JP3250495B2

JP3250495B2 - 半導体構造体及び半導体結晶成長方法

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Publication number: JP3250495B2
Application number: JP24450797A
Authority: JP
Inventors: 明子五明
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-09-10
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2017-09-10
Also published as: JPH1187688A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体構造体及び半
導体結晶成長方法に関し、特に III−Ｖ族半導体混晶の
半導体構造体及びそのエピタキシャル成長方法、並びに
これを用いて作製する半導体層デバイス特性向上等にお
けるデバイス作製上の自由度の拡張方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＩｎＰ系赤色
域の混晶、ＩｎＰ基板上のＧａＩｎＡｓＰ系、ＡｌＧａ
ＩｎＡｓ系長波長域の混晶、ＧａＡｓ基板に対して圧縮
歪み系であるＧａＩｎＡｓ混晶等が光素子あるいは電子
素子として用いられている。

【０００３】これらの材料系のエピタキシャル層中で
は、通常、組成を決めればバンドギャップエネルギは唯
一に決まっている。また、これらの材料系を有機金属気
相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｖａｐｏｒｐｈ
ａｓｅｅｐｉｔａｘｙ，ＭＯＶＰＥ）法でエピタキシ
ャル成長した場合には、通常の成長条件下で［−１，
１，１］Ｂ方向あるいは［１，−１，１］Ｂ方向の２倍
周期構造の自然超格子等の秩序構造がしばしば形成さ
れ、この秩序構造の形成によってフォトルミネッセンス
（ＰＬ）ピークエネルギが減少する。

【０００４】この秩序構造の形成は、図１２に示したよ
うに、結晶中でほぼ均一であり、この場合にも、結晶中
のバンドギャップは単一に決まっている。ここで、図１
２において、１は半導体基板を、２はバッファ層を、３
はエピタキシャル層を、４は秩序層形成領域を、６はエ
ピタキシャル層厚を夫々示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの材料系の基板
に格子整合する同一組成を有するエピタキシャル層中
で、成長方向に垂直な面内でバンドギャップエネルギの
分布を持つような半導体構造体を形成することによっ
て、エピタキシャル層の積層方向に加え、成長層面内で
も光の閉じ込めや、キャリアの閉じ込めが可能となる。
このことから、発光特性の向上等によって、デバイス作
製上の自由度を広げることが可能となる。

【０００６】しかしながら、単一エピタキシャル層の面
内で、歪みによる結晶品質の低下等、光学特性に対する
劣化のない状態で、バンドギャップエネルギを変化さ
せ、面内に分布をもたせる方法はない。

【０００７】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、混晶エピタキシャル層の面内でバンドギャップの
分布をもたせ、デバイス作製上の自由度を拡張すること
ができる半導体構造体及び半導体結晶成長方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体構造
体は、有機金属気相成長法によって（００１）面からの
傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長
した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約２ミクロン以
下の間隔で、［−１，１，１］Ｂ方向及び［１，−１，
１］Ｂ方向のうちの一方の２倍周期構造を持つ秩序構造
が形成される領域と無秩序領域とを交互に備えている。

【０００９】本発明による他の半導体構造体は、有機金
属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角が５゜
以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３元以上
の III−Ｖ族半導体層中に約１ミクロン間隔で、［１，
１，１］Ａ方向及び［−１，−１，１］Ａ方向のうちの
一方の２倍周期構造を持つ秩序構造が形成される領域と
無秩序領域とを交互に備えている。

【００１０】本発明による別の半導体構造体は、有機金
属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角が５゜
以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３元以上
の III−Ｖ族半導体層中に約１ミクロン間隔で、［１，
１，１］Ａ方向及び［−１，−１，１］Ａ方向のうちの
一方の３倍周期構造を持つ秩序構造が形成される領域と
無秩序領域とを交互に備えている。

【００１１】本発明による半導体結晶成長方法は、有機
金属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角が５
゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３元以
上のIII−Ｖ族半導体層中に２ミクロン程度以下の間隔
で、［−１，１，１］Ｂ方向及び［１，−１，１］Ｂ方
向のうちの一方の２倍周期構造を持つ秩序構造が形成さ
れる領域と無秩序領域とを交互に形成する工程を備えて
いる。

【００１２】本発明による他の半導体結晶成長方法は、
有機金属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角
が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３
元以上の III−Ｖ族半導体層中に約１ミクロン間隔で、
［１，１，１］Ａ方向及び［−１，−１，１］Ａ方向の
うちの一方の２倍周期構造を持つ秩序構造が形成される
領域と無秩序領域とを交互に形成する工程を備えてい
る。

【００１３】本発明による別の半導体結晶成長方法は、
有機金属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角
が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３
元以上の III−Ｖ族半導体層中に約１ミクロン間隔で、
［１，１，１］Ａ方向及び［−１，−１，１］Ａ方向の
うちの一方の３倍周期構造を持つ秩序構造が形成される
領域と無秩序領域とを交互に形成する工程を備えてい
る。

【００１４】すなわち、本発明の半導体構造体は、有機
金属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角が５
゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３元以
上のIII−Ｖ族半導体層中に、成長面と垂直な方向に２
ミクロン程度以下の間隔で、［−１，１，１］Ｂ方向あ
るいは［１，−１，１］Ｂ方向の２倍周期構造を有する
秩序構造が形成された領域と、無秩序領域とが交互に存
在している。

【００１５】また、本発明の半導体結晶成長方法は、上
記のような半導体構造体を形成する半導体結晶成長方法
であり、さらに、半導体層中に不純物の濃度が５×１０
¹⁷ｃｍ^-3程度以上の無秩序領域及び１×１０¹⁷ｃｍ^-3程
度以下の秩序構造形成領域の分布を面内に設けることに
よって半導体構造体を形成している。この場合、不純物
としてはＳｉが用いられている。

【００１６】さらにまた、本発明の半導体結晶成長方法
では、半導体基板にＧａＡｓあるいはＩｎＰを用いかつ
III−Ｖ族混晶エピタキシャル層をＧａ_xＩｎ_1-xＰと
する方法、半導体基板にＧａＡｓあるいはＩｎＰを用い
かつ III−Ｖ族混晶エピタキシャル層を（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_yＩｎ_1-yＰとする方法、半導体基板にＧａＡｓ
あるいはＩｎＰを用いかつ III−Ｖ族混晶エピタキシャ
ル層をＧａ_xＩｎ_1-xＡｓとする方法、半導体基板にＧ
ａＡｓあるいはＩｎＰを用いかつ III−Ｖ族混晶エピタ
キシャル層をＧａ_xＩｎ_1-xＡＳ_yＰ_1-yとする方法、
半導体基板にＧａＡｓあるいはＩｎＰを用いかつ III−
Ｖ族混晶エピタキシャル層を（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ
_1-yＡｓとする方法がとられている（０≦ｘ，ｙ≦
１）。

【００１７】秩序構造としては、［−１，１，１］Ｂ方
向あるいは［１，−１，１］Ｂ方向の２倍周期構造に加
え、［１，１，１］Ａ方向あるいは［−１，−１，１］
Ａ方向の２倍周期構造、または［１，１，１］Ａ方向あ
るいは［−１，−１，１］Ａ方向の３倍周期構造があ
る。

【００１８】上記のように、半導体基板上の３元以上の
III−Ｖ族混晶エピタキシャル層中に、秩序構造が形成
される領域と無秩序領域とを交互に形成させることで、
混晶エピタキシャル層の面内でバンドギャップの分布を
もたせ、デバイス作製上の自由度を拡張することが可能
となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は本発明の実施の形態の構成を示す
断面図である。図においては、半導体基板成長面が（０
０１）面からの傾斜角が４゜以内で、その基板面上に成
長した３元以上の III−Ｖ族混晶エピタキシャル層３中
に、［−１，１，１］Ｂ方向の２倍周期構造及び［１，
−１，１］Ｂ方向の２倍周期構造が混在した領域及びこ
れらの秩序構造が形成された領域（秩序層形成領域）４
を挟んで、無秩序領域５が形成され、秩序層形成領域４
と無秩序領域５とが交互に存在するような半導体構造体
の模式図を示している。

【００２０】すなわち、面方位が（００１）である半導
体基板１上にバッファ層２を成長させ、そのバッファ層
２の上にエピタキシャル層３をエピタキシャル層厚６だ
け成長させる。

【００２１】その際、夫々の成長の途中から、成長表面
は（００１）面及び（００１）面から１５゜傾斜した面
が周期的に形成されるように成長させる。すると、エピ
タキシャル層３において秩序層形成領域４が形成された
結晶中に間隔７で無秩序領域５が形成される。

【００２２】図１中の秩序層形成領域４は成長表面が
［−１，１，０］方向の２倍周期構造を有する表面再配
列構造を有しながら成長された領域であり、無秩序領域
５は成長表面の［−１，１，０］方向の２倍周期構造が
形成されていない、あるいは極局所的に形成されていて
も位相がずれて形成されており、平均的には形成されて
いないように見える表面状態の上に成長された領域であ
る。

【００２３】この領域の成長表面としては、（００１）
面から１５度程度傾斜した面であればよい。成長表面上
に［−１，１，０］方向の２倍周期構造が形成された再
配列構造を有する場合には表面構造の周期性に伴って、
結晶中に III族原子の周期性が生じ、これが成長方向に
引き継がれることによって、上記の秩序構造（秩序層形
成領域４）が形成される。

【００２４】［−１，１，１］Ｂ方向の２倍周期構造は
［−１，１，１］Ｂ方向に下がるステップを有するステ
ップ成長によって形成され、［１，−１，１］Ｂ方向の
２倍周期構造は［１，−１，１］Ｂ方向に下がる原子層
ステップ成長によって形成され、２倍周期の表面構造が
存在するテラスの一段上の原子層ステップの向きに依存
してくる。

【００２５】このように、表面再配列構造の２倍周期構
造を有する領域（秩序層形成領域４）と有しない領域
（無秩序領域５）とが交互に並ぶことによって、これに
伴って秩序構造の形成される領域（秩序層形成領域４）
と無秩序領域５とが交互に配列されることになる。表面
再配列構造の２倍周期構造が存在する領域と存在しない
領域とを共存させる方法を以下に記す。

【００２６】Ｖ族圧下にあるアンドープ結晶のＭＯＶＰ
Ｅ成長条件下で、成長表面が（００１）原子面からなる
テラス面の領域と、［−１，１，１］Ｂ方向あるいは
［１，−１，１］Ｂ方向に下がるステップ列が複数段重
なった、ステップのバンチングした領域からなるような
表面の状態で３元以上のエピタキシャル層３の成長を行
う。

【００２７】（００１）原子平面上では［−１，１，
０］方向の２倍周期構造が形成されているが、ステップ
のバンチングした領域では２倍周期構造が形成されにく
くなり、その結果として、秩序構造の形成される領域
（秩序層形成領域４）と、無秩序領域５との両者が同一
基板１上のエピタキシャル層３内に形成される。ステッ
プのバンチングした領域の間隔を１ミクロン程度になる
ように成長温度を設定すれば、本発明の半導体構造体が
形成可能である。

【００２８】図２は本発明の実施の形態による結晶成長
工程を示す断面図である。図２（ａ）は結晶成長工程に
おけるエピタキシャル層の成長開始を示す図であり、図
２（ｂ）は結晶成長工程におけるエピタキシャル層成長
の途中段階を示す図であり、図２（ｃ）は結晶成長工程
におけるエピタキシャル層成長後に構造体が形成された
状態を示す図である。

【００２９】これら図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、
ステップバンチングはエピタキシャル成長層の厚さがあ
る程度にまで達するまでこれに伴って増加する傾向を示
すため、本発明の半導体構造体は、目的とするエピタキ
シャル層３の成長初期から形成されるのではなく、エピ
タキシャル層３の成長の途中から形成される［図２
（ａ），（ｂ）参照］。

【００３０】図３は本発明の第１の実施例を示す断面図
であり、図４は本発明の第２の実施例を示す断面図であ
る。これら図３及び図４を参照して不純物をドーピング
しながら成長を行い、図１に示す半導体構造体を形成す
る方法について説明する。

【００３１】ここで、図３及び図４において、１は半導
体基板を、２はバッファ層を、４は秩序層形成領域を、
５は無秩序領域を、６はエピタキシャル成長層厚を、７
は無秩序領域５の間隔を、８はドーピング層を、９はＳ
ｉドープエピタキシャル層を夫々示している。

【００３２】成長表面における不純物原子濃度がある濃
度以上になると、成長表面の安定状態が異なってくるた
めに再配列構造が乱れやすくなり、２倍周期構造の形成
が阻害される。結晶中の不純物は結晶中あるいは成長表
面で偏析しやすい傾向をもっている。

【００３３】このため、ある領域で不純物濃度が高くな
り、ある領域で濃度が低くなるような濃度の分布を設け
ることによって、これに伴って、その上でのエピタキシ
ャル層３中に秩序構造の分布を設けることができる。不
純物の結晶中への取込みはステップのバンチングした領
域で特に顕著になる傾向を示すため、成長表面上に不純
物がある程度の濃度で存在することによって、（００
１）原子面テラス上では２倍周期構造を存在させた状態
で、ステップのバンチングした領域でアンドープの場合
と比較して、２倍周期構造をより形成させにくくする。

【００３４】このため、上述のアンドープ結晶の成長の
場合と同様に、ステップのバンチングした領域の間隔を
１ミクロン程度になるように成長温度を設定すれば、図
１に示す半導体構造体が形成可能である。

【００３５】このように、図１に示す半導体構造体を形
成させることができる。この半導体構造体における秩序
構造の形成領域４と無秩序領域５とのバンドギャップエ
ネルギの差は３０ｍｅＶから６０ｍｅＶにも達するた
め、成長面内におけるキャリアの分布、光の屈折率の分
布を設け、また異方性を設けることが可能となり、デバ
イス作製上の自由度を拡張することが可能となる。

【００３６】また、上記で述べた成長表面の再配列構造
が［−１，１，０］方向ではなく、［１，１，０］方向
の２倍周期構造にした場合には、秩序構造の型が［１，
１，１］Ａ方向あるいは［−１，−１，１］Ａ方向の２
倍周期構造となり、また［１，１，０］方向に３倍周期
構造にした場合には、秩序構造の型が［１，１，１］Ａ
方向あるいは［−１，−１，１］Ａ方向の３倍周期構造
となる。

【００３７】図１０は本発明の［１，１，１］Ａ方向あ
るいは［−１，−１，１］Ａ方向の２倍周期構造の例を
示す断面図であり、図１１は本発明の［１，１，１］Ａ
方向あるいは［−１，−１，１］Ａ方向の３倍周期構造
の例を示す断面図である。これらの図において、１は半
導体基板を、２はバッファ層を、３はエピタキシャル層
を、５は無秩序領域を、６はエピタキシャル成長層厚
を、７は無秩序領域５の間隔を、１６は［１，１，１］
Ａ方向あるいは［−１，−１，１］Ａ方向２倍周期秩序
層形成領域を、１７は［１，１，１］Ａ方向あるいは
［−１，−１，１］Ａ方向３倍周期秩序層形成領域を夫
々示している。

【００３８】秩序構造としてこれらの型を形成する場合
には、無秩序領域５が［１，１，１］Ａ方向あるいは
［−１，−１，１］Ａ方向に下がるステップ列のバンチ
ングした領域に形成されるので、図１０及び図１１に示
すようになり、実施の形態は上記と同様に成り立つ。

【００３９】例えば、基板にＧａＡｓあるいはＩｎＰを
用い、その上にＧａＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰ系結晶を上
記の条件で成長させる場合、あるいは、ＧａＡｓあるい
はＩｎＰ基板上にＧａＩｎＡｓＰあるいはＡｌＧａＩｎ
Ａｓを成長させる場合に上記の原理が成立する。

【００４０】図５は本発明の第３の実施例を示す断面図
であり、図６は本発明の第４の実施例を示す断面図であ
り、図７は本発明の第５の実施例を示す断面図であり、
図８は本発明の第６の実施例を示す断面図であり、図９
は本発明の第７の実施例を示す断面図である。これら図
５〜図９を参照して本発明の結晶成長方法について説明
する。

【００４１】ここで、これら図５〜図９において、２は
バッファ層を、４は秩序層形成領域を、５は無秩序領域
を、６はエピタキシャル成長層厚を、７は無秩序領域５
の間隔を、１０はＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板を、１
１はＧａ_xＩｎ_1-xＰ層を、１２は（Ａｌ_xＧａ_1-x）
_yＩｎ_1-yＰ層を、１３はＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ層を、１
４はＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y層を、１５は（Ａｌ_x
Ｇａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓ層を夫々示している。

【００４２】面方位が（００１）であるＧａＡｓ基板１
０をＭＯＶＰＥ反応管内に導入し、ＧａＡｓバッファ層
２を０．５ミクロン成長し、その上にＧａＡｓに格子整
合するＧａ_xＩｎ_1-xＰ（ｘ＝０．５）層１１、（Ａｌ
_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｘ＝０．５）層１２、Ａ
ｌ_xＩｎ_1-XＰ（ｘ＝０．５）層のエピタキシャル層３
を夫々エピタキシャル層厚６を１．５ミクロンずつ成長
させる。

【００４３】夫々の成長の途中から、成長表面は（００
１）面及び（００１）面から１５゜傾斜した面が周期的
に形成するように成長させる。この時の成長温度を６６
０℃、Ｖ／III 比を１５０とする。これらの各基板上の
ＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＩｎＰ成長層の
（１１０）断面の透過電子線顕微鏡像を観察したとこ
ろ、［−１，１，１］Ｂ方向及び［１，−１，１］Ｂ方
向の２倍周期の秩序構造４が形成された結晶中に、夫々
幅０．５ミクロン・１〜１．３ミクロン間隔、幅０．４
ミクロン・０．９〜１．１ミクロン間隔、幅０．３５ミ
クロン・０．７〜１ミクロン間隔で無秩序領域５がＧａ
Ａｓバッファ層２の界面から０．３ミクロン〜０．５ミ
クロン上部から形成されることが見出される。

【００４４】また、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ
層としてＡｌ組成ｘを０．２から０．８の範囲で成長さ
せる場合、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ（ｘ＝０．５）層、（Ａｌ
_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ（ｘ＝０．５）層、及びＡ
ｌ_xＩｎ_1-xＰ（ｘ＝０．５）層で得られた半導体構造
体と同様の無秩序領域の幅及び間隔の範囲を持つ半導体
構造体が形成される。

【００４５】面方位が（００１）であるＩｎＰ基板をＭ
ＯＶＰＥ反応管内に導入し、ＩｎＰバッファ層２を０．
４ミクロン成長させ、その上にＩｎＰに格子整合するＧ
ａ_xＩｎ_1-xＡｓ（ｘ＝０．５）層１３、（Ａｌ_xＧａ
_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ａｓ（ｘ＝０．５）層１５、Ａｌ_x
Ｉｎ_1-xＡｓ（ｘ＝０．５）層を夫々１３ミクロン成長
させる。

【００４６】この間、成長表面は（００１）面及び（０
０１）面から１５°傾斜した面が連続するように成長す
る。この時の成長温度を６２０℃、Ｖ／III 比を１００
とする。基板上のＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ及び
ＡｌＩｎＡｓ成長層の［１１０］断面の透過電子線顕微
鏡像を観察したところ、［−１，１，１］Ｂ方向及び
［１，−１，１］Ｂ方向の２倍周期の秩序構造が形成さ
れた結晶中に、夫々幅０．６ミクロン・１．４〜１．８
ミクロン間隔、幅０．５ミクロン・１〜１．３ミクロン
間隔、幅０．４ミクロン・０．９〜１．２ミクロン間隔
で無秩序領域５がＩｎＰバッファ層２の界面から０．３
ミクロン〜０．５ミクロン上部から形成されることが見
出される。

【００４７】また、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ａ
Ｓ層としてＡｌ組成ｘを０．１から０．８５の範囲で成
長させる場合、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ（ｘ＝０．５）層、
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5ＡＳ（ｘ＝０．５）
層、及びＡｌ_xＩｎ_1-xＡｓ（ｘ＝０．５）層で得られ
た半導体構造体と同様の無秩序領域の幅及び間隔の範囲
を持つ半導体構造体が形成される。

【００４８】さらに、面方位が（００１）面のＩｎＰ基
板をＭＯＶＰＥ反応管内に導入し、ＩｎＰに格子整合す
るＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（ｘ＝０．１３、ｙ＝
０．２７）層、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（ｘ＝０．
１８、ｙ＝０．３５）層、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y
（ｘ＝０．２４、ｙ＝０．５５）層、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡ
ｓ_yＰ_1-y（ｘ＝０．３５、ｙ＝０．７９）層１４を各
々１．６ミクロン成長させる。

【００４９】この間、成長表面は常に（００１）面から
１５゜傾斜した面が連続するように成長する。この時の
成長温度を６２５℃、Ｖ／III 比を１５０とする。基板
上のＧａＩｎＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ及びＡｌＩｎＡｓ
成長層の（１１０）断面の透過電子線顕微鏡像を観察し
たところ、［−１，１，１］Ｂ方向及び［１，−１，
１］Ｂ方向の２倍周期の秩序構造が形成された結晶中
に、夫々幅０．６ミクロン・１．４〜１．８ミクロン間
隔、幅０．５ミクロン・１〜１．３ミクロン間隔、幅
０．４ミクロン・０．９〜１．２ミクロン間隔で無秩序
領域５が形成されることが見出される。

【００５０】以上の実施例では、ＧａＡｓ基板及びＩｎ
Ｐ基板上のアンドープ結晶について述べたが、不純物と
してＳｉを用いた場合には各々の半導体中における構造
体がより一層形成されやすくなる。また、不純物として
はＳｉの他に、ＳｅやＭｇ等についても同様の効果が得
られ、図１に示す半導体構造体が形成される。

【００５１】本発明の結晶成長方法によって、半導体基
板上の３元以上の III−Ｖ族混晶における秩序構造の形
成状態に変調構造をもたせて半導体構造体を形成する。
この構造体における秩序構造の形成領域と無秩序領域と
のバンドギャップエネルギの差は３０ｍｅＶから６０ｍ
ｅＶにも達するため、成長面内におけるキャリアの分
布、光の屈折率の分布を設け、また面内での異方性を設
けることが可能となり、デバイス作製上の自由度を拡張
することが可能となる。

【００５２】尚、請求項の記載に関連して本発明はさら
に次の態様をとりうる。

【００５３】（１）有機金属気相成長法によって（００
１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体
基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約
１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，
−１，１］Ａ方向のうちの一方の２倍周期構造を持つ秩
序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に有し、
前記半導体層中に不純物の濃度が約５×１０¹⁷ｃｍ^-3以
上の領域及び約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の領域の分布を面
内に含むことを特徴とする半導体構造体。

【００５４】（２）前記半導体層中の不純物としてＳｉ
を用いることによって不純物濃度の分布を面内に含むこ
とを特徴とする（１）記載の半導体構造体。

【００５５】（３）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及
びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶は、
Ｇａ_xＩｎ_1-xＰであることを特徴とする（１）または
（２）記載の半導体構造体。

【００５６】（４）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及
びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族半導体層
は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１，０
＜ｙ＜１）であることを特徴とする（１）または（２）
記載の半導体構造体。

【００５７】（５）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及
びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶は、
Ｇａ_XＩｎ_1-xＡｓであることを特徴とする（１）また
は（２）記載の半導体構造体。

【００５８】（６）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及
びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶は、
Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yであることを特徴とする
（１）または（２）記載の半導体構造体。

【００５９】（７）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及
びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶は、
（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓであることを特徴と
する（１）または（２）記載の半導体構造体。

【００６０】（８）有機金属気相成長法によって（００
１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体
基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約
１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，
−１，１］Ａ方向のうちの一方の３倍周期構造を持つ秩
序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に有し、
前記半導体層中に不純物の濃度が約５×１０¹⁷ｃｍ^-3以
上の領域及び約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の領域の分布を面
内に含むことを特徴とする半導体構造体。

【００６１】（１０）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰであることを特徴とする（８）ま
たは（９）記載の半導体構造体。

【００６２】（１１）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族半導体
層は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１，
０＜ｙ＜１）であることを特徴とする（８）または
（９）記載の半導体構造体。

【００６３】（１２）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓであることを特徴とする（８）
または（９）記載の半導体構造体。

【００６４】（１３）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yであることを特徴とす
る（８）または（９）記載の半導体構造体。

【００６５】（１４）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓであることを特
徴とする（８）または（９）記載の半導体構造体。

【００６６】（１５）有機金属気相成長法によって（０
０１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導
体基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に
約１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−
１，−１，１］Ａ方向のうちの一方の２倍周期構造を持
つ秩序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に形
成する工程を有し、前記半導体層中に不純物の濃度が約
５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の領域及び約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以
下の領域の分布を面内に含むことを特徴とする半導体結
晶成長方法。

【００６７】（１６）前記半導体層中の不純物としてＳ
ｉを用いることによって不純物濃度の分布を面内に含む
ことを特徴とする（１５）記載の半導体結晶成長方法。

【００６８】（１７）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰであることを特徴とする（１５）
または（１６）記載の半導体結晶成長方法。

【００６９】（１８）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族半導体
層は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１，
０＜ｙ＜１）であることを特徴とする（１５）または
（１６）記載の半導体結晶成長方法。

【００７０】（１９）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_XＩｎ_1-xＡｓであることを特徴とする（１
５）または（１６）記載の半導体結晶成長方法。

【００７１】（２０）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yであることを特徴とす
る（１５）または（１６）記載の半導体結晶成長方法。

【００７２】（２１）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓであることを特
徴とする（１５）または（１６）記載の半導体結晶成長
方法。

【００７３】（２２）有機金属気相成長法によって（０
０１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導
体基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に
約１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−
１，−１，１］Ａ方向のうちの一方の３倍周期構造を持
つ秩序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に形
成する工程を有し、前記半導体層中に不純物の濃度が約
５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上の領域及び約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以
下の領域の分布を面内に含むことを特徴とする半導体結
晶成長方法。

【００７４】（２３）前記半導体層中の不純物としてＳ
ｉを用いることによって不純物濃度の分布を面内に含む
ことを特徴とする（２２）記載の半導体結晶成長方法。

【００７５】（２４）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＰであることを特徴とする（２２）
または（２３）記載の半導体結晶成長方法。

【００７６】（２５）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族半導体
層は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＰ（０≦ｘ≦１，
０＜ｙ＜１）であることを特徴とする（２２）または
（２３）記載の半導体結晶成長方法。

【００７７】（２６）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_XＩｎ_1-xＡｓであることを特徴とする（２
２）または（２３）記載の半導体結晶成長方法。

【００７８】（２７）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-yであることを特徴とす
る（２２）または（２３）記載の半導体結晶成長方法。

【００７９】（２８）前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板
及びＩｎＰ基板のうちの一方であり、III−Ｖ族混晶
は、（Ａｌ_xＧａ_1-x）_yＩｎ_1-yＡｓであることを特
徴とする（２２）または（２３）記載の半導体結晶成長
方法。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、有
機金属気相成長法によって（００１）面からの傾斜角が
５゜以内である III−Ｖ族半導体基板上に成長した３元
以上のIII−Ｖ族半導体層中に約２ミクロン以下の間隔
で［−１，１，１］Ｂ方向及び［１，−１，１］Ｂのう
ちの一方の２倍周期構造を持つ秩序構造が形成される領
域と、無秩序領域とを交互に存在させることによって、
混晶エピタキシャル層の面内でバンドギャップの分布を
もたせ、デバイス作製上の自由度を拡張することができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成を示す断面図であ
る。

【図２】（ａ）は本発明の実施の形態による結晶成長工
程におけるエピタキシャル層の成長開始を示す図、
（ｂ）は本発明の実施の形態による結晶成長工程におけ
るエピタキシャル層成長の途中段階を示す図、（ｃ）は
本発明の実施の形態による結晶成長工程におけるエピタ
キシャル層成長後に構造体が形成された状態を示す図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施例を示す断面図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例を示す断面図である。

【図７】本発明の第５の実施例を示す断面図である。

【図８】本発明の第６の実施例を示す断面図である。

【図９】本発明の第７の実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の［１，１，１］Ａ方向あるいは［−
１，−１，１］Ａ方向の２倍周期構造の例を示す断面図
である。

【図１１】本発明の［１，１，１］Ａ方向あるいは［−
１，−１，１］Ａ方向の３倍周期構造の例を示す断面図
である。

【図１２】従来例の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１半導体基板２バッファ層３エピタキシャル層４秩序層形成領域５無秩序領域６エピタキシャル層厚７間隔８ドーピング層９Ｓｉドープエピタキシャル層１０ＧａＡｓ基板またはＩｎＰ基板１１Ｇａ_xＩｎ_1-xＰ層１２（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ層１３Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ層１４Ｇａ_xＩｎ_1-xＡｓ_yＰ_1-y（ｘ＝０．３５、ｙ
＝０．７９）層１５（Ａｌ_xＧａ_1-x）_0.5Ｉｎ_0.5Ａｓ層１６［１，１，１］Ａ方向あるいは［−１，−１，
１］Ａ方向の２倍周期秩序層形成領域１７［１，１，１］Ａ方向あるいは［−１，−１，
１］Ａ方向の３倍周期秩序層形成領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】有機金属気相成長法によって（００１）
面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板
上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約２ミ
クロン以下の間隔で、［−１，１，１］Ｂ方向及び
［１，−１，１］Ｂ方向のうちの一方の２倍周期構造を
持つ秩序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に
有することを特徴とする半導体構造体。
【請求項２】有機金属気相成長法によって（００１）
面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板
上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約１ミ
クロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，−
１，１］Ａ方向のうちの一方の２倍周期構造を持つ秩序
構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に有するこ
とを特徴とする半導体構造体。
【請求項３】有機金属気相成長法によって（００１）
面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体基板
上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約１ミ
クロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，−
１，１］Ａ方向のうちの一方の３倍周期構造を持つ秩序
構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に有するこ
とを特徴とする半導体構造体。
【請求項４】前記半導体層中に不純物の濃度が約５×
１０¹⁷ｃｍ^-3以上の領域及び約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の
領域の分布を面内に含むことを特徴とする請求項１から
請求項３のいずれか記載の半導体構造体。
【請求項５】前記半導体層中の不純物としてＳｉを用
いることによって不純物濃度の分布を面内に含むことを
特徴とする請求項４記載の半導体構造体。
【請求項６】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及びＩ
ｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _x Ｉｎ _1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）で
あることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか
記載の半導体構造体。
【請求項７】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及びＩ
ｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族半導体層は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y
Ｐ（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする
請求項１から請求項５のいずれか記載の半導体構造体。
【請求項８】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及びＩ
ｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _X Ｉｎ _1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）
であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
か記載の半導体構造体。
【請求項９】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及びＩ
ｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _x Ｉｎ _1-x Ａｓ _y Ｐ _1-y （０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
か記載の半導体構造体。
【請求項１０】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y Ａｓ
（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請
求項１から請求項５のいずれか記載の半導体構造体。
【請求項１１】有機金属気相成長法によって（００
１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体
基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に２
ミクロン程度以下の間隔で、［−１，１，１］Ｂ方向及
び［１，−１，１］Ｂ方向のうちの一方の２倍周期構造
を持つ秩序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互
に形成する工程を有することを特徴とする半導体結晶成
長方法。
【請求項１２】有機金属気相成長法によって（００
１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体
基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約
１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，
−１，１］Ａ方向のうちの一方の２倍周期構造を持つ秩
序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に形成す
る工程を有することを特徴とする半導体結晶成長方法。
【請求項１３】有機金属気相成長法によって（００
１）面からの傾斜角が５゜以内である III−Ｖ族半導体
基板上に成長した３元以上の III−Ｖ族半導体層中に約
１ミクロン間隔で、［１，１，１］Ａ方向及び［−１，
−１，１］Ａ方向のうちの一方の３倍周期構造を持つ秩
序構造が形成される領域と無秩序領域とを交互に形成す
る工程を有することを特徴とする半導体結晶成長方法。
【請求項１４】前記半導体層中に不純物の濃度が約５
×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以上の領域及び約１×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以下
の領域の分布を面内に含むことを特徴とする請求項１１
から請求項１３のいずれか記載の半導体結晶成長方法。
【請求項１５】前記半導体層中の不純物としてＳｉを
用いることによって不純物濃度の分布を面内に含むこと
を特徴とする請求項１４記載の半導体結晶成長方法。
【請求項１６】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _x Ｉｎ _1-x Ｐ（０＜ｘ＜１）で
あることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいず
れか記載の半導体結晶成長方法。
【請求項１７】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族半導体層は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y
Ｐ（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする
請求項１１から請求項１５のいずれか記載の半導体結晶
成長方法。
【請求項１８】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _X Ｉｎ _1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）
であることを特徴とする請求項１１から請求項１５のい
ずれか記載の半導体結晶成長方法。
【請求項１９】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、Ｇａ _x Ｉｎ _1-x Ａｓ _y Ｐ _1-y （０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１）ＧａＩｎＡｓＰであることを特徴とする請求項１１から
請求項１５のいずれか記載の半導体結晶成長方法。
【請求項２０】前記半導体基板は、ＧａＡｓ基板及び
ＩｎＰ基板のうちの一方であり、 III−Ｖ族混晶は、（Ａｌ _x Ｇａ _1-x ） _y Ｉｎ _1-y Ａｓ
（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）であることを特徴とする請
求項１１から請求項１５のいずれか記載の半導体結晶成
長方法。