５】
ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面上に、膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜からなる格子緩和層を形成する工程と、
前記格子緩和層上にＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）からなる被格子緩和層を形成する工程と、を有することを特徴とするデバイス作製用基板の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス作製用基板のＩｎＧａＡｓ薄膜のデバイス作製面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成したことを特徴とする近赤外線発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デバイス作製用基板、その製造方法及び近赤外線発光デバイスに関する。特に、格子歪みがなく、平坦な一面を有するデバイス作製用基板、その製造方法及び近赤外線発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
格子歪みがなく、平坦な一面を有するＩｎＧａＡｓ（砒化インジウムガリウム）薄膜は、その上に、バンドギャップ及び格子定数を広い範囲で自由に制御可能なデバイスを構築できる基板として検討されている。特に、高移動度電子半導体デバイスや近赤外発光デバイス等への応用が期待されている。
【０００３】
通常、前記ＩｎＧａＡｓ薄膜は、市販されているＧａＡｓ（砒化ガリウム）半導体基板上にエピタキシャル成長させて作製される。
しかし、エピタキシャル成長の際、前記ＩｎＧａＡｓ薄膜の格子定数とＧａＡｓ基板の格子定数の相違により、ＩｎＧａＡｓ薄膜にＧａＡｓ基板との格子不整合に起因する歪みが生じ、更に、貫通転位などの欠陥が伝搬するという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために様々な対策が取られてきた。
例えば、特許文献１では、欠損型化合物層である（Ｇａ２Ｓｅ３）を界面に導入する事により歪みを緩和し、転位の発生伝搬を抑制している。しかし、Ｓｅを含む化合物の導入は、蒸気圧が高いためにＧａＡｓの品質を大幅に低下させた。
【０００５】
特許文献２では、多孔質化したＧａＡｓを界面に導入する事により、転位の抑制を試みている。しかし、多孔質化したＧａＡｓ形成では、複雑なプロセスの導入が必要となり、歩留まりが悪化し、コストを高めた。
【０００６】
非特許文献１では、有機気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用い、ＧａＡｓ（１００）基板上に１ミクロン以上の格子緩和層と呼ばれるＩｎＧａＡｓ中間層を導入して、歪みに起因する転位がＩｎ０．３Ｇａ０．７Ａｓ疑似基板に伝搬するのを防いでいる。しかし、５００ｎｍ以上という非常に厚い格子緩和層を導入する事により、製造コストを増大させるという問題を発生させた。
【０００７】
非特許文献２には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用い、ＧａＡｓ（１００）基板上に組成の異なるＩｎＧａＡｓを３層積層することにより、同様に転位がＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ疑似基板に伝搬するのを防いでいる。しかし、３層導入により、製造コストを増大させるという問題を発生させた。また、実用の際には結晶成長に必要なコストと作製の手間を大幅に悪化させた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−６６３６６号公報
【特許文献２】特開２００３−８６６０７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｈ．-Ｑ．Ｎｇｕｙｅｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５，（２０１２）０５５５０３．
【非特許文献２】Ｚ．Ｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ＆  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｂ２６，（２００８）１１５３．
【非特許文献３】Ａ．Ｏｈｔａｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８４，（２０００）４６６５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、格子歪みがなく、平坦な一面を有するデバイス作製用基板、その簡便な製造方法、上記構造を用いた近赤外線発光デバイスを提供することを課題とする。
【００１１】
本発明者は、上記事情を鑑みて、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いてＧａＡｓ（１１１）Ａ基板上に高品質の単結晶ＩｎＡｓ薄膜を結晶成長により形成する研究を行ってきた（非特許文献３）。この研究では、分子線エピタキシー法をもちいて、ＧａＡｓ（１１１）Ａ基板表面上にＩｎＡｓを成長させた場合、成長初期に転位が導入されて急峻に歪みが緩和することにより、高品質で平坦なＩｎＡｓ層を成長可能であることを報告した。そしてその成長の初期において、ＩｎＡｓ表面の面内の格子定数がＧａＡｓからＩｎＡｓへと変化することを報告した。これらの知見に基づいて、試行錯誤を行った結果、ＧａＡｓの（１１１）Ａ面上に、０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ未満の厚さのＩｎＡｓ薄膜（格子緩和層）を導入するだけで、格子歪みがなく、平坦な一面を有するＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ薄膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）（被格子緩和層）を形成することができ、本研究を完成した。また、被格子緩和層の上に量子井戸構造を形成することにより、近赤外域で発光するデバイスを作製できた。
本発明は、以下の構成を有する。
【００１２】
（１）  ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面に格子緩和層と被格子緩和層をこの順序で積層したデバイス作製用基板であって、前記格子緩和層が膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜であり、前記被格子緩和層がＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）であることを特徴とするデバイス作製用基板。
【００１３】
（２）  前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａ又はＡｌであることを特徴とするデバイス作製用基板。
（３）  前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａであり、前記被格子緩和層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）であることを特徴とするデバイス作製用基板。
（４）  前記ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）の膜厚が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とするデバイス作製用基板。
【００１４】
（５）  ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面上に、膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜からなる格子緩和層を形成する工程と、前記格子緩和層上にＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）からなる被格子緩和層を形成する工程と、を有することを特徴とするデバイス作製用基板の製造方法。
【００１５】
（６）  （１）〜（４）のいずれかに記載のデバイス作製用基板のＩｎＧａＡｓ薄膜のデバイス作製面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成したことを特徴とする近赤外線発光デバイス。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のデバイス作製用基板は、ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面に格子緩和層と被格子緩和層をこの順序で積層したデバイス作製用基板であって、前記格子緩和層が膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜であり、前記被格子緩和層がＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）である構成なので、格子緩和層が被格子緩和層の格子定数の歪みを無くし、被格子緩和層の露出面を二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面とすることができ、膜厚を精密に限定して積層膜を形成することができ、所望の量子井戸構造を形成できる。これにより、優れた近赤外線発光デバイスを構築できる。
【００１７】
本発明のデバイス作製用基板の製造方法は、ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面上に、膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜からなる格子緩和層を形成する工程と、前記格子緩和層上にＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）からなる被格子緩和層を形成する工程と、を有する構成なので、二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面を有する被格子緩和層を、非常に薄い格子緩和層を導入するだけで簡単に形成でき、二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面を有するデバイス作製用基板を簡便に製造できる。
【００１８】
本発明の近赤外線発光デバイスは、先に記載のデバイス作製用基板のＩｎＧａＡｓ薄膜のデバイス作製面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成した構成なので、発光波長を近赤外に限定した発光デバイスとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の一例を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態である近赤外線発光デバイスの一例を示す側面図である。
【図４】ＧａＡｓ（１１１）A基板をインジウムハンダでモリブデン製基板ホルダに貼り付けてから加熱する様子を説明する図である。
【図５】実施例１のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図６】実施例２のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図７】実施例２のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図８】実施例２のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの擬略側面図である。
【図９】実施例２のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの発光スペクトルである。
【図１０】実施例３のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１１】比較例１のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１２】比較例１のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図１３】比較例２のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１４】比較例１、２の一例を示す断面模式図である。
【図１５】比較例３のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１６】比較例４のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１７】比較例３、４の一例を示す断面模式図である。
【図１８】比較例５のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図１９】比較例５のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図２０】実施例４のデバイス作製用基板のＩｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図２１】実施例４のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図２２】実施例５のデバイス作製用基板のＩｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図２３】実施例５のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図２４】実施例６のデバイス作製用基板のＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図２５】実施例６のデバイス作製用基板のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。
【図２６】実施例６のデバイス作製用基板を用いて作製した別の近赤外線発光デバイスの擬略側面図である。
【図２７】実施例６のデバイス作製用基板を用いて作製した別の近赤外線発光デバイスの発光スペクトルである。
【図２８】実施例７のデバイス作製用基板の（ａ）はＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓを５０ｎｍ、（ｂ）はＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓを１００ｎｍ、（ｃ）はＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓを１５０ｎｍ成長した表面のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図２９】実施例８のデバイス作製用基板の（ａ）はＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓを５０ｎｍ、（ｂ）はＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓを１００ｎｍ、（ｃ）はＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓを１５０ｎｍ成長した表面のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（本発明の実施形態）
＜デバイス作製用基板＞
まず、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板について説明する。
図１は、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の一例を示す側面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板３１は、ＧａＡｓ基板１１と、ＧａＡｓバッファ層１２と、ＩｎＡｓ薄膜１３と、ＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４とをこの順序で積層してなる。
【００２１】
ＩｎＡｓ薄膜１３の膜厚は０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下とされている。ＩｎＡｓ薄膜１３を導入することにより、ＩｎＡｓ薄膜１３がその上に積層されるＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４を格子緩和して、格子歪みがなく、平坦な一面を有するＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４を形成できる。
０．７ｎｍ未満では、ＩｎＡｓを格子緩和できず、その上に形成するＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４も格子緩和できない。そのため、格子歪みがなく、平坦な一面を有するＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４を形成できない。例えば、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ  は、一定の値まで格子緩和せず（ＧａＡｓの格子定数に合わせたまま）に成長し、その後、格子不整合転位が形成されることにより、表面が著しく荒れる。
【００２２】
また、１．８ｎｍ超でも、ＩｎＡｓ薄膜がＩｎＡｓ本来の特性を持ち始め、ＩｎＡｓとＩｎｘＧａ１−ｘＡｓの間の格子不整合により、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ層の平坦性を悪化させる。格子歪みがなく、平坦な一面を有するＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４を形成できない。
【００２３】
ＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜１４は、ＩｎｘＭ（ＩＩＩ）１−ｘＡｓ薄膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）であることが好ましい。これにより、ＩｎＡｓ薄膜の平坦化が実現できる。０．２３未満では格子定数がＧａＡｓと近すぎるために、表面平坦性を悪化させる可能性があり、０．７５超では、格子定数及びバンドギャップがＩｎＡｓバルクと近くなりすぎるため、近赤外域デバイ作製用の基板として適さない。Ｇａの代わりにＡｌを用いた場合においても、同様の効果が期待できる。Ｍ（ＩＩＩ）はＩＩＩ族の金属原子であり、例えば、Ｇａ、Ａｌである。
【００２４】
ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上にＩｎＡｓ薄膜１３を形成してもよいが、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上に成膜されたＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面上にＩｎＡｓ薄膜１３を形成することが好ましい。ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ薄膜１３を成膜する場合に比べて、より清浄化された面にＩｎＡｓ薄膜１３を成膜でき、不純物欠陥等を少なくできるためである。
【００２５】
＜デバイス作製用基板の製造方法＞
次に、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の製造方法について説明する。
図２は、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の製造方法の一例を示すフローチャート図である。
図２に示すように、本発明の実施形態であるデバイス作製用基板の製造方法は、ＩｎＡｓ薄膜形成工程Ｓ１と、ＩｎＧａＡｓ薄膜成膜工程Ｓ２と、を有する。
【００２６】
（ＩｎＡｓ薄膜形成工程Ｓ１）
まず、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面を清浄化する。
次に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法で、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上に、ＩｎＡｓ薄膜を膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下で形成する。
【００２７】
（ＩｎＧａＡｓ薄膜成膜工程Ｓ２）
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法で、ＩｎＡｓ薄膜上にＩｎＧａＡｓ薄膜を成膜する。
【００２８】
なお、ＩｎＡｓ薄膜形成工程Ｓ１の前工程として、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面を熱処理により酸化膜除去を行う事により清浄化してから、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上にＧａＡｓバッファ層を成膜するＧａＡｓバッファ層成膜工程を設けてもよい。
【００２９】
＜近赤外線発光デバイス＞
次に、本発明の実施形態である近赤外線発光デバイスについて説明する。
図３は、本発明の実施形態である近赤外線発光デバイスの一例を示す側面図である。
図３に示すように、本発明の実施形態である近赤外線発光デバイス６１は、デバイス作製用基板３１のＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜１４の一面１４ａ上に、薄膜４１〜５０を積層して、量子井戸構造５１を形成してなる。
【００３０】
量子井戸構造５１としては、例えば、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ量子井戸／ＩｎｘＡｌ１−ｘＡｓ構造や、ＩｎＡｓ量子ドット／ＩｎＡｌＧａＡｓ構造を挙げることができる。
所定の波長の発光が可能な材料を選択し、量子井戸での閉じ込め効果を勘案することにより、所望の近赤外域領域で発光させることができる。
【００３１】
本発明の実施形態であるデバイス作製用基板は、ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面に格子緩和層と被格子緩和層をこの順序で積層したデバイス作製用基板であって、前記格子緩和層が膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜であり、前記被格子緩和層がＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）である構成なので、格子緩和層が被格子緩和層の格子定数の歪みを無くし、被格子緩和層の露出面を二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面とすることができ、膜厚を精密に限定して積層膜を形成することができ、所望の量子井戸構造を形成できる。これにより、優れた近赤外線発光デバイスを構築できる。
【００３２】
本発明の実施形態であるデバイス作製用基板は、前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａ又はＡｌである構成なので、ＧａとＡｌの比率を変える事により禁制帯幅を制御できる。
【００３３】
本発明の実施形態であるデバイス作製用基板は、前記Ｍ（ＩＩＩ）がＧａであり、前記被格子緩和層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）である構成なので、平坦な面であって、格子定数の歪みの無い面を形成することができる。
【００３４】
本発明の実施形態であるデバイス作製用基板は、前記ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ膜（０．２３≦ｘ≦０．７５）の膜厚が５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である構成なので、平坦な面であって、格子定数の歪みの無い面を形成することができる。
【００３５】
本発明のデバイス作製用基板の製造方法は、ＧａＡｓ基板又はＧａＡｓ基板上に形成したＧａＡｓバッファ層の（１１１）Ａ面上に、膜厚０．７ｎｍ以上１．８ｎｍ以下のＩｎＡｓ薄膜からなる格子緩和層を形成する工程Ｓ１と、前記格子緩和層上にＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ薄膜（ここで、Ｍ（ＩＩＩ）がＩＩＩ族の金属原子である。）からなる被格子緩和層を形成する工程Ｓ２と、を有する構成なので、二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面を有する被格子緩和層を、非常に薄い格子緩和層を導入するだけで簡単に形成でき、二乗平均粗さ０．６５ｎｍ以下で、格子定数の歪みの無い面を有するデバイス作製用基板を簡便に製造できる。
【００３６】
本発明の近赤外線発光デバイスは、先に記載のデバイス作製用基板のＩｎＧａＡｓ薄膜のデバイス作製面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成した構成なので、発光波長を近赤外に限定した発光デバイスとすることができる。
【００３７】
本発明の実施形態であるデバイス作製用基板、その製造方法及び近赤外線発光デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で、種々変更して実施することができる。本実施形態の具体例を以下の実施例で示す。しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００３８】
（実施例１）
図４は、ＧａＡｓ（１１１）A基板をインジウムハンダでモリブデン製基板ホルダに貼り付けてから加熱する様子を説明する図である。
まず、図４に示すようにＧａＡｓの（１１１）Ａ面基板（市販）をインジウムハンダにより、モリブデン製基板ホルダに貼り付けた。
次に、結晶成長装置の超高真空チャンバー内にこれを配置した。
次に、砒素雰囲気下、裏面のヒーターによりＧａＡｓ基板を約６００℃に加熱して、自然酸化膜を蒸発させた。
次に、砒素雰囲気下、裏面のヒーターによりＧａＡｓ基板を５００℃に加熱して、ガリウムを供給して、（１１１）Ａ面上にＧａＡｓをホモエピタキシャル成長させて、ＧａＡｓバッファ層を形成した。これによりＧａＡｓ（１１１）Ａの清浄表面を得た。
【００３９】
次に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、砒素雰囲気下でインジウムを照射して、厚さが０．７ｎｍのＩｎＡｓ層を形成した。
成長条件としては、基板温度４００〜５００℃、砒素分子線強度１〜１０×１０−５Ｔｏｒｒ程度、Ｉｎ成長速度はＩｎＡｓに換算して０．０６ｎｍ／ｓｅｃ程度とした。
【００４０】
次に、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法により、表面の平坦性に優れ、且つ、低欠陥密度であるＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓエピタキシャル薄膜を１５０ｎｍの厚さで形成した。
以上により、実施例１のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＩｎＡｓ（０．６４ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図５は、実施例１のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【００４１】
（実施例２）
ＩｎＡｓ層の膜厚を１ｎｍとした他は実施例１と同様にして、実施例２のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図６は、実施例２のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図７は、実施例２のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓに起因する単峰ピークがｘ＝−５．６４４１、ｙ＝７．０２９２に観察される。この２つの数値から面内（11-2）と成長方向（111）の格子定数の比（ｄ１１１／ｄ１１−２）が、１．４０５１６３と求まる。無歪みのＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓではこの値は、１．４１４であることから、９９％以上の格子緩和が実現されている。
【００４２】
次に、実施例２のデバイス作製用基板のＩｎＧａＡｓ薄膜の一面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成して、近赤外線発光デバイスを作製した。
図８は、実施例２のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの擬略側面図である。
図９は、実施例２のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの発光スペクトルである。
【００４３】
（実施例３）
ＩｎＡｓ層の膜厚を１．８ｎｍとした他は実施例１と同様にして、実施例３のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．８ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１０は、実施例３のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【００４４】
（比較例１）
ＩｎＡｓ層を形成しなかった他は実施例１と同様にして、比較例１のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１１は、比較例１のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図１２は、比較例１のデバイスス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓに起因するピークがｘ＝―５．７２１３、ｙ＝７．００４６にピークが観察される。また、ピークが面内の格子定数がＧａＡｓと一致する方向にも広がっている。このことから、初めに格子緩和していない層が成長した後に一部格子緩和した層が成長されている事が分かる。
【００４５】
（比較例２）
ＩｎＡｓ層の膜厚を０．３８ｎｍとした他は実施例１と同様にして、比較例２のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＩｎＡｓ（０．４ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１３は、比較例２のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図１４は、比較例１、２の一例を示す断面模式図である。
【００４６】
（比較例３）
ＩｎＡｓ層の膜厚を３．５ｎｍとした他は実施例１と同様にして、比較例３のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＩｎＡｓ（３．５ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１５は、比較例３のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【００４７】
（比較例４）
ＩｎＡｓ層の膜厚を２０．８ｎｍとした他は実施例１と同様にして、比較例４のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ／ＩｎＡｓ（２０．８ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１６は、比較例４のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図１７は、比較例３、４の一例を示す断面模式図である。
【００４８】
（比較例５）
Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ層の膜厚を８０ｎｍとした他は比較例２と同様にして、比較例５のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（８０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図１８は、比較例５のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図１９は、比較例５のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（８０ｎｍ）に起因するピークが観測されるが。面内の格子定数はＧａＡｓ基板と一致しており、全く格子緩和していない層が成長している事が分かる。
【００４９】
（実施例４）
ＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成をＩｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓとした他は実施例２と同様にして、実施例４のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図２０は、実施例４のデバイス作製用基板のＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図２１は、実施例４のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓに起因する単峰ピークがｘ＝―５．５６０９、ｙ＝６．８７９６に観察される。この２つの数値から成長方向と面内方向の格子定数の比（ｄ１１１／ｄ１１−２）が、１．４１４５５５と求まる。無歪みのＩｎ０．５１Ｇａ０．４９Ａｓではこの値は、１．４１４であることから、９９％以上の格子緩和が実現されている。
【００５０】
（実施例５）
ＩｎＧａＡｓ層のＩｎ組成をＩｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓとした他は実施例２と同様にして、実施例４のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図２２は、実施例５のデバイス作製用基板のＩｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図２３は、実施例５のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓに起因する単峰ピークがｘ＝―５．４８８、ｙ＝６．７７１４に観察される。この２つの数値から成長方向と面内方向の格子定数の比（ｄ１１１／ｄ１１−２）が、１．４１８３１８と求まる。無歪みのＩｎ０．７５Ｇａ０．２５Ａｓではこの値は、１．４１４であることから、９９％以上の格子緩和が実現されている。
【００５１】
（実施例６）
被格子緩和層をＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓとした他は、実施例２と同様にして、実施例６のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。
図２４は、実施例６のデバイス作製用基板のＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ表面の５μｍ×５μｍの領域の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
図２５は、実施例６のデバイス作製用基板のＸ線回折（１１５）入射逆格子マッピングの結果である。Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓに起因する単峰ピークがｘ＝―５．５４１７、ｙ＝６．８９９４に観察される。この２つの数値から成長方向と面内方向の格子定数の比（ｄ１１１／ｄ１１−２）が、１．４０５６２６と求まる。無歪みのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓではこの値は、１．４１４であることから、９９％以上の格子緩和が実現されている。
【００５２】
次に、実施例６のデバイス作製用基板のＩｎＡｌＡｓ薄膜の一面上に、薄膜を積層して、量子井戸構造を形成して、近赤外線発光デバイスを作製した。
図２６は、実施例６のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの擬略側面図である。
図２７は、実施例６のデバイス作製用基板を用いて作製した近赤外線発光デバイスの発光スペクトルである。
【００５３】
（実施例７）
被格子緩和層であるＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓの厚さ以外は実施例２と同様にして、実施例７のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（５０ｎｍまたは１００ｎｍまたは１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。図２８は、実施例７のデバイス作製用基板の表面のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍいずれの場合の於いても表面が平坦であることを表すストリークパターンが観察されている。また、図７に示すようにＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）ＡにおいてすべてのＩｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（１５０ｎｍ）は格子緩和していることから、Ｉｎ０．２３Ｇａ０．７７Ａｓ（５０ｎｍまたは１００ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａも格子緩和している事がわかる。
【００５４】
（実施例８）
被格子緩和層であるＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓの厚さ以外は、実施例６と同様にして、実施例８のデバイス作製用基板「Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ（５０ｎｍまたは１００ｎｍまたは１００ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａ」を作製した。図２９は、実施例８のデバイス作製用基板の表面のＲＨＥＥＤパターンを示す図である。５０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍいずれの場合の於いても、表面が平坦であることを表すストリークパターンが観察されている。また、図２５に示すようにＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ（１５０ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）ＡにおいてすべてのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ（１５０ｎｍ）は格子緩和していることから、Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ（５０ｎｍまたは１００ｎｍ）／ＩｎＡｓ（１．０ｎｍ）／ＧａＡｓ（１１１）Ａも格子緩和している事がわかる。
表１に、各実験条件及び結果をまとめた。
【００５５】
【表１】
2015162605.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、デバイス作製用基板、その製造方法及び光ファイバー通信に適合した波長帯の発光を有する近赤外線発光デバイスに関するものであり、情報通信産業、半導体産業等において利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５７】
１１…ＧａＡｓ基板、１１ａ…（１１１）Ａ面、１２…ＧａＡｓバッファ層、１２ａ…（１１１）Ａ清浄化面、１３…格子緩和層（ＩｎＡｓ薄膜）、１４…被格子緩和層（ＩｎＭ（ＩＩＩ）Ａｓ膜）、１４ａ…デバイス作製面、３１…デバイス作製用基板、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０…薄膜、５１…量子井戸構造、６１…近赤外線発光デバイス。
【図１】
2015162605.tif 000004
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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