JP6088281B2 - 化合物半導体積層体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化合物半導体積層体及びその製造方法に関し、より詳細には、Ｉｎ及びＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を備える化合物半導体積層体及びその製造方法に関する。

従来から、Ｉｎ及びＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｓｉでは得にくい特性を発現できるとして、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）やＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ヘテロ接合・バイポーラ・トランジスタ）などの高速電子デバイスや磁気センサ，ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード），ＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；レーザーダイオード）などの光デバイス，高効率の太陽電池，など多岐に渡るデバイスへの応用が進められている。

特に、Ｉｎ及びＡｓを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、高い電子移動度を持つ材料として注目されており、ＨＥＭＴなどの高速電子デバイスへの応用が進められている。また、狭いバンドギャップを持つことから長波長帯の光通信用発光デバイスなどへの応用が進められている。
これらのデバイスを作製するに当たって、高い特性や長期間の信頼性を得るためには、これらのデバイスにはできるだけ結晶欠陥の少ない化合物半導体層が形成されることが求められる。このため、一般的には、これらのデバイスの化合物半導体層は、デバイスの動作層としての化合物半導体層と同種の構成からなる化合物半導体を基板として用いるホモエピタキシーによって形成される。

しかしながら、一般的にこのような化合物半導体は大型の単結晶を成長することが困難で、大口径の化合物半導体基板を得ることはＳｉと比べて格段に困難である。また、化合物半導体基板として比較的広く用いられているＧａＡｓ，ＩｎＰなどの単結晶からなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、割れやすくてプロセス中に破損しやすいばかりでなく、価格的にもＳｉと比べると高価である。

一方、Ｓｉ基板上に化合物半導体層を形成するヘテロエピタキシャル成長を用いた化合物半導体積層体を基板として用いる場合、Ｓｉ基板と化合物半導体層の間の格子定数や熱膨張係数が大きく異なるため、これに起因したミスフイットが生じてしまい、結晶欠陥が多く発生してしまう。例えば、ＳｉとＩｎＡｓとの間では、格子定数は約１１．６％の差が存在し、線膨張係数は２倍もの差があるため、３次元成長をしてしまう。また、Ａｓは、蒸気圧が高く再蒸発しやすいことも３次元成長しやすい原因となる。３次元成長をした場合、結晶粒界で積層欠陥を生じて結晶性が低下する。さらに、得られるＩｎＡｓ膜の表面が荒れてしまい、金属配線の断線やフォトリソグラフィ工程での露光が面内でばらつくなど、加工プロセスにおいて問題を生じる。

例えば、非特許文献１によると、３次元的成長の結果、ＩｎＡｓ表面上にピットが形成されることが知られており、初期核成長形成工程とアニール工程とを４回以上繰り返すことで、表面平坦性を改善できることが報告されている。
また、例えば、特許文献１には、ＩｎＡｓＳｂを化合物半導体層として備えた化合物半導体積層体が開示されている。この特許文献１のものは、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはＳｉのいずれかからなるバルク単結晶又は薄膜層を有する基板と、この基板上に形成されたＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｙＳｂ_１−ｙ（０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦１）からなり、０．３μｍ以上３μｍ以下の厚さに形成された活性層と、この活性層上に形成された化合物半導体層とを備え、活性層と化合物半導体層のそれらの界面に平行な方向の格子定数が等しく、かつ、活性層と化合物半導体層のそれらの界面に垂直な方向の格子定数の差が３％以下である化合物半導体積層体である。

特開２００８−１８６８５８号公報

Ｓｅｐｉｄｅｈ Ｇｏｒｊｉ Ｇｈａｌａｍｅｓｔａｎｉ ｅｔ．ａｌ．著「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ」３３２（２０１１）ｐ．１２−１６

しかしながら、Ｓｉ基板上に、結晶性が良く、かつ表面が平坦なＩｎＡｓを形成するのは容易ではない。これは、Ａｓは、蒸気圧が高く再蒸発しやすいため、Ｓｉ基板上にＩｎＡｓを形成する場合、ＩｎＡｓ表面の被覆性が十分でなくＩｎＡｓは３次元成長してしまう。その結果として表面の平坦性を得にくいことに起因する。
また、上述した非特許文献１によれば、初期核成長形成工程とアニール工程とを繰り返すことで表面平坦性を改善できる。しかしながら、工程が煩雑になり時間も多分にかかり現実的ではない。

さらに、Ｓｉ基板上に化合物半導体層としてＩｎＡｓ層を形成した化合物半導体基板を用いた場合、この化合物半導体基板のＩｎＡｓ層上に形成されるデバイス層としての積層体の設計自由度は限定される。例えば、ＩｎＡｓは、２成分の化合物半導体なので組成率を制御することができない。そのため、ＩｎＡｓ層を光デバイスの発光層、受光層に用いる場合、ＩｎＡｓのエネルギーバンドギャップと異なる発光、吸収波長帯が必要となる場合に対応ができない。また、ＩｎＡｓ層上にＩｎＡｓと格子定数が大きく異なる材料を形成する場合は、格子不整合による欠陥が発生してしまい対応が困難である。すなわち、ＩｎＡｓを用いる場合、当然のことながらエネルギーバンドギャップ、格子定数の制約を受け、設計自由度に乏しい。

一方、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層は、Ｓｂ組成ｘを変えることで、所望のエネルギーバンドギャップや格子定数の値を得ることができるので、その上に形成されるデバイス層としての積層体の設計自由度が広がるという観点から、化合物半導体基板の化合物半導体層として好ましい。
しかしながら、従来知られている方法では、Ｓｉ基板上に結晶性が良く、かつ表面が平坦なＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘを形成するのは容易ではない。すなわち、Ｓｂ組成ｘを増加させるにつれて結晶性が悪化してしまい、Ｓｂ組成がわずかに０．０５程度でも結晶性は相当悪化してしまう。また、Ｓｂ組成ｘをわずかに増加させる際、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘを形成中にＩｎ、Ａｓに加えて微量のＳｂ原料を供給するが、Ｓｉ基板上にＩｎＡｓを形成する場合と同様に、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘは、３次元成長してしまい、表面の平坦性を十分に得ることができない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｓｉ基板上に、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れたＩｎＡｓＳｂを化合物半導体層として備えた化合物半導体積層体及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、Ｓｉ基板上に第１の化合物半導体層を形成する工程と、前記第１の化合物半導体層上に、該第１の化合物半導体層を形成するときよりも高温で第２の化合物半導体層を形成する工程とを備える化合物半導体積層体の製造方法であって、前記第１の化合物半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、前記第２の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層であり、前記第２の化合物半導体層を形成する工程は、Ｉｎ原料とＡｓ原料とＳｂ原料とを同時に照射する工程であり、前記第２の化合物半導体層を形成する工程におけるＳｂ原料の分子線強度と、前記第２の化合物半導体層の形成速度が１時間当たり１μｍとなるために必要なＩｎ原料の分子線強度との比が１以上であることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ（０≦ｙ≦０．３）であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、前記第１の化合物半導体層の形成工程後、かつ、第２の化合物半導体層の形成工程前に第３の化合物半導体層としてＧａＳｂ層を形成する工程を更に備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記Ａｓ原料は、Ａｓ_２分子であることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記Ａｓ原料は、Ａｓ_４分子をクラッキングすることにより生成されるＡｓ_２分子であることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に形成された第１の化合物半導体層と、該第１の化合物半導体層上に形成された第２の化合物半導体層とを備えた化合物半導体積層体であって、前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ及びこれらの混晶のいずれか１つもしくは２つ以上の積層構造であり、前記第２の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y（０＜ｙ≦０．３）層であり、前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の表面の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層との間に、第３の化合物半導体層としてＧａＳｂ層を更に備え、前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上４５０秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、Ｓｉ基板上に、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れたＩｎＡｓＳｂ層を含む化合物半導体層を備えた化合物半導体積層体及びその製造方法を容易に実現することができる。
また、本発明の化合物半導体積層体の製造方法によれば、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れたＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層がＳｉ基板上に得られる。また、本発明の化合物半導体積層体の製造方法によって得られた化合物半導体積層体は結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れているため、ＨＥＭＴやＨＢＴなどの高速電子デバイス，磁気センサ，ＬＥＤやＬＤなどの光デバイス，太陽電池など多岐に渡る半導体装置に適用することが可能である。

本発明に係る化合物半導体積層体の実施形態１を説明するための断面構成図である。 本発明に係る化合物半導体積層体の実施形態２を説明するための断面構成図である。

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明に係る化合物半導体積層体の実施形態１を説明するための断面構成図である。図中符号１は化合物半導体積層体、１０はＳｉ基板、１１は第１の化合物半導体、１２は第２の化合物半導体を示している。

本実施形態１の化合物半導体積層体１は、Ｓｉ基板１０と、このＳｉ基板１０上に形成された第１の化合物半導体層１１と、この第１の化合物半導体層１１上に形成された第２の化合物半導体層１２とを備えた化合物半導体積層体である。
第１の化合物半導体層１１は、ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ及びこれらの混晶のいずれか１つもしくは２つ以上の積層構造であることが好ましい。また、第２の化合物半導体層１２は、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y（０＜ｙ≦０．３）層であることが好ましい。

第２の化合物半導体層１２の、Ｓｉ基板１０の表面の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロックングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層１２の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。
また、第１の化合物半導体層１１は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、第２の化合物半導体層１２の、Ｓｉ基板１０の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロックングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層１２の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。

図２は、本発明に係る化合物半導体積層体の実施形態２を説明するための断面構成図である。図中符号２１は化合物半導体積層体、１３は第３の化合物半導体を示している。なお、図１と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。
本実施形態２の化合物半導体積層体２１は、Ｓｉ基板１０と、このＳｉ基板１０上に形成された第１の化合物半導体層１１と、この第１の化合物半導体層１１上に形成された第３の化合物半導体層１３と、該第３の化合物半導体層１３上に形成された第２の化合物半導体層１２とを備えた化合物半導体積層体である。

第１の化合物半導体層１１は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、第１の化合物半導体層１１と、第２の化合物半導体層との間に、第３の化合物半導体層１３としてＧａＳｂ層を更に備え、第２の化合物半導体層１２の、Ｓｉ基板１０の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロックングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）の値は、１秒以上４５０秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層１２の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値（Ｒｒｍｓ値）は、０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。

本実施形態１の化合物半導体積層体１の製造方法は、Ｓｉ基板１０上に第１の化合物半導体層１１を形成する工程と、第１の化合物半導体層１１上に第１の化合物半導体層１１を形成するときよりも高温で第２の化合物半導体層１２を形成する工程とを備えている。
本実施形態において、第１の化合物半導体層１１は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、第２の化合物半導体層１２は、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層である。

また、第１の化合物半導体層１１は、ＩｎＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ（０≦ｙ≦０．３）であってもよく、第１の化合物半導体層１１は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であっても良い。
また、本実施形態１において、第２の化合物半導体層１２を形成する工程は、Ｉｎ原料とＡｓ原料とＳｂ原料とを同時に照射する工程である。第２の化合物半導体層１２を形成する工程におけるＳｂ原料の分子線強度と、第２の化合物半導体層１２の形成速度が１時間当たり１μｍとなるために必要なＩｎ原料の分子線強度との比が１以上である。

また、Ａｓ原料は、Ａｓ_２分子であることが好ましい。また、Ａｓ原料は、Ａｓ_４分子をクラッキングすることにより生成されるＡｓ_２分子であることが好ましい。
本発明者は、Ｓｉ基板１０上にＩｎＡｓを形成する際、Ａｓの蒸気圧が高く再蒸発しやすいために、Ｖ族原子の表面の被覆性が十分でなくＩｎＡｓは３次元成長してしまうのに対して、ＩｎＳｂなどのＳｂ系化合物の形成の際は、Ｓｂの付着係数が高く被覆性が十分に得られることに着目した。そこで、本実施形態においては、第１の化合物半導体層１１上に形成される第２の化合物半導体層１２の形成時に、Ａｓに加えてＳｂを同時に照射し、Ｖ族原子の表面の被覆性を十分に保ちＩｎＡｓの３次元成長を防ぐことで、結晶性が良く、かつ表面が平坦なＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）を形成することを可能にした。この際、第２の化合物半導体層１２の形成時に基板表面を高温に保つことで、第２の化合物半導体層１２中に含まれるＳｂ量を低く抑えることができる。

また、本実施形態２の化合物半導体積層体２１の製造方法は、第１の化合物半導体層１１は、ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ（０≦ｚ≦０．３）であり、第１の化合物半導体層１１の形成工程後、かつ、第２の化合物半導体層１２の形成工程前に第３の化合物半導体層１３としてＧａＳｂ層を形成する工程を更に備えていることが好ましい。
この化合物半導体積層体２１は、各種の成膜方法を用いて形成される。例えば、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）法などは好ましい方法である。これらの方法を用いて、化合物半導体積層体を形成する。

本発明により形成した化合物半導体積層体は、この化合物半導体積層体を形成した成膜装置から一旦、大気中に取り出しても良い。大気中に取り出した化合物半導体積層体は、そのままエッチング、電極形成するなどして半導体デバイスを作製しても良いし、化合物半導体積層体を形成したのと同一の成膜装置、或いは別の成膜装置に再度導入し、該積層体上に新たにデバイス層としての化合物半導体積層体を形成しても良い。

また、本発明により化合物半導体積層体を形成した後、この化合物半導体積層体を形成したのと同一の成膜装置において引き続き、或いは真空を保持したまま別の成膜装置に搬送した後、該積層体上に新たに化合物半導体積層体を形成しても良い。
本発明により形成した化合物半導体積層体上に、新たに形成する化合物半導体積層体に用いる材料は、特に制限されない。例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＳｂ，ＩｎＧａＰなどが挙げられる。

次に、本実施形態の各構成要件について説明する。
＜Ｓｉ基板＞
本実施形態において、Ｓｉ基板は、Ｓｉからなりその上に形成される化合物半導体層を支持することが可能なものであれば厚み、形状は特に制限されない。
Ｓｉ基板は、化合物半導体積層体の単結晶を成長できるものであることが望ましく、Ｓｉの単結晶基板が好ましく用いられる。単結晶基板は、半絶縁性基板であっても良いし、ドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングされた導電性基板であっても良い。単結晶基板の面方位は特に制限はないが、（１００）、（１１１）、（１１０）等が好ましい。また、これらの面方位に対して１°から５°傾けた面方位を用いることもあるが、この限りではない。
Ｓｉ基板の表面は、真空中で加熱して酸化膜除去しても良いし、有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行っても良い。

＜第１の化合物半導体層＞
本実施形態において、第１の化合物半導体層は、Ｓｉ基板上に形成され、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる層であれば特に制限されない。具体的には、ＡｌＰ，ＧａＰ，ＩｎＰ，ＡｌＡｓ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ，ＡｌＳｂ，ＧａＳｂ，ＩｎＳｂもしくはこれらの混晶が挙げられるがこの限りではない。

第１の化合物半導体層は、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れた第２の化合物半導体層を形成するための、バッファ層としての役割を果たす。当然のことながら、バッファ層としての第１の化合物半導体層自体も、結晶性が良く、かつ表面の平坦性も優れていることが好ましい。
第１の化合物半導体層は、高温で形成すると、表面の凹凸が激しくなり、十分な平坦性を確保することができなくなるため、比較的低温で形成することが多い。形成時の温度は、結晶性の観点から１５０℃以上であることが好ましい。また、形成時の温度は、平坦性確保の観点から４００℃以下であることが好ましい。

第１の化合物半導体層は、低温で形成した場合、表面の平坦性は十分であるが、結晶性は必ずしも良くなくなってしまう。但し、第１の化合物半導体層を形成後に、第１の化合物半導体層の温度を上昇させ保持すると、アニール効果によって結晶性、表面の平坦性いずれも改善することができる。例えば、低温で第１の化合物半導体層を形成した後、温度をアニール効果が発現する程度に上昇させて保持した後、高温で第１の化合物半導体層上に第２の化合物半導体層を形成することが可能である。

第１の化合物半導体層の膜厚は、結晶性の確保及び被覆性の観点から５ｎｍ以上であることが好ましい。また、第１の化合物半導体層の膜厚は、結晶性やアニール効果による改善効果の観点から５０ｎｍ以下であることが好ましい。
第１の化合物半導体層は、ノンドープでも良いし、ドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングしても良い。

また、有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行ったＳｉ基板と、第１の化合物半導体層との間に、Ａｓを先行照射させることで、第１の化合物半導体層よりもＡｓ濃度の高い物質が複数独立して存在（島状形成）存在させると、結晶性が良く、表面平坦性が優れた第一の化合物半導体層が得られるので好ましい。これは、第一の化合物半導体層がＧａＡｓである時に特に効果を奏する。

第２の化合物半導体層との格子整合の観点から、第１の化合物半導体層はＩｎＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙであることが好ましい。 この際、Ｓｂ組成ｙは結晶性確保の観点から、０以上０．１以下であることが望ましい。特に、ｙ＝０、すなわち、第１の化合物半導体層がＩｎＡｓのとき、結晶性が非常に良く好ましい。
結晶性と表面平坦性の確保の観点から、第１の化合物半導体層はＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚであることが好ましい。この際、Ｓｂ組成ｚは、結晶性確保の観点から、０以上０．１以下であることが望ましい。特に、ｚ＝０、すなわち、第１の化合物半導体層がＧａＡｓのとき、結晶性が非常に良く好ましい。

＜第２の化合物半導体層＞
本実施形態において、第２の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層である。第２の化合物半導体層は、第１の化合物半導体層上にＩｎ、Ａｓ、Ｓｂ原料を同時照射することで形成される。
優れた表面平坦性を得るためには、Ｓｂ原料の分子線強度と、第２の化合物半導体層の形成速度が１時間当たり１μｍとなるために必要なＩｎ原料の分子線強度との比（以下、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比と称することがある）が１以上であることが好ましい。
換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比が１以上であるような、Ｓｂ原料の分子線強度は、例えば、ＧａＡｓ基板上にＩｎＳｂ，ＧａＳｂ，ＡｌＳｂ，ＡｌＧａＳｂなどの、Ｖ族元素がＳｂのみからなる半導体薄膜を形成する場合、結晶性が良く、優れた平坦性を容易に得るのに、十分なＳｂ原料の分子線強度である。

第２の化合物半導体層のＳｂ組成ｘは、結晶性確保の観点から０．３以下であり、０以上である事が好ましい。換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比が１以上であり、且つ、Ａｓ原料がＡｓ_４分子の場合、Ａｓ_４分子は反応性や付着係数がＳｂに比べて低いため、Ｓｂ組成ｘは大きくなってしまう場合がある。そのため、Ａｓ原料は反応性や付着係数が高いＡｓ_２分子であることが好ましい。Ａｓ_２分子は反応性や付着係数が高いため、Ｓｂ組成ｘは、それほど大きくならず、Ｓｂ組成０．３以下の第２の化合物半導体を容易に形成することができる。反応性や付着係数の高いＡｓ_２分子は、例えば、Ａｓ_４分子を加熱等によりクラッキングすることにより生成することが可能である。

第２の化合物半導体層の形成時の温度は、第１の化合物半導体層を形成するときよりも高温であれば特に制限されないが、結晶性及び表面平坦性の観点から、４００℃以上が好ましい。また、第２の化合物半導体層の形成時の温度は、Ｖ族元素であるＡｓ，Ｓｂの過剰な再蒸発を防止して、結晶性及び表面平坦性を確保する観点から５５０度以下であることが好ましい。

第２の化合物半導体層の形成速度は、結晶性確保の観点から１．５μｍ／ｈ以下が好ましく、０．３μｍ／ｈ以下がより好ましい。また、第２の化合物半導体層の形成速度は、形成時間の観点から、０．０５μｍ／ｈ以上が好ましく、０．１μｍ／ｈ以上がより好ましい。第２の化合物半導体層の形成速度は、所望の結晶性、形成時間に応じて、適宜決めることができる。
第２の化合物半導体層は、ノンドープでも良いし、ドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングしても良い。

＜第３の化合物半導体層＞
本実施形態の化合物半導体積層体の製造方法において、第１の化合物半導体層の形成工程後、かつ、第２の化合物半導体層の形成工程前に第３の化合物半導体層としてＧａＳｂ層を形成する工程を更に備えていてもよい。この第３の化合物半導体層は、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れた第２の化合物半導体層を形成するための、バッファ層としての役割を果たす。当然のことながら、バッファ層としての第３の化合物半導体層自体も、結晶性が良く、かつ表面の平坦性も優れていることが好ましい。

第３の化合物半導体層は、高温で形成すると、表面の凹凸が激しくなり、十分な平坦性を確保することができなくなるため、比較的低温で形成することが多い。形成時の温度は、結晶性の観点から３５０℃以上であることが好ましい。また、形成時の温度は、平坦性確保の観点から５００℃以下であることが好ましい。
第３の化合物半導体層の膜厚は、結晶性の確保の観点から１００ｎｍ以上であることが好ましい。また、第１の化合物半導体層の膜厚は、形成時間の観点から１０００ｎｍ以下であることが好ましい。
第３の化合物半導体層は、ノンドープでも良いし、ドナー不純物やアクセプタ不純物によって、ｎ型やｐ型にドーピングしても良い。

以下、本発明の各実施例に基づいて説明するが、本発明は、以下の各実施例に限定されるものではなく、その発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることは言うまでもない。

まず、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が７×１０^−８ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＩｎＡｓ層）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、Ｓｂ原料の分子線強度と、第２の化合物半導体層の形成速度が１時間当たり１μｍとなるために必要なＩｎ原料の分子線強度との比（換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比）は１．８８である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークをＸ線回折装置（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、ＰＷ１８３０）を用いて解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１０５であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ；半値全幅）値は９５６秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、１１．５ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、１．９１×１０^１３／ｃｍ^２、電子移動度は４０１４ｃｍ^２／Ｖｓであった。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが１２ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が７×１０^−８ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｙＳｂ_ｙ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。

その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．８８である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１１０であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は９８０秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、１１．３ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、１．８９×１０^１３／ｃｍ^２、電子移動度は４１３０ｃｍ^２／Ｖｓであった。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが１２ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が６×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．８８である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．０８７であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブの、ＦＷＨＭ値は９９３秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、３．５ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、９．８３×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は５３１０ｃｍ^２／Ｖｓであった。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが５ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が６×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。

その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．３３×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．８８である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．０９０であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は９８５秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、３．２ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、９．７０×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は５２２０ｃｍ^２／Ｖｓであった。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが５ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が８×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が３８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が８×１０^−７ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が１．５７×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。

その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が９×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．５７×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．８０である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１２３であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブの、ＦＷＨＭ値は４２３秒であった。
この際、ロッキングカーブにおいて第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）と第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）とに対応するピークが一部重複していたので、ガウス関数によりそれぞれのピークをフィッティングし、ピークの分離を行い、前記第２の化合物半導体層のＦＷＨＭ値を求めた。

この際、ＧａＳｂのピーク位置は、２θ／ωスキャンにおける、第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）と第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）とのピーク位置の差から決定した。
さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、２．８ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、５．４８×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は１９０８０ｃｍ^２／Ｖｓであった。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が４５０秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが３ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が８×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．５７×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ_１−ｚＳｂ_ｚ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。

その後、基板温度が３８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が８×１０^−７ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が１．５７×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が９×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子と、分子線強度が１．５７×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．８０である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１２８であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブの、ＦＷＨＭ値は４３５秒であった。
さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、２．４ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、５．６０×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は１９２５０ｃｍ^２／Ｖｓであった。第２の化合物半導体層と格子整合した第３の化合物半導体層をバッファ層として用いることにより、電子移動度が大きく向上した。
すなわち、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が４５０秒以下であり、且つ、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが３ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現した。

第２の化合物半導体層の形成温度を３８０度とする以外は、上述した実施例５と同様の方法で化合物半導体積層体を得た。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．７３であった。
この化合物半導体積層体の第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．２２６であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブの、ＦＷＨＭ値は１１６３秒であった。この際、第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）に対応するピークと重複していたが、実施例５に記載の手法によりピーク分離を行い、ＦＷＨＭ値を求めた。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、４．４ｎｍであった。
第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、７．７５×１０^１２／ｃｍ２、電子移動度は７１３９ｃｍ^２／Ｖｓであった。

第２の化合物半導体層の形成温度を４３０度とする以外は、上述した実施例５と同様の方法で化合物半導体積層体を得た。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．９１であった。
この化合物半導体積層体の第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１６２であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は７７４秒であった。この際、第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）に対応するピークと重複していたが、実施例５に記載の手法によりピーク分離を行い、ＦＷＨＭ値を求めた。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、３．４ｎｍであった。
第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、５．３８×１０^１２／ｃｍ２、電子移動度は１７５７１ｍ^２／Ｖｓであった。

第２の化合物半導体層の形成温度を５３０度とする以外は、上述した実施例５と同様の方法で化合物半導体積層体を得た。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は１．７２であった。
この化合物半導体積層体の第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、Ｓｂ組成ｘは０．１６９であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブの、ＦＷＨＭ値は６５６秒であった。この際、第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）に対応するピークと重複していたが、実施例５に記載の手法によりピーク分離を行い、ＦＷＨＭ値を求めた。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、３．５ｎｍであった。
第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、３．５１×１０^１２／ｃｍ２、電子移動度は１５５５１ｍ^２／Ｖｓであった。

［比較例１］
上述した実施例１，２に対する比較例について以下に説明する。
まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＩｎＡｓ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、０である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、Ｓｂ組成ｘは０であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は５８６秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、３０．３ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、１．６６×１０^１３／ｃｍ^２、電子移動度は４１９１ｃｍ^２／Ｖｓであった。
上述した実施例１，２と比較例１を比較した場合、Ｒｒｍｓ値が圧倒的に大きくなってしまうことがわかる。第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していない場合、第２の化合物半導体層は３次元成長してしまう。この状態で、Ｒｒｍｓ値を下げるためには、第２の化合物半導体層形成時の基板温度を下げなければならないが、そうすると結晶性は悪化し、ＦＷＨＭ値は増大してしまう。

すなわち、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していない場合、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが、１２ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現することができない。

［比較例２］
上述した実施例３，４に対する比較例について以下に説明する。
まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が６×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が７×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキングすなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、０である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、Ｓｂ組成ｘは０であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は４５８秒であった。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、２２．１ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、４．３０×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は８８１２ｃｍ^２／Ｖｓであった。
上述した実施例３，４と比較例２を比較した場合、ＦＷＨＭ値が小さくなった一方、Ｒｒｍｓ値が圧倒的に大きくなってしまうことがわかった。

すなわち、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していない場合、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが、５ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現することができない。

［比較例３］
まず、上述した実施例１と同様に、Ｓｉ（１１１）基板の表面の有機物、金属等の汚染物質を除去した後、濃度１．０ｗｔ％のフッ化水素水溶液を用いて表面の酸化膜を除去して、水素終端処理を行った。
これを直ちにＭＢＥ装置内に導入し、１×１０^−６Ｔｏｒｒ（１．３３３×１０^−６Ｐａ）以下の真空中で、基板温度が３００℃になるまで加熱し、温度が一定になったところでＡｓを照射した。

引き続き、分子線強度が６×１０^−８ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキング、すなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚２０ｎｍの第１の化合物半導体層（ＧａＡｓ）を、１時間当たり０．１μｍの形成速度で形成した。

その後、基板温度が３８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が６×１０^−７ＴｏｒｒのＧａと、分子線強度が１．３０×１０^−６ＴｏｒｒのＳｂとを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。
その後、基板温度が４８０℃になるまで加熱し、温度が一定になったところで、分子線強度が９×１０^−７ＴｏｒｒのＩｎと、分子線強度が３×１０^−５ＴｏｒｒのＡｓ_４分子をクラッキング、すなわち加熱して生成したＡｓ_２分子とを同時に照射することにより、膜厚７００ｎｍの第２の化合物半導体層（ＩｎＡｓ層）を、１時間当たり１μｍの形成速度で形成した。このとき、換算Ｓｂ／Ｉｎ分子線強度比は、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、０である。

第２の化合物半導体層の（１１１）面に対応するＸ線回折ピークを解析したところ、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していないので、Ｓｂ組成ｘは０であった。また、第２の化合物半導体層の、（１１１）面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値は７９２秒であった。この際、第３の化合物半導体層（ＧａＳｂ）に対応するピークと重複していたが、実施例５に記載の手法によりピーク分離を行い、半値幅を求めた。さらに、第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で評価したところ、１３．９ｎｍであった。

第２の化合物半導体層の特性を公知のファンデルポー法により測定したところ、シートキャリア濃度は、５．５５×１０^１２／ｃｍ^２、電子移動度は１１２４７ｃｍ^２／Ｖｓであった。
上述した実施例５，６と比較例３を比較した場合、Ｒｒｍｓ値が圧倒的に大きくなってしまうことがわかった。さらに、電子移動度が大きく下がることが分かった。

すなわち、第２の化合物半導体層の形成時にＳｂを同時照射していない場合、第２の化合物半導体層の、Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が４５０秒以下であり、かつ第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓが３ｎｍ以下である化合物半導体基板を実現することができない。
上述した実施例１乃至９及び比較例１乃至３を以下の表１にまとめた。

以上のように、前記第２の化合物半導体層を形成する工程が、Ｉｎ原料とＡｓ原料とＳｂ原料とを同時に照射する工程であり、得られる第２の化合物半導体層が、ＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層であることにより、表面粗さの二乗平均値Ｒｒｍｓ値が１２ｎｍ以下、かつ、Ｓｉ基板の表面の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークのロッキングカーブのＦＷＨＭ値が１２００秒以下のＩｎＡｓを含む極めて高品質な化合物半導体層がＳｉ基板上で得られることが理解される。換言するならば、本実施形態の化合物半導体積層体の製造方法により、結晶性が良く、且つ、表面の平坦性に優れたＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層がＳｉ基板上で得られることが理解される。

また、上述した実施例５，７乃至９から、第２の化合物半導体層の形成温度を４３０度以上５３０度以下にすることにより、Ｒｒｍｓ値が１２ｎｍ以下、ＦＷＨＭ値が１２００秒以下であり、かつ、電子移動度が１５０００ｃｍ^２／Ｖｓを超える高移動度な化合物半導体層がＳｉ上に得られることが理解される。

本発明の化合物半導体積層体の製造方法によれば、結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れたＩｎＡｓ_１−ｘＳｂ_ｘ（０＜ｘ≦０．３）層がＳｉ基板上に得られる。また、本発明の化合物半導体積層体の製造方法によって得られた化合物半導体積層体は結晶性が良く、かつ表面の平坦性に優れているため、ＨＥＭＴやＨＢＴなどの高速電子デバイス，磁気センサ，ＬＥＤやＬＤなどの光デバイス，太陽電池など多岐に渡る半導体装置に適用することが可能である。

１ 化合物半導体積層体
１０ Ｓｉ基板
１１ 第１の化合物半導体
１２ 第２の化合物半導体
１３ 第３の化合物半導体
２１ 化合物半導体積層体

Claims (9)

1. Ｓｉ基板上に第１の化合物半導体層を形成する工程と、
   前記第１の化合物半導体層上に、該第１の化合物半導体層を形成するときよりも高温で第２の化合物半導体層を形成する工程とを備える化合物半導体積層体の製造方法であって、
   前記第１の化合物半導体層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、
   前記第２の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_1-xＳｂ_x（０＜ｘ≦０．３）層であり、
   前記第２の化合物半導体層を形成する工程は、Ｉｎ原料とＡｓ原料とＳｂ原料とを同時に照射する工程であり、
   前記第２の化合物半導体層を形成する工程におけるＳｂ原料の分子線強度と、前記第２の化合物半導体層の形成速度が１時間当たり１μｍとなるために必要なＩｎ原料の分子線強度との比が１以上であることを特徴とする化合物半導体積層体の製造方法。
2. 前記第１の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y（０≦ｙ≦０．３）であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体積層体の製造方法。
3. 前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_1-zＳｂ_z（０≦ｚ≦０．３）であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体積層体の製造方法。
4. 前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_1-zＳｂ_z（０≦ｚ≦０．３）であり、前記第１の化合物半導体層の形成工程後、かつ、第２の化合物半導体層の形成工程前に第３の化合物半導体層としてＧａＳｂ層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の化合物半導体積層体の製造方法。
5. 前記Ａｓ原料は、Ａｓ₂分子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の化合物半導体積層体の製造方法。
6. 前記Ａｓ原料は、Ａｓ₄分子をクラッキングすることにより生成されるＡｓ₂分子であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の化合物半導体積層体の製造方法。
7. Ｓｉ基板と、該Ｓｉ基板上に形成された第１の化合物半導体層と、該第１の化合物半導体層上に形成された第２の化合物半導体層とを備えた化合物半導体積層体であって、
   前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ及びこれらの混晶のいずれか１つもしくは２つ以上の積層構造であり、
   前記第２の化合物半導体層は、ＩｎＡｓ_1-yＳｂ_y（０＜ｙ≦０．３）層であり、
   前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の表面の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値は、０．１ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることを特徴とする化合物半導体積層体。
8. 前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_1-zＳｂ_z（０≦ｚ≦０．３）であり、
   前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅の値は、１秒以上１２００秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値は、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体積層体。
9. 前記第１の化合物半導体層は、ＧａＡｓ_1-zＳｂ_z（０≦ｚ≦０．３）であり、第１の化合物半導体層と、第２の化合物半導体層との間に、第３の化合物半導体層としてＧａＳｂ層を更に備え、
   前記第２の化合物半導体層の、前記Ｓｉ基板の面方位と同じ面に対応するＸ線回折ピークの半値幅の値は、１秒以上４５０秒以下であり、かつ前記第２の化合物半導体層の１０μｍ四方の領域における、表面粗さの二乗平均値は、０．１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の化合物半導体積層体。

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