(57)【要約】【課題】ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板を提供する。【解決手段】ＭＢＥ用エピタキシャル基板１１は、ＧａＡｓ、ＩｎＰといったIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３と、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面１５ａを有するホモエピタキシャル膜１５とを含む。半導体単結晶ウエハ１３とホモエピタキシャル膜１５との界面１７における炭素濃度、酸素濃度、シリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満、１×１０１８個／ｃｍ３未満、４×１０１８個／ｃｍ３未満である。III−Ｖ化合物半導体膜１７をＭＢＥ法で堆積するに先立って、半導体単結晶ウエハ１３の研磨面１３ａ上にホモエピタキシャル膜１５を形成すると、ウエハ主面のケミカルエッチング処理の有無に関するIII−Ｖ化合物半導体膜１７の光学特性の依存性が低減される。【選択図】図３
2008198795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板であって、
研磨された主面を有するＧａＡｓ半導体単結晶ウエハと、
前記主面上にホモエピタキシャル成長されており、ＭＢＥ法を用いて前記III−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面を有するホモエピタキシャル膜と
を含み、
前記ホモエピタキシャル膜の前記表面は大気に曝されており、
前記ＧａＡｓ半導体単結晶ウエハと前記ホモエピタキシャル膜との界面における炭素濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、
前記界面における酸素濃度は１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、
前記界面におけるシリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である、ことを特徴とするＭＢＥ用エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハの前記主面は、摂氏６００度以上のヒ素雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面である、ことを特徴とする請求項１に記載されたＭＢＥ用エピタキシャル基板。
【請求項３】
ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板であって、
研磨された主面を有するＩｎＰ半導体単結晶ウエハと、
前記主面上にホモエピタキシャル成長されており、分子線ビームエピタキシー法を用いて前記III−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面を有するホモエピタキシャル膜と
を含み、
前記ホモエピタキシャル膜の前記表面は大気に曝されており、
前記ＩｎＰ半導体単結晶ウエハと前記ホモエピタキシャル膜との界面における炭素濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、
前記界面における酸素濃度は１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、
前記界面におけるシリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である、ことを特徴とするＭＢＥ用エピタキシャル基板。
【請求項４】
前記ＩｎＰ半導体単結晶ウエハの前記主面は、摂氏６００度以上の燐雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面である、ことを特徴とする請求項３に記載されたＭＢＥ用エピタキシャル基板。
【請求項５】
前記ホモエピタキシャル膜の厚さは０．０１マイクロメートル以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたＭＢＥ用エピタキシャル基板。
【請求項６】
ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法であって、
III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを準備する工程と、
前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを有機金属気相成長炉にセットする工程と、
前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハのＶ族元素を含む雰囲気中で前記有機金属気相成長炉を用いて前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを摂氏６００度以上の温度で熱処理した後に、前記有機金属気相成長炉を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜を前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハの主面上にホモエピタキシャル成長する工程と、
前記III−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜をホモエピタキシャル成長した後に、前記有機金属気相成長炉から前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを取り出すと共に、前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを分子線ビームエピタキシー装置にセットする工程と、
前記ＭＢＥ装置を用いて前記III−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜上に別のIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＢＥ用エピタキシャル基板、およびＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、III-V族化合物半導体基板の表面を鏡面研磨し、歪取りエッチングした後に、フッ酸溶液でエッチング処理する方法が記載されている。フッ酸溶液でエッチング処理することにより、表面に形成された酸化膜層を除去するとともに、III-V族化合物半導体基板の表面に除去が容易な砒素被覆層が形成されため、この半導体基板上へのデバイス作製が容易となる。
【特許文献１】特開平０２−１９９８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
購入した化合物半導体ウエハにケミカルエッチングを施すことなく、エピタキシャル層を成長して量子井戸構造を作製するとき、この量子井戸構造のフォトルミネッセンス強度が弱い。一方、購入した化合物半導体ウエハにケミカルエッチングを施した後にエピタキシャル層を成長して量子井戸構造を作製するとき、この量子井戸構造のフォトルミネッセンス強度が強い。しかしながら、ケミカルエッチングはエッチャントの管理が煩雑であり、また、市販されている化合物半導体ウエハは、バルク成長した後スライス、研磨、表面処理を行って作製されるので、ウエハ表面には、容易に除去できない多くの不純物が残留している。これらを除去するために、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、アンモニア（ＮＨ３）、フッ化水素酸（ＨＦ）などのエッチャントによりウエハを前処理する場合、これらのエッチャントを用いて、安定した表面エッチングを行うことは容易なことではない。
【０００４】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたのであり、分子線ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板を提供することであり、このＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ケミカルエッチングの有無に依存せずに安定した光学特性を示す。また、本発明は、この基板上にＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法を提供することであり、この方法によれば、安定した光学特性を示すIII−Ｖ化合物半導体膜がＭＢＥ法を用いて作製される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面は、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板である。ＭＢＥ用エピタキシャル基板は、（ａ）研磨された主面を有するＧａＡｓ半導体単結晶ウエハと、（ｂ）前記主面上にホモエピタキシャル成長されており、ＭＢＥ法を用いて前記III−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面を有するホモエピタキシャル膜とを含む。前記ホモエピタキシャル膜の前記表面は大気に曝されており、前記ＧａＡｓ半導体単結晶ウエハと前記ホモエピタキシャル膜との界面における炭素濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、前記界面における酸素濃度は１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、前記界面におけるシリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である。
【０００６】
本発明のＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ＧａＡｓ半導体単結晶ウエハ上に設けられたＧａＡｓホモエピタキシャル膜上にＭＢＥ法でIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積すると、ウエハ主面のケミカルエッチング処理の有無に対する該III−Ｖ化合物半導体膜の光学特性の依存性が低減される。また、炭素濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、酸素濃度は界面において１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、シリコン濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であるので、ＧａＡｓのホモエピタキシャル成長を有機金属気相成長法で行うことができる。
【０００７】
また、ＭＢＥ用エピタキシャル基板は、（ａ）研磨された主面を有するＩｎＰ半導体単結晶ウエハと、（ｂ）前記主面上にホモエピタキシャル成長されており、分子線ビームエピタキシー法を用いて前記III−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面を有するホモエピタキシャル膜とを含む。前記ホモエピタキシャル膜の前記表面は大気に曝されており、前記ＩｎＰ半導体単結晶ウエハと前記ホモエピタキシャル膜との界面における炭素濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、前記界面における酸素濃度は１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、前記界面におけるシリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である。
【０００８】
本発明のＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ＩｎＰ半導体単結晶ウエハ上に設けられたＩｎＰホモエピタキシャル膜上にＭＢＥ法でIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積すると、ウエハ主面のケミカルエッチング処理の有無に対する該III−Ｖ化合物半導体膜の光学特性の依存性が低減される。また、炭素濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、酸素濃度は界面において１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、シリコン濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であるので、ＩｎＰのホモエピタキシャル成長を有機金属気相成長法で行うことができる。
【０００９】
本発明のＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ＩｎＰ半導体単結晶ウエハの研磨された主面上に設けられたＩｎＰホモエピタキシャル膜上に、ＭＢＥ法でIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積すると、該III−Ｖ化合物半導体膜の光学特性が、ウエハ主面のケミカルエッチング処理の有無に関する依存性が低減される。また、炭素濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、酸素濃度は界面において１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、シリコン濃度は界面において４×１０１８個／ｃｍ３未満であるので、ＩｎＰのホモエピタキシャル成長を有機金属気相成長法で行うことができる。
【００１０】
本発明に係るＭＢＥ用エピタキシャル基板では、前記ＧａＡｓ半導体単結晶ウエハの主面は、摂氏６００度以上のヒ素雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面であることが好ましい。或いは、ＩｎＰ半導体単結晶ウエハの主面は、摂氏６００度以上の燐雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面であることが好ましい。
【００１１】
このＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ホモエピタキシャル膜の成長に先立って、ウエハ材料のＶ族元素の雰囲気中で熱処理されるので、ウエハ表面がサーマルクリーニングされる。
【００１２】
本発明に係るＭＢＥ用エピタキシャル基板では、前記ホモエピタキシャル膜の厚さは０．０１マイクロメートル以上であることができる。このＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ウエハとホモエピタキシャル膜との界面からの影響を実質的に受けることがないＭＢＥ成長用半導体表面が提供される。また、前記ホモエピタキシャル膜の厚さは０．１マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００１３】
本発明の別の側面は、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法である。この方法は、（ａ）III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを準備する工程と、（ｂ）前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを有機金属気相成長炉にセットする工程と、（ｃ）前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハのＶ族元素を含む雰囲気中で前記有機金属気相成長炉を用いて前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを摂氏６００度以上の温度で熱処理した後に、前記有機金属気相成長炉を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜を前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハの主面上にホモエピタキシャル成長する工程と、（ｄ）前記III−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜をホモエピタキシャル成長した後に、前記有機金属気相成長炉から前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハを取り出すと共に、前記III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハをＭＢＥ装置にセットする工程と、（ｅ）前記ＭＢＥ装置を用いて前記III−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜上に別のIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積する工程とを含む。
【００１４】
この方法によれば、ＭＢＥ装置を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜上にIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するに先立って、III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ上に有機金属気相成長炉を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜を成長するので、ケミカルエッチングの有無に依存せずに安定した光学特性を示すIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積できる。
【００１５】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板が提供され、このＭＢＥ用エピタキシャル基板によれば、ケミカルエッチングの有無に依存せずに安定した光学特性を示す。また、本発明によれば、この基板上にＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法が提供され、この方法によれば、安定した光学特性を示すIII−Ｖ化合物半導体膜がＭＢＥ法を用いて作製される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のＭＢＥ用エピタキシャル基板、および分子線ビームエピタキシー法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１８】
図１は、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板を示す図面である。ＭＢＥ用エピタキシャル基板１１は、ＧａＡｓまたはＩｎＰといったIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３と、ホモエピタキシャル膜１５とを含む。III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３は、インゴットから切り出され研磨された主面１３ａを有する。ホモエピタキシャル膜１５は、主面１３ａ上にホモエピタキシャル成長されており、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するための表面１５ａを有する。ホモエピタキシャル膜１５の表面１５ａは、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するに先立って大気に曝されている。III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３とホモエピタキシャル膜１５との界面１７における炭素濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である。界面１７における酸素濃度は１×１０１８個／ｃｍ３未満である。界面１７におけるシリコン濃度は４×１０１８個／ｃｍ３未満である。
【００１９】
ＭＢＥ用エピタキシャル基板１１によれば、半導体単結晶ウエハ（ＧａＡｓウエハ、ＩｎＰウエハ）１３の研磨された主面１３ａ上に設けられたホモエピタキシャル膜（ＧａＡｓホモエピタキシャル膜またはＩｎＰホモエピタキシャル膜）１５上に、ＭＢＥ法でIII−Ｖ化合物半導体膜１９を堆積すると、ウエハ主面のケミカルエッチング処理の有無に関する光学特性（III−Ｖ化合物半導体膜１９の光学特性）の依存性が低減される。
【００２０】
また、炭素濃度は界面１７において４×１０１８個／ｃｍ３未満であり、酸素濃度は界面１７において１×１０１８個／ｃｍ３未満であり、シリコン濃度は界面１７において４×１０１８個／ｃｍ３未満であることを満たすためには、ＩｎＰまたはＧａＡｓのホモエピタキシャル成長に有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metalorganic  Vapor  Phase  Epitaxy）法を使用できる。
【００２１】
市販品の化合物半導体ウエハは、結晶をバルク成長してインゴットを形成した後に該インゴットをスライスし、この半導体スライスを研磨し研磨面を形成して、該研磨面の表面処理を行って形成される。しかしながら、研磨面には、表面処理によっては容易に除去できない多くの不純物が残留している。この残留不純物を除去するために、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、アンモニア（ＮＨ３）およびフッ化水素酸（ＨＦ）などのエッチャントによる前処理をエピタキシャル成長に先立って行うことができるが、これらのエッチャントを用いて安定したケミカルエッチングを表面に行うことは非常に難しい。
【００２２】
しかしながら、購入後の化合物半導体ウエハをそのまま使用すると、エピタキシャル膜とウエハ表面との界面の不純物濃度が高くなる。この界面での不純物濃度が高いほどフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度が弱くなる。有機金属気相成長法で堆積されたエピタキシャル膜を含むエピタキシャル基板の表面およびエピタキシャル基板界面の不純物は低濃度に抑えられており、更に、エピタキシャル膜表面のコンタミネーションの除去は比較的容易である。
【００２３】
本実施の形態によれば、ＭＯＣＶＤ炉でウエハ上にホモエピタキシャル層を作製して形成されたエピタキシャル基板上に成長されたエピタキシャル膜では、その光学特性は、ウエハ表面にケミカルエッチング無しにそのままウエハ上に成長されたエピタキシャル膜の光学特性に比べて、改善される。更に、ケミカルエッチングを行うことがないとき、エッチング条件を管理することを省くことができる。
【００２４】
図２は、分子線ビームエピタキシー法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法における主要な工程を示す図面である。この工程１００では、工程Ｓ１０１では、ＧａＡｓまたはＩｎＰといったIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３を準備する。工程Ｓ１０３では、このIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３をＭＯＶＰＥ炉にセットする。III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３には、ウエハ前処理としてケミカルエッチングを行わない。工程Ｓ１０５では、III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３のＶ族元素を含む雰囲気中でＭＯＶＰＥ炉を用いてIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３を熱処理する。この熱処理は、例えば摂氏６００度以上の温度で行われることが好ましい。表面に付着した不純物を除去するのに適しているからである。工程Ｓ１０７では、熱処理の後に、ＭＯＶＰＥ炉を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜１５をIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３の主面１３ａ上にホモエピタキシャル成長する。工程Ｓ１０９では、このホモエピタキシャル成長の後に、ＭＯＶＰＥ炉からIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３を取り出す。工程Ｓ１１１では、取り出したIII−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３をＭＢＥ装置にセットする。工程１１３では、III−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜１５上にＭＢＥ装置を用いて一または複数のIII−Ｖ化合物半導体膜１９を堆積する。III−Ｖ化合物半導体膜１９は、例えば活性層のための半導体膜であることができる。
【００２５】
この方法によれば、ＭＢＥ装置を用いてIII−Ｖ化合物半導体エピタキシャル膜１５上にIII−Ｖ化合物半導体膜１９を堆積するに先立って、III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ１３上にＭＯＶＰＥ炉を用いてホモエピタキシャル膜１５を成長するので、ケミカルエッチングの有無に依存せずに安定した光学特性を示すIII−Ｖ化合物半導体膜１９を堆積できる。
【００２６】
ＭＢＥ用エピタキシャル基板１１では、ＧａＡｓ半導体単結晶ウエハ１３の主面１３ａは、摂氏６００度以上のヒ素雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面であることが好ましい。Ｖ族元素のヒ素を含む雰囲気は、ＧａＡｓでは、例えばアルシン、ターシャリブチルアルシン（ＴＢＡ）等により形成される。また、ＩｎＰ半導体単結晶ウエハ１３の主面１３ａは、摂氏６００度以上の燐雰囲気中おいて熱処理されて成りホモエピタキシャル成長のための処理面であることが好ましい。Ｖ族元素の燐を含む雰囲気は、ＩｎＰでは、例えばホスフィン、ターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）等により形成される。このＭＢＥ用エピタキシャル基板１１によれば、ホモエピタキシャル膜１５の成長に先立って、ウエハ材料のＶ族元素の雰囲気中で熱処理されるので、ウエハ表面がサーマルクリーニングされる。また、この熱処理は、例えば摂氏６５０度以上の温度で行われることが好ましい。表面に付着した不純物を除去するのに適しているからである。
【００２７】
この化合物半導体エピタキシャル用半導体基板を用いることによって、ケミカルエッチングといった成長前処理をしなくても、再現性よく、良好な光学特性の量子井戸構造を得ることができる。また、ウエハとエピタキシャル膜との界面において低い不純物濃度を示す基板を用いる必要のあるデバイス（例えば、半導体レーザ、半導体光増幅素子、光変調器、発光ダイオード等）を作製する際に、簡単に、再現性よく、光学特性の良好な基板を作製することができる
【００２８】
（実験例）
以下のような実験を参照そながら、このホモエピタキシャル層を有したエピタキシャル基板の技術効果を説明する。
【００２９】
＜試料Ａの作製＞
図３（Ａ）に示されるように、購入したＧａＡｓウエハ２１上にＭＢＥ炉を用いてバッファＧａＡｓ層（０．２マイクロメートル）２３、ＧａＩｎＡｓ活性層（７ナノメートル）２５、およびキャップＧａＡｓ層（０．１マイクロメートル）２７を成長した。ＭＢＥ炉を用いた結晶成長に先立って特にＧａＡｓウエハ２１の表面２１ａに前処理などは行わず、購入したままのＧａＡｓウエハを成長炉にセットし、その後に上記の量子井戸構造２９を作製した。
【００３０】
＜試料Ｂの作製＞
図３（Ｂ）に示されるように、購入したＧａＡｓウエハ３１上にＭＢＥ炉を用いてバッファＧａＡｓ層（０．２マイクロメートル）３３、ＧａＩｎＡｓ活性層（７ナノメートル）３５、およびキャップＧａＡｓ層（０．１マイクロメートル）３７を成長した。ＭＢＥ炉を用いた結晶成長に先立って、購入したＧａＡｓウエハ３１の表面３１ａを、アンモニア系エッチャントを用いてケミカルエッチングを表面３１ａに施した。その後に、ＧａＡｓウエハ３１を成長炉にセットし量子井戸構造３９を作製した。
【００３１】
＜試料Ｃの作製＞
図３（Ｃ）に示されるように、ＭＢＥ炉を用いた結晶成長に先立って、アンモニア系エッチャントを用いてケミカルエッチングを表面３１ａに施すことなく、購入したＧａＡｓウエハ４１上にＭＯＶＰＥ炉を用いてホモエピタキシャル膜４２を堆積した。この後に、ＭＢＥ炉を用いてバッファＧａＡｓ層（０．２マイクロメートル）４３、ＧａＩｎＡｓ活性層（７ナノメートル）４５、およびキャップＧａＡｓ層（０．１マイクロメートル）４７を形成した。購入したＧａＡｓウエハ４１をアルシン雰囲気中で摂氏７００度で７分間保持し、ウエハ４１に熱処理を施し、その後、ホモエピタキシャル膜４２を成長した。エピタキシャル成長後にＧａＡｓウエハ４１をＭＢＥ炉にセットし量子井戸構造４９を作製した。詳細は、図２に示された工程に従う。
【００３２】
以上のように試料Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、単一量子井戸構造を構成する半導体膜構造は同じである。これら三種類の試料のフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルを室温で測定したところ、ＰＬスペクトルの強度ＩＡ、ＩＢ、ＩＣは、以下の順序
ＩＢ  ＞  ＩＣ  ＞  ＩＡ
であった。強度の相対比は、
ＩＡ：ＩＢ：ＩＣ  ＝  ０．２：１．５：１．２
と表される。これらのエピタキシャル基板の不純物プロファイルを二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いて分析したところ、試料Ｂおよび試料Ｃの不純物濃度は、
炭素濃度（Ｃ）＜４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ−３、
酸素濃度（Ｏ）＜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ−３、
珪素濃度（Ｓｉ）＜４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ−３
であった。一方、試料Ａの不純物濃度のいずれも、上記の値より高濃度であった。上記の結果から、基板とエピタキシャル膜との界面の不純物濃度を抑えることにより、その上に形成される半導体積層に良好な光学特性が提供されることが示される。
【００３３】
また、試料Ｃの化合物半導体エピ用基板とＭＢＥ炉で成長したエピの界面の各不純物のＳｉ濃度、Ｃ濃度、Ｏ濃度はそれぞれ上記の濃度以下であった。試料ＣでＭＯＶＰＥ炉で成長を行うことによって試料Ｂの基板前処理（ケミカルエッチング）と同様にウエハとエピタキシャル膜との界面の不純物濃度を抑えることができる。試料Ｃでは、試料Ｂの前処理に用いるケミカルエッチングのためのエッチャントを管理する必要もなく、不純物濃度が低いエピタキシャル基板を安定して作製できる。
【００３４】
これらの実験は、ＧａＡｓウエハを用いて行われたけれども、発明者の実験によれば、ＩｎＰウエハにも同様な技術的効果が得られた。ＧａＡｓウエハを用いる場合、上記の例に加えて、ＧａＡｓホモエピタキシャル膜上には、例えばＧａＩｎＰ等を成長することができる。また、ＩｎＰウエハを用いる場合、上記の例に加えて、ＩｎＰホモエピタキシャル膜上には、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ等を成長することができる。基板表面の結晶と格子定数がほぼ等しい結晶を成長することができるからである。
【００３５】
ＭＢＥ用エピタキシャル基板１１では、ホモエピタキシャル膜１５の厚さは０．０１マイクロメートル以上であることができる。このＭＢＥ用エピタキシャル基板１１によれば、ウエハ１３とホモエピタキシャル膜１５との界面１７からの影響を実質的に受けることがないＭＢＥ成長用半導体表面１５ａが提供される。また、ホモエピタキシャル膜１５の厚さは０．１マイクロメートル以上であることが好ましい。ウエハ１３の表面上に残る不純物や表面凹凸等の影響を受けにくいからである。
【００３６】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、分子線ビームエピタキシー法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を堆積するためのＭＢＥ用エピタキシャル基板を示す図面である。
【図２】図２は、分子線ビームエピタキシー法を用いてIII−Ｖ化合物半導体膜を形成する方法における主要な工程を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、エピタキシャル基板の構造を示す図面である。
【符号の説明】
【００３８】
１１…ＭＢＥ用エピタキシャル基板、１３…III−Ｖ化合物半導体単結晶ウエハ、１５…ＭＯＶＰＥ法で形成されたホモエピタキシャル膜、１９…ＭＢＥ法で形成されたIII−Ｖ化合物半導体膜、１７…界面、３１…ＧａＡｓウエハ、３３…ＧａＡｓバッファ層、３５…ＧａＩｎＡｓ活性層、３７…ＧａＡｓキャップ層、３９…量子井戸構造、４１…ＧａＡｓウエハ、４２…ホモエピタキシャル膜、４３…ＧａＡｓバッファ層、４５…ＧａＩｎＡｓ活性層、４７…ＧａＡｓキャップ層、４９…量子井戸構造  
【図１】
2008198795.tif 000003
【図２】
2008198795.tif 000004
【図３】
2008198795.tif 000005