(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法であって、
III−Ｖ化合物半導体からなる表面を有する支持基体にアンチモンを供給する工程と、
アンチモンを供給した後に、少なくとも砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を前記表面上に成長する工程と
を含み、
前記支持基体の表面へのアンチモンの供給は、前記III−Ｖ化合物半導体層の成長の際に行われず、
前記支持基体の表面へのアンチモンの供給の持続時間は、１秒以上であり、
前記アンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有し、
前記アンチモンは前記界面領域に局在し、
アンチモンを供給する前記工程では、前記アンチモンの供給に加えて、前記III−Ｖ化合物半導体層のＶ族元素を供給する、方法。
【請求項２】
前記III−Ｖ化合物半導体層はGaInNAs層である、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記GaInNAs層は、前記アンチモンの供給に引き続いて成長される、請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記III−Ｖ化合物半導体層はＧａＡｓ表面上に成長され、
前記アンチモンの濃度プロファイルは、前記ＧａＡｓ表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載された方法。
【請求項５】
前記Ｖ族元素は、砒素（Ａｓ）および燐（Ｐ）の少なくともいすれかである、請求項１〜請求項４のいずれかに記載された方法。
【請求項６】
前記結晶成長は、MOCVD法、MBE法およびエピタキシャル成長法のいずれかである、請求項１〜請求項５のいずれかに記載された方法。
【請求項７】
前記III−Ｖ化合物半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、およびＩｎＮＡｓＰの少なくともいずれかを含む、請求項１〜請求項６のいずれかに記載された方法。
【請求項８】
アンチモンを供給する前記工程では、アンチモンを供給する量Ｘは、０より大きく１以下（0.0＜Ｘ≦1.0）であり、
Ｘ＝(単位時間あたりのアンチモン供給量)/（(単位時間あたりのアンチモン供給量)＋(単位時間あたりのAs供給量)）である、請求項１〜請求項７のいずれかに記載された方法。
【請求項９】
前記支持基体はGaAs基板を含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載された方法。
【請求項１０】
前記支持基体はInP基板を含む、請求項１〜請求項８のいずれかに記載された方法。
【請求項１１】
前記支持基体及び前記III−Ｖ化合物半導体層の熱処理を行う工程を更に備える請求項１〜請求項１０のいずれかに記載された方法。
【請求項１２】
一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含むエピタキシャルウエハであって、
III−Ｖ化合物半導体からなる表面を有する支持基体と、
少なくとも砒素および窒素元素を含んでおり前記支持基体の表面上に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層と
を備え、
当該エピタキシャルウエハのアンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有すると共に当該エピタキシャルウエハのアンチモンは前記界面領域に局在する、エピタキシャルウエハ。
【請求項１３】
前記III−Ｖ化合物半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、およびＩｎＮＡｓＰの少なくともいずれかを含む、請求項１２に記載されたエピタキシャルウエハ。
【請求項１４】
一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体装置であって、
III−Ｖ化合物半導体からなる表面を有する支持基体と、
少なくとも砒素および窒素元素を含んでおり前記支持基体の表面上に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層と
を備え、
当該半導体装置のアンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有すると共に、当該半導体装置のアンチモンは前記界面領域に局在する、半導体装置。
【請求項１５】
前記III−Ｖ化合物半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰ、およびＩｎＮＡｓＰの少なくともいずれかを含む、請求項１４に記載された半導体装置。
【請求項１６】
当該半導体装置は、半導体光素子、半導体受光素子、高電子移動度トランジスタ、およびヘテロ接合バイポーラトランジスタのいずれかを含む、請求項１４または請求項１５に記載された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法、エピタキシャルウエハおよび半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（特表２００３−５３２２７６号公報）の記載によれば、GaInNAs量子井戸構造を有する結晶成長を行う際に、GaInNAs量子井戸層をSb(アンチモン)の存在する所で成長させる。このとき、GaInNAs量子井戸内へのSbの混入を無視できる程度にする。
【特許文献１】特表２００３−５３２２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
窒素および他のＶ族元素を含むIII−Ｖ化合物半導体、あるいは、ガリウム、インジウム、砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体の良質な結晶を成長することが望まれている。このようなIII−Ｖ化合物半導体としては、例えば、ＧａＩｎＮＡｓ半導体がある。
【０００４】
文献１では、GaInNAs量子井戸構造をMOVPE法あるいはMBE法で成長する場合、Sbの存在する所でGaInNAs層を成長している。GaInNAs量子井戸構造へのSbの混入を無視できる程度に小さくすると、Sb添加による結晶特性改善の効果は非常に小さい。MBE法でGaInNAsにSbを添加する場合、SbはＶ族原子に対して組成を約2パーセントと無視できない程度にして、はじめて結晶特性の改善効果が出てくる。また、MOVPE法の場合、Sbの混入が少ない量でも、GaInNAsの発光波長が短波長化する現象が起こり、結晶特性の改善効果はそれほど大きいものにはならない。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、少なくとも砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体の良質な結晶を成長する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、このIII−Ｖ化合物半導体膜を含むエピタキシャルウエハ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体光素子、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体レーザ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む受光素子、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む高電子移動度トランジスタ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ、およびこのIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体装置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】
【０００６】
本発明の一側面は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法である。この方法は、（ａ）III−Ｖ化合物半導体からなる表面を有する支持基体の表面にアンチモンを供給する工程と、（ｂ）アンチモンを供給した後に、少なくとも砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を前記表面上に成長する工程とを含む。前記支持基体の表面へのアンチモンの供給は、前記III−Ｖ化合物半導体層の成長の際に行われず、前記支持基体の表面へのアンチモンの供給の持続時間は、１秒以上であり、前記アンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有すると共に前記アンチモンは前記界面領域に局在し、アンチモンを供給する前記工程では、前記アンチモンの供給に加えて、前記III−Ｖ化合物半導体層のＶ族元素を供給する。
【０００７】
この方法によれば、窒素元素および他の元素をＶ族として含むIII−Ｖ化合物半導体の良質な結晶を成長することができる。
【０００８】
この発明の好適な実施形態は、前記支持基体の表面にアンチモンを供給或いは付着する工程と、アンチモンを供給或いは付着した後に、GaInNAs層を該表面上に成長する工程とを含む。この方法によれば、GaInNAsの良質な結晶を成長することができる。
【０００９】
また、本発明に係る方法では、前記GaInNAs層は、前記アンチモンの供給に引き続いて成長されることが好ましい。アンチモンを供給した後に、真空を破ることなくGaInNAs層が該表面上に成長される。
【００１０】
本発明に係る方法では、アンチモンを供給或いは付着する前記工程では、アンチモンに加えて、Ｖ族元素を含む物質を同時に供給することが好ましい。供給されたＶ族原料は、Ｖ族元素を含む雰囲気を形成する。この雰囲気によれば、支持基体からＶ族元素が解離することを防止できる。好適な実施例では、前記Ｖ族元素は、砒素（Ａｓ）および燐（Ｐ）の少なくともいすれかである。支持基体から砒素（Ａｓ）および燐（Ｐ）が失われることを防止できる。
【００１１】
本発明に係る方法では、前記結晶成長は、MOCVD法、MBE法およびエピタキシャル成長法のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記支持基体の表面へのアンチモンの供給の持続時間は１秒以上であることが好ましい。この方法によれば、十分な量のアンチモンを支持基体の表面に提供できる。
【００１３】
本発明に係る方法では、アンチモンを供給する前記工程では、アンチモンを供給する量Ｘは、０より大きく１以下（0.0＜Ｘ≦1.0）であり、Ｘ＝(単位時間あたりのアンチモン供給量)／（(単位時間あたりのアンチモン供給量)＋(単位時間あたりのAs供給量)）であることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記支持基体はGaAs基板を含むことが好ましく、また前記支持基体はInP基板を含むことが好ましい。前記支持基体は該GaAs基板上に設けられており前記支持基体の表面を提供するIII−Ｖ化合物半導体層を更に含むことが好ましく、また前記支持基体は、該InP基板上に設けられており前記支持基体の表面を提供するIII−Ｖ化合物半導体層を更に含むことが好ましい。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記アンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面において極大値を有する。支持基体の表面のアンチモンは、少なくとも砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体の結晶品質を良好にする。
【００１６】
本発明の別の側面によれば、エピタキシャルウエハは、一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含む。このエピタキシャルウエハは、支持基体と、少なくともガリウム元素、インジウム元素、砒素および窒素元素を含んでおり前記支持基体の表面上に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層とを備え、当該エピタキシャルウエハにおけるアンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有すると共に前記アンチモンは前記界面領域に局在する。アンチモンが、III−Ｖ化合物半導体層の結晶品質を良好にする。
【００１７】
また、本発明に係るエピタキシャルウエハは、III−Ｖ化合物半導体層としてGaInNAs層とを備え、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。このエピタキシャルウエハによれば、アンチモンの作用によりIII−Ｖ化合物半導体層の結晶品質が良好になる。
【００１８】
本発明の更なる別の側面によれば、半導体装置は、一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含む。この半導体装置は、支持基体と、少なくとも砒素および窒素元素を含んでおり前記支持基体の表面上に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層とを備え、当該半導体装置におけるアンチモンの濃度プロファイルは、前記支持基体の前記表面と前記III−Ｖ化合物半導体層との間の界面領域において極大値を有すると共に、当該半導体装置のアンチモンは前記界面領域に局在する。アンチモンが、III−Ｖ化合物半導体層の結晶品質を良好にする。
【００１９】
また、本発明に係る半導体装置では、支持基体上に設けられておりGaInNAs層を含む半導体層を備えることができる。このGaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。半導体装置によれば、アンチモンの作用によりIII−Ｖ化合物半導体層の結晶品質が良好になる。
【００２０】
好適な実施例では、半導体光素子は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられておりGaInNAs層を含む活性層とを備え、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。
【００２１】
好適な実施例では、半導体レーザは、第１のクラッド層と、第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられておりGaInNAs層を含む活性層とを備え、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。
【００２２】
好適な実施例では、受光素子は、支持基体上に設けられておりGaInNAs層を含む受光半導体層を備え、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。
【００２３】
好適な実施例では、高電子移動度トランジスタは、支持基体上に設けられておりキャリアが流れる第１の半導体層と、一または複数の第２の半導体層と、前記第１および第２の半導体層上に設けられており前記キャリアの流れを制御する第１の電極と、前記第１および第２の半導体層上に設けられた第２の電極と、前記第１および第２の半導体層上に設けられた第３の電極とを備え、前記第１および第２の半導体層の少なくともいすれか一方は、GaInNAs層を含み、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。
【００２４】
好適な実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、支持基体上に設けられたエミッタ層と、支持基体上に設けられたコレクタ層と、前記コレクタ層と前記エミッタ層との間に設けられたベース層とを備え、前記エミッタ層、前記コレクタ層および前記ベース層の少なくともいずれかは、GaInNAs層を含み、前記GaInNAs層は、上記のいずれかの方法により成長されている。
【００２５】
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】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、少なくとも砒素および窒素を含むIII−Ｖ化合物半導体の良質な結晶を成長する方法が提供される。また、本発明によれば、このIII−Ｖ化合物半導体膜を含むエピタキシャルウエハ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体光素子、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体レーザ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む受光素子、このIII−Ｖ化合物半導体層を含む高電子移動度トランジスタ、このIII−Ｖ化合物半導体層を含むヘテロ接合バイポーラトランジスタ、およびこのIII−Ｖ化合物半導体層を含む半導体装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法、エピタキシャルウエハ、および半導体装置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。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法を示すフローチャートである。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図１（Ｄ）は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する主要な工程を示す図面である。これらの図面を参照すると、この方法では、フローチャート１００のステップＳ１０１において、支持基体１０２を準備する。支持基体１０２の表面１０２ａは、III−Ｖ化合物半導体からなる。支持基体１０２は、III−Ｖ化合物半導体ウエハであることができ、或いは基板と該基板上に設けられたIII−Ｖ化合物半導体層とを含むことができる。図１（Ｂ）に示されるように、支持基体１０２は成膜装置１０４内に置かれる。成膜装置１０４を用いて、MOCVD法、MBE法およびエピタキシャル成長法といった結晶成長を実現できる。ステップＳ１０２において、ＴＭＳｂといったアンチモンを含む物質を成膜装置１０４内に供給して、アンチモン含有物質およびアンチモンの少なくともいずれかを含む雰囲気１０６を成膜装置１０４内に形成する。これによって、図１（Ｃ）に示されるように、支持基体１０２の表面１０２ａにはアンチモン１０８が供給される。アンチモンを支持基体１０２の表面１０２ａに供給した後に、引き続いて、ステップＳ１０３において成膜装置１０４内にIII族原料ガスおよびＶ族原料ガスを供給して、少なくとも窒素元素および他の元素（例えば、砒素元素）をＶ族として含むIII−Ｖ化合物半導体層１１０を表面１０２ａ上に成長する。必要な場合には、引き続いて、別のIII−Ｖ化合物半導体層を堆積することができる。この方法によれば、窒素元素および他の元素をＶ族として含むIII−Ｖ化合物半導体の良質な結晶を成長することができる。ステップＳ１０４において、支持基体１０２および半導体膜１１０を熱処理する。熱処理の温度は、例えば摂氏５００度以上摂氏７００度以下である。この実施の形態の製造方法は、Ｖ族として窒素元素および砒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層１１０だけでなく、Ｖ族として窒素元素、燐元素および砒素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層、並びに、Ｖ族として窒素元素および燐元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を作製することができ、さらに、少なくともガリウム元素、インジウム元素、窒素元素および燐元素を含むIII−Ｖ化合物半導体層を作製することができる。
【００２９】
この方法を用いて、エピタキシャル基板Ｅが作製される。このエピタキシャル基板Ｅは、一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を含むことができる。図１（Ｄ）に示されるように、エピタキシャル基板Ｅは、支持基体１０２と、III−Ｖ化合物半導体層１１０とを備える。III−Ｖ化合物半導体層１１０は、少なくとも窒素元素および他の元素をＶ族として含んでおり、また支持基体１０２の表面１０２ａ上に設けられている。エピタキシャル基板Ｅでは、アンチモン原子の濃度プロファイルは、支持基体１０２とIII−Ｖ化合物半導体層１１０との界面領域１１２においてピークを有する。
【００３０】
図２は、この方法を用いて作製されたエピタキシャル基板のＳＩＭＳの測定結果を示す図面である。エピタキシャルウエハＥのアンチモンの濃度プロファイルは、支持基体１０２の表面１０２ａとIII−Ｖ化合物半導体層１１０との界面領域において極大値を有する。このエピタキシャル基板Ｅでは、アンチモンの濃度プロファイルは、支持基体１０２の表面１０２ａにおいて極大値を有する。支持基体１０２の表面１０２ａ近傍においては、１ナノ程度の幅の領域に局在している。単位体積当たりのアンチモン原子の割合は０．０１パーセント程度である。
【００３１】
この発明の好適な実施形態は、支持基体１０２の表面１０２ａにアンチモンを供給或いは付着させる工程と、アンチモンを供給或いは付着した後に、GaInNAs層を表面１０２ａ上に成長する工程とを含む。この方法によれば、良質なGaInNAs結晶を成長することができる。また、この方法では、GaInNAs層は、アンチモンの供給に引き続いてを成長されることが好ましい。アンチモンを供給した後に、真空を破ることなくGaInNAs層は該表面上に成長される。アンチモンを供給或いは付着させる工程では、アンチモンに加えて、Ｖ族元素を含む物質を同時に供給することが好ましい。供給されたＶ族物質は、Ｖ族元素を含む雰囲気を形成する。この雰囲気によれば、支持基体からＶ族元素が抜け出ることを防止できる。好適な実施例では、Ｖ族元素は、砒素（Ａｓ）および燐（Ｐ）の少なくともいずれかであることが好ましく、支持基体１０２の表面１０２ａを構成するIII−Ｖ化合物半導体に応じて選択される。支持基体から砒素（Ａｓ）または燐（Ｐ）が失われることを防止できる。
【００３２】
本実施の形態に係る方法は、GaInNAs結晶の成長に限定されることなく、以下のようなIII−Ｖ化合物半導体の成長にも利用される。既に例示されたIII−Ｖ化合物半導体に加えて、例えば、ＧａＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＰおよびＩｎＮＡｓＰを本実施の形態に係る方法を用いて作製できる。更に、これらに加えて、ＩｎＮＰおよびＩｎＮＡｓを本実施の形態に係る方法を用いて作製できる。
【００３３】
図３（Ａ）に示されるように、上記の方法を用いて量子井戸構造を基板上に形成することができる。基板３上には、GaInNAs井戸層５、GaAsバリア層７およびGaAsバリア層９が設けられている。
【００３４】
（実験例１）
一実施例では、MOVPE法によりGaAs基板上のGaInNAs/GaAs単一量子井戸(SQW)構造の結晶成長を行っている。Ga、In、N、As原料としてそれぞれTEGa、TMIn、DMHy、TBAsを用いる。基板はSiドープGaAs(100)面の２度オフ基板である。GaAs基板上に、アンドープGaAsバッファ層を２００ナノメートル（nm）成長し、その上にアンドープGaInNAs量子井戸層を７ナノメートル（nm）成長し、その上にアンドープGaAsキャップ層を１００ナノメートル（nm）成長している。GaInNAs量子井戸層の成長温度は摂氏５１０度、成長速度は時間当たり１マイクロメートル（μｍ／hrs.）であり、DMHy/(DMHy+TBAs)比は0.97であり、成長圧力は76torr（１torrは133.322パスカルであり、引き続いて簡便のためにTorrを用いる）。GaInNAs量子井戸層のGa組成は66パーセント、In組成は34パーセントである。
【００３５】
これらの膜のエピタキシャル成長後、MOVPE炉(in-situ)を用いて熱アニールを行っている。熱アニールは、TBAs雰囲気(TBAs流量1.6E-4mole/min)とし、アニールは、摂氏５７０度、６２０度、６７０度の３つの温度で行われる。アニール時間は10分間である。比較のため、熱アニールを行わないas-grownの試料も同時に作製している。
【００３６】
図４（Ａ）は、GaInNAs量子井戸層の結晶成長の原料ガスの供給を示すタイムチャートを示す図面である。このGaInNAs量子井戸層の結晶成長では、GaInNAs層の成長と同時にSb(アンチモン)の原料となるTMSb(トリメチルアンチモン)を供給している。アンチモン（Sb）の供給量は([TMSb]/([TMSb]+[TBAs])の比をパラメータとして、0.06パーセント、0.15パーセント、0.59パーセントの3水準としている。GaInNAs層の成長は下層のGaAsバッファ層の成長の後に連続して行われる。比較のため、TMSbを供給しない試料(リファレンス)も同時に作製している。
【００３７】
図３（Ｂ）に示される量子井戸構造が形成される。工程Ｓ１では、基板３ａ上に１回目のＧａＡｓ膜７ａを成長する。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＢＡｓを用いている。ＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスの供給を時刻ｔ２１に開始して、時刻ｔ２２に原料ガスを切り替える。工程Ｓ２では、ＧａＩｎＮＡｓ膜５ａを成長する。結晶成長にMOVPE成長法を用いるとき、恒温槽温度を常温程度に設定し、TMSb導入にはバブリングを用いている。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＭＨｙ、ＴＢＡｓ、ＴＭＳｂを用いている。ＴＭＩｎガス、ＤＭＨｙガス、ＴＭＳｂガスの供給を時刻ｔ２２に開始して、ＴＭＩｎガス、ＤＭＨｙガス、ＴＭＳｂガスの供給を時刻ｔ２３で原料ガスの供給を停止する。工程Ｓ３では、２回目のＧａＡｓ膜９ａを成長する。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＢＡｓを用いている。時刻ｔ２３において、ＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスを供給する。ＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスの供給を時刻ｔ２４で停止する。ＧａＡｓ膜７ａ上にアンチモン添加領域５ａが形成されており、このアンチモンが添加された領域であるＧａＩｎＮＡｓ膜５ａの結晶性を評価する。
【００３８】
これらのGaInNAs/GaAs量子井戸構造結晶の光学特性を室温におけるフォトルミネッセンス(PL：Photoluminescence)により調査する。
【００３９】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、GaInNAs層成長と同時にTMSbを供給しながら成長されたGaInNAs結晶の組成を示すグラフである。上記パラメータを変えて作製したサンプルの組成評価をSIMS分析にて行っている。３つのグラフｂの横軸は、TMSbの添加量を示し、図５（Ａ）の縦軸はインジウム（Ｉｎ）の組成を示し、図５（Ｂ）の縦軸はアンチモン（Ｓｂ）の組成を示す。図５（Ｃ）の縦軸は窒素の組成を示す。白抜きシンボルはSbを添加しない場合のリファレンスである。これから、TMSbの流量比に比べてSbの組成が非常に小さいがその量に依存すること、TMSb流量比を増加させるとGaInNAsでのN組成が小さくなること、が分かる。この結果によれば、次のことが理解される：（１）TMSb流量比に比べSb組成かなり小さい。（２）TMSb流量増加でGaInNAsの窒素組成が低下する傾向が見られる。
【００４０】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は量子井戸構造のＰＬ測定結果を示す図面である。図６（Ｂ）に示されたPL発光強度の熱アニール温度依存性の結果によれば、Sbの供給量が小さい場合([TMSb]/([TMSb]+[TBAs])の比が0.15パーセント、0.06パーセントの場合)、PL強度のアニール温度依存性はリファレンスの場合とほとんど変わらず、Sb添加によるGaInNAsの結晶特性の改善効果は非常に小さいと考えられる。Sbの供給量を大きくする([TMSb]/([TMSb]+[TBAs])の比が0.59パーセントの場合)と、リファレンスと比較してそれぞれのアニール温度でPL強度が大きくなっている。しかしながら、図６（Ａ）に示したPL発光波長の熱アニール温度依存性の結果から、Sbの供給量が大きいとPL発光波長が短くなる傾向が見られることがわかり、GaInNAs層へのN取り込み効率が低下していると考えられる。さらに、図６（Ｃ）に示した、PL発光の半値幅における熱アニール温度依存性の結果からは、リファレンスと大きな差はない。これらの結果から考えると、Sbの添加量が非常に小さい場合や、SbをGaInNAs層の成長と同時に供給した場合は、GaInNAsの結晶特性の改善効果がどちらかといえば小さいと考えられる。
【００４１】
図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）を参照しながら、MOCVD−GaInNAsへのTMSb添加についてさらに説明する。パラメータ([TMSb]/([TMSb]+[TBAs])、すなわちTMSbの流量比を変化させて成長したサンプルそれぞれに対して、温度を変えてアニールを行っている。その後、常温にてPL評価を行った結果が以下の通りである。点線はTMSbを添加していない成長条件のリファレンスサンプルを示している。図６（Ａ）に示されるPL発光波長のアニール温度依存性を見ると、GaInNAsからの発光波長はリファレンスに対して短波長化している。図６（Ｂ）に示されるように、発光強度はリファレンスに対して大きくなってはいるが、これはGaInNAsへのN取り込み効率が低下しN組成が小さくなった要因によるものである。図６（Ｃ）に示されるように、半値幅もリファレンスに対して目立った変化は見られない。これらから、GaInNAs量子井戸層の成長と同時にTMSbを供給する手法では、GaInNAsへのN取込効率が低下する。結果として、GaInNAsの光学特性に対して改善する効果は比較的小さいと考えられる。
【００４２】
（実験例２）
MOVPE法によりGaAs基板上のGaInNAs/GaAs単一量子井戸(SQW)構造の結晶成長を行う。Ga、In、N、As原料としてそれぞれTEGa、TMIn、DMHy、TBAsを用いる。基板はSiドープGaAs(100)面の２度オフ基板である。GaAs基板上に、アンドープGaAsバッファ層を２００ナノメートル（nm）成長し、その上にアンドープGaInNAs量子井戸層を７ナノメートル（nm）成長し、その上にアンドープGaAsキャップ層を１００ナノメートル（nm）成長している。GaInNAs量子井戸層の成長温度は摂氏５１０度、成長速度は、１時間当たり１マイクロメートル、DMHy/(DMHy+TBAs)比は0.97であり、成長圧力は76torrである。GaInNAs量子井戸層のGa組成が66パーセントであり、In組成が34パーセントである。
【００４３】
これらの膜のエピタキシャル成長後、MOVPE炉(in-situ)を用いて熱アニールを行う。熱アニールはTBAs雰囲気(TBAs流量1.6E-4mole/min)とし、アニールは570、620、670度の3温度で行われる。アニール時間は10分間である。比較のため、熱アニールを行わないas-grownの試料も同時に作製している。
【００４４】
図４（Ｂ）は、GaInNAs量子井戸層の結晶成長の原料ガスの供給を示すタイムチャートを示す図面である。このGaInNAs量子井戸層の結晶成長では、GaInNAs層の成長の直前に、Sb(アンチモン)の原料となるTMSb(トリメチルアンチモン)を供給する時間帯(成長中断)を設けている。この成長中断の時間帯ではTMSbのほかにTBAsの計2種類の有機金属原料ガスを供給している。この成長中断においてTBAsを供給する理由はエピ成長表面からAs(砒素)が解離することを防止するためである。Sbの供給量は([TMSb]/([TMSb]+[TBAs])の比として、0.15パーセント、1.5パーセント、13パーセントを用いている。また、この成長中断の時間はSbの供給量が0.15パーセントと13パーセントの場合は１２秒（12seconds）のみであり、1.5パーセントの場合は１．２秒１２秒、１２０秒（1.2sec.、12sec.、120sec.）の3つの持続時間が用いて試料を作製している。
【００４５】
工程Ｓ６では、基板３ｂ上に１回目のＧａＡｓ膜７ｂを成長する。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＢＡｓを用いている。ＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスの供給を時刻ｔ１１に開始して、時刻ｔ１２に原料ガスを切り替える。工程Ｓ８では、ＧａＩｎＮＡｓ膜５ｂを成長する。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＭＨｙ、ＴＢＡｓを用いている。ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＭＨｙ、ＴＢＡｓを時刻ｔ１３に供給しており、ＴＭＩｎガス、ＤＭＨｙガスの供給を時刻ｔ１４で切り替える。工程Ｓ９では、ＧａＩｎＮＡｓ膜５ｂ上に２回目のＧａＡｓ膜９ｂを成長する。このとき、原料ガスとして、ＴＥＧａ、ＴＢＡｓを用いている。時刻ｔ１４においてＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスを供給する。ＴＥＧａガス、ＴＢＡｓガスの供給を時刻ｔ１５で停止する。ＧａＡｓ膜７ｂ上にアンチモン添加領域６ｂが形成されており、このアンチモン添加領域６ｂによりＧａＩｎＮＡｓ膜５ｂの結晶性が良くなる。
【００４６】
本実施例では、１回目のＧａＡｓ膜７ｂの成長（ステップＳ６）の後であってＧａＩｎＮＡｓ膜５ｂの成長（ステップＳ８）に先立って、ＴＭＳｂといったアンチモン原料を供給するステップＳ７を設けている。このステップＳ７では、ＴＭＳｂの供給に加えて、例えばＴＢＡｓを用いて砒素（Ａｓ）を供給することもできる。或いは、このステップでは、必要な場合には、ＴＭＳｂの供給に加えて、例えばＴＢＰを用いて燐（Ｐ）を供給することもできる。或いは、必要な場合には、このステップでは、ＴＭＳｂの供給に加えて、例えばＴＢＰおよびＴＢＡｓを用いて、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）を供給することもできる。
【００４７】
これらのGaInNAs/GaAs量子井戸構造結晶の光学特性を室温におけるPL(Photoluminescence)により評価した。図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は量子井戸構造のＰＬ測定結果を示す図面である。結果として、以下の2つの点に関するGaInNAsの結晶特性の改善効果が得られた。
【００４８】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に示されたMOCVD−GaInNAsへのTMSb添加について説明する。図４（Ｂ）に示したTMSbの供給方法にて、パラメータ（[TMSb]/([TMSb]+[TBAs]）、すなわちいくつかのTMSbの流量比を用いてそれぞれ成長したサンプルに対して、温度を変えてアニールを行っている。その後、常温にてPL評価を行った結果が以下の通りである。３つのグラフは、アニール温度を横軸に、PL発光波長、PL強度、PL半値幅を縦軸にしてプロットしたものである。点線はTMSbを添加していない成長条件のリファレンスサンプルを示している。結果、以下の2つの点に関するGaInNAsの結晶特性の改善効果が得られる。
（１）図７（Ｂ）および図７（Ｃ）を参照すると、アニール温度を700度とした場合、領域Ｒ１に示されるようにリファレンスと比較してPL発光強度が1桁程度増加し、また、半値幅も10meV（１エレクトロンボルトは、１．６×１０−１９ジュールである）程度狭く、GaInNAsの結晶特性の改善効果が現れている。リファレンスの場合は、摂氏７００度（℃）のアニールでは摂氏６５０度（℃）のそれと比べて強度が小さく、半値幅も大きくなる傾向にある。これは、摂氏７００度（℃）もの高温のアニールに対してGaInNAs量子井戸がその構造を崩してしまって結晶性を劣化させていることを示している。これに対して、TMSbを添加した場合は、摂氏７００度（℃）のアニールを行っても十分な結晶性が保たれ、リファレンスと比較して改善されていることが分かる。
（２）図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照すると、TMSbの供給量[TMSb]/([TMSb]+[TBAs])の比を13パーセントとすると、領域Ｒ２に示されるように、アニールをしない(as-grown)の場合でも十分なPL発光強度と半値幅（PL発光強度が1程度、半値幅が70meV以下）の結果が得られた。これらの結果から、GaInNAs層の成長と同時にSb(アンチモン)を供給することをせず、GaInNAs層の成長の前にSb(アンチモン)を供給する時間帯(成長中断)を設けることで、GaInNAs層へのN取り込み効率低下を抑制しつつ、GaInNAsの結晶特性の改善効果を得ることができる。
【００４９】
GaInNAsは、例えばGaAs基板上にエピ成長可能な光通信用長波長帯半導体レーザの材料として期待されている。現状、閾値などレーザ特性のさらなる改善を実現させるため、如何にしてGaInNAsでのPL強度や半値幅などの光学特性を向上させるかが課題である。今回、MOVPEでのGaInNAs成長において、Sb添加がGaInNAsのPL発光波長、強度および半値幅に及ぼす影響を調べる。
【００５０】
発明者らの実験では、GaInNAs/GaAs単一量子井戸構造をMOVPE法で成長している。原料はTEGa、TMIn、TBAs及びDMHyを、Sb添加にはTMSb（トリメチルアンチモン）を用いた。成長圧力は76torr、基板温度は摂氏５１０度としている。Sb添加はGaInNAs層成長中に添加する場合と、GaInNAs層を成長する直前のみに一定時間添加する場合の2通りを行う。成長後にMOVPE炉内にてTBAs雰囲気下で10分間アニールする。TMSbの添加量および時間を変化させてGaInNAsを成長し、室温でPL発光特性を調べる。
【００５１】
図８は、摂氏７００度でアニールされたＧａＩｎＮＡｓのフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度を示す図面である。横軸はＰＬ波長（単位ナノメータ）を示し、縦軸は、ＰＬ強度を示す。
【００５２】
まず、GaInNAs層成長中にSb添加した場合、添加量に相関してPL波長が短波長化した。MOVPE成長ではSb添加によってGaInNAsへのN取込効率が低下する。次に、GaInNAs層を成長する直前のみに一定時間Sb添加した場合、同様にPL波長が短波長化するが、摂氏７００度（℃）でのアニール後のPL特性でTMSbを用いないリファレンスと比較して、強度および半値幅が向上する結果が得られる。これらの結果は、MOVPEでのGaInNAs/GaAs成長ではSbを添加する。特にその界面に添加することで光学特性が向上することを示している。
【００５３】
（第２の実施の形態）
GaInNAsのMOVPE法による結晶成長でも、結晶特性の改善を可能とするために、アンチモン（Sb）の添加を採用する。アンチモン（Sb）は、GaInNAs層の成長前に供給される。GaInNAs層の成長に先立ってアンチモン（Sb）を結晶面に供給することにより、結晶特性の大きな改善が得られる。好適な実施例では、アンチモンの供給は、GaInNAs層の成長と同時に行うのではなく、GaInNAs層の成長に先立って行う。
【００５４】
基板上にGaInNAs層を成長する方法で、GaInNAs層を成長する工程の直前にアンチモンを供給する工程(以下、工程Ａとして参照する)を含む。このアンチモンの供給によって、III−Ｖ半導体の表面には、アンチモンが付着すると考えられる。アンチモンを供給することでGaInNAs界面の3次元成長を抑制でききる。これはアンチモンが持つ「サーファクタント効果」が効いていると考えられる。また、アンチモンを供給するのはGaInNAs層を成長する工程と同時とする必要はなく、GaInNAs層を成長する工程の直前とすることで、その効果を十分に引き出すことができる。好適な実施例では、成膜装置において、アンチモンを供給する工程が終了した後に、同一のチャンバ内において引き続き、III−Ｖ半導体の表面上にGaInNAs層を成長する工程を行う。
【００５５】
工程Ａでは、Ｖ族原子(ＡｓやＰなど)を含む原料を同時に供給する。ただし、工程Ａは通常は摂氏５００度（℃）あたりの高温での結晶成長であるため、その状態では結晶成長された層あるいは基板からV族元素の砒素（As）や燐（P）が解離しやすい。これを防止するため、アンチモンを含む原料の供給と同時に、V族原子を含む原料を供給する。好適な実施例では、砒素元素を含む原料、燐元素を含む原料として、有機金属原料を用いることができる。結晶成長はMOCVD法、またはMBE法、またはエピタキシャル成長法とする。この方法は結晶成長の種類を問わず有効である。
【００５６】
工程Ａの持続時間は１秒（1sec.）以上とする。発明者らの実験では、工程Ａの時間を、持続時間１．２秒（1.2sec.）、１２秒（12sec.）、１２０秒（120sec.）とした場合での結晶成長後のGaInNAsの光学特性(PL特性)を評価している。持続時間を12sec.や120sec.とした場合、工程Ａを含まない結晶成長でのGaInNAs(リファレンス)と比較して、PL強度が大きく増加している。持続時間1.2sec.を用いる場合でも、PL強度が良好になる。また、持続時間１秒程度でも可能である。
【００５７】
工程Ａでアンチモンを供給する量Ｘとするとき、供給量Ｘは０より大きい（0.0＜Ｘ）であることが好ましい。また、供給量Ｘは１以下（Ｘ≦1.0）であることが好ましい。Ｘ＝(単位時間あたりのアンチモン供給量)/（(単位時間あたりのアンチモン供給量)＋(単位時間あたりのAs供給量)）である。発明者らの実験によれば、Ｘを、0.0015、0.015、0.15とし、工程Ａの時間を12secとした場合での結晶成長後のGaInNAsの光学特性(PL特性)を評価した。どのＸの場合でも、工程Ａを含まない結晶成長でのGaInNAs(リファレンス)と比較してPL強度が増加している。
【００５８】
好適な実施例では、基板してGaAs基板を用いることができる。また、GaInNAs層は、ＧａＡｓといったIII−Ｖ半導体の表面上に成長される。このIII−Ｖ半導体は、少なくとも窒素を含むIII−Ｖ半導体であることができ、また少なくともガリウム、インジウム、砒素および窒素を含むIII−Ｖ半導体であることができる。
【００５９】
好適な実施例では、基板してInP基板を用いることができる。また、GaInNAs層は、ＩｎＰといったIII−Ｖ半導体の表面上に成長される。このIII−Ｖ半導体は、少なくとも窒素を含むIII−Ｖ半導体であることができ、また少なくともガリウム、インジウム、砒素および窒素を含むIII−Ｖ半導体であることができる。
【００６０】
好適な実施例では、エピタキシャルウエハは、基板上に設けられたGaInNAs層を含む。図９（Ａ）は、エピタキシャルウエハを示す図面である。エピタキシャルウエハ３１は、基板３３と、この基板上に設けられた一又は複数のIII−Ｖ化合物半導体膜３５，３７、３９とを備えることができる。III−Ｖ化合物半導体膜３５，３７、３９の少なくともいずれか一層は、GaInNAs層であることができる。このGaInNAs層は、上記に説明された成長方法により形成される。
【００６１】
半導体装置は、上記に説明された成長方法により成長されているGaInNAs層を含む。このGaInNAs層は、上記に説明された成長方法により成長されている。半導体装置の好適な実施例を以下に示す。
【００６２】
好適な実施例では、半導体光素子は、GaInNAs層を含む活性層を備える。図９（Ｂ）は、半導体光素子を示す図面である。この半導体光素子４１は、第１導電型半導体層４３と、第２導電型半導体層４５と、第１導電型半導体層４３と第２導電型半導体層４５との間に設けられておりGaInNAs層を含む活性層４７とを備え、GaInNAs層は、上記に説明された成長方法により形成される。半導体光素子４１は、さらに、支持基体４９と、コンタクト層５１と、カソード電極といった電極５３と、アノード電極といった電極５５とを含むことができる。半導体光素子としては、例えば半導体光増幅器、変調器、光導波路デバイス等がある。
【００６３】
好適な実施例では、半導体レーザは、GaInNAs層を含む活性層を備える。図９（Ｃ）は、半導体レーザを示す図面である。半導体レーザ６１は、第１のクラッド層６５と、第２のクラッド層６７と、第１のクラッド層６５と第２のクラッド層６７との間に設けられておりGaInNAs層を含む活性層６３とを備え、GaInNAs層は、上記に説明された成長方法により成長されている。半導体レーザ６１は、さらに、支持基体６９と、コンタクト層７１と、カソード電極といった電極７３と、アノード電極といった電極７５とを含むことができる。半導体レーザとしては、例えば、ＤＦＢ型半導体レーザ、ファブリペロ型半導体レーザ、面発光レーザ等がある。
【００６４】
好適な実施例では、受光素子は、GaInNAs層を含む受光層を備える。図９（Ｄ）は、受光素子を示す図面である。この半導体受光素子８１は、支持基体８３上に設けられておりGaInNAs層を含む受光半導体層８５を備え、GaInNAs層は、上記に説明された成長方法により成長されている。半導体受光素子８１は、さらに、窓層８７と、アノード領域８９と、バッファ層９１と、カソード電極といった電極９３と、アノード電極といった電極９５とを含むことができる。受光素子としては、ｐｉｎ型フォトダイオード、ＡＰＤ型フォトダイオード等がある。
【００６５】
好適な実施例では、高電子移動度トランジスタは、上記に説明された成長方法により成長されたGaInNAs層を含む。図９（Ｅ）は、高電子移動度トランジスタを示す図面である。高電子移動度トランジスタ１０１は、支持基体１０３上に設けられておりキャリア（二次元電子ガス１１５）が流れる電子走行層１０５と、電子供給層１０７と、電子供給層１０７上に設けられておりキャリアの流れを制御するためのゲート電極といった第１の電極１０９と、支持基体１０３上に設けられたソース電極といった第２の電極１１１と、支持基体１０３上に設けられたドレイン電極といった第３の電極１１３と、バッファ層１１７とを備え、電子走行層１０５および電子供給層１０７の少なくともいすれか一方は、GaInNAs層を含み、GaInNAs層は、上記に説明された成長方法により成長されている。
【００６６】
好適な実施例では、ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、上記に説明された成長方法により成長されたGaInNAs層を含む。図９（Ｆ）は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図面である。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１２１は、支持基体１２３上に設けられたエミッタ層１２５と、支持基体１２３上に設けられたコレクタ層１２７と、コレクタ層１２７とエミッタ層１２５との間に設けられたベース層１２９とを備え、エミッタ層１２５、コレクタ層１２７およびベース層１２９の少なくともいずれかはGaInNAs層を含み、GaInNAs層は、上記に説明された成長方法により成長されている。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ１２１は、さらに、エミッタ電極１３１、コレクタ電極１３３、およびベース電極１３５を含むことができる。
【００６７】
MOVPE成長でのGaInNAs/GaAsに対するSb添加によるGaInNAs膜/GaAs膜の成長を説明したが、長波長帯でのレーザダイオードやＶＣＳＥＬなどの光デバイスの材料として期待されているのがGaInNAsである。GaInNAs結晶中にN量を増加させるとともに、その光学特性が劣化していく。そのような中で、いかにして１．２から１．３マイクロメートルでの波長領域での光学特性を向上させるかが課題となっている。GaInNAsの結晶性を向上させるために、以下のような手段を用いて結晶性の向上を検討している。さらにGaInNAsの結晶性の向上を狙って、MOVPE成長によるGaInNAs量子井戸へのアンチモン添加の研究を行っている。GaInNAsの結晶性向上の手段としては、GaInNAs結晶成長の後にアニールを行う方法（post-growth anneal）がある。このアニールによれば、PL強度が向上し、またＰＬ半値幅が減少する。アニール条件の最適化により、光学特性向上に効果がある。また、原料の高純度化も、光学特性向上のために必要である。また、多元素の添加（例えばＰ添加など）によっても光学特性の向上が期待できる。
【００６８】
図１０（Ａ）はアンチモンを添加しないＡＦＭ評価結果を示す図面である。図１０（Ｂ）は直前にアンチモンを供給した後に成長されたＧａＩｎＮＡｓ層のＡＦＭ評価結果を示す図面である。PL評価の結果、考えられる「高温のアニールでもへたらない量子井戸（高温のアニールに対して耐性を有する量子井戸）」とはどのような量子井戸なのか、との点を検討するため、「Sbを添加しないGaInNAs-SQW(Reference)」と「Sbを直前に供給したGaInNAs-SQW」との2つのデバイスのエピタキシャル層の表面をAFM評価にて観察した結果が以下の通りである。リファレンスに対してTMSbを添加した場合、表面に見られる島状の凹凸の大きさおよび密度が小さくなっていることがわかった。これらの評価からTMSbをGaInNAs量子井戸層の成長直前に供給した場合にその光学特性が改善される点には、SbによるGaInNAs/GaAs量子井戸の界面状態の改善の寄与が大きいのではないか、と考えられる。
【００６９】
実験結果によれば、MOVPE成長するGaInNAs量子井戸へのSb添加はTMSbで可能である。GaInNAs量子井戸層の成長と同時にTMSbを供給するよりは、GaInNAs量子井戸層の成長前にTMSb供給するだけで十分なSb添加効果が得られ、光学特性が改善する。この光学特性の変化はSbの添加量に依存する。これらのことから、光学特性の改善はGaInNAs量子井戸の界面にSbの効果が出たもの、すなわち、Sbのサーファクタント効果によってGaInNAs井戸界面が改善されていると考えられる。
【００７０】
以上説明したように、文献1では、タリウム(Tl)を供給する必要があることから、結晶成長方法がMBE法に限られる。MOVPE法ではタリウムを供給することが困難である。なぜなら、GaInNAs結晶成長では、MOVPE法(有機金属エピタキシャル成長)あるいはMBE法(分子線エピタキシャル成長)のどちらかの手法を用いる。GaInNAs結晶成長とともにタリウムを供給する場合、MBE法ではタリウム金属などを原料とできる。これに対して、有機金属を原料とするMOVPE法ではタリウムが供給できるような最適な有機金属が現時点では見当たらず、タリウムを供給することは難しい。
【００７１】
文献１では、GaInNAs層をSbの存在する所で成長し、アンチモン（Sb）の混入量を無視できる程度としている。しかし、Sb量が非常に小さい場合、結晶特性の改善の効果は非常に小さい。また、少ない量のSbが存在する所でGaInNAs層を成長させても、GaInNAsの発光波長などが大きく変化し、結晶特性の改善効果はそれほど大きくならない。なぜなら、GaInNAs量子井戸構造をMOVPE法あるいはMBE法で成長する場合、Sbの存在する所で成長し、そのSbの混入を無視できる程度に小さくすると、Sb添加による結晶特性改善の効果は非常に小さい。MBE法でGaInNAsにSbを添加する場合、SbはV族原子に対して組成を約2パーセントと無視できない程度にして、はじめて結晶特性の改善効果が出てくる。また、MOVPE法の場合、Sbの混入が少ない量でも、GaInNAsの発光波長が短波長化する現象が起こり、結晶特性の改善効果はそれほど大きいものにはならない。
【００７２】
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。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】
【００７３】
【図１】図１（Ａ）は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する方法を示すフローチャートである。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）および図１（Ｄ）は、III−Ｖ化合物半導体層を成長する主要な工程を示す図面である。
【図２】図２は、図１（Ａ）に示された方法を用いて作製されたエピタキシャル基板のＳＩＭＳの測定結果を示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は基板上に形成された量子井戸構造を示す図面である。図３（Ｂ）は、第１の実験例において基板上に形成された量子井戸構造を示す図面である。図３（Ｃ）は、第２の実験例において基板上に形成された量子井戸構造を示す図面である。
【図４】図４（Ａ）は、第１の実験例におけるGaInNAs量子井戸層の結晶成長の原料ガスの供給を示すタイムチャートを示す図面である。図４（Ｂ）は、第２の実験例におけるGaInNAs量子井戸層の結晶成長の原料ガスの供給を示すタイムチャートを示す図面である。
【図５】図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、GaInNAs層成長と同時にTMSbを供給しながら成長されたGaInNAs結晶の組成を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は量子井戸構造のＰＬ測定結果を示す図面である。
【図７】図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は量子井戸構造のＰＬ測定結果を示す図面である。
【図８】図８は、摂氏７００度でアニールされたＧａＩｎＮＡｓのフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度を示す図面である。
【図９】図９（Ａ）は、エピタキシャルウエハを示す図面である。図９（Ｂ）は、半導体光素子を示す図面である。図９（Ｃ）は、半導体レーザを示す図面である。図９（Ｄ）は、受光素子を示す図面である。図９（Ｅ）は、高電子移動度トランジスタを示す図面である。図９（Ｆ）は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図面である。
【図１０】図１０（Ａ）はアンチモンを添加しないＡＦＭ評価結果を示す図面である。図１０（Ｂ）は直前にアンチモンを供給した後に成長されたＧａＩｎＮＡｓ層のＡＦＭ評価結果を示す図面である。
【符号の説明】
【００７４】
１００…フローチャート、１０２…支持基体、１０４…成膜装置、１０６…アンチモン雰囲気、１０８…アンチモン、１１０…III−Ｖ化合物半導体層、Ｅ…エピタキシャル基板、１１２…界面領域、３、３ａ、３ｂ…基板、５、５ａ、５ｂ…GaInNAs井戸層、６ｂ…アンチモン添加領域、７、７ａ、７ｂ…GaAsバリア層、９、９ａ、９ｂ…GaAsバリア層、３１…エピタキシャルウエハ、３３…基板、３５，３７、３９…III−Ｖ化合物半導体膜、４１…半導体光素子、４３…第１導電型半導体層、４５…第２導電型半導体層、４７…活性層、４９…支持基体、５１…コンタクト層、５３、５５…電極、６１…半導体レーザ、６５…第１のクラッド層、６７…第２のクラッド層、６７…活性層、６９…支持基体、７１…コンタクト層、７３、７５…電極、８１…半導体受光素子、８３…支持基体、８５…受光半導体層、８７…窓層、８９…アノード領域、９１…バッファ層、９３、９５…電極、１０１…高電子移動度トランジスタ、１０３…支持基体、１１５…二次元電子ガス、１０５…電子走行層、１０７…電子供給層、１０９…第１の電極、１１１…第２の電極、１１３…第３の電極、１１７…バッファ層、１２１…ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、１２５…エミッタ層、１２７…コレクタ層、１２９…ベース層、１３１…エミッタ電極、１３３…コレクタ電極、１３５…ベース電極  
【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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