JP2002151409A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に結晶を成長させる際、格子不整合や結
晶の転位などの歪みや欠陥がない半導体装置及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】(a)GaAs基板上に基板と同種(GaAs)または
異種の材料からなる結晶を成長させ、(b)前記基板と異
なる材料の基板（Si基板）を前記GaAs基板上に結晶成長
させた結晶薄膜面にウエハボンディングし、(c)結晶薄
膜部分のみをSi基板に残し、GaAs基板部分のみを剥離
（リフトオフ）し、(d)リフトオフした結晶薄膜面に同
種(GaAs)または異種の材料の半導体結晶を成長させる。
晶の転位などの歪みや欠陥がない半導体装置及びその製
造方法を提供する。 【解決手段】(a)GaAs基板上に基板と同種(GaAs)または
異種の材料からなる結晶を成長させ、(b)前記基板と異
なる材料の基板（Si基板）を前記GaAs基板上に結晶成長
させた結晶薄膜面にウエハボンディングし、(c)結晶薄
膜部分のみをSi基板に残し、GaAs基板部分のみを剥離
（リフトオフ）し、(d)リフトオフした結晶薄膜面に同
種(GaAs)または異種の材料の半導体結晶を成長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及び半
導体装置の製造方法に関し、特に太陽電池、レーザ及び
ＬＥＤ等の発光素子、光電気集積回路（光素子とSi系Ｌ
ＳＩの集積回路）等の半導体装置及び半導体装置の製造
方法に関する。
導体装置の製造方法に関し、特に太陽電池、レーザ及び
ＬＥＤ等の発光素子、光電気集積回路（光素子とSi系Ｌ
ＳＩの集積回路）等の半導体装置及び半導体装置の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の積層の積層構造を持つ半導体装置
及びその製造工程を図２，３に示す。図２にSi基板（異
種基板）上に基板の材料とは異なるGaAsをヘテロ結晶成
長させた積層構造を有する半導体装置を示す。また、他
の例として図３に示すように(a).GaAs基板（同種基板）
上にリフトオフ層（例えば、AlAs結晶）を介して基板と
同種の材料であるGaAsの結晶成長を行うことで良質な半
導体結晶を作成した後、(b).GaAs基板上に結晶成長させ
たGaAsを、Si基板（異種基板）にウエハボンディング
し、(c).GaAs基板（同種基板）をリフトオフし、Si基板
（異種基板）上にGaAs薄膜結晶を積層させた、ヘテロ結
晶成長と同構造を持つGaAs層を有するGaAs/Si積層構造
を持つ半導体装置を作成する。なお、上記薄膜結晶はGa
Asの他にIII−V族化合物半導体やSi,GeなどのIV族半導
体材料が用いられ、また、ボンディングの対象となる基
板としては石英、ガラス、サファイア、金属（Cuなど）
が用いられる。
及びその製造工程を図２，３に示す。図２にSi基板（異
種基板）上に基板の材料とは異なるGaAsをヘテロ結晶成
長させた積層構造を有する半導体装置を示す。また、他
の例として図３に示すように(a).GaAs基板（同種基板）
上にリフトオフ層（例えば、AlAs結晶）を介して基板と
同種の材料であるGaAsの結晶成長を行うことで良質な半
導体結晶を作成した後、(b).GaAs基板上に結晶成長させ
たGaAsを、Si基板（異種基板）にウエハボンディング
し、(c).GaAs基板（同種基板）をリフトオフし、Si基板
（異種基板）上にGaAs薄膜結晶を積層させた、ヘテロ結
晶成長と同構造を持つGaAs層を有するGaAs/Si積層構造
を持つ半導体装置を作成する。なお、上記薄膜結晶はGa
Asの他にIII−V族化合物半導体やSi,GeなどのIV族半導
体材料が用いられ、また、ボンディングの対象となる基
板としては石英、ガラス、サファイア、金属（Cuなど）
が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図２に示すように、Ga
Asに代表される化合物半導体をSiなどの半導体基板にヘ
テロ結晶させた（基板の材料と特性の異なる半導体を結
晶成長させる）場合、上層の半導体(GaAs)には格子不整
合や熱膨張係数の違いなどが原因で結晶に転位などの歪
みや欠陥などが発生し、半導体デバイスの性能を著しく
低下させる。また、図３に示す製造工程においては、Ga
As基板から見たGaAs基板の結晶成長の工程が逆になるこ
とから、特性が変化する可能性がある。（すなわち、現
在、結晶成長にはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)が用いられ、熱分解による結晶成長のため
加熱雰囲気中(600〜1000°Ｃ)で行われる。この加熱時
に不純物（ドーパント）の拡散がおこり、従来技術によ
るボンディングを用いた場合、通常の結晶成長と成長方
向が逆のため不純物の拡散長や拡散濃度が異なってしま
い特性の変化が生じる。）また、リフトオフ層（例、Al
As）に用いる半導体と同種の材料（例、AlAs,AlGaAs
等）の半導体結晶が作成できない。
Asに代表される化合物半導体をSiなどの半導体基板にヘ
テロ結晶させた（基板の材料と特性の異なる半導体を結
晶成長させる）場合、上層の半導体(GaAs)には格子不整
合や熱膨張係数の違いなどが原因で結晶に転位などの歪
みや欠陥などが発生し、半導体デバイスの性能を著しく
低下させる。また、図３に示す製造工程においては、Ga
As基板から見たGaAs基板の結晶成長の工程が逆になるこ
とから、特性が変化する可能性がある。（すなわち、現
在、結晶成長にはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition)が用いられ、熱分解による結晶成長のため
加熱雰囲気中(600〜1000°Ｃ)で行われる。この加熱時
に不純物（ドーパント）の拡散がおこり、従来技術によ
るボンディングを用いた場合、通常の結晶成長と成長方
向が逆のため不純物の拡散長や拡散濃度が異なってしま
い特性の変化が生じる。）また、リフトオフ層（例、Al
As）に用いる半導体と同種の材料（例、AlAs,AlGaAs
等）の半導体結晶が作成できない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明では、例えば、GaAs基板上に基板と同種ま
たは異種の材料からなる結晶を成長させ、前記基板と異
なる材料の基板（例、Si基板）を前記GaAs基板上に結晶
成長させた結晶薄膜面にウエハボンディングし、結晶薄
膜部分のみをSi基板に残し、GaAs基板部分のみを剥離
（リフトオフ）し、リフトオフした結晶薄膜面に同種ま
たは異種の材料の半導体結晶を成長させたことを特徴と
する。
めに、本発明では、例えば、GaAs基板上に基板と同種ま
たは異種の材料からなる結晶を成長させ、前記基板と異
なる材料の基板（例、Si基板）を前記GaAs基板上に結晶
成長させた結晶薄膜面にウエハボンディングし、結晶薄
膜部分のみをSi基板に残し、GaAs基板部分のみを剥離
（リフトオフ）し、リフトオフした結晶薄膜面に同種ま
たは異種の材料の半導体結晶を成長させたことを特徴と
する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図１に示す。図
１(a)〜(c)の工程は図３(a)〜(c)の工程と同様である。
本発明は、工程(c)において、GaAs基板（同種基板）を
リフトオフし、Si基板（異種基板）上にGaAs薄膜結晶を
積層させた、GaAs/Si積層構造を持つ半導体基板を作成
した後、(d).結晶成長装置（例、MOCVD)中に上記半導体
基板を設置してリフトオフ後のSi基板（異種基板）上の
GaAs結晶薄膜に同種のGaAsを再度結晶成長を行い、Si基
板上にGaAs薄膜をヘテロ結晶成長させた場合と同様の効
果を持つ構造の半導体装置を作成する。
１(a)〜(c)の工程は図３(a)〜(c)の工程と同様である。
本発明は、工程(c)において、GaAs基板（同種基板）を
リフトオフし、Si基板（異種基板）上にGaAs薄膜結晶を
積層させた、GaAs/Si積層構造を持つ半導体基板を作成
した後、(d).結晶成長装置（例、MOCVD)中に上記半導体
基板を設置してリフトオフ後のSi基板（異種基板）上の
GaAs結晶薄膜に同種のGaAsを再度結晶成長を行い、Si基
板上にGaAs薄膜をヘテロ結晶成長させた場合と同様の効
果を持つ構造の半導体装置を作成する。
【０００６】上記実施例においてはSi基板のGaAs結晶薄
膜上に同種のGaAs結晶の再成長を行っているが異種のGa
N,InP,AlGaAsなどのIII−V族半導体材料あるいは混晶半
導体材料も用いることができ、Si基板に代えて他の材料
の基板も用いることもできる。また、GaAs基板に代えて
GaP、InP、GaN、あるいはサファイア基板も用いること
ができる。この方法を用いればSi基板上に応力が少な
く、低い転位密度のGaAs結晶が得られ、またホモ結晶成
長の場合と成長条件等の共通化ができる。
膜上に同種のGaAs結晶の再成長を行っているが異種のGa
N,InP,AlGaAsなどのIII−V族半導体材料あるいは混晶半
導体材料も用いることができ、Si基板に代えて他の材料
の基板も用いることもできる。また、GaAs基板に代えて
GaP、InP、GaN、あるいはサファイア基板も用いること
ができる。この方法を用いればSi基板上に応力が少な
く、低い転位密度のGaAs結晶が得られ、またホモ結晶成
長の場合と成長条件等の共通化ができる。
【０００７】また、この方法を用いればリフトオフに用
いる層と同種の材料の結晶成長も行うことができる。従
来のウエハボンディングを用いる方法の一例として、リ
リース層としてAlAs層を作成し、AlAs層をHF水溶液で除
去し結晶薄膜をリフトオフを行う方法が挙げられる。こ
の方法ではSiと電流整合を得ることができるAlGaAs結晶
を作成することができない。これはリフトオフに用いる
HF水溶液がAlGaAs結晶を浸食するためである。
いる層と同種の材料の結晶成長も行うことができる。従
来のウエハボンディングを用いる方法の一例として、リ
リース層としてAlAs層を作成し、AlAs層をHF水溶液で除
去し結晶薄膜をリフトオフを行う方法が挙げられる。こ
の方法ではSiと電流整合を得ることができるAlGaAs結晶
を作成することができない。これはリフトオフに用いる
HF水溶液がAlGaAs結晶を浸食するためである。
【０００８】このために通常の結晶成長で用いるものよ
り１系統多くの種類の結晶を作製する必要があり、この
場合、原料供給系を増設する必要があるため装置の大幅
なコストアップになり、また、同じ装置でも別の結晶系
を成長させるには温度、圧力等の条件が異なるため装置
のスペックが上がることが多く、条件を切り替えるため
の時間が必要なため工数が増える。さらに、結晶系の種
類が増えた場合、従来の結晶にとっては必要のない原料
を装置内に導入するため、これが不純物として作用し結
晶の性能を下げる恐れがある。
り１系統多くの種類の結晶を作製する必要があり、この
場合、原料供給系を増設する必要があるため装置の大幅
なコストアップになり、また、同じ装置でも別の結晶系
を成長させるには温度、圧力等の条件が異なるため装置
のスペックが上がることが多く、条件を切り替えるため
の時間が必要なため工数が増える。さらに、結晶系の種
類が増えた場合、従来の結晶にとっては必要のない原料
を装置内に導入するため、これが不純物として作用し結
晶の性能を下げる恐れがある。
【０００９】したがって、リフトオフ後のSi基板上のGa
As結晶上に再度結晶成長を行えば、作製が困難であった
AlGaAs系デバイスの作製が可能であり、リフトオフ層が
従来の半導体装置に必要な結晶で流用できるので（１）
装置のコストダウン、（２）工数の低減、（３）結晶の
性能向上の効果が期待できる。
As結晶上に再度結晶成長を行えば、作製が困難であった
AlGaAs系デバイスの作製が可能であり、リフトオフ層が
従来の半導体装置に必要な結晶で流用できるので（１）
装置のコストダウン、（２）工数の低減、（３）結晶の
性能向上の効果が期待できる。
【００１０】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので以下に記載の効果を奏する。 （１）ホモ結晶成長と同様の工程で良質な異種材料の積
層構造を持つ半導体を作製できる。 （２）従来のウエハボンディングのみの場合と異なり半
導体材料の制約がなくなる。 （３）本発明は異種材料の積層構造を持つため、タンデ
ム型太陽電池や多層型発光素子、積層型集積回路などの
ように多層構造を持った半導体装置の作製に有利であ
る。 （４）従来のように結晶成長のみで多層構造を作製する
場合には、基板に近い下層のデバイスを加工する際に
は、上層の結晶をエッチングするなどして削除し、下層
デバイスをむき出した状態にしなければならなかった。
したがって、加工工程は複雑になり、高密度のデバイス
や集積回路を作製するのが難しくなる。しかし、本発明
の方法ではボンディング前、および再成長前に下層構造
の加工や配線を行うことができ、高密度のデバイスや集
積回路が比較的容易に作製でき、また、加工のため上層
の結晶を削除する必要もないため、上層の結晶を傷つけ
ず、また上層の結晶の性能を無駄にすることなく、高性
能の積層型デバイスの作製が可能である。
いるので以下に記載の効果を奏する。 （１）ホモ結晶成長と同様の工程で良質な異種材料の積
層構造を持つ半導体を作製できる。 （２）従来のウエハボンディングのみの場合と異なり半
導体材料の制約がなくなる。 （３）本発明は異種材料の積層構造を持つため、タンデ
ム型太陽電池や多層型発光素子、積層型集積回路などの
ように多層構造を持った半導体装置の作製に有利であ
る。 （４）従来のように結晶成長のみで多層構造を作製する
場合には、基板に近い下層のデバイスを加工する際に
は、上層の結晶をエッチングするなどして削除し、下層
デバイスをむき出した状態にしなければならなかった。
したがって、加工工程は複雑になり、高密度のデバイス
や集積回路を作製するのが難しくなる。しかし、本発明
の方法ではボンディング前、および再成長前に下層構造
の加工や配線を行うことができ、高密度のデバイスや集
積回路が比較的容易に作製でき、また、加工のため上層
の結晶を削除する必要もないため、上層の結晶を傷つけ
ず、また上層の結晶の性能を無駄にすることなく、高性
能の積層型デバイスの作製が可能である。
【図１】本発明の半導体装置の製造工程を示す図。
【図２】従来の半導体装置の構成を示す図。
【図３】従来の半導体装置の製造工程を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 31/04 Ｙ (72)発明者 梅野 正義 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 (72)発明者 神保 孝志 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 (72)発明者 田口 裕規 岐阜県本巣郡糸貫町上保1260番地の２ 株 式会社三陽電機製作所糸貫事業場内 Ｆターム(参考） 5F041 AA12 AA40 AA44 CA74 CA77 CB27 CB33 5F051 CB21 DA15 5F052 JA07 JA09 JA10 KA01 KB02 5F073 AB12 DA22 DA35 EA26
Claims (6)
- 【請求項１】基板上に基板と同種または異種の材料から
なる結晶を成長させ、前記基板と異なる材料の基板上に
前記基板の結晶成長面をウエハボンディングし、結晶成
長部分だけを残し前記結晶を成長させた基板部分を剥離
（リフトオフ）し、リフトオフした結晶面に結晶と同種
または異種の材料の半導体結晶を成長させたことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項２】GaAs基板上にGaAs、III−V族半導体材料、
あるいはIII−V族混晶半導体材料のいずれからなる結晶
を成長させ、Si基板上あるいは他の基板上に前記GaAs基
板の結晶成長面をウエハボンディングし、結晶成長部分
だけを残しGaAs基板部分を剥離（リフトオフ）し、リフ
トオフした結晶面に結晶と同種または異種の材料の半導
体結晶を成長させたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】GaP、InP、GaNあるいはサファイアのいず
れからなる基板上にIII−V族半導体材料あるいはIII−V
族混晶半導体材料からなる結晶を成長させ、Si基板上あ
るいは他の基板上に前記GaP、InP、GaNあるいはサファ
イアのいずれからなる基板の結晶成長面をウエハボンデ
ィングし、結晶成長部分だけを残しGaP、InP、GaNある
いはサファイアのいずれからなる基板部分を剥離（リフ
トオフ）し、リフトオフした結晶面に結晶と同種または
異種の材料の半導体結晶を成長させたことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項４】基板上に基板と同種または異種の材料から
なる結晶を成長させる工程と、前記基板と異なる材料の
基板上に前記基板の結晶成長面をウエハボンディングす
る工程と、結晶成長部分だけを残し前記結晶を成長させ
た基板部分を剥離（リフトオフ）する工程と、リフトオ
フした結晶面に結晶と同種または異種の材料の半導体結
晶を成長させる工程を備えたことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項５】GaAs基板上にGaAs、III−V族半導体材料あ
るいはIII−V族混晶半導体材料のいずれからなる結晶を
成長させる工程と、Si基板上あるいは他の基板上に前記
GaAs基板の結晶成長面をウエハボンディングする工程
と、結晶成長部分だけを残しGaAs基板部分を剥離（リフ
トオフ）する工程と、リフトオフした結晶面に結晶と同
種または異種の材料の半導体結晶を成長させる工程を備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】GaP、InP、GaNあるいはサファイアのいず
れからなる基板上にIII−V族半導体材料あるいはIII−V
族混晶半導体材料からなる結晶を成長させる工程と、Si
基板上あるいは他の基板上に前記GaP、InP、GaNあるい
はサファイアのいずれからなる基板の結晶成長面をウエ
ハボンディングする工程と、結晶成長部分だけを残しGa
P、InP、GaNあるいはサファイアのいずれからなる基板
部分を剥離（リフトオフ）する工程と、リフトオフした
結晶面に結晶と同種または異種の材料の半導体結晶を成
長させる工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000349030A JP2002151409A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000349030A JP2002151409A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151409A true JP2002151409A (ja) | 2002-05-24 |
Family
ID=18822505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000349030A Pending JP2002151409A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002151409A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100615146B1 (ko) | 2005-02-03 | 2006-08-22 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법 |
| WO2013068492A1 (fr) | 2011-11-10 | 2013-05-16 | Valeo Systemes Thermiques | Procédé et dispositif de découpe d'un tube et procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur utilisant un tel tube |
| JP2014099665A (ja) * | 2009-05-08 | 2014-05-29 | Emcore Solar Power Inc | Ｉｖ／ｉｉｉ−ｖ族ハイブリッド合金を有する反転多接合太陽電池 |
| CN113130715A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-16 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 垂直结构硅基量子点发光器件的衬底转移方法 |
-
2000
- 2000-11-16 JP JP2000349030A patent/JP2002151409A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100615146B1 (ko) | 2005-02-03 | 2006-08-22 | 엘지전자 주식회사 | 질화갈륨 박막을 리프트 오프시키는 방법 |
| JP2014099665A (ja) * | 2009-05-08 | 2014-05-29 | Emcore Solar Power Inc | Ｉｖ／ｉｉｉ−ｖ族ハイブリッド合金を有する反転多接合太陽電池 |
| WO2013068492A1 (fr) | 2011-11-10 | 2013-05-16 | Valeo Systemes Thermiques | Procédé et dispositif de découpe d'un tube et procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur utilisant un tel tube |
| CN113130715A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-16 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 垂直结构硅基量子点发光器件的衬底转移方法 |
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