(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１００）面からオフした主面を有するガリウム砒素基板と、
前記主面の上に形成されたＩｎzＧａ(1-z)Ａｓ（０．０１≦ｚ≦０．７）よりなる第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層の上に形成されたＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる第２の化合物半導体層と、
前記第２の化合物半導体層の上に形成された第３の化合物半導体層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記第２の化合物半導体層は、高電子移動度トランジスタの電子走行層であり、前記第３の化合物半導体層は、該高電子移動度トランジスタの電子供給層であることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記第２の化合物半導体層のエネルギーバンドギャップは前記第１及び第３の化合物半導体層のエネルギーバンドギャップよりも小さく、
前記第２の化合物半導体層は半導体レーザの活性層であり、
前記第１及び第３の化合物半導体層は前記半導体レーザのクラッド層であることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記主面は、０．２度以上２５度以下の角度でオフしていることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記主面は、Ａ面方向にオフしていることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
ガリウム砒素基板の上に形成され、ＩｎzＧａ(1-z)Ａｓ（０．０１≦ｚ≦０．７）よりなるバリア層と、
前記バリア層の上に形成され、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる電子走行層と、
前記電子走行層の上に形成されて、前記電子走行層よりもバンドギャップが広く且つ不純物を含む電子供給層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項７】
前記バリア層の膜厚は１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置。
【請求項８】
前記ガリウム砒素基板と前記バリア層の間には、ガリウム砒素又はアルミニウムガリウム砒素よりなるバッファ層が形成されていることを特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置。
【請求項９】
前記電子供給層は、アルミニウムガリウム砒素、インジウムガリウム燐、アルミニウムガリウムインジウム燐のいずれかから構成されることを特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置。
【請求項１０】
前記電子走行層を構成するＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-yの組成比ｘは、膜厚方向で変化していることを特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置。
【請求項１１】
前記組成比ｘは、前記ガリウム砒素基板側から前記電子供給層の方向で、０から０．３を経て０へと変化していることを特徴とする請求項１０記載の化合物半導体装置。
【請求項１２】
前記組成比ｙは、前記電子走行層内で傾斜して変化していることを特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置。
【請求項１３】
前記組成比ｙは、前記ガリウム砒素基板側から前記電子供給層の方向で、０から０．０３を経て０へと変化していることを特徴とする請求項１２記載の化合物半導体装置。
【請求項１４】
ガリウム砒素基板の上に、ＩｎzＧａ(1-z)Ａｓ（０．０１＜ｚ＜０．７）よりなるバリア層を有機金属気相成長法により形成する工程と、
前記バリア層の上に、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる電子走行層を有機金属気相成長法により形成する工程と、
前記電子走行層を形成した後に成長温度を上げる工程と、
前記電子走行層の上に、前記電子走行層よりもバンドギャップが広く且つ不純物を含む電子供給層を有機金属気相成長法により形成する工程とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記成長温度を上げる工程の前に、前記電子走行層の上にインジウムガリウム砒素層を５ｎｍ以下の厚さで有機金属気相成長法により形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の化合物半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関し、より詳しくは、高電子移動度トランジスタ、半導体レーザ等の化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電子移動度トランジスタや半導体レーザなどの化合物半導体装置は、インジウム燐（InP ）基板やガリウム砒素（GaAs）基板を使用して形成される。
例えば、GaAs基板を使用し、その上にインジウムガリウム砒素（InGaAs）を電子走行層として形成し、さらに、電子走行層の上にアルミニウムガリウム砒素（AlGaAs）又はインジウムガリウム燐（InGaP ）を電子供給層として形成して構成される高速移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は既に実用化されている。そのような構造のＨＥＭＴは、衛生放送用の低雑音アンプやデータ伝達速度１０Ｇｂｐｓの高速通信用デバイスとして用いられている。
【０００３】
また、インジウムガリウム窒素砒素（InGaNAs ）よりなる活性層をGaAs基板の上に形成して構成される１．３μｍ波長帯の長波長用半導体レーザが開発されている。このような半導体レーザでは、アルミニウム砒素（AlAs）をGaAs基板の上に形成することができるために、AlAsとGaAsよりなるＤＢＲミラーを使用することも可能になる。InGaNAs を活性層として適用すると、活性層とクラッド層との伝導帯端のエネルギー差ΔＥc が０．５eV以上となるために、温度特性の改善が可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
４０Ｇｂｐｓ帯のデータ通信速度を得るために、GaAs基板の代わりにInP 基板を使用してその上にInGaAsよりなる電子走行層と、InAlAsよりなる電子供給層とを形成して構成されるＨＥＭＴの開発が進められている。
しかし、InP 基板を用いたＨＥＭＴには、▲１▼ゲート電極形成のためのドライエッチングの選択性が低く、▲２▼ゲート電極を構成する金属がInAlAs層に接触すると信頼性が劣化し、▲３▼InP 基板の上に形成するバッファ層の耐圧を高くできず、▲４▼InP 基板は脆くて割れやすく、▲５▼InP 基板の単価がGaAs基板の単価の数倍に及ぶなどの問題がある。
【０００５】
したがって、GaAs基板を用いてデータ通信速度４０Ｇｂｐｓ帯のＨＥＭＴの開発が望まれている。
また、半導体レーザでは、GaAs基板の上にInGaNAs 活性層を有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法で成長する場合に、活性層内に窒素が混入しにくいという課題がある。これは、InGaNAs 層の成長中に窒素が脱離し易いからである。窒素を脱離させ難くするためには、InGaNAs の成長温度を下げる必要があるが、成長温度を下げると水素が混入するという不都合がある。
【０００６】
本発明の目的は、GaAs基板の上に高い移動度が可能な化合物半導体層を有し、また、化合物半導体に窒素の導入が容易な構造を有する化合物半導体装置、及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記した課題は、図２、図８、図９に例示するように、（１００）面からオフした主面を有するガリウム砒素基板１１、２１と、前記主面の上に形成された第１の化合物半導体層１２，１３、２２〜２４と、前記第１の化合物半導体層１２，１３、２２〜２４の上に形成されたＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる第２の化合物半導体層１４、２５と、前記第２の化合物半導体層１４、２５の上に形成された第３の化合物半導体層１５、２６〜２８とを有することを特徴とする化合物半導体装置によって解決する。
【０００８】
上記した化合物半導体装置において、図２に例示するように、前記第２の化合物半導体層１４は、高電子移動度トランジスタの電子走行層であり、前記第３の化合物半導体層１５は該高電子移動度トランジスタの電子供給層であることを特徴とする。
上記した化合物半導体装置において、図９に例示するように、前記第２の化合物半導体層２５のエネルギーバンドギャップは前記第１及び第３の化合物半導体層２３、２７のエネルギーバンドギャップよりも小さく、前記第２の化合物半導体層２５は半導体レーザの活性層であり、前記第１及び第３の化合物半導体層２３、２７は前記半導体レーザのクラッド層であることを特徴とする。
【０００９】
上記した化合物半導体装置において、図８に例示するように、前記主面は、０．２度以上２５度以下の角度でオフしていることを特徴とし、また、前記主面は、Ａ面方向にオフしていることを特徴とする。
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、（１００）面からオフした主面を有するGaAs基板を使用して、その主面の上方にInGaNAs よりなる化合物半導体層を形成している。これにより、オフ角によってInGaNAs に含まれる窒素の量を制御することができるので、温度を下げることなく所望の窒素量を含むInGaNAs を形成することができる。
【００１０】
ＩｎＧａＮＡｓを成長する際に、温度を低下させると窒素の脱離が防止されるが、その代わりに水素の混入量が多くなってしまうので、水素の混入量を減らすことでも本発明は有効である。
例えば、主面は（１００）面からＡ面方向にオフさせると、主面におけるＡ面ステップの密度を増加させることができ、その結果、ＩｎＧａＮＡｓの砒素の吸着効率が低くなり、相対的に窒素の吸着効率が高くなって、窒素の混入を高温でも達成できる。
（２）上記した課題は、図２に例示するように、ガリウム砒素基板１１の上に形成され、ＩｎzＧａ(1-z)Ａｓ（０．０１≦ｚ≦０．７）よりなるバリア層１３と、前記バリア層の上に形成され、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる電子走行層１４と、前記電子走行層１４の上に形成されて、前記電子走行層１４よりもバンドギャップが広く且つ不純物を含む電子供給層１５とを有することを特徴とする化合物半導体装置によって解決する。
【００１１】
上記した化合物半導体装置において、前記バリア層１３の膜厚は１０nm以下であることを特徴とする。
上記した化合物半導体装置において、前記ガリウム砒素基板１１と前記バリア層１３の間には、ガリウム砒素又はアルミニウムガリウム砒素よりなるバッファ層１２が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記した化合物半導体装置において、前記電子供給層１５は、アルミニウムガリウム砒素、インジウムガリウム燐、アルミニウムガリウムインジウム燐のいずれかから構成されることを特徴とする。
上記した化合物半導体装置において、前記電子走行層１４を構成するＩｎxＧａ1-xＮy  Ａｓ1-yの組成比ｘは、膜厚方向で変化していることを特徴とする。例えば、前記組成比ｘは、前記ガリウム砒素基板１１側から前記電子供給層１５の方向で０から０．３を経て０へと変化させる。
【００１３】
上記した化合物半導体装置において、前記組成比ｙは、前記電子走行層１４内で傾斜して変化していることを特徴とする。例えば、前記組成比ｙは、前記ガリウム砒素基板側から前記電子供給層の方向で、０から０．０３を経て０へと変化している。
次に、本発明の作用について説明する。
【００１４】
本発明によれば、化合物半導体装置であるＨＥＭＴにおいて、ＩｎＧａＮＡｓ電子供給層とその下のＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層との間にＩｎＧａＡｓバリア層を介在させている。ＩｎＧａＡｓバリア層は、ＩｎＧａＮＡｓの成長初期において、窒素がＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層に混入することを防止する。これにより、ＨＥＭＴの特性が向上する。なお、電子供給層の下のＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層に窒素が混入するとｐ型化され易くなってＨＥＭＴの特性が劣化させてしまうが、本発明ではバリア層によって窒素混入が防止される。
（３）上記した課題は、図２、図６に例示するように、ガリウム砒素基板１１の上に、ＩｎzＧａ(1-z)Ａｓ（０．０１＜ｚ＜０．７）よりなるバリア層１３を有機金属気相成長法により形成する工程と、前記バリア層１３の上に、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる電子走行層１４を有機金属気相成長法により形成する工程と、前記電子走行層１４を形成した後に成長温度を上げる工程と、前記電子走行層１４の上に、前記電子走行層１４よりもバンドギャップが広く且つ不純物を含む電子供給層１５を有機金属気相成長法により形成する工程とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法によって解決する。
【００１５】
上記した化合物半導体装置の製造方法において、前記成長温度を上げる工程の前に、前記電子走行層の上にインジウムガリウム砒素層を５ｎｍ以下の厚さで有機金属気相成長法により形成する工程をさらに含むことを特徴とする。
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、ＩｎＧａＮＡｓ層を成長した後に、その後に形成される化合物半導体層の成長温度を上げたところ、ＩｎＧａＮＡｓ層での水素の混入量が減り、さらに、電子走行層の上にＩｎＧａＡｓ層を薄く形成した後に、その後に形成される化合物半導体層の成長温度を上げたところ、炭素の混入量が減少することが実験により確かめられた。ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y層に炭素が混入されると、炭素はｐ型不純物となりやすいので、ＨＥＭＴ特性を劣化させるが、温度調整によりｐ型不純物の混入が防止されて、ＩｎxＧａ1-xＮyＡｓ1-y層のｐ型化が防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
そこで、以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明の実施形態の化合物半導体成長に使用する有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置を図１に基づいて説明する。
図１において、成長炉である減圧横型炉１の周囲には炉内を加熱するためのヒータＨが配置されている。
【００１７】
減圧横型炉１のガス導入端には、第１〜第６の恒温槽２ａ〜２ｆ内の各容器３ａ〜３ｆからそれぞれ引き出された第１〜第６のガス供給管４ａ〜４ｆが接続されている。
第１の恒温槽２ａの容器３ａにはガリウム（Ga）を供給するためのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）が収納され、第２の恒温槽２ｂの容器３ｂにはガリウムを供給するためのトリエチルガリウム（ＴＥＧ）が収納され、第３の恒温槽２ｃの容器３ｃにはアルミニウム（Al）を供給するためのトリメチルアルミニウム（ＴＥAl）が収納され、第４の恒温槽２ｄの容器３ｄにはインジウム（In）を供給するためのトリメチルインジウム（ＴＥＩ）が収納され、第５の恒温槽２ｅの容器３ｅには窒素（Ｎ）を供給するためのジメチルヒドラジン（ＤＭＨ）が収納され、第６の恒温槽２ｆの容器３ｆにはｐ型不純物となる亜鉛（Zn）を供給するためのジメチル亜鉛（ＤＭＺ）が収納されている。
【００１８】
各容器３ａ〜３ｆに収納された各液体は、第１〜第６のキャリアガス供給管５ａ〜５ｆを通して供給された水素ガスによってバブリングされて気化される。そして、第１〜第６の恒温槽２ａ〜２ｆで気化された各ガスは、それぞれ第１〜第６のガス供給管４ａ〜４ｆを通して減圧横型炉１内に搬送される。
なお、第１〜第６のキャリアガス供給管５ａ〜５ｆには、それぞれ、キャリアガス（水素ガス）のガス流量を調整するためのマスフローコントローラ６ａ〜６ｆが取付けられている。
【００１９】
また、ガス供給管４ａ〜４ｆとキャリアガス供給管５ａ〜５ｅと容器３ａ〜３ｆのぞれぞれには切換弁７ａ〜７ｆが取付けられいて、キャリアガス供給管５ａ〜５ｆを通して送られる水素ガスの供給先を変更するようになっている。
以上は、III 族元素、窒素又はｐ型不純物を供給するためのソースガスの制御系であり、Ｖ族元素、ｎ型不純物元素を供給するためのソースガスの制御系は次のようである。
【００２０】
減圧横型炉１のガス導入端には、砒素供給用のアルシン（AsH3）供給源８、リン供給用のホスフィン（PH3 ）供給源９、ｎ型不純物であるシリコン（Si）供給用のジシラン（Si2H6 ）供給源１０がそれぞれ第６〜第９のガス供給管４ｇ〜４ｉを介して接続されている。また、第６〜第９のガス供給管４ｇ〜４ｉには、それぞれマスフローコントローラ６ｇ〜６ｉが取付けられ、ガス流量を調整するようになっている。
【００２１】
なお、減圧横型炉１のガス出力端には、図示しない減圧ポンプに接続されるガス出力口Ｅが設けられている。
以上述べたようなＭＯＶＰＥ装置を使用して以下に説明する化合物半導体を成長する。
第１例  
この第１例では、ＨＥＭＴとその製造方法について説明する。
【００２２】
図２(a),(b) は、本発明の実施形態に係るＨＥＭＴの成長工程を示す断面を示している。
まず、３インチ径の半絶縁性ガリウム砒素（GaAs）基板１１を減圧横型炉１内に置くとともに、減圧横型炉１内の成長圧力を５０Torrに保持するとともに、ヒータＨの制御により基板温度を５２０℃〜６００℃の範囲内に設定する。
【００２３】
そのGaAs基板１１は、例えば（１００）面から０．５〜２０°傾斜した主面を有するいわゆるオフ基板であり、その主面の上に図２(a) に示すような化合物半導体層を成長する。
図２(a) において、GaAs基板１１の上には、アンドープのGaAsよりなるバッファ層１２と、アンドープのInz Ga(1-z) As（０．０１≦ｚ≦０．７）よりなる窒素拡散防止（バリア）層１３と、アンドープのInx Ga(1-x) N y As(1-y) （０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１）よりなる電子走行層１４と、アンドープのAlGaAsよりなる電子供給層１５と、ｎ+ 型のGaAsキャップ層１７とが順に成長されている。それらの層１２〜１８は、図１に示したＭＯＶＰＥ法を使用し、各層の構成元素を供給するためのソースガスは、マスフローコントローラ６ａ〜６ｉによって調整される。なお、図中、２ＤＥＧは二次元電子ガスを示している。
【００２４】
それらの層の厚さの一例をあげると、GaAsバッファ層１２の厚さは６００nm、InGaAs窒素拡散防止層１３の厚さは１０nm以下（例えば３nm）、InGaNAs 電子走行層１４の厚さは２０nm、AlGaAs電子供給層１５の厚さは３０nm、GaAsキャップ槽１６の厚さは７０nmである。
また、不純物がドープされる層の不純物濃度として、例えば、AlGaAs電子供給層１５ではシリコン濃度が約２×１０18atms/cm3、GaAsキャップ層１６ではシリコン濃度が３×１０18atms/cm3以上となっている。電子供給層１５の上部のシリコン濃度を５×１０17atoms/cm3 以下と低くしてもよい。
【００２５】
なお、電子供給槽１５と電子走行層１４の間に膜厚５nm以下のGaAs層又はInGaAs層を介在させて、電子走行層１４に含まれる窒素が電子供給層１５へ拡散することを防止するようにしてもよい。
以上のような化合物半導体層の形成を終えた後に、GaAs基板１１を減圧横型炉１から取り出す。その後に、酸化シリコン（SiO2）、窒化シリコン（Si3N4 ）などよりなる絶縁膜１８をキャップ層１６の上に形成する。
【００２６】
次に、図２(b) に示すように、ゲート領域にある絶縁膜１８とキャップ層１６をリソグラフィー法によって除去してリセスＲを形成する。
その後に、絶縁膜１８の上とリセスＲの中にタングステンシリサイド（WSi ）層と金（Au）層をスパッタにより連続して形成し、さらに、Au層とWSi 層をフォトリソグラフィーによりパターニングしてリセスＲ内とその周辺に残存させる。これらのAu層とWSi 層により、リセスＲを通ってAlGaAs電子供給層１６にショットキー接触する断面Ｔ字形のゲート電極１９が構成される。
【００２７】
次に、フォトリソグラフィー技術によって絶縁膜１８をパターニグし、これによって、ゲート電極１９の両側方に２つの開口１８ｓ，１８ｄを形成する。さらに、リフトオフ法によって２つの開口１８ｓ，１８ｄをそれぞれ通ってキャップ層１６に抵抗接触するソース電極２０ｓとドレイン電極２０ｄを形成する。
以上のような工程によって形成されたＨＭＥＴは、InGaNAs 電子走行層１４とその上のAlGaAs電子供給層１５との伝導帯端のエネルギー差ΔＥc が０．５eV以上となる。これにより、二次元電子ガス２ＤＥＧの電子濃度が、従来のInP 基板を使用したＨＥＭＴでは達成できなかったレベルまで増加し、４０Ｇｂｐｓ帯の応答速度が可能になり、デバイス特性を著しく改善させることになる。
【００２８】
なお、電子供給層の構成材料としてInGaP 、AlGaInP を用いてもよいし、バッファ層１２にAlGaAsを使用してもよい。
ところで、本実施形態のＨＥＭＴにおいては、GaAsバッファ層１２とInGaNAs 電子走行層１４の間にInGaAs窒素拡散防止層１３を介在させたのは次のような理由による。
【００２９】
即ち、InGaAs窒素拡散防止層１３を介在させないで形成された図４に示すＨＥＭＴの構造では、電子走行層１４を構成するInGaNAs を成長する初期の段階で、減圧横型炉１内に導入した窒素がGaAsバッファ層１３に混入してしまい、電子走行層１４とバッファ層１２の間にGaNAs が形成されてしまう。そのGaNAs はｐ型となってＨＥＭＴ特性を劣化させてしまう。
【００３０】
これに対して、本実施形態のＨＥＭＴのように、InGaAs窒素拡散防止層１３をGaAsバッファ層１２とInGaNAs 電子走行層１４の間に介在させると、窒素拡散防止層１３はGaAsバッファ層１２への窒素の混入を防止する。
例えば、本実施形態のＨＥＭＴの電子走行層１４からバッファ層１２にかけた領域でのインジウムと窒素のプロファイルをＳＩＭＳ法によって分析したところ図３のようになった。
【００３１】
一方、InGaAs窒素拡散防止層１３を有しない図４に示すＨＥＭＴの電子走行層１４とバッファ層１２の領域でのインジウムと窒素のプロファイルをＳＩＭＳ法によって分析したところ図５のようになり、図３に示す本実施形態のプロファイルに比べて窒素が下方拡散していることがわかる。
これにより、InGaAs窒素拡散防止層１３に覆われたGaAsバッファ層１２には窒素が混入し難くなっていることが示された。
【００３２】
ところで、InGaNAs 電子走行層１４を成長する際に、成長温度を図６の(a) に示すように５６０℃と一定としたところ、図７の(a) に示すようにInGaNAs 電子走行層１４には、水素（Ｈ）が多量に混入していた。そのＨは、ソースガスに含まれている元素であり、化合物半導体の結晶性を劣化させる要因となる。
これに対して、化合物半導体成長中に成長温度を図６の(b),(c) に示すように制御したところ、図７の(b),(c) に示すように炭素又は水素を低減することができた。
【００３３】
図６の(b),(c) に示す温度制御は、少なくともInGaNAs 電子走行層１４の成長を終えた後に行う。これは、InGaNAs には、成長温度が低いほどソースガス中の炭素が混入され難くなるからである。
図６の(b) に示す温度制御は、InGaNAs 上にGaAs又はInGaAsを形成した後に、成長温度を５６０℃から６００℃に昇温し、これにより図７の(b) に示すようにInGaNAs 内の水素の混入量を少なくしている。
【００３４】
また、図６の(c) の温度制御は、InGaNAs を形成した直後に成長温度を５６０℃から６００℃に昇温し、これによって図７の(c) に示すようにInGaNAs 内の水素を減らすとともに、炭素の混入量も減らすことができた。
また、図６の(b) に示すように、InGaNAs を成長し、その上にGaAsを成長した後に、成長温度を５６０℃から６００℃まで昇温したところ、図７の(a),(b) に示すようにフォトルミネッセンス（ＰＬ）強度が図６の(a) の温度制御の場合のＰＬ強度よりも高くなってInGaNAs の結晶性が改善されていることがわかる。また、図６の(c) の温度制御の場合には、さらに図７の(c) に示すように、ＰＬ強度が高くなってよりInGaNAs の結晶性が改善されていることがわかる。なお、成長温度の制御は、図１に示すヒータＨによって行う。
【００３５】
本実施形態では、上述したように、化合物半導体層が成長されるGaAs基板１の主面はオフした面としている。このようなオフ基板を使用した理由は電子走行層１４の窒素の含有量を制御するためである。
即ち、GaAs基板１１の主面（被膜形成面）をＡ面方向にオフした場合と、Ｂ面方向にオフした場合であって、それらのオフ角を変えて、主面の上方に形成されるInGaNAs 電子走行層１４のＰＬ発光波長を調べたところ、図８のような結果が得られた。図８に示すＰＬ発光波長は、長波長であるほどInGaNAs 層内の窒素の混入量が多くなることを示している。なお、図８において、（１１０）は、Ａ面方向とＢ面方向の中間のオフ面を示している。
【００３６】
図８によれば、Ａ面方向に基板面をオフした場合には窒素が混入し易く、Ｂ面方向にオフした場合には窒素が混入しにくいことがわかり、その性質はオフ角が大きくなるほど顕著になる。
したがって、InGaNAs 層での窒素の混入を促進したい場合には主面をＡ面方向にオフした基板を使用する一方、窒素の混入を抑えめにしたい場合には主面をＢ面方向にオフした基板を使用することになる。なお、GaAs基板のＢ面方向へのオフ面の上方にInGaNAs を成長すると、そのInGaNAs には炭素の混入が抑制されることも確認されており、Ｂ面方向のオフ基板を使用することによってＨＥＭＴの高特性を得ることができる。
【００３７】
なお、Ａ面は、GaAs基板のうちGaが表れる面であり、Ｂ面はGaAs基板のうちAsが表れる面である。
ところで、上記したＨＥＭＴでは、InGaNAs 電子走行層１４とGaAsバッファ層１２の間に窒素拡散防止（バリア）層１３を介在させることによってGaAsバッファ層１２へ間に窒素拡散を防止しているが、InGaNAs 電子走行層１４の下部でのIn組成分布又はＮ組成分布を緩やか増加させることによっても同様の効果が得られる。
【００３８】
例えば、電子走行層１４を構成するInx Ga1-x N y Asの組成比ｘは膜厚方向で変化し、又は、組成比ｘはGaAs基板１１側から電子供給層１５への方向で０から０．３を経て０へと変化し、又は、組成比ｙは電子走行層１４内でステップ状又は線形に傾斜して変化し、又は、組成比ｙはGaAs基板１１側から電子供給層１５への方向で０から０．０３を経て０へと変化している。
【００３９】
第２例  
この第２例では、GaAsよりなるオフ基板を用いてその上にInGaNAs よりなる  活性層を形成して構成される半導体レーザについて説明する。
そこで、以下に半導体レーザの製造工程を説明する。
まず、ｐ型不純物を含むGaAs基板２１を図１に示した減圧横型炉１内に置くとともに、減圧横型炉１内の成長圧力を５０Torrに保持するとともに、ヒータＨの制御により基板温度を５２０℃〜６００℃の範囲内に設定する。
【００４０】
そのGaAs基板２１は、例えば（１００）面から０．２〜２５°の範囲、例えば１６°オフした面を有するいわゆるオフ基板であり、その傾斜面の上に図９(a) に示すような化合物半導体層を成長する。
図９(a) において、ｐ型GaAs基板２１の上には、膜厚１．５μｍのｐ型GaAsよりなるバッファ層２２、膜厚５００nmのｐ型AlGaAsよりなる第１のクラッド層２３、膜厚１００nmのアンドープGaAsよりなる第１のガイド層２４、膜厚２０nmのInx Ga(1-x) N y As（０≦ｘ≦０．７，０＜ｙ≦０．１））よりなる活性層２５、膜厚１００nmのアンドープGaAsよりなる第２のガイド層２６、膜厚５００nmのｎ型AlGaAsよりなる第２のクラッド層２７、ｎ+ 型GaAsよりなるコンタクト層２８を順に形成する。なお、活性層２５のエネルギーバンドギャップは、ガイド層２４，２６、第１及び第２のクラッド層２３，２７のエネルギーバンドギャップよりも狭い。
【００４１】
以上のような化合物半導体膜の成長を終えた後に、GaAs基板２１を減圧横型炉１から取り出す。
その後に、図９(b) に示すように、コンタクト層２８の上にSiO2よりなる絶縁膜２８を形成する。続いて、絶縁膜２８をフォトリソグラフィー法によってパターニングしてストライプ形状の開口２９ａを形成する。
【００４２】
次に、開口２９ａの内部と絶縁膜２８の上にAuGeNi／Auよりなるｎ側電極３０を形成し、さらに、GaAs基板２１の下面にAuGe／Auよりなるｐ側電極３１を形成する。これにより半導体レーザの基本的な構造の形成が完了する。
図９(b) に示す半導体レーザは、ｐ側電極３１とｎ側電極３０に電流を流すことによって活性層２５の端面から光が放出される。その光の波長は、０．９μｍ〜１．６μｍの範囲である。
【００４３】
ところで、図９(a) に示したように、活性層２５を構成するInx Ga(1-x) N y Asの窒素含有量は、図８において既に示したように、GaAs基板の主面のオフ角によって制御することができる。
即ち、活性層２５での窒素の混入を促進したい場合には主面をＡ面方向にオフした基板を使用する一方、窒素の混入を抑えめにしたい場合には主面をＢ面方向にオフした基板を使用することになる。
【００４４】
Ａ面方向に１６度オフしたGaAs基板２１を使用した場合の活性層２５における窒素量は、成長温度をさらに４０℃下げることによってGaAs基板の（１００）面の上に形成されたInGaNAs の窒素量と同じになる。しかし、InGaNAs の成長温度を下げると水素の混入量が増えてＰＬ発光強度が低下して結晶性が悪くなる。
例えば、GaAs基板の主面（被膜形成面）を（１００）面としてその上に本例と同様な構成の化合物半導体層を形成した場合に、これによって得られる半導体レーザの閾値電流は３kA/cm3であった。
【００４５】
これに対して、本実施形態のように、GaAs基板２１の主面を（１００）面からＡ面方向に１６度オフした面とし、その上に図９(a) に示した化合物半導体層を形成して半導体レーザを形成したところ、閾値電流は１kA/cm3となった。
したがって、窒素を含む化合物半導体により活性層を構成する場合に、オフ基板を用いて窒素量を調整することができ、しかも、水素混入を抑制することができ、これにより半導体レーザの１．３μｍ帯の特性を改善することができる。
【００４６】
なお、本例は、オフ角をＡ面方向に限定するものではなく、Ａ面方向、Ｂ面方向又は（１１０）方向のいずれかを選択してもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、（１００）面からオフした主面を有するGaAs基板を使用して、その主面の上方にInGaNAs よりなる化合物半導体層を形成したので、オフ角によってInGaNAs に含まれる窒素の量を制御することができ、温度を下げることなく所望の窒素量を含むInGaNAs を形成することができる。
【００４８】
しかも、InGaNAs を成長する際に温度を低下させる必要がなくなり、InGaNAs 層での水素の混入量を減らすことができる。
他の本発明によれば、化合物半導体装置であるＨＥＭＴにおいて、InGaNAs 電子供給層とその下のGaAs層又はAlGaAs層との間にInGaAsバリア層を介在させたので、InGaAsバリア層は、InGaNAs の成長初期において、窒素がGaAs層又はAlGaAs層に混入することを防止することができ、ＨＥＭＴの特性が向上する。
【００４９】
さらに他の本発明によれば、InGaNAs 層を成長した後に、その後に形成される化合物半導体層の成長温度を上げたところ、InGaNAs 層での水素の混入量が減り、さらに、電子走行層の上にInGaAs層を薄く形成した後に、その後に形成される化合物半導体層の成長温度を上げたところ、炭素の混入量が減少することが実験により確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態の化合物半導体装置の製造に使用されるＭＯＶＰＥ装置の一例を示す構成図である。
【図２】図２(a),(b) は、本発明の実施形態に係るＨＥＭＴの製造工程を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るＨＥＭＴの電子供給層とバッファ層の窒素とインジウムの元素濃度を示すプロファイルであり、縦軸は対数目盛、横軸は比例目盛である。
【図４】図４は、従来のＨＥＭＴの一例を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示すＨＥＭＴの電子供給層とバッファ層の窒素とインジウムの元素濃度を示すプロファイルであり、縦軸は対数目盛、横軸は比例目盛である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係るＨＥＭＴを構成する化合物半導体の成長温度の変化を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態のＨＥＭＴを構成する化合物半導体の成長温度条件の相違による電子供給層内の含有元素の濃度の違いを示す図であり、縦軸は対数目盛、横軸は温度変化の違いを示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る化合物半導体装置が形成されるGaAs基板のオフ角度の相違によるInGaNAs 層のＰＬ波長の違いを示す図であり、縦軸と横軸は比例目盛である。
【図９】図９(a),(b) は、本発明の実施形態に係る半導体レーザの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１１…GaAs基板、１２…GaAsバッファ層、１３…InGaAs窒素拡散防止層、１４…InGaNAs 電子走行層、１５…AlGaAs電子供給層、１６…GaAsキャップ層、１８…絶縁膜、１９…ゲート電極、２０ｓ…ソース電極、２０ｄ…ドレイン電極、２１…GaAs基板、２２…GaAsバッファ層、２３…p-AlGaAsクラッド層、２４，２６…ガイド層、２５…InGaNAs 活性層、２７…n-AlGaAsクラッド層、２８…GaAsコンタクト層、２９…絶縁膜、３０…ｎ側電極、３１…ｐ側電極。
【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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