JPH0794430A - 量子井戸構造を有する化合物半導体層の成長方法及び化合物半導体薄膜積層構造の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】量子井戸構造を有する化合物半導体層の結晶成
長において限りなく急峻で平坦な界面を得ることができ
る化合物半導体成長方法を提供する。 【構成】本発明の化合物半導体層の成長方法は、井戸層
と障壁層から成る量子井戸構造を有する化合物半導体層
を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による化合物
半導体のエピタキシャル成長によって基板上に成長させ
る方法であって、井戸層をエピタキシャル成長させた
後、障壁層を形成するための原料の一部の供給を中断し
て、一定期間の間、障壁層のエピタキシャル成長を停止
させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体のエピタ
キシャル成長方法、特に、発光素子あるいは受光素子等
に適用し得る、単一量子井戸（ＳＱＷ，Single Quantum
Well）構造あるいは多重量子井戸（ＭＱＷ，Multiple
Quantum Well）構造のような規則的多層結晶層構造を有
する化合物半導体層のエピタキシャル成長方法に関す
る。本発明は又、化合物半導体薄膜積層構造の形成方
法、特に、ＨＥＭＴ等の高周波超低雑音増幅素子などの
作製に適用し得る、例えば選択ドーピングヘテロ構造等
を有する化合物半導体薄膜積層構造のエピタキシャル成
長方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】規則的多層結晶層構造を有する化合物半
導体層、特に、量子効果を生ずるような層厚の量子井戸
構造を有する化合物半導体層を備えた半導体素子とし
て、半導体レーザやフォトディテクターが挙げられる。
量子井戸構造は、井戸層と障壁層とが積層された構造を
有し、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造と多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造に分類される。

【０００３】多重量子井戸構造を有する半導体レーザ
は、数層の井戸層と障壁層が積層されて成る。また、フ
ォトディテクターは、数十ｎｍの井戸層／障壁層が５０
〜１００層積層されて成る。量子井戸構造を有する半導
体レーザは、活性層の厚さを電子の波動関数の広がり程
度まで薄くして、利得及び光損失特性に量子サイズ効果
を持たせた半導体レーザである。この半導体レーザは、
例えば、低い閾値電流密度、高い微分量子効率、低い温
度依存性といった特徴を有し、狭いスペクトル線幅を得
ることができる。

【０００４】一方、半導体素子としての高周波増幅素
子、特に、高周波超低雑音増幅素子として、ＨＥＭＴ
（High Electron Mobility Transistor）の開発が進め
られている。ＨＥＭＴを作製するためには、選択ドーピ
ングヘテロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構造を形
成することが必要とされる。ＨＥＭＴを構成する化合物
半導体薄膜積層構造は、エピタキシャル成長層に対する
基板の影響を極力抑制するためのバッファ層（緩衝層と
も呼ばれる）、２次元電子の走行するチャネル層（能動
層とも呼ばれ、バッファ層の材料と同一の場合もあ
る）、及び不純物が選択的にドーピングされた電子供給
層から成る。場合によっては、チャネル層と電子供給層
との間の不純物の移動を抑制するためのスペーサ層が、
チャネル層と電子供給層との間に形成されており、更に
は、電子供給層と電極との間のコンタクトを取るための
キャップ層が形成されている。

【０００５】現在、既に衛星放送用に利用されているＨ
ＥＭＴはＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のものであるが、こ
の場合、バッファ層とチャネル層はＧａＡｓから構成さ
れ、スペーサ層と電子供給層はＡｌＧａＡｓから構成さ
れている。

【０００６】かかる量子効果を生ずるような層厚を有す
る量子井戸構造のような規則的多層結晶層をエピタキシ
ャル成長させるための方法、あるいは又、選択ドーピン
グヘテロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構造を形成
するための方法としては、有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）がある。
これらの方法は、どちらも非平衡状態に非常に近い結晶
成長方法であり、結晶成長に用いる材料系の化学的特性
の制約を受け難いため、薄層でしかも急峻な界面を得る
のに適した方法である。

【０００７】従来の技術として、ＭＯＣＶＤ法によっ
て、例えばＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の規則的多層結晶
層をエピタキシャル成長させる場合を例にとり、以下、
説明する。

【０００８】ＭＯＣＶＤ法においては、液状の有機金属
原料中に高純度の水素等のキャリアガスを通してバブリ
ングさせることにより、バブリング時の温度における飽
和蒸気圧分の有機金属原料を得ることができる。ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長においては、ＩＩＩ族元素原
料として有機金属が使用される場合が多い。また、Ｖ族
元素原料として水素希釈されたアルシン（ＡｓＨ₃）に
代表されるような水素化物が一般に使用される。

【０００９】これらの原料は高圧のガス状物質であり、
レギュレータを用いることにより圧力を下げ、キャリア
ガスと共にガスの状態で輸送され、結晶成長に供され
る。以下、かかる原料とキャリアガス（例えば、有機金
属原料＋キャリアガス、水素化物＋キャリアガス）とが
混合された状態を、原料ガスと呼ぶ。エピタキシャル成
長に必要とされる原料の切り替えは、これらの原料ガス
の切り替えによって行うことができる。

【００１０】ところで、急峻な界面（この概念について
は後述する）を形成するためには、原料ガスの高速切り
替えが必要とされる。例えば、今、仮に結晶層の成長速
度を０．１ｎｍ／秒、原料ガス流速を１ｍ／秒とすれ
ば、例えば原料ガスが１０ｃｍの加熱領域を進むため
に、０．１秒を要する。また、この場合、ＧａＡｓが１
原子層成長するのには約２．８３秒必要なので、ＧａＡ
ｓを１原子層成長させるために要する時間の約１／３０
の時間で原料ガスを切り替えることができる。このこと
から、充分速やかな原料ガス切り替えが行われているこ
とが判る。

【００１１】このような条件で、反応器内の加熱された
サセプタ上に保持された化合物半導体基板上に原料ガス
を供給することにより、化合物半導体層のエピタキシャ
ル成長が可能となる。ＭＯＣＶＤ法においては、Ｖ族元
素原料であるアルシンは、通常、常に基板上に供給され
ており、ＩＩＩ族原料を基板上に供給することにより化
合物半導体層の成長を開始させ継続することができる。
例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給することに
よりＧａＡｓ結晶層がエピタキシャル成長し、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）を更に供給すればＧａ_1-xＩｎ_x
Ａｓ結晶層がエピタキシャル成長する。混晶比ｘはＴＭ
ＧとＴＭＩのモル比で決定される。原料のモル分率は単
純に原料ガスの供給流量比に比例するので、換言すれば
原料ガスの供給流量比を変化させることにより混晶比ｘ
を制御することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の化合物
半導体層のエピタキシャル成長方法において、量子井戸
構造のような規則的多層結晶層構造を形成する場合、あ
るいは又、選択ドーピングヘテロ構造を有する化合物半
導体薄膜積層構造を形成する場合、結晶層厚の均一性は
勿論のこと、界面の急峻性は半導体素子の特性を決定す
る重要なパラメータである。ここで層厚の均一性に関連
する結晶層表面の平坦性（ラフネス，roughness）と、
界面の急峻性（アブラプトネス，abruptness）について
詳細に説明する。

【００１３】先ず、始めに急峻性について説明する。化
合物半導体の半導体素子への応用を考える上で、異種半
導体接合（ヘテロ接合）は重要な概念である。異種半導
体には、ＧａＡｓとＩｎＰ等の組み合わせの他に、Ｇａ
ＡｓとＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ若しくはＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ等の
組成の一部が異なる組み合わせも含まれる。このような
異種半導体接合（ヘテロ接合）には必ずヘテロ界面が存
在する。

【００１４】異種半導体接合をエピタキシャル成長法で
連続的に形成したとき、そのヘテロ界面が充分設計通り
に形成されているかを評価する指針の１つに、急峻性と
言う概念がある。つまり、異種半導体接合が原子レベル
でどの程度実現されているかという概念である。ヘテロ
界面において単原子層オーダーで異種の半導体層に変わ
っていれば、充分に急峻な界面が形成されている。即
ち、急峻性が優れていると言える。ヘテロ界面において
徐々に組成が移り変わるように異種半導体接合が形成さ
れている場合には、急峻性が悪いと言える。

【００１５】結晶成長の場合には、原料が充分に短時間
で切り替わったとしても、例えば管壁に付着していた原
料が再度成長しつつある結晶層に取り込まれてしまった
り、反応律速な成長モードがあるなどの理由から、界面
に中間層のようなものが存在する可能性がある。

【００１６】急峻性とは異なるもう１つの概念として平
坦性がある。この平坦性は、単純にミクロな結晶層厚の
均一性と考えてよい。平坦性が劣化する原因としては、
結晶欠陥や異物付着による異常成長、成長しつつある結
晶表面上で原料が充分にマイグレーションできず液滴
（ドロップレット）状に近い状態になっているため成長
しつつある結晶表面が凹凸になってしまう等の種々の原
因が挙げられる。尚、後者の場合には、急峻性も悪いと
いえる。急峻性は優れるが平坦性が悪いという状態は、
当然起こり得る。

【００１７】以上の説明を基に、もう少し具体的な例で
本発明が解決しようとする問題を説明する。通常のＭＯ
ＣＶＤ法を用いたＡｌＧａＡｓ系若しくは若干Ｉｎを含
んだシュードモレフィック（pseudomorphic）系の結晶
成長においては連続的に結晶成長を行う。そして、ヘテ
ロ界面を評価する手段として、例えば量子井戸構造を用
いてスペクトルを評価することが一般に行われている。
成長条件によっては、フォトルミネッセンス特性におけ
るスペクトルの半値幅の広がりが観測される。

【００１８】このスペクトルの半値幅の広がりの観測結
果から、期待される充分に急峻性を有するヘテロ界面が
得られておらず、あるいは又、所望の井戸幅（井戸層を
構成する結晶層の厚さ）が安定に得られていないことが
推測される。言い替えれば、井戸層の組成と障壁層の組
成の中間の組成を有する層が界面に存在し、あるいは
又、基板面内における井戸層を構成する結晶層の厚さに
ばらつきが生じていると考えられる。

【００１９】また、このようなスペクトルの半値幅の広
がりが観察されるということは、言い換えれば、安定な
吸収特性を得ることが難しく、半導体素子を作製した際
の特性の安定性において重大な欠点を生じるという問題
がある。

【００２０】例えば、量子効果を有する規則的多層結晶
層構造においては、特に実効的な井戸幅、障壁層の幅、
井戸層のバンドギャップ、障壁層のバンドギャップが異
なっていると、期待される量子効果に多大の影響を及ぼ
す。

【００２１】また、選択ドーピングヘテロ構造を有する
化合物半導体薄膜積層構造から成るＨＥＭＴにおいて
は、特に、チャネル層の高純度化（チャネル層内の残留
不純物原子数）、チャネル層の平坦性、チャネル層の組
成均一性あるいはヘテロ界面の急峻性が良好でないと、
これらの全ては２次元電子の走行に対する散乱要因とな
り、期待される低雑音増幅効果に多大の影響を及ぼす。
ここで、散乱要因は、２次元電子に対する例えばチャネ
ル層内の残留不純物原子による直接的な走行妨害要因の
みならず、電子の走行する方向に対する電子の感ずるポ
テンシャルの揺らぎの原因となり得る全ての要因を指
す。尚、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓが混晶であるために起因する
合金散乱効果等も散乱要因として考えられるが、材料が
本来有しているこのような散乱要因に関しては、本発明
によって改善されるものではない。

【００２２】以上のように、安定なヘテロ界面を得るこ
とは半導体素子への応用において重要な意味を持つ。

【００２３】従来のＭＯＣＶＤ法における原料ガスの供
給の様子を示す結晶層成長シーケンスを図１２に、ま
た、或る時間における結晶層の状態を模式的に図１３に
示す。この結晶層成長シーケンスは、多重量子井戸構造
を有する従来のフォトディテクタの製造工程に相当す
る。従来のＭＯＣＶＤ法においては、図１２に示すよう
に、ＧａＡｓ層（バッファ層あるいは障壁層）の成長段
階（［工程−１Ａ］）においては、ＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）は供給されるが、ＴＭＩ（トリメチルインジ
ウム）の供給が中断される。Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層（井戸
層）の成長段階（［工程−１Ｂ］）においては、ＴＭＧ
及びＴＭＩの両方が供給される。全ての段階においてア
ルシンは供給され続ける。

【００２４】結晶層成長シーケンスに於いて、「ＯＮ」
は反応器内に原料ガスが供給されている状態であり、
「ＯＦＦ」は反応器内への原料ガスの供給が中断されて
いる状態である。結晶層を連続成長させてヘテロ界面を
形成した場合、井戸層の表面付近に存在すると考えられ
る不安定要因（例えば、急峻性及び平坦性の悪さ）が、
次の障壁層成長に直接影響を与える。この状態を、図１
３の（Ａ）〜（Ｅ）に示す。尚、結晶層の状態を模式的
に示す図１３において、黒点は急峻性及び平坦性が不良
な状態を表わす。

【００２５】従来のＭＯＣＶＤ法における原料ガスの供
給の様子を示す別の結晶層成長シーケンスを図１４に、
また、或る時間における結晶層の状態を模式的に図１５
に示す。この結晶層成長シーケンスは、従来のＨＥＭＴ
の製造工程に相当する。従来のＭＯＣＶＤ法において
は、図１４に示すように、ＧａＡｓ層（バッファ層）の
成長段階（［工程−２Ａ］）においては、ＴＭＧは供給
されるが、ＴＭＩの供給が中断される。Ｇａ_1-xＩｎ_xＡ
ｓ層（チャネル層）の成長段階（［工程−２Ｂ］）にお
いては、ＴＭＧ及びＴＭＩの両方が供給される。ノンド
ープＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（スペーサ層）の成長段階
（［工程−２Ｃ］）においては、ＴＭＧ及びＴＭＡ（ト
リメチルアルミニウム）の両方が供給され、ＴＭＩの供
給は中断される。不純物がドーピングされたｎ⁺−Ａｌ_y
Ｇａ_1-yＡｓ層（電子供給層）の成長段階（［工程−２
Ｄ］）においては、ＴＭＧ及びＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）の供給に加え、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）が供給
される。最後に、ｎ⁺−ＧａＡｓ層（キャップ層）の成
長段階（［工程−２Ｅ］）においては、ＴＭＧとジシラ
ンが供給される。全ての段階においてアルシンは供給さ
れ続ける。

【００２６】図１３に示したと同様に、結晶層を連続成
長させてヘテロ界面を形成した場合、或る結晶層（例え
ば、チャネル層）の表面付近に存在すると考えられる不
安定要因（例えば、急峻性及び平坦性の悪さ）が、その
上に形成される結晶層（例えば、スペーサ層や電子供給
層）の成長に直接影響を与える。この状態を、図１５の
（Ａ）〜（Ｅ）に示す。尚、結晶層の状態を模式的に示
す図１５においても、黒点は急峻性及び平坦性が不良な
状態を表わす。

【００２７】従って、現実には、完全なヘテロ界面は勿
論存在し得ないが、結晶成長において限りなく急峻で平
坦なヘテロ界面を得ることが半導体素子への応用を考え
た上で強く要求されている。

【００２８】ＭＯＣＶＤ法にて化合物半導体混晶多層膜
を成長させる方法が、例えば、特開平４−１６４８９３
号公報から公知である。この公報に記載された成長方法
は、アルシン、ホスフィン、ＴＭＧ及びＴＭＩを原料ガ
スとして用い、基板上に第１層目のＧａ_xＩｎ_1-xＡｓ_z
Ｐ_1-zの成長後、一定時間の間、ＴＭＧ及びＴＭＩの供
給を中断しつつ基板の温度を変える。次いで、ＴＭＧ及
びＴＭＩの流量を変えて再びＴＭＧ及びＴＭＩを基板に
供給して、第２層目のＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ_zＰ_1-zを第１層
目のＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ_zＰ_1-z上に成長させる。この公報
に開示された化合物半導体多層膜の成長方法は量子井戸
構造を有する化合物半導体層に形成方法に関するもので
はなく、しかも、第１層目と第２層目の混晶を構成する
元素は同一である。そのため、基板の温度を変えること
によって、第１層目と第２層目の混晶層の境界の平坦性
を向上させている。

【００２９】従って、本発明の第１の目的は、量子井戸
構造を有する化合物半導体層の結晶成長において、限り
なく急峻で平坦な界面を得ることができる化合物半導体
成長方法を提供することにある。

【００３０】更に、本発明の第２の目的は、例えば選択
ドーピングヘテロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構
造の結晶成長において、限りなく急峻で平坦な界面を得
ることができる化合物半導体成長方法を提供することに
ある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するための本発明の化合物半導体層の成長方法は、井戸
層と障壁層から成る量子井戸構造を有する化合物半導体
層を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による化合
物半導体のエピタキシャル成長によって基板上に成長さ
せる方法であって、井戸層をエピタキシャル成長させた
後、障壁層を形成するための原料の一部の供給を中断し
て、一定期間の間、障壁層のエピタキシャル成長を停止
させることを特徴とする。

【００３２】本発明の化合物半導体層の成長方法におい
ては、井戸層のバンドギャップは、障壁層のバンドギャ
ップよりも狭いことが望ましい。あるいは又、井戸層を
形成するための原料は、障壁層を形成するための原料
に、バンドギャップが狭くなるような材料を加えて成る
ことが望ましい。更には、障壁層はＧａＡｓから成り、
井戸層はＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから成ることが望ましい。

【００３３】上記の第２の目的を達成するための本発明
の第１の態様に係る化合物半導体薄膜積層構造の形成方
法は、第１の化合物半導体層及び第１の化合物半導体層
のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する第
２の化合物半導体層から成りそして選択ドーピングヘテ
ロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構造を、有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による化合物半導体のエピ
タキシャル成長によって基板上に成長させる方法であっ
て、第１の化合物半導体層をエピタキシャル成長させた
後、第２の化合物半導体層を形成するための原料の一部
の供給を中断して、一定期間の間、第２の化合物半導体
層のエピタキシャル成長を停止させることを特徴とす
る。

【００３４】本発明の第１の態様に係る化合物半導体薄
膜積層構造の形成方法においては、前記第１の化合物半
導体層でチャネル層を構成し、前記第２の化合物半導体
層で電子供給層を構成することが望ましい。この場合、
チャネル層はＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから成り、電子供給層は
ｎ⁺−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓから成ることが好ましい。ある
いは又、前記第１の化合物半導体層でチャネル層を構成
し、前記第２の化合物半導体層で下からスペーサ層及び
電子供給層を構成することが望ましい。この場合、チャ
ネル層はＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから成り、スペーサ層はＡｌ
_yＧａ_1-yＡｓから成り、電子供給層はｎ⁺−Ａｌ_yＧａ
_1-yＡｓから成ることが好ましい。

【００３５】上記の第２の目的を達成するための本発明
の第２の態様に係る化合物半導体薄膜積層構造の形成方
法は、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層（但し、０＜ｘ＜１）及びＡ
ｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（但し、０≦ｙ≦１）から成る化合物
半導体積層構造を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
法）による化合物半導体のエピタキシャル成長によって
基板上に成長させる方法であって、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層
をエピタキシャル成長させた後、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層を
形成するための原料の一部の供給を中断して、一定期間
の間、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層のエピタキシャル成長を停止
させることを特徴とする。

【００３６】

【作用】本発明の化合物半導体層の成長方法において
は、井戸層をエピタキシャル成長させた後、障壁層を形
成するための原料の一部の供給を中断して、一定期間の
間、障壁層のエピタキシャル成長を停止させる。これに
よって、井戸層の表面の平坦化が改善され、安定した光
学特性を有する化合物半導体層を得ることができる。
尚、本発明の化合物半導体層の成長方法においては、井
戸層と障壁層の組成が相違するので、基板の温度を変化
させなくとも井戸層の表面の平滑性が改善される。

【００３７】また、本発明の第１の態様に係る化合物半
導体薄膜積層構造の形成方法においては、第１の化合物
半導体層をエピタキシャル成長させた後、一定期間の
間、第２の化合物半導体層のエピタキシャル成長を停止
させる。これによって、第１の化合物半導体層の表面の
平坦化が改善され、安定したヘテロ界面を有する化合物
半導体薄膜積層構造を得ることができる。尚、本発明の
第１の態様に係る化合物半導体薄膜積層構造の形成方法
においては、第１及び第２の化合物半導体層の組成が相
違するので、基板の温度を変化させなくとも第１の化合
物半導体層の表面の平滑性が改善される。

【００３８】更には、本発明の第２の態様に係る化合物
半導体薄膜積層構造の形成方法においては、Ｇａ_1-xＩ
ｎ_xＡｓ層をエピタキシャル成長させた後、一定期間の
間、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層のエピタキシャル成長を停止さ
せる。これによって、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層の表面の平坦
化が改善され、安定したヘテロ界面を有する化合物半導
体薄膜積層構造を得ることができる。尚、本発明の第２
の態様に係る化合物半導体薄膜積層構造の形成方法にお
いても、各層の組成が相違するので、基板の温度を変化
させなくともＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ層の表面の平滑性が改善
される。

【００３９】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００４０】（実施例１）実施例１は、本発明の化合物
半導体層の成長方法、及び本発明の第２の態様に係る化
合物半導体薄膜積層構造の形成方法に関する。図３に、
実施例１を実施するのに必要な化合物半導体成長装置で
あるＭＯＣＶＤ装置を示す。有機金属原料１０と水素化
物ガス原料１２はキャリアガス精製装置１４から供給さ
れるキャリアガスにより反応器１６に導入される。これ
によって、化合物半導体層が、加熱されたサセプタ１８
上に保持された半導体基板２０上で成長する。尚、参照
番号２２はマスフローコントローラであり、黒丸は閉状
態のバルブを示し、白丸は開状態のバルブを示す。

【００４１】このようなＭＯＣＶＤ装置を用いて、本発
明の化合物半導体層の成長方法あるいは本発明の第２の
態様に係る化合物半導体薄膜積層構造の形成方法を実施
することにより、例えば、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ／ＧａＡｓ
から成る量子井戸構造を有する規則的多層結晶層をエピ
タキシャル成長させることができる。以下、図１及び図
２を参照して、実施例１の化合物半導体層の成長方法を
説明する。尚、図１に、原料ガスの供給の様子を示す結
晶層成長シーケンスを示す。また、図２に、或る時間に
おける結晶層の状態を模式的に示す。結晶層成長シーケ
ンスに於いて、「ＯＮ」は反応器内に原料ガスが供給さ
れている状態であり、「ＯＦＦ」は反応器内への原料ガ
スの供給が中断されている状態である。

【００４２】［工程−１００］先ず、反応器１６内に保
持された例えばＧａＡｓから成る化合物半導体基板２０
を結晶成長開始直前まで加熱した状態で保持しておく。
Ｖ族原料、例えばＡｓＨ₃を反応器１６内に供給し続け
ておく。その理由は、Ｖ族原料は飽和蒸気圧が高く、Ｖ
族原料を反応器１６内に供給し続けておかないと、形成
された結晶層の表面からＶ族元素が蒸発してしまうから
である。

【００４３】［工程−１１０］次いで、結晶成長を開始
させる。即ち、反応器１６内に、ガリウム原料として例
えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給する。これに
よって、化合物半導体基板２０上にＧａＡｓ層３０の成
長が開始する。このＧａＡｓ層３０は、化合物半導体基
板２０が素子の能動層となる結晶層（井戸層）へ与える
悪影響を極力緩和する目的で形成されるバッファ層の役
割を有し、且つ、実施例１においては、井戸層に対する
障壁層としての役割も兼ねている。この工程の最終段階
における結晶層の状態を図２の（Ａ）に模式的に示す。

【００４４】［工程−１２０］その後、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を供給し続けると共に、更にインジウム
の原料として例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を
供給する。即ち、井戸層を形成するための原料は、障壁
層を形成するための原料（この場合、Ｇａ及びＡｓ）
に、バンドギャップが狭くなるような材料（この場合Ｉ
ｎ）を加えて成る。これによって、反応器１６内にはガ
リウムとインジウム原料が供給され、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ
層３２がＧａＡｓ層３０上に連続して成長する。このＧ
ａ_1-xＩｎ_xＡｓ層３２が井戸層となる。この工程の最終
段階における結晶層の状態を図２の（Ｂ）に模式的に示
す。この時点においては、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層３２の表
面の平坦性は余り良くない。

【００４５】［工程−１３０］次に、意図的にトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）の反応器１６への供給を中断することによって、一
定期間（成長中断時間ｔ_interruption）の間、結晶成長
を中断する。この際のＴＭＧとＴＭＩの成長中断時間ｔ
_interruptionは、ｔ_min以上ｔ_max以下とする。この工程
の最終段階における結晶層の状態を図２の（Ｃ）に模式
的に示す。

【００４６】成長中断時間ｔ_interruptionの経過後、再
度トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の反応器１６への供給
を再開することによりＧａＡｓ層の結晶成長を再開し、
障壁層３０Ａを形成する。即ち、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層３
２を［工程−１２０］においてエピタキシャル成長させ
た後、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（実施例１においてはｙ＝
０、即ちＧａＡｓ層）３０Ａを形成するための原料の一
部の供給を［工程−１３０］において中断して、一定期
間（成長中断時間ｔ_interruption）の間、Ａｌ_yＧａ_1-y
Ａｓ層３２（但し、ｙ＝０）のエピタキシャル成長を停
止させる。

【００４７】このように、［工程−１１０］〜［工程−
１３０］を所望の回数だけ繰り返し、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ
層（井戸層）／ＧａＡｓ（障壁層）の規則的多層結晶層
構造を形成する。第２回目の［工程−１１０］及び［工
程−１２０］の最終段階における結晶層の状態を図２の
（Ｄ）及び（Ｅ）に模式的に示す。

【００４８】［工程−１３０］において原料ガスの一部
の化合物半導体基板への供給を中断することによって、
井戸層最表面付近に存在する不安定要因（急峻性及び平
坦性の不良）が取り除かれる。その結果、良好なヘテロ
界面が形成される。尚、結晶層の状態を模式的に示す図
２において、黒点は急峻性及び平坦性の不良状態を表わ
す。

【００４９】ここで、成長中断時間ｔ_interruptionのｔ
_min及びｔ_maxをどの様に決定するかについて説明する。
図４は、井戸幅を変化させて形成した単一量子井戸を複
数層（図４に示す試料では３層）有する試料の構造を模
式的に示したものである。また、図５は、低温における
フォトルミネッセンス測定の結果得られたスペクトルで
ある。ＧａＡｓから成る障壁層３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ
の層厚を全て５０ｎｍとした。またＧａ_1-xＩｎ_xＡｓか
ら成る井戸層３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃの幅を、それぞれ
３ｎｍ，７ｎｍ，１３ｎｍとした。この構造は、井戸層
の成長時間を変えることによって形成した。また、成長
中断時間ｔ_interruptionを変化させて、同様の単一量子
井戸を複数層有する各種試料を得た。

【００５０】図５に示すように、フォトルミネッセンス
のスペクトルには、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ（ｘ＝０．２）と
ＧａＡｓとのヘテロ界面における成長中断時間ｔ
_{interrupti on}の影響が現れている。図５において、
（Ａ）のピークは成長中断時間ｔ_{interr uption}＝５秒、
ピーク（Ｂ）は成長中断時間ｔ_interruption＝１５秒、
ピーク（Ｃ）は成長中断時間ｔ_interruption＝６０秒の
それぞれにおける、厚さ１３ｎｍの井戸層から得られた
ピークである。尚、ＧａＡｓとＧａ_1-xＩｎ_xＡｓとのヘ
テロ界面を形成する際に、ＧａＡｓ層を形成した後にＧ
ａ_1-xＩｎ_xＡｓ層の成長を中断しても、フォトルミネッ
センスのスペクトルに変化が観測されなかった。即ち、
ＧａＡｓ層の表面は、ＧａＡｓ層の成長中に容易に平坦
になると考えられる。

【００５１】成長中断時間ｔ_interruptionを変えること
によって、井戸層からの発光のスペクトルの半値幅や発
光波長（ピークエネルギー）、発光強度が異なる。これ
らの観測結果から、既に述べたように、成長中断時間ｔ
_interruptionが短い場合、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓとＧａＡｓ
とのヘテロ界面において、期待される程充分に急峻なヘ
テロ界面が得られていない、若しくは井戸幅が安定に得
られていないと考えられる。言い替えれば、成長中断時
間ｔ_interruptionが短い場合、井戸層の組成と障壁層の
組成の中間の組成を有する層がヘテロ界面に存在する、
若しくは基板面内において結晶層の厚さにばらつきが生
じていると考えられる。

【００５２】図６に、かかる試料の発光波長のシフト量
と成長中断時間ｔ_interruptionの関係を示す。Ｇａ_1-x
Ｉｎ_xＡｓから成る井戸層の物理的な幅と、井戸層を形
成しているＧａ_1-xＩｎ_xＡｓの混晶比ｘの影響を考える
と、井戸層の幅が広いほど発光波長は長波長になり、井
戸層の幅が狭いほど発光波長は短波長になる。また混晶
比ｘが高い程バンドギャップは狭くなるため、発光波長
は長波長になり、混晶比ｘが低い程、発光波長は短波長
になる。

【００５３】図６から明らかなように、３種類の井戸層
（厚さがそれぞれ３ｎｍ，７ｎｍ，１３ｎｍ）からの発
光は同様の傾向を示す。つまり、一旦発光波長の値が増
加した後に減少し、その後ほぼ一定の値に収斂する。発
光波長の値が一旦増加する原因は、井戸層の組成にゆら
ぎ（斑）が発生し、成長中断時間ｔ_interruptionが長く
なるに従い、この組成のゆらぎが少なくなるためである
と考えられる。また、発光波長の値が増加した後に減少
しその後ほぼ一定の値を示す原因は、成長中断時間ｔ
_interruptionが長くなるに従い、平坦性が向上し、井戸
層の幅が均一化するためであると考えられる。尚、成長
中断時間ｔ_interruption＝０秒の場合と成長中断時間ｔ
_interruption＝１２０秒との間で、発光波長の値が相違
している。このことからも、成長中断時間ｔ
_interruption＝０秒、即ち井戸層を形成した後連続して
障壁層を形成した場合、光学的安定性が得られないこと
が判る。

【００５４】従って、図６に示すような、発光波長が充
分に安定になる成長中断時間ｔ_{inte rruption}（例えば３
０秒程度）をｔ_minとすればよい。また、加熱状態の水
素雰囲気中ではＧａＡｓ層がエッチングされることが判
っており（A. Okubora, J. Kasahara, M. Arai, and N.
Watanabe, Journal of Applied Physics Vol. 60, No.
4, 1501-1504, 1986 参照)、混晶比ｘが低いＧａ_1-xＩ
ｎ_xＡｓでも同様なエッチングが起こり得ると考えられ
るので、成長中断時間ｔ_maxは、特に井戸層幅が狭い場
合にはエッチングが起こらないあるいは起きても影響が
充分無視できる時間であって、しかも成長中断によって
結晶成長面に汚染が発生しない程度の時間とする必要が
ある。

【００５５】（実施例２）実施例２は本発明の第１及び
第２の態様の化合物半導体薄膜積層構造の形成方法に関
し、より具体的にはＨＥＭＴの作製に関する。実施例２
においても、実施例１と同様に図３に示した化合物半導
体成長装置であるＭＯＣＶＤ装置を用いる。このような
ＭＯＣＶＤ装置を用いて本発明の化合物半導体薄膜積層
構造の形成方法を実施することにより、化合物半導体薄
膜積層構造をエピタキシャル成長させることができる。
以下、図７、図８及び図９を参照して、実施例２の化合
物半導体薄膜積層構造の形成方法を説明する。尚、図７
に、原料ガスの供給の様子を示す結晶層成長シーケンス
を示す。また、図８及び図９に、或る時間における結晶
層の状態を模式的に示す。

【００５６】［工程−２００］実施例１の［工程−１０
０］と同様に、先ず、反応器１６内に保持された例えば
ＧａＡｓから成る化合物半導体基板２０を結晶成長開始
直前まで加熱した状態で保持しておく。Ｖ族原料、例え
ばＡｓＨ₃を反応器１６内に供給し続けておく。

【００５７】［工程−２１０］次いで、結晶成長を開始
させる。即ち、反応器１６内に、ガリウム原料として例
えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を供給する。これに
よって、化合物半導体基板２０上にＧａＡｓから成るバ
ッファ層（緩衝層）４０の成長が開始する。このバッフ
ァ層４０は、化合物半導体基板２０が素子の能動層とな
る結晶層（チャネル層）へ与える悪影響を極力緩和する
目的で形成される。この工程の最終段階における結晶層
の状態を図８の（Ａ）に模式的に示す。

【００５８】［工程−２２０］その後、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を供給し続けると共に、更にインジウム
の原料として例えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を
供給する。即ち、第１の化合物半導体層であるチャネル
層４２を形成するための原料は、バッファ層４０を形成
するための原料（この場合、Ｇａ及びＡｓ）に、バンド
ギャップが狭くなるような材料（この場合Ｉｎ）を加え
て成る。これによって、反応器１６内にはガリウムとイ
ンジウム原料が供給され、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓから成るチ
ャネル層（第１の化合物半導体層）４２がＧａＡｓから
成るバッファ層４０上に連続して成長する。この工程の
最終段階における各結晶層の状態を図８の（Ｂ）に模式
的に示す。この時点においては、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓから
成るチャネル層（第１の化合物半導体層）４２の表面の
平坦性は余り良くない。

【００５９】［工程−２３０］こうして、チャネル層４
２をエピタキシャル成長させた後、第２の化合物半導体
層の一部を構成するスペーサ層を形成するための原料の
一部の供給を中断して、一定期間（成長中断時間ｔ
_interruption）の間、第２の化合物半導体層の一部を構
成するスペーサ層のエピタキシャル成長を停止させる。
即ち、意図的にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）の反応器１６への供給を中断
することによって、結晶成長を中断する。この際のＴＭ
ＧとＴＭＩの成長中断時間ｔ_interruptionは、ｔ_min以
上ｔ_max以下とする。この工程の最終段階における各結
晶層の状態を図８の（Ｃ）に模式的に示す。

【００６０】［工程−２４０］成長中断時間ｔ
_interruptionの経過後、再度トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）の反応器１６への供給を再開することに加え、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）を反応器１６へ供給す
る。これによって、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（例えば、ｙ＝
０．３）から成りそして第２の化合物半導体層の一部を
構成するスペーサ層４４の結晶成長を行う。即ち、言い
換えれば、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層４２をエピタキシャル成
長させた後、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層４４を形成するための
原料の一部の供給を中断して、一定期間（成長中断時間
ｔ_interruption）の間、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層４４のエピ
タキシャル成長を停止させる。この工程の最終段階にお
ける各結晶層の状態を図９の（Ａ）に模式的に示す。

【００６１】［工程−２５０］次に、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の
反応器１６への供給を続けながら、ジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）を反応器１６へ供給する。これによって、ｎ⁺−
Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓから成りそして第２の化合物半導体層
を構成する電子供給層４６が形成される。この工程の最
終段階における各結晶層の状態を図９の（Ｂ）に模式的
に示す。

【００６２】［工程−２６０］その後、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）及びジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）の反応器１６
への供給を続け、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の
反応器１６への供給を中止する。これによって、ｎ⁺−
ＧａＡｓから成るキャップ層４８が形成される。この工
程の最終段階における各結晶層の状態を図９の（Ｃ）に
模式的に示す。こうして、チャネル層（第１の化合物半
導体層）４２、並びにスペーサ層４４及び電子供給層４
６（第２の化合物半導体層）から成る選択ドーピングヘ
テロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構造を、有機金
属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による化合物半導体のエ
ピタキシャル成長によって基板上に成長させることがで
きる。最後に、ソース電極、ゲート電極及びドレイン電
極を従来の方法で形成することによって、ＨＥＭＴが完
成する。

【００６３】［工程−２３０］において原料ガスの化合
物半導体基板への供給を中断することによって、第１の
化合物半導体層（チャネル層、あるいはＧａ_1-xＩｎ_xＡ
ｓ層）４２の表面付近に存在する不安定要因（急峻性及
び平坦性の不良）が取り除かれる。その結果、良好なヘ
テロ界面が形成される。尚、結晶層の状態を模式的に示
す図８において、黒点は急峻性及び平坦性の不良状態を
表わす。

【００６４】（実施例３）実施例３は実施例２の変形で
ある。実施例３が実施例２と相違する点は、スペーサ層
を形成しない点にある。即ち、第２の化合物半導体層は
電子供給層のみから構成される。また、実施例３におい
ては、キャップ層も形成しない。以下、図１０及び図１
１を参照して、実施例３の化合物半導体薄膜積層構造の
形成方法を説明する。尚、図１０に、原料ガスの供給の
様子を示す結晶層成長シーケンスを示す。また、図１１
に、或る時間における結晶層の状態を模式的に示す。

【００６５】［工程−３００］実施例２の［工程−２０
０］と同様に、先ず、反応器１６内に保持された例えば
ＧａＡｓから成る化合物半導体基板２０を結晶成長開始
直前まで加熱した状態で保持しておく。Ｖ族原料、例え
ばＡｓＨ₃を反応器１６内に供給し続けておく。

【００６６】［工程−３１０］次いで、実施例２の［工
程−２１０］と同様に、結晶成長を開始させて、化合物
半導体基板２０上にＧａＡｓから成るバッファ層（緩衝
層）４０を成長させる。この工程の最終段階における結
晶層の状態を図１１の（Ａ）に模式的に示す。

【００６７】［工程−３２０］その後、実施例２の［工
程−２２０］と同様に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）
を供給し続けると共に、更にインジウムの原料として例
えばトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を供給し、Ｇａ
_1-xＩｎ_xＡｓから成るチャネル層（第１の化合物半導体
層）４２をＧａＡｓから成るバッファ層４０上に連続し
て成長させる。この工程の最終段階における各結晶層の
状態を図１１の（Ｂ）に模式的に示す。この時点におい
ては、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓから成るチャネル層（第１の化
合物半導体層）４２の表面の平坦性は余り良くない。

【００６８】［工程−３３０］こうして、チャネル層４
２をエピタキシャル成長させた後、実施例２の［工程−
２３０］と実質的には同様に、第２の化合物半導体層を
構成する電子供給層を形成するための原料の一部の供給
を中断して、一定期間（成長中断時間ｔ_{interr uption}）
の間、第２の化合物半導体層を構成する電子供給層のエ
ピタキシャル成長を停止させる。即ち、意図的にトリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）とトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）の反応器１６への供給を中断することによって、結
晶成長を中断する。この工程の最終段階における各結晶
層の状態を図１１の（Ｃ）に模式的に示す。

【００６９】［工程−３４０］成長中断時間ｔ
_interruptionの経過後、再度トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）の反応器１６への供給を再開することに加え、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）及びジシラン（Ｓｉ
₂Ｈ₆）を反応器１６へ供給する。これによって、ｎ⁺−
Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ（例えば、ｙ＝０．３）から成りそし
て第２の化合物半導体層を構成する電子供給層４６が形
成される。この工程の最終段階における各結晶層の状態
を図１１の（Ｄ）に模式的に示す。

【００７０】こうして、チャネル層（第１の化合物半導
体層）４２、並びに電子供給層４６（第２の化合物半導
体層）から成る選択ドーピングヘテロ構造を有する化合
物半導体薄膜積層構造を、有機金属気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ法）による化合物半導体のエピタキシャル成長によ
って基板上に成長させることができる。最後に、ソース
電極、ゲート電極及びドレイン電極を従来の方法で形成
することによって、ＨＥＭＴが完成する。［工程−３３
０］において原料ガスの化合物半導体基板への供給を中
断することによって、第１の化合物半導体層（チャネル
層、あるいはＧａ_1-xＩｎ_xＡｓ層）４２の表面付近に存
在する不安定要因（急峻性及び平坦性の不良）が取り除
かれる。その結果、良好なヘテロ界面が形成される。

【００７１】実施例２あるいは実施例３において、成長
中断時間ｔ_interruptionのｔ_min及びｔ_maxを決定する方
法は、実施例１にて説明した方法と実質的に同様とする
ことができる。即ち、第１の化合物半導体層（Ｇａ_1-x
Ｉｎ_xＡｓ層）を井戸層とし、第２の化合物半導体層
（Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層）を障壁層とし、井戸幅を変化さ
せて形成した単一量子井戸を複数層、試験的に形成す
る。この場合、井戸層の成長時間を変えることによって
井戸幅を変化させればよい。また、成長中断時間ｔ_{in
terruption}を変化させて、同様の単一量子井戸を複数層
有する各種試料を作製する。そして、各試料の低温にお
けるフォトルミネッセンス測定を行い、発光波長が充分
に安定になる成長中断時間ｔ_interruptionをｔ_minとす
ればよい。また、成長中断時間ｔ_maxは、特に井戸層幅
が狭い場合にはエッチングが起こらないあるいは起きて
も影響が充分無視できる時間であって、しかも成長中断
によって結晶成長面に汚染が発生しない程度の時間とす
ればよい。

【００７２】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。井戸層のバンドギャップを、障壁層のバンドギ
ャップよりも狭くするために、障壁層をＡｌ_yＧａ_1-yＡ
ｓから構成し、井戸層をＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから構成する
こともできる。あるいは又、障壁層をＧａＰから構成
し、井戸層をＧａ_1-xＩｎ_xＰから構成することもでき
る。この場合、水素化物としてホスフィンを用いる。ま
た、井戸層は１層であっても複数層でもよい。ＧａＩｎ
Ｐ等から成るショットキ層を形成することもできる。第
１の化合物半導体層として、その他、ＡｌＧａＩｎＡｓ
を例示することができる。また、第２の化合物半導体層
として、その他、ＡｌＩｎＡｓを例示することができ
る。本発明の化合物半導体薄膜積層構造の形成方法は、
ＨＥＭＴの作製だけでなく、例えばＨＥＴ（Hot Electr
on Transistor）の作製に適用することもできる。

【００７３】

【発明の効果】本発明の化合物半導体層の成長方法は、
ＭＯＣＶＤ法を用いた化合物半導体のエピタキシャル成
長により規則的多層結晶層構造、例えばＧａ_1-xＩｎ_xＡ
ｓ層を井戸層としＧａＡｓ層を障壁層とした量子井戸構
造を有する規則的多層結晶層を成長させる場合、井戸層
を成長させた後にのみ意図的に原料の一部の供給を中断
することにより、或る一定の時間範囲の障壁層成長中断
時間を設ける。これによって、井戸層の表面の急峻性及
び平坦性が向上し、急峻且つ平坦なヘテロ界面を安定に
得ることができ、化合物半導体装置の特性を向上させる
ことができる。

【００７４】また、本発明の化合物半導体薄膜積層構造
の形成方法においては、第１の化合物半導体層（あるい
は、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層）をエピタキシャル成長させた
後、一定期間の間、第２の化合物半導体層（あるいはＡ
ｌ_yＧａ_1-yＡｓ層）のエピタキシャル成長を停止させ
る。これによって、第１の化合物半導体層（あるいは、
Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層）の表面の平坦化が改善され、安定
したヘテロ界面を有する化合物半導体薄膜積層構造を得
ることができる。尚、本発明の化合物半導体薄膜積層構
造の形成方法においては、各化合物半導体層の組成が相
違するので、基板の温度を変化させなくとも第１の化合
物半導体層（あるいは、Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層）の表面の
平滑性が改善され、安定したヘテロ界面を有する化合物
半導体薄膜積層構造を得ることができる。これによっ
て、急峻且つ平坦なヘテロ界面を安定に得ることがで
き、化合物半導体装置の特性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における原料ガスの供給の様子を示す
結晶層成長シーケンスを表わす図である。

【図２】実施例１において、或る時間における結晶層の
状態を模式的に示す図である。

【図３】ＭＯＣＶＤ装置の概要図である。

【図４】井戸幅を変化させて形成させた単一量子井戸を
複数層有する試料の構造を模式的に示す図である。

【図５】実施例１により得られた試料のフォトルミネッ
センス測定の結果得られたスペクトルを示す図である。

【図６】実施例１における発光波長のシフト量と成長中
断時間ｔ_interruptionの関係を示す図である。

【図７】実施例２における原料ガスの供給の様子を示す
結晶層成長シーケンスを表わす図である。

【図８】実施例２において、或る時間における結晶層の
状態を模式的に示す図である。

【図９】図８に引き続き、実施例２において、或る時間
における結晶層の状態を模式的に示す図である。

【図１０】実施例３における原料ガスの供給の様子を示
す結晶層成長シーケンスを表わす図である。

【図１１】実施例３において、或る時間における結晶層
の状態を模式的に示す図である。

【図１２】従来のＭＯＣＶＤ法における原料ガスの供給
の様子を示す結晶層成長シーケンスを表わした図であ
る。

【図１３】図１２に示した従来のＭＯＣＶＤ法におい
て、或る時間における結晶層の状態を模式的に示す図で
ある。

【図１４】図１２に示したとは別の従来のＭＯＣＶＤ法
における原料ガスの供給の様子を示す結晶層成長シーケ
ンスを表わした図である。

【図１５】図１４に示した従来のＭＯＣＶＤ法におい
て、或る時間における結晶層の状態を模式的に示す図で
ある。

【符号の説明】

１０ 有機金属原料 １２ 水素化物ガス原料 １４ キャリアガス精製装置 １６ 反応器 １８ サセプタ ２０ 半導体基板 ２２ マスフローコントローラ ３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ ＧａＡｓ層（障壁層） ３２，３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層
（井戸層） ４０ バッファ層（緩衝層） ４２ 第１の化合物半導体層（チャネル層） ４４ 第２の化合物半導体層（スペーサ層） ４６ 第２の化合物半導体層（電子供給層） ４８ キャップ層

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】井戸層と障壁層から成る量子井戸構造を有
   する化合物半導体層を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ
   法）による化合物半導体のエピタキシャル成長によって
   基板上に成長させる方法であって、 井戸層をエピタキシャル成長させた後、障壁層を形成す
   るための原料の一部の供給を中断して、一定期間の間、
   障壁層のエピタキシャル成長を停止させることを特徴と
   する化合物半導体層の成長方法。
2. 【請求項２】井戸層のバンドギャップは、障壁層のバン
   ドギャップよりも狭いことを特徴とする請求項１に記載
   の化合物半導体層の成長方法。
3. 【請求項３】井戸層を形成するための原料は、障壁層を
   形成するための原料に、バンドギャップが狭くなるよう
   な材料を加えて成ることを特徴とする請求項１に記載の
   化合物半導体層の成長方法。
4. 【請求項４】障壁層はＧａＡｓから成り、井戸層はＧａ
   _1-xＩｎ_xＡｓから成ることを特徴とする請求項３に記載
   の化合物半導体層の成長方法。
5. 【請求項５】第１の化合物半導体層及び該第１の化合物
   半導体層のバンドギャップよりも広いバンドギャップを
   有する第２の化合物半導体層から成りそして選択ドーピ
   ングヘテロ構造を有する化合物半導体薄膜積層構造を、
   有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による化合物半導
   体のエピタキシャル成長によって基板上に成長させる方
   法であって、 第１の化合物半導体層をエピタキシャル成長させた後、
   第２の化合物半導体層を形成するための原料の一部の供
   給を中断して、一定期間の間、第２の化合物半導体層の
   エピタキシャル成長を停止させることを特徴とする化合
   物半導体薄膜積層構造の形成方法。
6. 【請求項６】前記第１の化合物半導体層はチャネル層を
   構成し、前記第２の化合物半導体層は電子供給層を構成
   することを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体薄
   膜積層構造の形成方法。
7. 【請求項７】チャネル層はＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから成り、
   電子供給層はｎ⁺−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓから成ることを特
   徴とする請求項６に記載の化合物半導体薄膜積層構造の
   形成方法。
8. 【請求項８】前記第１の化合物半導体層はチャネル層を
   構成し、前記第２の化合物半導体層は下からスペーサ層
   及び電子供給層を構成することを特徴とする請求項５に
   記載の化合物半導体薄膜積層構造の形成方法。
9. 【請求項９】チャネル層はＧａ_1-xＩｎ_xＡｓから成り、
   スペーサ層はＡｌ_yＧａ_1-yＡｓから成り、電子供給層は
   ｎ⁺−Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓから成ることを特徴とする請求
   項８に記載の化合物半導体薄膜積層構造の形成方法。
10. 【請求項１０】Ｇａ_1-xＩｎ_xＡｓ層（但し、０＜ｘ＜
    １）及びＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ層（但し、０≦ｙ≦１）から
    成る化合物半導体積層構造を、有機金属気相成長法（Ｍ
    ＯＣＶＤ法）による化合物半導体のエピタキシャル成長
    によって基板上に成長させる方法であって、Ｇａ_1-xＩ
    ｎ_xＡｓ層をエピタキシャル成長させた後、Ａｌ_yＧａ
    _1-yＡｓ層を形成するための原料の一部の供給を中断し
    て、一定期間の間、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ層のエピタキシャ
    ル成長を停止させることを特徴とする化合物半導体薄膜
    積層構造の形成方法。