(57)【要約】【課題】アルミニウム化合物半導体層及び窒素化合物半導体層の両方の形成に際してＡｌの混入を低減可能な、化合物半導体を成長する方法を提供する。【解決手段】ＭＢＥ用の原料供給装置５１では、Ｎラジカルガン５３は原料チャンバ５５に保持されており、原料チャンバ５５はＮラジカルガン５３のためのプラズマ生成用の空間を提供する。原料チャンバ５５は排気システム５９にゲートバルブ６１を介して接続されている。原料チャンバ５５は、ゲートバルブ５７を介して成長用チャンバ１３ｃに接続され、原料供給装置５１はゲートバルブ５７を通して窒素原料を成長用チャンバ１３ｃに供給できる。ゲートバルブ６５の開閉は、窒素以外の原料源の動作と独立している。化合物半導体を成長する方法において、窒素ラジカルビームを提供するための期間に、ゲートバルブ５７を開きまた窒素ラジカルビームを提供しない期間に、ゲートバルブ５７を閉じる。【選択図】図２
2009059725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体を成長する方法であって、
窒素源用Ｎラジカルガンのための原料チャンバにゲートバルブを介して接続された成長用チャンバに前記ゲートバルブを通して窒素原料を供給して、前記成長用チャンバ内に配置された基板上に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含む窒素化合物半導体層を成長する工程と、
前記窒素化合物半導体層の成長の後に、前記ゲートバルブを閉じる工程と、
前記ゲートバルブを閉じた後に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含むアルミニウム化合物半導体層を成長する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
化合物半導体を成長する方法であって、
窒素源用Ｎラジカルガンのための原料チャンバにゲートバルブを介して接続された成長用チャンバに前記ゲートバルブを閉じてアルミニウム原料を供給して、前記成長用チャンバ内に配置された基板上に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含むアルミニウム化合物半導体層を成長する工程と、
前記アルミニウム化合物半導体層の成長の後に、前記ゲートバルブを開ける工程と、
前記ゲートバルブを通して窒素原料を供給して、前記基板上に分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含む窒素化合物半導体層を成長する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３】
前記窒素原料は、前記ゲートバルブと前記基板との間に設けられた窒素原料用のシャッタを介して供給される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記窒素化合物半導体層は、III族としてガリウムを含むと共に、Ｖ族として窒素およびヒ素を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記窒素化合物半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓおよびＧａＮＡｓＳｂのいずれかを含む、ことを特徴とする請求項４に記載された方法。
【請求項６】
前記窒素化合物半導体を成長するに前に或いは前記窒素化合物半導体を成長した後に、III族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む化合物半導体層を前記ゲートバルブを閉じて成長する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された方法。
【請求項７】
前記窒素化合物半導体層は量子井戸構造のための井戸層であり、前記化合物半導体層は前記量子井戸構造のための障壁層である、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項８】
前記窒素化合物半導体層の成長速度は、０．２マイクロメートル／時間以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記窒素化合物半導体層の成長温度は、摂氏４００度以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
前記原料チャンバには、前記成長用チャンバのための排気ポンプと異なる排気ポンプが接続されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体を成長する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、アルミニウム（Ａｌ）フリーＭＢＥ成長による１．３マイクロメートル帯ＧａＩｎＮＡｓ単一量子井戸レーザが記載されている。Ａｌ原料を用いないことにより、Ａｌに起因する三次元成長が抑制されるので、結晶性が改善される。これにより、１．３マイクロメートル帯ＧａＩｎＮＡｓ単一量子井戸レーザの閾値電流を下げることができた。
【非特許文献１】信学技報  OPE2006-17  LQE2006-21
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＡｌＧａＡｓクラッド層およびＧａＩｎＮＡｓ層を含む半導体レーザを作製したところ、所望の特性が得られなかった。この原因は、非特許文献１に記載されているように、Ａｌに起因したＧａＩｎＮＡｓ結晶性に関連していると考えられる。
【０００４】
Ａｌ汚染について様々な実験及び検討を行った結果、以下のことが明らかになった。Ａｌを含む半導体層の成長中にＮラジカルガンにＡｌ原子が付着する。付着したＡｌ原子は、Ｎプラズマで励起される。励起されたＡｌ原子は、反応性に富んでおり、またＧａＩｎＮＡｓ成長中にＧａＩｎＮＡｓ層に取り込まれる。混入したＡｌはＧａＩｎＮＡｓ層において非発光再結合中心を形成する。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、アルミニウム化合物半導体層及び窒素化合物半導体層の両方の形成に際してＡｌの混入を低減可能な、化合物半導体を成長する方法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】
本発明の一側面に係る発明は、化合物半導体を成長する方法である。この方法は、（ａ）窒素源用Ｎラジカルガンのための原料チャンバにゲートバルブを介して接続された成長用チャンバに前記ゲートバルブを通して窒素原料を供給して、前記成長用チャンバ内に配置された基板上に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含む窒素化合物半導体層を成長する工程と、（ｂ）前記窒素化合物半導体層の成長の後に、前記ゲートバルブを閉じる工程と、（ｃ）前記ゲートバルブを閉じた後に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含むアルミニウム化合物半導体層を成長する工程とを備える。
【０００７】
この方法によれば、窒素化合物半導体層の成長中には、ゲートバルブを通して窒素原料を供給すると共に、このゲートバルブを閉じた後にアルミニウム化合物半導体層を成長するので、窒素源用Ｎラジカルガン及び原料チャンバにアルミニウム源からのアルミニウムが付着することを防ぐことができる。
【０００８】
或いは、本発明に係る方法は、（ａ）窒素源用Ｎラジカルガンのための原料チャンバにゲートバルブを介して接続された成長用チャンバに前記ゲートバルブを閉じてアルミニウム原料を供給して、前記成長用チャンバ内に配置された基板上に、分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含むアルミニウム化合物半導体層を成長する工程と、（ｂ）前記アルミニウム化合物半導体層の成長の後に、前記ゲートバルブを開ける工程と、（ｃ）前記ゲートバルブを通して窒素原料を供給して、前記基板上に分子線ビーム法で、III族構成元素及びＶ族構成元素を含む窒素化合物半導体層を成長する工程とを備える。
【０００９】
この方法によれば、ゲートバルブを閉じた後にアルミニウム化合物半導体層を成長すると共に、アルミニウム化合物半導体層の成長の後にゲートバルブを開けて窒素化合物半導体層を成長するので、窒素源用Ｎラジカルガン及び原料チャンバにアルミニウム源からのアルミニウムが付着することを防ぐことができる。
【００１０】
本発明に係る方法では、前記窒素原料は、前記ゲートバルブと前記基板との間に設けられた窒素原料用のシャッタを介して供給されることができる。この発明によれば、ゲートバルブを通過した窒素ラジカルビームの供給をシャッタを用いて制御できる。
【００１１】
本発明に係る方法では、前記窒素化合物半導体層は、III族としてガリウムを含むと共に、Ｖ族として窒素およびヒ素を含む。この窒素化合物半導体の特性は、アルミニウムの混入に敏感である。故に、この窒素化合物半導体に対して、アルミニウム混入の低減による技術的な利益は大きい。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記窒素化合物半導体層は、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ、ＧａＮＡｓおよびＧａＮＡｓＳｂのいずれかを含むことができる。これらの例示は、典型的な希釈窒素系III−Ｖ化合物半導体である。
【００１３】
本発明に係る方法は、前記窒素化合物半導体を成長するに先立って、或いは前記窒素化合物半導体を成長した後に、前記ゲートバルブを閉じて、III族元素としてガリウムを含むと共にＶ族元素としてヒ素を含む化合物半導体層を成長する工程を更に備えることができる。この方法によれば、アルミニウムを含まない化合物半導体を成長するときにもゲートバルブを閉じれば、アルミニウム源以外の原料源を経由した二次的なアルミニウムの混入を防ぐことができる。
【００１４】
本発明に係る方法では、前記窒素化合物半導体層は量子井戸構造のための井戸層であることが好ましい。また、前記化合物半導体層は、前記量子井戸構造のための障壁層であることが好ましい。この方法によれば、アルミニウムの混入の影響が低減された量子井戸構造が提供される。また、障壁層の成長中にゲートバルブを閉めるので、障壁層への窒素の混入が低減される。
【００１５】
本発明に係る方法では、前記窒素化合物半導体層の成長速度は、０．２マイクロメートル／時間以下であることが好ましい。この方法では、この方法では、ゲートバルブの導入に伴い、ラジカルガンと基板との距離が増加する。このため、窒素フラックスが低下するので、成長中に窒素の取り込み率が低下することが予測される。窒素化合物半導体層の成長速度を低くして、取り込み率の低下を補償する。これにより、取り込み率の低下が抑制される。
【００１６】
本発明に係る方法では、前記窒素化合物半導体層の成長温度は、摂氏４００度以下であることが好ましい。この方法では、ゲートバルブの導入に伴い、ラジカルガンと基板との距離が増加する。このため、窒素フラックスが低下するので、成長中に窒素の取り込み率が低下することが予測される。三次元成長の抑制するために、窒素化合物半導体層の成長温度を低くすることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る方法は、前記原料チャンバには、前記成長用チャンバのための排気ポンプと異なる排気ポンプが接続されていることが好ましい。専用の排気ポンプにより、成長用チャンバから独立して原料チャンバの真空系が制御されるので、Ｎラジカルガンの制御が容易になる。
【００１８】
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】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、アルミニウム化合物半導体層及び窒素化合物半導体層の両方の形成に際してＡｌの混入を低減可能な、化合物半導体を成長する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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、本発明の化合物半導体を成長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。
【００２１】
図１は、半導体膜を製造するための結晶成長装置の一例を示す図面である。結晶成長装置としては、図１に示されるような分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置１３を用いる。ＭＢＥ装置１３は、成長用チャンバ１３ａと、基板Ｗを保持するホルダ１３ｂと、ソース１３ｃと、ＲＨＥＥＤといったモニタ装置１３ｄと、真空ポンプが接続された排気口１３ｅとを含む。ソース１３ｃには、Ｖ族原料源１９、２１、III族原料源１７、２３、２５、その他のソース２７、２９を含む。Ｖ族原料源２１は窒素を供給するラジカルガンを有する原料供給装置である。Ｖ族原料源１９はヒ素（Ａｓ）１９ａを供給し、Ｖ族原料源２１は、窒素ラジカル（Ｎ）２１ａを供給する。また、III族原料源１７はアルミニウム（Ａｌ）１７ａを供給し、III族原料源２３はガリウム（Ｇａ）２３ａを供給し、III族原料源２５はインジウム（Ｉｎ）２５ａを供給する。その他のソース２７、２９は、例えばｎ型ドーパント、ｐ型ドーパント、或いは他の原料源のために使用される。ｎ型ドーパントは例えばＳｉであり、ｐ型ドーパントは例えばＢｅである。
【００２２】
図２は、結晶成長装置のための窒素原料を供給する原料供給装置を概略的に示す図面である。原料供給装置５１は、窒素源用Ｎラジカルガン５３、原料チャンバ５５、およびゲートバルブ５７を含む。Ｎラジカルガン５３は、原料チャンバ５５に保持されており、原料チャンバ５５は、Ｎラジカルガン５３のためのプラズマ生成のために空間を提供する。原料チャンバ５５は、減圧のための排気システム５９にゲートバルブ６１を介して接続されている。排気システム５９は、例えば第１及び第２の排気ポンプ５９ａ、５９ｂを含む。排気ポンプ５９ａは、例えば粗引き用のポンプであり、排気ポンプ５９ｂは、超高真空を達成するためのターボポンプである。このような差動排気により、原料チャンバ５５内の真空度を制御している。Ｎラジカルガン５３には、超高純度の窒素ガス供給系６３が接続されている。原料チャンバ５５の真空度は成膜用チャンバ１３ａの真空度と独立して調整される。また、別の排気システム５９を用いるので、ゲートバルブの開閉に関係なく、窒素プラズマを安定させることができる。
【００２３】
原料供給装置５１では、成長用チャンバ１３ａのセルポート１３ｆには、窒素原料用のシャッタ６５を更に含むことができる。シャッタ６５は、基板Ｗのためのステージとゲートバルブ５７との間に設けられており、このため、ゲートバルブ５７を通過した窒素ラジカルビームの供給をシャッタ６５を用いて制御できる。シャッタ６５をセルポートと異なる位置に設置することができるが、シャッタ６５をセルポートに設けることにより、このシャッタの制御を他のソースのためのシャッタと同様に行うことができ、シャッタ開閉の制御が容易になる。
【００２４】
原料供給装置５１の原料チャンバ５５は、ゲートバルブ５７を介して成長用チャンバ１３ｃに接続されており、原料供給装置５１はゲートバルブ５７を通して窒素原料を成長用チャンバ１３ｃに供給できる。ゲートバルブ５７の開閉は、窒素以外の原料源の動作と独立して行うことができる。窒素ラジカルビームを提供するための期間に、ゲートバルブ５７を開くことができ、窒素ラジカルビームを提供しない期間に、ゲートバルブ５７を閉じることができる。また、原料供給装置５１に対して汚染の可能性を引き起こす分子線が成長用チャンバ１３ｃに供給されている期間に、ゲートバルブ５７を閉じることができる。
【００２５】
引き続いて、本発明の実施の形態に係る化合物半導体を成長する方法が説明される。ＭＢＥ装置１３を用いて、窒素化合物半導体層の成長中には、ゲートバルブ５７を通して窒素原料を供給すると共に、このゲートバルブ５７を閉じた後にアルミニウム化合物半導体層を成長するので、Ｎラジカルガン５３及び原料チャンバ５５にアルミニウム源からのアルミニウムが付着することを防ぐことができる。
【００２６】
或いは、ゲートバルブ５７を閉じた後にアルミニウム化合物半導体層を成長すると共に、アルミニウム化合物半導体層の成長の後にゲートバルブ５７を開けて窒素化合物半導体層を成長するので、アルミニウム源からのアルミニウムが、Ｎラジカルガン５３及び原料チャンバ５５に付着することを防ぐことができる。
【００２７】
図３及び図４は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体層を形成する方法の主要な工程を示す模式図である。図３を参照しながら、III−Ｖ化合物半導体層を形成する方法を説明する。まず、Ｖ族としてヒ素を含むIII−Ｖ化合物半導体からなる表面を有する基板をＭＢＥ装置１３に配置する。ホルダ１３ｂ上には、基板３１が配置されている。本実施例では、基板３１としてｎ型ＧａＡｓ基板を用いるが、これ以外に、ｐ型ＧａＡｓ基板、ノンドープＧａＡｓ基板等も使用できる。しかしながら、基板３１はこれに限定されること無く、III−Ｖ化合物半導体からなる表面を有するように基板上に一または複数のIII−Ｖ化合物半導体層を成長して形成されたエピタキシャル基板を使用できる。
【００２８】
まず、成長に先立って、窒素ラジカルの供給を制御するゲートバルブは閉じられている。以下の説明において、具体的な点火タイミングには言及しないけれども、窒素ラジカルを用いた成長の前に、窒素ラジカル生成のためのプラズマを点火する。点火により窒素ラジカルが生成されるけれども、ゲートバルブは閉じられているので、窒素の混入は生じない。
【００２９】
図３（ａ）に示されるように、Ａｓを含む雰囲気中で基板３１の温度を第１の温度Ｔ１へ向けて上昇する。Ａｓを含む雰囲気中で基板３１の温度を上昇するので、III−Ｖ化合物半導体表面からのヒ素抜けを低減できる。次いで、Ａｓを含む雰囲気中において、第１の温度Ｔ１で基板３１を熱処理する。ＲＨＥＥＤといった表面観察装置を用いて回折パターンを観察したとき、２×４倍の回折パターンが観測されれば、自然酸化膜が除去されている。Ａｓを含む雰囲気中において基板３１の熱処理することによりサーマルクリーニングを成長前に行うので、基板表面のコンタミネーションを除去できる。故に、基板表面における酸素、炭素等の不純物のパイルアップが減少する。第１の温度Ｔ１は、例えば摂氏６００度である。
【００３０】
図３（ｂ）に示されるように、この熱処理の後に、原料のＡｓ及びガリウムをＭＢＥ装置１３に供給して、第１のIII−Ｖ化合物半導体層３３を第２の温度で成長する。第１のIII−Ｖ化合物半導体層３３は、III族としてＧａとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウムを供給して、ＧａＡｓを成長する。第２の温度Ｔ２は、例えば摂氏６００度である。第１のIII−Ｖ化合物半導体層３３は、例えばバッファ層である。第１のIII−Ｖ化合物半導体層３３の厚さは、例えば０．５μｍである。
【００３１】
第１のIII−Ｖ化合物半導体層３３の成長の後に、図３（ｃ）に示されるように、原料のガリウム、アルミニウム及びＡｓをＭＢＥ装置１３に供給して、第２のIII−Ｖ化合物半導体層３５を第３の温度で成長する。第２のIII−Ｖ化合物半導体層３５は、III族としてＧａ及びＡｌとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＡｌＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウム及びアルミニウムを供給して、ＡｌＧａＡｓを成長する。第３の温度Ｔ３は、例えば摂氏６００度である。第２のIII−Ｖ化合物半導体層３５は、例えばｎ型クラッド層である。第２のIII−Ｖ化合物半導体層３５の厚さは、例えば１．０μｍである。アルミニウム源からＡｌ原子が成長用チャンバに供給されるけれども、ゲートバルブが閉じられているので、Ｎラジカルガンおよび原料用チャンバが直接にＡｌに曝されることはない。
【００３２】
第２のIII−Ｖ化合物半導体層３５の成長の後に、図３（ｄ）に示されるように、原料のガリウム及びＡｓをＭＢＥ装置１３に供給して、第３のIII−Ｖ化合物半導体層３７を第４の温度で成長する。第３のIII−Ｖ化合物半導体層３７は、III族としてＧａとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウムを供給して、ＧａＡｓを成長する。第４の温度Ｔ４は、例えば摂氏６００度から摂氏３８０度まで単調に減少される。第３のIII−Ｖ化合物半導体層３７は、例えばｎ側のアンドープ光ガイド層である。第３のIII−Ｖ化合物半導体層３７の厚さは、例えば１５０ｎｍである。
【００３３】
既に説明したように、Ｎラジカルガンのプラズマは既に点火されており、窒素源２１のシャッタを閉じたまま、ゲートバルブを開く。
【００３４】
第３のIII−Ｖ化合物半導体層３７の成長の後に、図４（ａ）に示されるように、原料のガリウム、インジウム、窒素ラジカル及びＡｓをＭＢＥ装置１３に供給して、第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９を第５の温度で成長する。原料窒素ラジカルは、シャッタを開くことによって基板表面に提供される。第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９は、III族としてＧａ及びＩｎとＶ族としてＡｓ及びＮを含む半導体から成り、例えばＧａＩｎＮＡｓ等である。本実施例では、ヒ素及び窒素に加えてガリウム及びインジウムを供給して、ＧａＩｎＮＡｓを成長する。第５の温度Ｔ５は、例えば摂氏３８０度である。第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９は、例えばアンドープＧａＩｎＮＡｓ活性層である。第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９の厚さは、例えば７ｎｍである。
【００３５】
第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９の成長の後に、窒素源２１のシャッタを閉じると共に、さらにゲートバルブを閉じる。Ｎラジカルガンのプラズマは点火されているけれども、ゲートバルブも閉じることによって、他の原料源を経由した二次的な窒素の混入が低減される。
【００３６】
第４のIII−Ｖ化合物半導体層３９の成長の後に、図４（ｂ）に示されるように、原料のガリウム及びＡｓをＭＢＥ装置１３に供給して、第５のIII−Ｖ化合物半導体層４１を第６の温度で成長する。第５のIII−Ｖ化合物半導体層４１は、III族としてＧａとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウムを供給して、ＧａＡｓを成長する。第６の温度Ｔ６は、例えば摂氏３８０度から摂氏６００度まで単調に増加される。第５のIII−Ｖ化合物半導体層４１は、例えばｐ側のアンドープ光ガイド層である。第５のIII−Ｖ化合物半導体層４１の厚さは例えば１５０ｎｍである。
【００３７】
第５のIII−Ｖ化合物半導体層４１の成長の後に、図４（ｃ）に示されるように、原料のガリウム、アルミニウム及びＡｓをＭＢＥ装置１３に供給して、第６のIII−Ｖ化合物半導体層４３を第７の温度で成長する。第６のIII−Ｖ化合物半導体層４３は、III族としてＧａ及びＡｌとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＡｌＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウム及びアルミニウムを供給して、ＡｌＧａＡｓを成長する。第７の温度Ｔ７は、例えば摂氏６００度である。第６のIII−Ｖ化合物半導体層４３は、例えばｐ型クラッド層である。第６のIII−Ｖ化合物半導体層４３の厚さは、例えば１．０μｍである。アルミニウム源からＡｌ原子が成長用チャンバに供給されるけれども、ゲートバルブが閉じられているので、Ｎラジカルガンおよび原料用チャンバが直接にＡｌに曝されることはない。
【００３８】
図４（ｄ）に示されるように、原料Ａｓ及び原料ガリウムをＭＢＥ装置１３に供給して、第７のIII−Ｖ化合物半導体層４５を第８の温度で成長する。第７のIII−Ｖ化合物半導体層４５は、III族としてＧａとＶ族としてＡｓを含む半導体から成り、例えばＧａＡｓ等である。本実施例では、ヒ素に加えてガリウムを供給して、ＧａＡｓを成長する。第８の温度Ｔ８は、例えば摂氏６００度である。第７のIII−Ｖ化合物半導体層４５は、例えばｐ型コンタクト層である。第７のIII−Ｖ化合物半導体層４５の厚さは、例えば０．２μｍである。
【００３９】
ゲートバルブを用いずに成長を行う方法では、III族元素としてＡｌを含むクラッド層（例えばＧａＡｌＡｓ）の成長中に、Nラジカルガンは、成長チャンバ内に露出されている。したがって、ＧａＡｌＡｓ成長中にＮラジカルガンにＡｌが付着する。ＧａＩｎＮＡｓ成長中には、付着したＡｌが窒素プラズマにより励起されて、ＧａＩｎＮＡｓ活性層に混入する。混入したＡｌは、ＧａＩｎＮＡｓ中で非発光再結合中心を形成するので、半導体レーザでは閾値電流を上昇させる。これを避けるためには、例えばＧａＩｎＮＡｓを成長する第１の成膜用チャンバをＡｌを含む半導体層を成長する第２の成膜用チャンバと分離して、２つの成膜用チャンバが搬送室を介して繋がれている。成長に応じてウエハを一方の成膜用チャンバから他方の成膜用チャンバに搬送する。個々のチャンバに独立してＧａ、Ａｓ等の原料セル、温度調整装置、電源、その他設備を設けるので、設備コストが大幅に増大する。
【００４０】
本実施の形態では、Ｎラジカルガンを成長室とはゲートバルブで分離された別チャンバ内に設置している。成長室にＡｌが供給されている期間には、ゲートバルブを閉じておく。これによって、ＡｌがＮラジカルガンに付着することを防ぐことができる。この結果、ＧａＩｎＮＡｓ活性層の結晶品質が向上される。
【００４１】
また、Ｎラジカルガンと成長室との間にゲートバルブが配置されているので、通常の配置に比べると、Ｎラジカルガンから基板までの距離が長くなる。Ｎラジカルは通常のフラックスと同様に距離の２乗に比例して広がるので、Ｎラジカルの取り込み効率は低下する。しかしながら、通常の成長速度（例えば、１〜２μｍ／ｈ）に替えて、０．０５〜０．２μｍ／ｈの成長速度を用いることによって、Ｎラジカルの取り込み効率の低下を補償することができる。また、通常の成長温度（摂氏４００度から４６０度）に替えて、３次元成長を抑制するために、摂氏４００度以下の成長温度が適しており、また摂氏３６０度以上の成長温度が適している。さらに、このような低温成長が必要なので、成長用チャンバのバックグラウンド不純物濃度はベーキングで徹底的に除去することが好ましい。原料交換等で成長室を大気開放した後は、例えば摂氏１８０−２００度程度の温度で１００〜２００時間、又はこれ以上の時間のベーキングを行うことが好ましい。Ｎラジカル供給側のゲートバルブを閉じて、成長室を独立にベーキングするほうが望ましい。これによって、ベーキング中にＮラジカル供給室側や、ゲートバルブのシーリング部分がＡｓ等で汚染されるのを防ぐことができる。
【００４２】
上記のようなゲートバルブを用いない成長方法では、ＧａＡｓ光ガイド層の成長中に、Ｎラジカルガンの窒素プラズマを点火すると共に、Ｎラジカルガンのためのシャッタの開閉を制御してＧａＩｎＮＡｓ層を成長すると、Ｎプラズマを点火した後には、ＧａＡｓ光ガイド層がＧａＡｓ０．９９Ｎ０．０１層となっていた。また、ＳＩＭＳ分析によれば、ＧａＩｎＮＡｓ活性層中のアルミニウム濃度は、１×１０１８ｃｍ−３である。一方、本実施の形態に従う成長方法では、ＧａＩｎＮＡｓ活性層のアルミニウム濃度は、ＳＩＭＳ分析の検出限界以下であった。また、意図しない窒素の添加が生じない。
【００４３】
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】
【００４４】
【図１】図１は、半導体膜を製造するための結晶成長装置の一例を示す図面である。
【図２】図２は、結晶成長装置のための窒素原料を供給する原料供給装置を概略的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体層を形成する方法の主要な工程を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るIII−Ｖ化合物半導体層を形成する方法の主要な工程を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１３…ＭＢＥ装置、１３ａ…成長用チャンバ、１３ｂ…ホルダ、１３ｃ…ソース、１３ｄ…モニタ装置（ＲＨＥＥＤ）、１３ｅ…排気口、１９、２１…Ｖ族原料源、１７、２３、２５…III族原料源、２７、２９…その他のソース、３１…基板、３３…第１のIII−Ｖ化合物半導体層、３５…第２のIII−Ｖ化合物半導体層、３７…第３のIII−Ｖ化合物半導体層、３９…第４のIII−Ｖ化合物半導体層、４１…第５のIII−Ｖ化合物半導体層、４３…第６のIII−Ｖ化合物半導体層、４５…第７のIII−Ｖ化合物半導体層、５１…原料供給装置、５３…窒素源用Ｎラジカルガン、５５…原料チャンバ、５７…ゲートバルブ、５９…排気システム、６５…窒素原料用のシャッタ  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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