【手続補正書】
【提出日】平成21年3月18日(2009.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
この半導体基板上に配設され、この半導体基板と格子整合するとともにＩｎを含むＩＩＩ族元素とＶ族元素とを含む第１の化合物半導体層と、
この第１の化合物半導体層の上に配設された、Ｉｎを除くＩＩＩ族元素とＶ族元素とを含む第２の化合物半導体層と、
この第２の化合物半導体層と上記第１の化合物半導体層との間に介在し、上記第１の化合物半導体層と同じ構成元素を有し、Ｉｎの組成が上記第１の化合物半導体層よりも少なく、上記第１の化合物半導体層及び上記第２の化合物半導体層とヘテロ接合する第３の化合物半導体層と、
を備えた半導体装置。
【請求項２】
第３の化合物半導体層の膜厚が４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
第１の化合物半導体層がＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むとともに第２の化合物半導体層がＩＩＩ族元素としてＡｌとＧａとを含みＶ族元素としてＮを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の化合物半導体層がＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、Ｖ族元素としてＰを含むとともに第２の化合物半導体層がＩｎを含まずＩＩＩ族元素としてＡｌとＧａとを含み、Ｖ族元素としてＰを含まずＡｓを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
半導体基板と、
この半導体基板上に配設され、この半導体基板と格子整合するとともにＩｎを含むＩＩＩ族元素と第１のＶ族元素とを含む第１の化合物半導体層と、
この第１の化合物半導体層の上に配設された、Ｉｎを除くＩＩＩ族元素と上記第１のＶ族元素を除く第２のＶ族元素とを含む第２の化合物半導体層と、
この第２の化合物半導体層と上記第１の化合物半導体層との間に介在し、ＩＩＩ族元素の組成比を上記第２の化合物半導体層の組成比と同じとする上記第２の化合物半導体層の構成元素と第２のＶ族元素の組成比と等しいかあるいは小さな組成比を有する第１のＶ族元素とを有し、且つ上記第１の化合物半導体層及び上記第２の化合物半導体層とヘテロ接合する第３の化合物半導体層と、
を備えた半導体装置。
【請求項６】
第３の化合物半導体層の膜厚が４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
第１の化合物半導体層がＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、第１のＶ族元素としてＰを含むとともに第２の化合物半導体層がＩＩＩ族元素としてＡｌとＧａとを含み、第２のＶ族元素としてＰを含まずＡｓを含むことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置。
【請求項８】
半導体基板上に、Ｉｎを含むＩＩＩ族元素とＶ族元素とを含み半導体基板と格子整合する第１の化合物半導体層を形成する工程と、
第１の化合物半導体層の上に、この第１の化合物半導体層とヘテロ接合するとともに、第１の化合物半導体層と同じ構成元素を有し、Ｉｎの組成が第１の化合物半導体層よりも少ない第３の化合物半導体層を形成する工程と、
第３の化合物半導体層の上に、この第３の化合物半導体層とヘテロ接合するとともにＩｎを除くＩＩＩ族元素とＶ族元素とを含む第２の化合物半導体層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第３の化合物半導体層を膜厚４０ｎｍ以下に積層することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
第１の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、Ｖ族元素としてＮを含むとともに第２の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＡｌとＧａとを含みＶ族元素としてＮを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
第１の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、Ｖ族元素としてＰを含むとともに第２の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＩｎを含まずＡｌとＧａとを含み、Ｖ族元素としてＰを含まずＡｓを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板上に、Ｉｎを含むＩＩＩ族元素と第１のＶ族元素とを含み半導体基板と格子整合する第１の化合物半導体層を形成する工程と、
第１の化合物半導体層の上に、この第１の化合物半導体層とヘテロ接合するとともに、この第１の化合物半導体層を構成するＩｎを除くＩＩＩ族元素と第１のＶ族元素とを含み、さらに第１のＶ族元素の組成よりも多く含む第１のＶ族元素と異なる第２のＶ族元素を含む第３の化合物半導体層を形成する工程と、
第３の化合物半導体層の上に、この第３の化合物半導体層とヘテロ接合するとともに、Ｉｎと第１のＶ族元素とを除き、第３の化合物半導体層のＩＩＩ族元素と第２のＶ族元素とを含む第２の化合物半導体層を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
第３の化合物半導体層を膜厚４０ｎｍ以下に積層することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
第１の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＩｎ以外にＧａを含み、第１のＶ族元素としてＰを含むとともに第２の化合物半導体層を構成するＩＩＩ族元素としてＡｌとＧａとを含み、第２のＶ族元素としてＡｓを含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図４のＩｎのＳＩＭＳプロファイルと図５の場合のＩｎのＳＩＭＳプロファイルとを比較すると次のようなことが認められる。
すなわち、第１ｎ−クラッド層１６ａのｎ−ＧａＩｎＰ層の上に第１ｎ−クラッド層１６ａよりＩｎの組成の少ないｎ−ＧａＩｎＰの挿入層１６ｃを形成し、その上にｎ−ＡｌＧａＡｓの第２ｎ−クラッド層１６ｂを形成した場合には、第２ｎ−クラッド層１６ｂと挿入層１６ｃとの界面近傍の挿入層１６ｃにおいてＩｎの濃度はＩｎＧａＰ層のＩｎの濃度レベルとほぼ同程度でになる。
また、第２ｎ−クラッド層１６ｂと挿入層１６ｃとの界面近傍のＳＩＭＳプロファイルにＩｎの濃度の浅い谷が認められるように、第１ｎ−クラッド層１６ａよりＩｎの組成の少ないｎ−ＧａＩｎＰの挿入層１６ｃが残っていると考えられる。
従って、たとえ第２ｎ−クラッド層１６ｂと挿入層１６ｃとの界面近傍の挿入層１６ｃにおいてＩｎの拡散や偏析がありＩｎの濃度が高くなる層があったとしても、変成層としての影響の程度は、第１ｎ−クラッド層としてのｎ−ＧａＩｎＰ層の上に直接に、第２ｎ−クラッド層としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ層が形成された場合に形成される変成層の影響の程度よりもかなり小さくなると考えられる。また第１ｎ−クラッド層１６ａのｎ−ＧａＩｎＰ層の組成を有する材料から第２ｎ−クラッド層１６ｂのｎ−ＡｌＧａＡｓの組成を有する材料へ急峻に変化するヘテロ界面を形成することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
次に、この発明の一実施の形態に係るＬＤのｎ−クラッド層に挿入層４２ｃを備えたことによる効果について、ｎ−クラッド層の構成元素のＳＩＭＳプロファイルを示すグラフを一例にして説明する。
図１１はこの発明の一実施の形態に係るＬＤのヘテロ界面近傍におけるＳＩＭＳプロファイルを示すグラフである。図１２は図１１の縦軸の濃度の感度を高めたＳＩＭＳプロファイルを示すグラフである。
図１１及び図１２において、縦軸は各元素の濃度を示し、単位は任意単位（ａ．ｕ．）であり、対数目盛になっている。横軸は第２ｎ−クラッド層４２ｂの表面からの深さで、横軸の目盛が大きくなる方向に、第２ｎ−クラッド層４２ｂ、挿入層４２ｃ、および第１ｎ−クラッド層４２ａの各層が配設されている。この横軸の大きくなる方向にｎ−半導体基板１２としてのｎ−ＧａＡｓ基板が配設されていることになる。
図１１のＳＩＭＳプロファイルにおいて、表面からの深さが９５ｎｍ近傍の領域でＩｎとＰの濃度がノイズ領域から急激に上昇し、表面からの深さが１００ｎｍを越えてさらに少し深くなったところで、ＩｎとＰの濃度がほぼ安定するので、表面からの深さが９５ｎｍ近傍までが第２ｎ−クラッド層４２ｂのＡｌＧａＡｓ層の領域で、１００ｎｍを越えて少し深くなった近傍からさらに深い部分が第１ｎ−クラッド層４２ａのＡｌＧａＩｎＰ層の領域である。
そして第２ｎ−クラッド層４２ｂのＡｌＧａＡｓ層と第１ｎ−クラッド層４２ａのＩｎＧａＰ層との間が遷移領域で、この遷移領域の中に挿入層４２ｃとしてのｎ−ＡｌＧａＡｓＰ層が含まれていることになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
変形例２．
この変形例２の青色ＬＤは、ＬＤ１０において基板材料をＧａＮ基板に変更した例である。
この変形例の青色ＬＤにおいても、図１に示されたＬＤ１０の構成、及び図２に示されたヘテロ界面近傍における半導体レーザの一部断面図は同様の図になる。
ただこの場合は、ｎ−半導体基板１２はｎ−ＧａＮで形成され、この上に形成されるバッファ層１４はｎ−ＧａＮで形成される。  
この青色ＬＤのｎ側におけるヘテロ界面はｎ−クラッド層１６に含まれており、図２を参照に、ｎ−クラッド層１６はバッファ層１４に密着して積層された第１の化合物半導体層としての第１ｎ−クラッド層１６ａとこの第１ｎ−クラッド層１６ａに密着して積層されたｎ−ＡｌＧａＩｎＰからなる第３の化合物半導体層としての挿入層１６ｃとこの挿入層１６ｃに密着して積層された第２の化合物半導体層としての第２ｎ−クラッド層１６ｂにより形成されている。本来のヘテロ界面は第１ｎ−クラッド層１６ａと第２ｎ−クラッド層１６ｂにより形成されることは、ＬＤ１０の場合と同様である。
青色ＬＤの第１ｎ−クラッド層１６ａは、例えばｎ−ＡｌＧａＩｎＮにより形成されている。この変形例では、第１ｎ−クラッド層１６ａはｎ−ＡｌＧａＩｎＮで形成されているが、Ａｌを含まないＧａＩｎＮで形成してもよい。
挿入層１６ｃは、第１ｎ−クラッド層１６ａに対応してｎ−ＡｌＧａＩｎＮで形成される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図１２は、図１１のＩｎとＰとの縦軸の濃度の感度を高めたＳＩＭＳプロファイルであり、図１１の縦軸の目盛の３から７までの部分が示されている。
図１２において、Ｉｎの濃度はＡｌＧａＩｎＰ層側からＡｌＧａＡｓ層に向かって同じレベルを維持し、円で囲まれたＡ部のＡｌＧａＩｎＰ層とＡｌＧａＡｓＰ層の境界領域におけるＡｌＧａＡｓＰ層において少しＩｎの濃度が高くなって低いピークを形成した後、ピーク位置の深さからＡｌＧａＡｓ層の表面に向かうのに伴ってＩｎの濃度が急激に減少している。
このピークのＩｎの濃度を、先の図５に示された従来のＬＤのｎ−クラッド層のＳＩＭＳプロファイルにおける円で囲まれたＢ部のＩｎのピークのＩｎの濃度と比較すると、構成材料が少し異なることと縦軸の感度の相違を考慮しても、挿入層４２ｃとしてのｎ−ＡｌＧａＡｓＰ層におけるＩｎの濃度のは比較的低いと考えられる。
すなわち、第１ｎ−クラッド層４２ａのｎ−ＡｌＧａＩｎＰ層の上に、ｎ−ＡｌＧａＡｓＰにより形成され、ＩＩＩ属元素のＡｌとＧａの組成比を第２ｎ−クラッド層４２ｂを構成するＩＩＩ属元素であるＡｌとＧａの組成比と同じにし、Ｖ属元素のＡｓとＰの組成はＰよりもＡｓを多くした挿入層４２ｃを形成し、この挿入層４２ｃの上にｎ−ＡｌＧａＡｓの第２ｎ−クラッド層４２ｂを形成した場合には、挿入層４２ｃと第１ｎ−クラッド層４２ａの界面近傍の挿入層４２ｃにおいてすこしＩｎの濃度が高くなるが第１ｎ−クラッド層４２ａのＩｎの濃度と比較してもそれほど高くはならない。