JP2005085916A - Ｓｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な薄膜形成工程を行うことなく、Ｓｉ基板上に高品質な化合物半導体薄膜を簡便に形成できる方法を提供する。
【解決手段】３００℃〜５６０℃の間の任意の温度で、Ｓｉ基板１上に厚さが５ｎｍであるＡｌＳｂよりなるバッファ層２を形成し、該バッファ層２上に化合物半導体であるＧａＳｂの薄膜３を形成することで、ＳｉとＧａＳｂの熱膨張係数の中間の値を持つＡｌＳｂよりなるバッファ層２が、形成した結晶の降温時に生じる歪を吸収する役割を果たすと共に、Ａｌの化学結合が強いことにより強固な結晶となるＡｌＳｂを薄い膜厚でＳｉ基板上に形成することから、ＳｉとＧａＳｂの格子定数差を緩衝する役割も果たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｓｉ基板上に化合物半導体（特にＡｌＧａＡｓＡｂ系材料）を用いた高品質の化合物半導体薄膜を形成する方法に関する。

近年、インターネットの普及により情報通信量が爆発的に増加している。これを反映して、大量の情報を高速に伝送する手法として光ファイバーによる通信が注目を集めている。光ファイバー通信では、ファイバー内での損失の少ない波長として、１．３μｍや１．５５μｍの光が信号伝送に使われている。これらの光を発生、変調、検出するデバイスとして、化合物半導体、特にＩｎＧａＡｓＰ系材料によるものが用いられている。

しかし、これらのデバイスは、次のような理由から高価であることが問題となる。（１）デバイスの基板となるＩｎＰが非常に高価である。しかも、基板はその上に形成するＩｎＧａＡｓＰなどの土台としての機能が大半を占めるため非常に無駄が多い。（２）基板上に形成するＩｎＧａＡｓＰはＩＩＩ族、Ｖ族両方の元素の混晶であるため、形成の際に高度な技術を必要とし、簡便にデバイスを作製できない。（３）基板となるＩｎＰはもろいため破損し易く、歩留まりが悪くなる原因となる。

将来的には更なる光情報通信の普及により、これらに必要なデバイスを安価に大量に作製する技術の開発は不可欠であり、Ｓｉ基板上へのＧａＡｓやＧａＮの結晶を成長させ、デバイス作製への応用が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

梅野 正義、神保 孝志、江川 孝志，「Ｓｉ基板上へのＧａＡｓ系およびＧａＮ系結晶のヘテロエピタキシーとデバイス応用」，応用物理，日本，応用物理学会，２００３年，第７２巻 第３号，ｐｐ２７３−２８３

しかしながら、非特許文献１に記載されたＳｉ基板上への化合物半導体薄膜の形成方法は、高度で複雑な技術が必要であったり、高品質の結晶を得ることが困難であったりして、化合物半導体を用いたデバイスの普及促進に大きく寄与できる技術は、未だ提案されていない。

本発明は、複雑は薄膜形成工程を行うことなく、Ｓｉ基板上に高品質な化合物半導体薄膜を簡便に形成できる方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明では、波長が１．３μｍや１．５５μｍの光信号を処理することのできる新しい材料として、ＧａＳｂやＡｌＧａＳｂに着目した。すなわち、従来よりデバイス開発の最も進んでいる化合物半導体であるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料におけるＡｓをＳｂに置き換えた材料系を用いることにより、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系材料のノウハウを継承しつつ、光通信に必要な高性能なデバイスを作製できる可能性がある。

よって、安価で丈夫なＳｉ基板上にＧａＳｂやＡｌＧａＳｂを形成する技術が確立できれば良いのであるが、基板となるＳｉと、ＧａＳｂやＡｌＧａＳｂの化合物半導体とでは、その格子定数に大きな隔たりがあるため、Ｓｉ基板上にＧａＳｂやＡｌＧａＳｂを直接成長させても、高品質な結晶を得ることは困難である。

そこで、本発明は、Ｓｉ基板上にＧａＳｂを形成する際に、適切なバッファ層を設けることにより、Ｓｉ基板上で高品質なＧａＳｂやＡｌＧａＳｂの結晶成長を可能とした。

すなわち、請求項１に係る発明は、Ｓｉ基板上にＡｌＧａＡｓＡｂ系材料等の化合物半導体の薄膜を一層もしくは多層に形成する、Ｓｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法であって、Ｓｉ基板上に、厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなるバッファ層を形成し、該バッファ層上に化合物半導体の薄膜を形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法において、上記バッファ層上には、ＧａＳｂ膜を形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、上記請求項２に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法において、結晶成長温度を３００℃〜５６０℃の間の任意の温度に設定し、Ｓｉ基板上へのバッファ層形成と、該バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を行うようにしたことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、Ｓｉ基板上にＡｌＧａＡｓＡｂ系材料等の化合物半導体の薄膜を一層もしくは多層に形成する、Ｓｉ基板上への化合物半導体薄膜の形成方法であって、Ｓｉ基板上に、厚さが５ＭＬ以下のＩｎＳｂよりなる第１バッファ層を形成し、該第１バッファ層上に厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなる第２バッファ層を形成し、該第２バッファ層上に化合物半導体の薄膜を形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、上記請求項４に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法において、上記第２バッファ層上には、ＧａＳｂ膜を形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、上記請求項５に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法において、結晶成長温度を３００℃〜５６０℃の間の任意の温度に設定し、Ｓｉ基板上への第１バッファ層形成と、該第１バッファ層上への第２バッファ層形成と、該第２バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を行うようにしたことを特徴とする。

請求項１に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなるバッファ層をＳｉ基板上へ形成することで、バッファ層上へ形成する化合物半導体とＳｉ基板との格子定数差を緩衝できる。従って、バッファ層を介在させることにより、超格子の形成など複雑なプロセスを必要とせずに、Ｓｉ基板上へ高品質の化合物半導体薄膜（特に、ＧａＳｂやＡｌＧａＳｂ）を簡便に形成できる。

また、請求項２に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、ＡｌＳｂよりなるバッファ層上に形成する膜をＧａＳｂ膜としたので、ＡｌＳｂの熱膨張係数が、Ｓｉの熱膨張係数とＧａＳｂの熱膨張係数との中間の値となり、成膜後の降温時に生ずる歪みを効果的に吸収でき、品質向上に大きく寄与できる。

また、請求項３に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、ＡｌＳｂがＳｉとＧａＳｂとの中間の熱膨張係数を有することから、低温での初期成長を行うことなく、Ｓｉ基板上へのバッファ層形成と、該バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を、３００℃〜５６０℃の間の任意の結晶成長温度に保持しつつ行うものとしたので、複雑な温度調整を必要としないと共に、プロセス全体の短時間化も期せる。

請求項４に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、厚さが５ＭＬ以下のＩｎＳｂよりなる第１バッファ層をＳｉ基板上へ形成することで、Ｓｉ基板表面の格子定数を擬似的にＡｌＳｂの格子定数に近づけることができるので、該第１バッファ層上へ安定した高品質のＡｌＳｂ結晶成長を期すことができ、また、厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなる第２バッファ層を第１バッファ層上へ形成することで、この第２バッファ層上へ形成する化合物半導体との格子定数差を緩衝できる。従って、第１バッファ層および第２バッファ層を介在させることで、超格子の形成など複雑なプロセスを必要とせずに、Ｓｉ基板上へ高品質の化合物半導体薄膜（特に、ＧａＳｂやＡｌＧａＳｂ）を簡便に形成できる。

また、請求項５に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、ＡｌＳｂよりなる第２バッファ層上に形成する膜をＧａＳｂ膜としたので、ＡｌＳｂの熱膨張係数が、Ｓｉの熱膨張係数とＧａＳｂの熱膨張係数との中間の値となり、成膜後の降温時に生ずる歪みを効果的に吸収でき、品質向上に大きく寄与できる。

また、請求項６に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法によれば、ＡｌＳｂがＳｉとＧａＳｂとの中間の熱膨張係数を有することから、低温での初期成長を行うことなく、Ｓｉ基板上への第１バッファ層形成と、該第１バッファ層上への第２バッファ層形成と、該第２バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を、３００℃〜５６０℃の間の任意の結晶成長温度に保持しつつ行うものとしたので、複雑な温度調整を必要としないと共に、プロセス全体の短時間化も期せる。

以下、本発明に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法の実施形態に就き、添付図面に基づいて説明する。

図１に示すのは、第１実施形態に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法を示すもので、Ｓｉ基板１上に、厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなるバッファ層２を形成し、該バッファ層２上に化合物半導体であるＧａＳｂの薄膜３を形成した試料１の概略断面図である。その詳細な工程を以下に詳述する。

まず、Ｓｉ基板１として、Ｓｉ（００１）ｊｕｓｔ基板を用い、その表面をフッ化水素酸数％水溶液（超純水）によってクリーニングし、Ｓｉ基板表面の酸化膜を除去した後、ＭＢＥチャンバー内に導入した。なお、Ｓｉ基板１としては、数度のｏｆｆ角を持つ基板でも良いし、結晶方位も（００１）だけでなく（１１１）等、他の結晶方位を持つＳｉ基板を用いることも可能である。また、Ｓｉ基板１のクリーニング方法も、任意の方法を用いて良く、例えば、薄い表面酸化膜を形成したＳｉ基板を真空チャンバー内で加熱することにより、酸化膜を除去して基板表面の清浄化を行なうような方法でも良い。

更に、ＭＢＥチャンバー内に導入したＳｉ基板１の基板温度を７６０℃まで昇温することにより、Ｈの脱離を行い、高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）による２×２表面再構成（基板表面の清浄化）を確認した。

上記のようにして清浄表面を得たＳｉ基板１の基板温度を５００℃まで降温し、Ｓｂ分子線（強度は２×１０^-6Ｔｏｒｒ）を５分間照射する。なお、Ｓｂ分子線の照射時間は、Ｓｂの層が１層（１ＭＬ）出来る以上の任意の時間に設定しておけば良い。なお、適当な条件下でＳｂ分子線の照射を行うと、Ｓｂの吸着と蒸発が平衡状態になって、Ｓｂの層が１層出来る以上の時間Ｓｂを照射しても、Ｓｉ基板の表面に残っているＳｂは１層以上にはならないため、５分間以上の照射を行った場合でも結晶性の劣化は観測されないが、極端に照射時間を長くしても原料の枯渇とプロセスの時間を長くするだけなので、Ｓｂ分子線の照射強度に応じて、Ｓｂを１ＭＬ形成するのに十分な照射時間を設定すれば良い。また、Ｓｉ基板上に形成するＳｂ層の状態を考慮すれば、Ｓｂ分子線の照射強度は１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下としておくことが望ましい。

次いで、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）によりＡｌＳｂを５ｎｍ結晶成長させ、バッファ層２を形成する。この時、ＡｌＳｂの成長速度は０．１ＭＬ／ｓとした。なお、ＡｌＳｂの成長膜厚は１ＭＬ以上の任意の厚さに設定することが可能であるが、バッファ層２としてＡｌＳｂを結晶成長させる場合は、プロセス時間を短く抑えた方がよいので、１０ｎｍ以下の膜厚に止めておくことが好ましい。また、ＡｌＳｂの成膜方法はＭＢＥ法に限らず、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）など真空中における蒸着法であれば適用可能である。

なお、上述したＡｌＳｂによるバッファ層２の形成法では、Ｓｉ基板１上にまずＳｂを１ＭＬ程度形成した後にＡｌＳｂの結晶成長を行う２段階分子線照射とし、予めＳｉ基板上にＳｂを１ＭＬ相当結晶成長させておくことで、Ｓｉ基板１とバッファ層２との密着性を高めるものとしたが、Ｓｉとの密着性がより高いＡｌを１ＭＬ相当Ｓｉ基板１に照射した後にＳｂ分子線を照射する２段階分子線照射によるものでも良い。その際、Ａｌ照射後のＳｂ分子線照射成長中断を１秒以上（基板温度が５００℃なら３０秒程度）行うことが望ましい。これは、先に吸着した１ＭＬ相当のＡｌが均一にＳｉ基板表面に拡散できるまでに、ある程度の時間（拡散するまでの時間は基板温度に比例するものと考えられる。）が必要だからである。このように、Ｓｉ基板上へＡｌを均一に１ＭＬ相当結晶成長させるには、種々のノウハウや制御技術が必要となって、必ずしも簡易な成膜を実現できるとは言えない。これに対して、予めＳｉ基板上へＳｂを１ＭＬ相当結晶成長させておく技術であれば、Ｓｂの吸着と蒸発の平衡状態にするという簡易な条件設定のみで効率よくＳｉ基板上へバッファ層２を形成できるという利点がある。

上記のようにＡｌＳｂ膜を形成した後、Ｓｂ分子線照射下における成長中断を５分行ない、その後、ＭＢＥ法によりＧａＳｂを５００ｎｍ結晶成長させ、化合物半導体の薄膜３を形成する。なお、ＧａＳｂ膜の成長速度は０．５ＭＬ／ｓとして、１時間弱で５００ｎｍのＧａＳｂ膜を成長させた。このＧａＳｂ膜の結晶成長速度に格別制限はないものの、現実的な成長速度は、０．０１ＭＬ／ｓ以上、２ＭＬ／ｓ未満の範囲である。一般的に、成長温度を高くすれば成長速度を高く出来るものの、ある成長速度を超えると、表面に吸着した原子が十分に拡散して結晶化する前に次の原子が到着してしまうため、結晶品質が劣化してしまうし、成長速度を低くし過ぎると、プロセスに要する時間が長くなって実用に耐えないからである。

そして、ＡｌＳｂによるバッファ層２を導入して形成したＧａＳｂ膜の表面は鏡面結晶となり、Ｓｉ基板上にＧａＳｂを直接成長させた場合のように、基板表面が白濁することは無い。このことからも、ＡｌＳｂによるバッファ層２を導入することにより、その上に成長するＧａＳｂの結晶性が改善されたことが分かる。なお、バッファ層２上に形成する薄膜３としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＳｂ（組成ｘは０以上１以下の任意の値）の他、適宜な化合物半導体を適用でき、種々のデバイスを作成可能となる。

本発明方法によりＳｉ基板に形成したバッファ層上への膜形成に適用可能な化合物半導体としては、例えば、ＧａＳｂやＡｌＳｂに格子整合するＩｎＧａＡｓＳｂ系材料がある。特に、ＩｎＡｓは高移動度材料でもあることから、安価なＳｉ基板上にＩｎＡｓを用いたデバイスを形成できる意味は大きい。また、ＧａＳｂ上に適切な構成で結晶成長を行なえわせれば、ＧａＡｓなどの膜を形成することも可能となり、ＡｌＧａＡｓ系材料の形成も可能になる。そして、ＡｌＧａＳｂ系とＡｌＧａＡｓ系の材料の形成が可能となれば、その中間の格子定数を持つＩｎＰやＩｎＧａＡｓＰ系材料（現在、主流として用いられている化合物半導体系材料）による膜形成の可能性も高まる。なお、上記した物質にわずかに窒素を混入させた場合、どの結晶の格子定数も、僅かながらＳｉの格子定数に近づくため、結晶の高品質化を期待できる。

また、Ｓｉ基板１上へＡｌＳｂによるバッファ層２を形成する工程から、バッファ層２上へＧａＳｂよりなる薄膜３を形成する工程までは、一貫して、当初のＳｉ基板の温度５００℃（もしくは、３００℃〜５６０℃の間の任意の温度）に保持したまま行うことができる。なお、基板温度を３００℃〜５６０℃の間に設定しておけば、鏡面の結晶成長が行なえるものの、３００℃よりも基板温度を下げて結晶成長させようとすると、吸着原子の拡散長が短くなるために原子が均一に分布できず、うまく結晶化できなくなってしまい、５６０℃よりも基板温度を上げて結晶成長させようとすると、ＡｌＳｂやＧａＳｂのＳｂが脱離してし、うまく結晶化できなくなってしまうのである。

上述した工程で作製した試料１のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を図２に示す。本特性図から分かるように、半値幅は５２３秒であり、薄膜としては比較的結晶性の良いＧａＳｂ結晶が得られている。

ここで、ＡｌＳｂのバッファ層２が果たす機能について説明する。先ず、上述した第１実施形態により作製した試料のＳｉ基板，ＡｌＳｂ，ＧａＳｂの格子定数と熱膨張係数を下表に示す。

Ｓｉ上へ化合物半導体を結晶成長させる難しさは、格子定数の差に起因するものと、熱膨張係数の差により結晶成長温度から室温へ降温する過程で結晶欠陥が形成されることに起因するものとがある。表１に示したように、ＡｌＳｂはＳｉとＧａＳｂの熱膨張係数の中間の値を持つため、本発明の如く、ＡｌＳｂよりなるバッファ層を設ければ、形成した結晶の降温時に生じる歪を吸収する役割を果たすのである。

また、薄いＡｌＳｂをバッファ層として設けることで、ＳｉとＧａＳｂの格子定数差を緩衝するように作用するが、このバッファ層が薄くてもクラック等の欠陥が生じないのは、Ａｌに関連した化合物はＡｌの化学結合が強いことにより強固な結晶が形成されるためと考えられる。加えて、Ｓｉ基板上に形成されたＡｌＳｂは薄い膜厚でも安定に存在するため、その後のＡｌＳｂやＧａＳｂ成長の核として優位に働く。

更に、格子定数も熱膨張係数も小さいＳｉと、それより格子定数も熱膨張係数も大きなＧａＳｂとの間では、温度の変化による歪が生じ易く、この歪による結晶品質の劣化を避けるために、熱膨張係数差の大きな物質間での結晶成長には、室温と結晶成長に最適な温度との間の適宜な温度で初期層を成長させる工程（低温成長）が必要であったが、前述の通り、バッファ層として設けるＡｌＳｂは、ＳｉとＧａＳｂの中間の熱膨張係数を有するため、通常の成長温度で結晶成長させることが可能であり、このバッファ層がＡｌＳｂやＧａＳｂの初期層として機能することで、そのままの温度でバッファ層上にＡｌＳｂやＧａＳｂを結晶成長させることができる。

従って、本発明によれば、低温成長のための煩雑な温度調整を必要とせず、化合物半導体薄膜形成のプロセスを簡易化することができる。しかも、基板温度を低温成長温度や通常成長温度へ移行させるプロセスを省けるので、プロセス全体の短時間化も期せる。なお、ＡｌＳｂよりなるバッファ層上にＧａＳｂを結晶成長させる際に、低温成長による初期層を形成しても良いが、低温成長における温度は結晶成長の最適温度では無いため、わざわざＧａＳｂの初期層を設けても、結晶性の改善等に格別寄与できるものではない。

図３に示すのは、第２実施形態に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法を示すもので、Ｓｉ基板１上に、厚さが５ＭＬ以下（好ましくは、０．１ＭＬ〜１ＭＬ）のＩｎＳｂよりなる第１バッファ層２ａを形成し、該第１バッファ層２ａ上に厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなる第２バッファ層２ｂを形成し、該第２バッファ層２ｂ上に化合物半導体であるＧａＳｂの薄膜３を形成した試料２の概略断面図である。その作製工程としては、ＡｌＳｂよりなるバッファ層の直前にＩｎＳｂよりなるバッファ層（厚さは０．６ＭＬ）を導入した点のみ、前述した試料１と異なる。

上述した工程で作製した試料２のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を図４に示す。本特性図から分かるように、半値幅は５１１秒に改善されており、試料１よりも結晶性の良いＧａＳｂ結晶が得られている。なお、ＩｎＳｂよりなる第１バッファ層２ａがその機能を発揮できる膜厚の下限値は明確になっていないが、少なくとも、０．１ＭＬとした場合には第２バッファ層２ｂが鏡面で成長することを確認した。一方、ＩｎＳｂよりなる第１バッファ層２ａの膜厚を１．５ＭＬ程度にすると、既にＩｎＳｂ成長中の転位発生の影響と思われるＸ線ロッキングカーブの半値幅の増大が見られるものの、５ＭＬ程度まで厚くしても第２バッファ層２ｂが鏡面で成長することを確認した。

本実施形態で第１バッファ層２ａとして用いたＩｎＳｂの格子定数は０．６４７９ｎｍであるため、格子定数が０．５４３１ｎｍであるＳｉ基板１の表面を１ＭＬ以下のＩｎＳｂで覆った場合、表面のみの格子定数を考えると、その格子定数はＩｎＳｂの被覆率に応じて擬似的にＧａＳｂ（格子定数０．６０９５９３ｎｍ）やＡｌＳｂ（格子定数０．６１３５５ｎｍ）に一致するようにできる。従って、ＩｎＳｂを０．６ＭＬの層厚とした第１バッファ層２ａでＳｉ基板１の表面を被覆することで、基板表面の平均的な格子定数の値はＡｌＳｂの格子定数の値に近づき、第２バッファ層２ｂとしてのＡｌＳｂの結晶性が一層高まり、延いては、第２バッファ層２ｂ上に高品質なＡｌＳｂやＧａＳｂを結晶成長させることが可能になったと考えられる。

図５に示すのは、第１実施形態に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法により作製した試料１における５００ｎｍのＧａＳｂ薄膜３上に、更に２μｍのＧａＳｂ厚膜４を形成した試料３の概略断面図である。この試料３のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を図６に示す。本特性図から分かるように、半値幅は２１５秒であり、厚膜４の成長により、ＧａＳｂの結晶性が更に改善されていることが分かる。従って、本発明に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法により形成した化合物半導体薄膜上には、結晶性の良い化合物半導体膜を本成長させることができ、種々のデバイス作製に好適である。

図６に示すのは、第１実施形態に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法により作製した試料１における５００ｎｍのＧａＳｂ薄膜３上に、２００ｎｍのＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｓｂ層である薄膜５を成長させ、この上に５周期の量子井戸構造６（量子井戸６ａはＧａＳｂで井戸幅８ｎｍ、障壁層６ｂはＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｓｂで厚さ２０ｎｍ）を作製した試料４の概略断面図である。この試料４のフォトルミネッセンス測定を行なった結果を図８に示す。本特性図から分かるように、１．５５μｍ波帯での発光を室温で観測できた。このように、本発明に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法により形成した化合物半導体薄膜上には、ＡｌＧａＳｂ材料系を用いた光通信用デバイス等の作製が可能であり、安価なＳｉ基板上に簡便に化合物半導体によるデバイス作製を実現するための重要な技術である。

本発明に係るＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法は、Ｓｉ基板上への化合物半導体（特に、Ａｌ_xＧａ_1-xＳｂ）の薄膜形成方法であるが、これにより形成した化合物半導体薄膜上には、様々な結晶（例えば、ＧａＳｂに格子定数の近いＩｎＡｓ結晶、ＡｌＧａＳｂ／ＧａＳｂ単一もしくは多重量子井戸、ＧａＳｂ／ＡｌＳｂを介したＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓ結晶）の形成、デバイス構造（レーザ構造、光検出器、ＦＥＴやＨＥＭＴ等の電子デバイス）の作製が可能となる。特に、光ファイバを用いた通信用信号の発生、変調、検出に関するデバイスを高い歩留まりで廉価に量産するための技術としての利用が期待される。

本発明の第１実施形態に係る化合物半導体薄膜形成方法により作製した試料１の概略縦断面図である。 試料１のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を示す特性図である。 本発明の第２実施形態に係る化合物半導体薄膜形成方法により作製した試料２の概略縦断面図である。 試料２のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を示す特性図である。 試料１上にＧａＳｂ厚膜を本成長させた試料３の概略縦断面図である。 試料３のＸＲＤロッキングカーブの測定結果を示す特性図である。 試料１上に５周期の量子井戸構造を作製した試料４の概略縦断面図である。 試料４のフォトルミネッセンス測定結果を示す特性図である。

符号の説明

１ Ｓｉ基板
２ バッファ層（ＡｌＳｂ）
２ａ 第１バッファ層（ＩｎＳｂ）
２ｂ 第２バッファ層（ＡｌＳｂ）
３ 薄膜（ＧａＳｂ）
４ 厚膜（ＧａＳｂ）
６ 量子井戸構造
６ａ 量子井戸
６ｂ 障壁層

Claims (6)

1. Ｓｉ基板上にＡｌＧａＡｓＡｂ系材料等の化合物半導体の薄膜を一層もしくは多層に形成する、Ｓｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法であって、
   Ｓｉ基板上に、厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなるバッファ層を形成し、該バッファ層上に化合物半導体の薄膜を形成するようにしたことを特徴とするＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法。
2. 上記バッファ層上には、ＧａＳｂ膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法。
3. 結晶成長温度を３００℃〜５６０℃の間の任意の温度に設定し、Ｓｉ基板上へのバッファ層形成と、該バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法。
4. Ｓｉ基板上にＡｌＧａＡｓＡｂ系材料等の化合物半導体の薄膜を一層もしくは多層に形成する、Ｓｉ基板上への化合物半導体薄膜の形成方法であって、
   Ｓｉ基板上に、厚さが５ＭＬ以下のＩｎＳｂよりなる第１バッファ層を形成し、該第１バッファ層上に厚さが１ＭＬ〜１００ｎｍであるＡｌＳｂよりなる第２バッファ層を形成し、該第２バッファ層上に化合物半導体の薄膜を形成するようにしたことを特徴とするＳｉ基板上への化合物半導体薄膜の形成方法。
5. 上記第２バッファ層上には、ＧａＳｂ膜を形成するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法。
6. 結晶成長温度を３００℃〜５６０℃の間の任意の温度に設定し、Ｓｉ基板上への第１バッファ層形成と、該第１バッファ層上への第２バッファ層形成と、該第２バッファ層上へのＧａＳｂ膜形成を行うようにしたことを特徴とする請求項５に記載のＳｉ基板上への化合物半導体薄膜形成方法。
   

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