JP2624119B2 - Manufacturing method of composite semiconductor laminated structure - Google Patents

Manufacturing method of composite semiconductor laminated structure

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JP2624119B2 JP5133044A JP13304493A JP2624119B2 JP 2624119 B2 JP2624119 B2 JP 2624119B2 JP 5133044 A JP5133044 A JP 5133044A JP 13304493 A JP13304493 A JP 13304493A JP 2624119 B2 JP2624119 B2 JP 2624119B2
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はIV族あるいはIII−
V族格子不整合基板上の高品質なIII−V族化合物半
導体単結晶層を有する複合型半導体積層構造の製造方法
に関する。
The present invention relates to a group IV or III-
The present invention relates to a method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure having a high quality group III-V compound semiconductor single crystal layer on a group V lattice mismatched substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、IV族あるいはIII−V族格子
不整合基板上のヘテロエピタキシャル成長、中でもSi
に代表されるIV族半導体単結晶基板上にGaAsやI
nPに代表されるIII−V族化合物半導体単結晶薄膜
を形成する試みが活発に行われている。これは、このよ
うな薄膜構造が形成できると、III−V族化合物半導
体高機能素子を安価なSi基板上に作製でき、またSi
の高い熱伝導率によって光素子等の性能向上が期待でき
るためである。さらにSi超高集積回路とIII−V族
化合物半導体超高速素子や光素子を同一基板上に形成で
きるため、新しい高機能素子の開発が予測されるからで
ある。
2. Description of the Related Art At present, heteroepitaxial growth on a group IV or III-V lattice mismatched substrate, especially Si
GaAs or I on a group IV semiconductor single crystal substrate represented by
Attempts to form a group III-V compound semiconductor single crystal thin film represented by nP have been actively made. This is because if such a thin film structure can be formed, a group III-V compound semiconductor high-performance device can be manufactured on an inexpensive Si substrate,
This is because the performance improvement of the optical element and the like can be expected due to the high thermal conductivity. Further, because a Si ultra-high-integrated circuit and a III-V compound semiconductor ultra-high-speed device or an optical device can be formed on the same substrate, the development of a new high-performance device is expected.

【0003】ところでSi基板上に形成したIII−V
族化合物半導体薄膜を素子作製に応用するためには結晶
品質の向上が重要である。例えば雑誌「ジャパニーズ・
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス(Jpn.
J.Appl.Phys.)」第24巻第6号(198
5年)の第L391−393頁に説明されている「二段
階成長」を用いれば、全基板面内でIII族とV族の配
列の位相がそろったシングル・ドメイン単結晶薄膜が確
実に得られ、また従来の直接成長に比べ結晶性も向上す
る。これは低温でまず薄い多結晶もしくは非晶質のバッ
ファ層を堆積した後、通常の成長温度で単結晶薄膜を成
長させる方法であり、低温バッファ層は昇温する間にア
ニールされて単結晶化する。しかしSi基板上に例えば
GaAsを成長した場合、Si/GaAs界面にはその
格子不整合率から予測されるよりもはるかに多くの転位
や積層欠陥が発生し、さらにその一部は容易に上層まで
伸びて貫通転位となる。二段階成長法による場合の転位
密度は数μm厚の成長表面で約108 cm- 2 にも達す
る。
By the way, III-V formed on a Si substrate
In order to apply a group III compound semiconductor thin film to element fabrication, it is important to improve crystal quality. For example, the magazine "Japanese
Journal of Applied Physics (Jpn.
J. Appl. Phys. ) "Vol. 24, No. 6 (198
Using the “two-stage growth” described on page L391-393 in (5 years), a single-domain single-crystal thin film in which the phases of the group III and group V are aligned in the entire substrate plane can be reliably obtained. In addition, the crystallinity is improved as compared with the conventional direct growth. This is a method in which a thin polycrystalline or amorphous buffer layer is first deposited at a low temperature, and then a single-crystal thin film is grown at a normal growth temperature. I do. However, when, for example, GaAs is grown on a Si substrate, much more dislocations and stacking faults occur at the Si / GaAs interface than expected from the lattice mismatch rate, and a part of the dislocations and the stacking layer easily reach the upper layer. It extends and becomes threading dislocation. The dislocation density of the case of two-stage growth method is about 10 8 cm several μm thick growth surface - as high as 2.

【0004】そこで導入されたのが歪超格子中間層や熱
サイクルアニール法で、これらによって約106 cm
- 2 まで転位密度は急速に改善された(雑誌「アプライ
ド・フィジクス・レター(Appl.Phys.Let
t.)」第54巻第1号(1989年)の第24−26
頁)。しかしながら約106 cm- 2 を下回る結果は容
易には得られず、その原因としてSi基板とIII−V
族化合物半導体との熱膨張係数差の問題が指摘された
(雑誌「アプライド・フィジクス・レター(Appl.
Phys.Lett.)」第56巻第22号(1990
年)の第2225−2227頁)。即ち熱サイクルアニ
ールの導入などによって成長温度(650℃)において
は105 cm- 2 以下まで転位密度は減少しているが、
成長後の冷却中(450℃程度以下)に熱膨張係数差に
よるストレスによって106 cm- 2台の転位が導入さ
れるというものである。これはSi基板との界面付近に
多数残留する転位が熱歪によって上昇していくためと考
えられている。
[0004] Therefore, in the introduced the distortion super lattice intermediate layer and the thermal cycle annealing, about 10 6 cm by these
The dislocation density was rapidly improved to -2 (see Applied Physics Letter, Appl. Phys.
t. Vol. 54 No. 1 (1989) 24-26
page). However about 10 6 cm - 2 The below results not easily obtained, Si substrate and the III-V as its cause
The problem of the difference in the coefficient of thermal expansion from the group III compound semiconductor was pointed out (see Applied Physics Letter (Appl.
Phys. Lett. Vol. 56, No. 22 (1990)
Pp. 2225-2227). That 10 5 cm in the growth temperature (650 ° C.), such as by introduction of thermal cycle annealing - the dislocation density to 2 or less is reduced but,
10 6 by stress due to thermal expansion coefficient difference in cooling (about 450 ° C. or less) after growth cm - is that the two dislocations are introduced. It is considered that this is because a large number of dislocations remaining near the interface with the Si substrate rise due to thermal strain.

【0005】以上の様な問題はSiとの格子定数差が8
%と大きいSi上のInP成長でより顕著であり、転位
密度はいまだ約107 cm- 2 と高い(雑誌「ジャーナ
ル・オブ・クリスタル・グロース(J.Crystal
Growth)」第99巻(1990年)の第365
−370頁)。また残留熱歪が大きいと作製した発光デ
バイスに高密度の電流を注入した際にも欠陥の増殖を招
き寿命を著しく低下させる要因となるため問題である。
[0005] The above problem is that the lattice constant difference from Si is 8
% And is more pronounced in InP growth on large Si, the dislocation density is still about 10 7 cm - 2 and high (magazine "Journal of Crystal Growth (J.Crystal
Growth), Vol. 99 (1990), 365
-370 pages). Further, if the residual thermal strain is large, even when a high-density current is injected into the manufactured light-emitting device, the growth of defects is caused and the life is remarkably reduced.

【0006】一方、格子定数等の異なる材料を積層する
他の方法としては、異種基板同士を直接接着させる方法
があり、Si基板同士の直接接着法はすでに盛んに研究
が行われている。III−V族化合物半導体についても
最近になってGaAsとInPを熱処理によって直接接
着させ、GaAs基板上にInP系の半導体レーザーを
作製した結果が報告された(雑誌「アプライド・フィジ
クス・レター(Appl.Phys.Lett.)」第
58巻第18号(1991年)の第1961−1963
頁)。この場合、GaAsとInPの格子不整合に基づ
く転位が接合界面に発生するが、バーガースベクトルの
方向が界面に平行な刃状転位であるため界面のみに閉じ
込められ、上下の結晶層には貫通してこない。
On the other hand, as another method of laminating materials having different lattice constants or the like, there is a method of directly bonding different kinds of substrates, and the direct bonding method of Si substrates has been actively studied. As for III-V group compound semiconductors, it has recently been reported that GaAs and InP are directly bonded by heat treatment to produce an InP-based semiconductor laser on a GaAs substrate (Applied Physics Letter (Appl. Phys. Lett.), Vol. 58, No. 18, (1991), Nos. 1961-1963.
page). In this case, dislocations due to lattice mismatch between GaAs and InP are generated at the junction interface. However, since the direction of the Burgers vector is an edge dislocation parallel to the interface, the dislocation is confined only to the interface and penetrates the upper and lower crystal layers. I won't.

【0007】更に、Siと化合物半導体基板を接着、一
体化して基板を作製する方法の例が特開昭61−182
215号公報、特開昭61−183915号公報、特開
平2−194519号公報に記載されている。
Further, an example of a method for producing a substrate by bonding and integrating Si and a compound semiconductor substrate is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-182.
215, JP-A-61-183915 and JP-A-2-194519.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】IV族あるいはIII
−V族格子不整合基板上に高品質なIII−V族化合物
半導体単結晶層を得るために採用された上記従来技術の
問題点を考えてみる。
SUMMARY OF THE INVENTION The group IV or III
Consider the problems of the above-mentioned prior art employed for obtaining a high-quality III-V compound semiconductor single crystal layer on a -V lattice mismatched substrate.

【0009】前述のようにIV族あるいはIII−V族
格子不整合基板上にIII−V族化合物半導体単結晶層
を直接ヘテロエピタキシャル成長する方法では、転位密
度がいまだ高く、また特に熱膨張係数差の大きいSi上
の成長では残留熱歪が大きいという問題がある。
As described above, in the method of directly heteroepitaxially growing a group III-V compound semiconductor single crystal layer on a group IV or group III-V lattice mismatched substrate, the dislocation density is still high and the difference in thermal expansion coefficient is particularly large. There is a problem in that the growth on large Si has a large residual thermal strain.

【0010】一方、異種基板同士を直接接着させる方法
では、格子不整合に基づく転位は接合界面のみに閉じ込
められるため結晶品質に関しては原理的に問題がないと
考えらえる。
On the other hand, in the method in which dissimilar substrates are directly bonded to each other, dislocations due to lattice mismatch are confined only at the bonding interface, so that there is no problem in crystal quality in principle.

【0011】ところで前記GaAsとInPを熱処理に
よって直接接着させる従来技術では、650℃で30分
という高温かつ比較的長い時間の熱処理を必要とした。
ごく最近、450℃程度の比較的低温の熱処理でも直接
接着できるという報告もされたが(「電子情報通信学会
技術研究報告」OQE92−147(1992年))、
界面での電気抵抗を十分低く押さえるにはやはり700
℃の高温を必要とした。
In the prior art in which GaAs and InP are directly bonded by heat treatment, a heat treatment at 650 ° C. for 30 minutes and a relatively long time is required.
Very recently, it has also been reported that direct bonding can be performed even at a relatively low temperature of about 450 ° C. (“Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers” OQE92-147 (1992)).
In order to keep the electric resistance at the interface low enough,
High temperatures of ° C were required.

【0012】さらにSiとGaAs、InP等のIII
−V結晶とを接着するには、Si同士の接着において界
面ボイドが消失した良好な接着に1000℃程度以上の
高温が必要である事からこの場合にはGaAsとInP
の接着よりもさらに高温の熱処理を必要とすることが予
測される。
Further, Si and III such as GaAs and InP
In order to adhere to the -V crystal, a high temperature of about 1000 ° C. or more is required for good adhesion in which interfacial voids have disappeared in the bonding between Si.
It is expected that a higher temperature heat treatment will be required than the bonding of.

【0013】さてSi集積回路とIII−V族化合物半
導体素子を同一基板上に形成しようとする場合、Si集
積回路パターンがすでに完成した後にプロセス温度40
0℃以下でIII−V族化合物半導体層を形成する必要
がある。これは800℃以上のSi高温プロセスの前に
Siに対して伝導性不純物となり、かつ相互熱拡散しや
すいIII−V族化合物半導体層を形成しておくことが
できないためである。また既存の確立したSiプロセス
をそのまま活かすには通常3層程度のAl多層配線まで
完成した後にIII−V族化合物半導体層を形成するの
が望ましいためである。この場合、Alの融点およびA
lとSiとの反応を考慮すると、400℃程度以下でI
II−V族化合物半導体層を形成する必要がある。した
がって従来の高温での直接ヘテロエピタキシャル成長お
よび高温での直接接着法はSi集積回路の破壊につなが
るため適用することができない。
When an Si integrated circuit and a group III-V compound semiconductor device are to be formed on the same substrate, a process temperature of 40 after an Si integrated circuit pattern is already completed.
It is necessary to form a group III-V compound semiconductor layer at 0 ° C. or lower. This is because it is impossible to form a group III-V compound semiconductor layer which becomes a conductive impurity for Si and easily diffuses with each other before the Si high temperature process at 800 ° C. or higher. In addition, in order to utilize the existing established Si process as it is, it is generally desirable to form a group III-V compound semiconductor layer after completing about three layers of Al multilayer wiring. In this case, the melting point of Al and A
Considering the reaction between l and Si, I
It is necessary to form a II-V compound semiconductor layer. Therefore, the conventional direct heteroepitaxial growth at a high temperature and the direct bonding method at a high temperature cannot be applied because it leads to destruction of the Si integrated circuit.

【0014】また熱処理温度が高いと熱膨張係数差が大
きいため冷却中に大きな熱歪みが発生し、さらに欠陥の
発生また増殖を招く恐れもある。
Further, when the heat treatment temperature is high, a large difference in thermal expansion coefficient causes a large thermal strain during cooling, and furthermore, a defect may be generated or multiplied.

【0015】本発明の目的はこのような従来技術の欠点
を克服し、プロセスに要する温度を低温化することによ
りIV族あるいはIII−V族格子不整合基板上に高品
質なIII−V族化合物半導体単結晶層を有する複合型
半導体積層構造を製造する方法を提供することにある。
It is an object of the present invention to overcome the drawbacks of the prior art and reduce the temperature required for the process to provide a high quality group III-V compound on a group IV or III-V lattice mismatched substrate. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure having a semiconductor single crystal layer.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明によれ
ば、第一の半導体基板上に直接、あるいは第一のIII
−V族化合物半導体層を挟んで第一のInSbコンタク
ト層を成長する工程と、第二の半導体基板上に直接、あ
るいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んで第二
のInSbコンタクト層を成長する工程と、前記第一、
および第二のInSbコンタクト層を介して前記第一、
および第二の半導体基板上の積層構造どうし圧着する工
程とを少なくとも有することを特徴とする複合型半導体
積層構造の製造方法が得られる。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device, comprising: directly on a first semiconductor substrate;
-First InSb contact with a group V compound semiconductor layer interposed
The step of growing a semiconductor layer and directly on the second semiconductor substrate.
Or the second group III-V compound semiconductor layer
Growing an InSb contact layer,
And via the second InSb contact layer the first,
For bonding the laminated structures on the second and second semiconductor substrates
Semiconductor having at least the following steps:
A method of manufacturing a laminated structure is obtained.

【0017】請求項5の発明によれば、第一の半導体基
板上に直接、あるいは第一のIII−V族化合物半導体
層を挟んで第一のIn系III−V族化合物半導体層を
成長する工程と、前記第一のIn系III−V族化合物
半導体層からV族元素を熱的に蒸発させて第一のIn系
金属コンタクト層に変換する工程と、前記第一のIn系
金属コンタクト層を介して前記第一の半導体基板上の積
層構造と第二の半導体基板とを直接圧着するか、あるい
は前記第二の半導体基板上に第二の積層構造を形成した
後に両者を圧着する工程とを少なくとも有することを特
徴とする複合型半導体積層構造の製造方法が得られる。
また第二の半導体基板上の第二の積層構造を形成する工
程が、前記第二の半導体基板上に直接、あるいは第二の
III−V族化合物半導体層を挟んで第二のIn系II
I−V族化合物半導体層を成長する工程からなることを
特徴とする。また第二の半導体基板上の第二の積層構造
を形成する工程が、前記第二の半導体基板上に直接、あ
るいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んで第二
のIn系III−V族化合物半導体層を成長する工程
と、前記第二のIn系III−V族化合物半導体層から
V族元素を熱的に蒸発させて第二のIn系金属コンタク
ト層に変換する工程とから構成されることを特徴とす
る。また第一または第二のIn系III−V族化合物半
導体層がInP層であることを特徴とする。また第一ま
たは第二のIn系金属コンタクト層を融点以上に保持す
る、あるいは前記第一または第二のIn系金属コンタク
ト層に超音波振動を与える、またはこれらの手段を併用
することで前記第一または第二のIn系金属コンタクト
肩を溶融しながら第一の半導体基板上の積層構造と、第
二の半導体基板あるいは第二の半導体基板上の第二の積
層構造とを圧着することを特徴とする。
According to the invention of claim 5, the first semiconductor substrate
Directly on a plate or first III-V compound semiconductor
The first In-based III-V compound semiconductor layer is sandwiched between the layers.
Growing step, and the first In-based III-V compound
Group V element is thermally evaporated from the semiconductor layer to form the first In-based element.
Converting to a metal contact layer;
Product on the first semiconductor substrate via a metal contact layer
Direct compression bonding of the layer structure and the second semiconductor substrate, or
Formed a second laminated structure on the second semiconductor substrate
At least a step of crimping the two later.
As a result, a method of manufacturing a composite semiconductor multilayer structure can be obtained.
Also, a process for forming a second laminated structure on the second semiconductor substrate
Process directly on the second semiconductor substrate or a second
Second In-based II with a III-V compound semiconductor layer interposed
A step of growing an IV group compound semiconductor layer.
Features. Also, a second laminated structure on the second semiconductor substrate
Is formed directly on the second semiconductor substrate.
Or the second group III-V compound semiconductor layer
For growing In-based III-V compound semiconductor layer
And from the second In-based III-V compound semiconductor layer
Second In-based metal contact by thermally evaporating group V element
And converting to a layer.
You. In addition, the first or second In-based III-V group compound
It is characterized in that the conductor layer is an InP layer. Also first
Or keeping the second In-based metal contact layer above the melting point.
Or the first or second In-based metal contactor
Apply ultrasonic vibration to the layer or use these means together
The first or second In-based metal contact
While melting the shoulder, the laminated structure on the first semiconductor substrate, the second
The second product on the second semiconductor substrate or the second semiconductor substrate
It is characterized in that the layer structure is pressure-bonded.

【0018】また請求項10の発明によれば、第一の半
導体基板上に直接、あるいは第一のIII−V族化合物
半導体層を挟んで第一のIn系III−V族化合物半導
体コンタクト層、III−V族化合物半導体デバイス層
を順次成長する工程と、前記III−V族化合物半導体
デバイス層上に支持基板を接着する工程と、第一の半導
体基板および第一のIII−V族化合物半導体層を除去
し、第一のIn系III−V族化合物半導体コンタクト
層表面を露出する工程と、第二の半導体基板上に直接、
あるいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んで第
二のIn系III−V族化合物半導体コンタクト層およ
び前記第二のIn系III−V族化合物半導体コンタク
ト層を介して前記支持基板および前記第二の半導体基板
上の積層構造どうしを圧着する工程とを少なくとも有す
ることを特徴とする複合型半導体積層構造の製造方法が
得られる。また支持基板を接着する工程が、前記III
−V族化合物半導体デバイス層上に第三のIn系III
−V族化合物半導体コンタクト層を成長する工程と、前
記支持基板上に直接、あるいは第三のIII−V族化合
物半導体層を挟んで第四のIn系III−V族化合物半
導体コンタクト層を成長する工程と、前記第三、および
第四のIn系III−V族化合物半導体コンタクト層を
介して前記第一の半導体基板、および支持基板上の積層
構造どうしを圧着する工程から少なくとも構成されるこ
とを特徴とする。またさらに支持基板を接着とする工程
が、前記III−V族化合物半導体デバイス層および前
記支持基板の少なくとも一方の表面に有機接着性物質層
を形成する工程と、前記有機接着性物質層を介して前記
第一の半導体基板上の積層構造、および前記支持基板ど
うしを圧着する工程から少なくとも構成されることを特
徴とする。
According to the tenth aspect of the present invention , the first In-based III-V compound semiconductor contact layer is provided directly on the first semiconductor substrate or with the first III-V compound semiconductor layer interposed therebetween. A step of sequentially growing a group III-V compound semiconductor device layer, a step of bonding a support substrate on the group III-V compound semiconductor device layer, a first semiconductor substrate and a first group III-V compound semiconductor layer Removing the surface of the first In-based III-V compound semiconductor contact layer, and directly on the second semiconductor substrate,
Alternatively, the support substrate and the second In-based III-V compound semiconductor contact layer and the second In-based III-V compound semiconductor contact layer may be interposed with a second III-V compound semiconductor layer interposed therebetween. At least a step of pressure-bonding the laminated structures on the second semiconductor substrate to obtain a composite semiconductor laminated structure manufacturing method. Further, the step of bonding the support substrate may be performed by the method of the above III
-Third In-based III on Group V compound semiconductor device layer
Growing a -V group compound semiconductor contact layer and growing a fourth In-based III-V compound semiconductor contact layer directly on the support substrate or with a third III-V compound semiconductor layer interposed therebetween. And a step of pressure-bonding the stacked structures on the first semiconductor substrate and the support substrate via the third and fourth In-based III-V compound semiconductor contact layers. Features. Still further, the step of bonding the support substrate includes forming an organic adhesive material layer on at least one surface of the III-V compound semiconductor device layer and the support substrate, and via the organic adhesive material layer. It is characterized by comprising at least a step of crimping the laminated structure on the first semiconductor substrate and the supporting substrates.

【0019】以上、本発明によれば第一及び第二の半導
体基板、さらに支持基板がそれぞれIII−V族化合物
半導体基板あるいはIV族半導体基板のいずれかである
ことを特徴とする複合型半導体積層構造の製造方法が得
られる。
As described above, according to the present invention, the first and second semiconductor substrates and the supporting substrate are each a III-V compound semiconductor substrate or a IV group semiconductor substrate. A method of manufacturing the structure is obtained.

【0020】さらに請求項14の発明によれば、第一の
IV族半導体基板上にIV族デバイス層を形成する工程
と、一部にIV族半導体結晶表面が露出した開口部を設
ける工程と、前記開口部に露出した前記IV族半導体結
晶表面上に直接、あるいは第一のIII−V族化合物半
導体バッファ層を挟んで第一のIn系III−V族化合
物半導体コンタクト層を成長する工程と、第二のIV族
半導体基板上に直接、あるいは、第二のIII−V族化
合物半導体バッファ層を挟んでIII−V族化合物半導
体デバイス層および第二のIn系III−V族化合物半
導体コンタクト層を成長する工程と、島状に形成したマ
スクパターンを用いたエッチングによってメサを形成す
る工程と、前記マスクターンを除去した後に、前記第一
のIn系III−V族化合物半導体コンタクト層、およ
び前記メサ上部に残る第二のIn系III−V族化合物
半導体コンタクト層を介して前記第一、および第二のI
V族半導体基板上の積層構造どうしを圧着する工程とを
少なくとも有することを特徴とする複合型半導体積層構
造の製造方法が得られる。
Further, according to the fourteenth aspect of the present invention, a step of forming a group IV device layer on the first group IV semiconductor substrate, and a step of providing an opening partly exposing the surface of the group IV semiconductor crystal, Growing a first In-based group III-V compound semiconductor contact layer directly on the surface of the group IV semiconductor crystal exposed to the opening or with a first group III-V compound semiconductor buffer layer interposed therebetween; Forming a group III-V compound semiconductor device layer and a second In-based group III-V compound semiconductor contact layer directly on the second group IV semiconductor substrate or with a second group III-V compound semiconductor buffer layer interposed therebetween; Growing, forming a mesa by etching using an island-shaped mask pattern, and removing the first In-based III- Group compound semiconductor contact layer and the mesa second In-based Group III-V compound wherein the first through the semiconductor contact layer that remains on the top, and the second I
At least a step of pressure-bonding the stacked structures on the group V semiconductor substrate to obtain a composite semiconductor stacked structure manufacturing method.

【0021】以上、本発明によれば、In系III−V
族化合物半導体コンタクト層がInP層、InAs層、
InSb層のいずれかであり、300℃以上に加熱しな
がら二つの半導体基板上の積層構造どうしを圧着するこ
とを特徴とする。またIn系III−V族化合物半導体
コンタクト層がInSb層であり、前記InSb層を融
点525℃以上で短時間加熱溶融する、また前記InS
b層のみに吸収され得る波長の光を照射することで、前
記InSb層のみを融点525℃以上で加熱溶融しなが
ら二つの半導体基板上の積層構造どうしを圧着すること
を特徴とする複合型半導体積層構造の製造方法が得られ
る。
As described above, according to the present invention, the In-based III-V
The group III compound semiconductor contact layer is an InP layer, an InAs layer,
One of InSb layers, characterized in that the stacked structures on the two semiconductor substrates are pressed together while being heated to 300 ° C. or higher. The In-based III-V compound semiconductor contact layer is an InSb layer, and the InSb layer is heated and melted at a melting point of 525 ° C. or higher for a short time.
irradiating light having a wavelength that can be absorbed only by the b-layer so as to press-bond the stacked structures on the two semiconductor substrates while heating and melting only the InSb layer at a melting point of 525 ° C. or higher. A method of manufacturing a laminated structure is obtained.

【0022】または、本発明において、In系III−
V族化合物半導体コンタクト層を成長後、または前記I
n系III−V族化合物半導体コンタクト層をIn系金
属コンタクト層に変換してから、前記In系金属コンタ
クト層を介して二つの半導体基板上の積層構造どうしを
圧着することを特徴とする複合型半導体積層構造の製造
方法が得られる。
Alternatively, in the present invention, the In-based III-
After growing a group V compound semiconductor contact layer, or
A composite type comprising: converting an n-based III-V compound semiconductor contact layer into an In-based metal contact layer; and pressing the stacked structures on the two semiconductor substrates through the In-based metal contact layer. A method for manufacturing a semiconductor multilayer structure is obtained.

【0023】[0023]

【作用】直接接着のメカニズムとしては、硫酸系液によ
る表面処理によって親水性表面が形成され、ここに吸着
されたOH基同士の水素結合によってまず弱く接着し、
次いで熱処理を施す過程で脱水縮合反応が起こり強く接
着すると考えられている。従って酸素との結合がより弱
い原子を構成要素とする基板を用いれば脱水縮合反応が
より低温で起き、熱処理温度を低下させることができ
る。即ち表面の自然酸化膜の蒸発に850℃以上の高温
を必要とするSiよりも600℃程度のGaAsの方
が、さらに500℃程度以下とより低温でよいInPや
InAs、またInSbなどIn系化合物半導体を用い
た方がより低温で接着することができる。
[Function] As a mechanism of direct bonding, a hydrophilic surface is formed by a surface treatment with a sulfuric acid-based solution, and the surface is first weakly bonded by a hydrogen bond between OH groups adsorbed here.
Then, it is considered that a dehydration condensation reaction occurs in the process of performing the heat treatment, resulting in strong adhesion. Therefore, when a substrate having an atom having a weaker bond with oxygen as a constituent element is used, the dehydration condensation reaction occurs at a lower temperature, and the heat treatment temperature can be lowered. In other words, GaAs at about 600 ° C. can be used at a lower temperature of about 500 ° C. or less than Si which requires a high temperature of 850 ° C. or more for evaporation of the natural oxide film on the surface. In-based compounds such as InP, InAs, and InSb can be used. Using a semiconductor enables bonding at a lower temperature.

【0024】またボイドのない高い密着性と良好な電気
特性を得るには表面平坦性が重要であるが、原子の表面
マイグレーションに1000℃以上の高温を必要とする
Siや、650℃以上を必要とするGaAsに比べ、I
n系化合物半導体では500℃以下でもマイグレーショ
ンによる質量移動が起きるため、界面の多少の隙間はこ
れが埋めてくれる。
The surface flatness is important to obtain high adhesion without voids and good electrical characteristics. However, Si which requires a high temperature of 1000 ° C. or more for atom surface migration or 650 ° C. or more is required. Compared to GaAs
In an n-type compound semiconductor, mass transfer occurs even at 500 ° C. or less due to migration, so that some gaps at the interface are filled.

【0025】以上のようにIn系化合物半導体ではより
低温での接着が可能である。そこで他のIV族あるいは
In系以外のIII−V族化合物半導体同士を接着する
場合でも接着表面に薄いIn系化合物半導体層を予め形
成しておけば、接着温度を全て低温化できる。
As described above, bonding at a lower temperature is possible with an In-based compound semiconductor. Therefore, even when other group IV or non-In group III-V compound semiconductors are bonded together, if a thin In-based compound semiconductor layer is formed in advance on the bonding surface, the bonding temperature can all be lowered.

【0026】またIn系化合物半導体の中でもInSb
の場合は融点が525℃でAlの融点、660℃よりも
低いため、フラッシュアニールなど極く短時間の処理で
瞬時に溶融、接着でき、Al配線などへの影響を最小限
に抑えることができる。
Among In-based compound semiconductors, InSb
In the case of (2), since the melting point is 525 ° C., which is lower than the melting point of Al, which is 660 ° C., it can be instantaneously melted and bonded in a very short time such as flash annealing, and the influence on Al wiring and the like can be minimized. .

【0027】さらにInSbのエネルギーバンドギャッ
プは0.18eVとIV族およびIII−V族化合物半
導体の中で最も小さく、また融点も最も低い。そこでI
nSbのみに吸収される適当な波長の光を照射すればI
nSbのみを加熱、溶融して接着することもできる。
(以上、請求項1の発明の製造方法)。
Further, the energy band gap of InSb is 0.18 eV, which is the smallest among the group IV and III-V compound semiconductors, and the lowest melting point. So I
By irradiating light of an appropriate wavelength absorbed only by nSb, I
It is also possible to heat and melt only nSb for bonding.
(The manufacturing method of the invention of claim 1).

【0028】さらに低温での接着を可能とするには界面
に低融点の金属を挟めばよい。中でも例えば金属Inは
弾性率が小さく、さらに融点が約157℃と非常に低い
ため理想的である。熱膨張係数差が大きいSiとIII
−V族化合物半導体とを接着する場合でも、金属Inを
挟めば熱処理後の冷却中に融点付近まで液状の金属In
中間層によって熱歪をほぼ100%吸収できるという利
点がある。
In order to enable bonding at a lower temperature, a metal having a low melting point may be interposed at the interface. Above all, for example, metal In is ideal because it has a low elastic modulus and a very low melting point of about 157 ° C. Si and III with large thermal expansion coefficient difference
Even in the case of bonding with a Group V compound semiconductor, if the metal In is sandwiched, the liquid metal
There is an advantage that almost 100% of thermal strain can be absorbed by the intermediate layer.

【0029】この金属In層の形成方法であるが、In
系半導体結晶層からV族元素を脱離させることでIn系
半導体層をIn系金属層に変換できる。InPやInA
sなどIn系結晶では、表面からのPやAsの脱離が極
めて容易に起こる事を利用しており、中でもInP表面
からのPの脱離は、Ga系結晶、例えばGaAs表面か
らのAsの脱離に比べてその脱離速度定数が2〜3桁も
大きい。接合する2つの材料表面に形成した薄いInP
層のうち、少なくとも一方を金属In層に変換する、あ
るいは接合する2つの材料表面のうち一方のみに薄いI
nP層を形成し、金属In層に変換した後、Inの融点
157℃以上に加熱するか超音波振動を与えるなどしな
がら押さえ、金属In層を介して圧着すればよい(請求
5、6の発明の製造方法)。
The method for forming the metal In layer is as follows.
The In-based semiconductor layer can be converted to an In-based metal layer by desorbing the group V element from the based semiconductor crystal layer. InP and InA
In an In-based crystal such as s, it is utilized that the desorption of P and As from the surface occurs very easily. Above all, the desorption of P from the InP surface is based on the removal of As from a Ga-based crystal, for example, GaAs surface. Its desorption rate constant is two to three orders of magnitude greater than desorption. Thin InP formed on the surfaces of two materials to be joined
At least one of the layers is converted to a metal In layer, or only one of the two material surfaces to be joined has a thin I
After forming an nP layer and converting it to a metal In layer, it may be pressed while being heated to a melting point of 157 ° C. or higher of In or by applying ultrasonic vibration, and then press-bonded through the metal In layer (claims 5 and 6 ). Production method of the present invention).

【0030】結晶基板上の厚いエピタキシャル成長層の
表面を接着表面に用いる場合、表面欠陥の発生やモホロ
ジーの劣化などのため十分な表面平坦性が確保できない
場合が考えられる。この様な場合には、まずエピタキシ
ャル成長層の表面側に支持基板を接着しておき、次に結
晶基板近傍の平坦な界面を露出させて最終的な接着面と
して利用すればよい。支持基板の接着法としては本発明
の製造方法によるか、あるいは後の熱処理に耐えられる
有機接着性物質、例えばポリイミドなどを用いればよ
い。
When the surface of a thick epitaxial growth layer on a crystal substrate is used as the bonding surface, it is possible that sufficient surface flatness cannot be ensured due to generation of surface defects or deterioration of morphology. In such a case, a support substrate is first bonded to the front surface side of the epitaxial growth layer, and then a flat interface near the crystal substrate is exposed and used as a final bonding surface. The supporting substrate may be bonded by the manufacturing method of the present invention, or by using an organic adhesive substance that can withstand a heat treatment to be performed later, such as polyimide.

【0031】またSi基板とInP基板上の積層構造同
士を貼り合わせる場合など熱膨張係数差が大きい場合、
高温熱処理を行うと冷却後の反りが問題となる。さらに
Si基板上の特定の位置にInP基板上の特定の位置を
対応させて接着したい場合なども熱処理中の位置ずれが
問題となる。この様な場合にも、支持基板を用いればそ
の熱膨張係数をもう一方の基板と同じに揃えておくこと
ができる(請求項10の発明の製造方法)。
When the difference in thermal expansion coefficient is large, such as when laminating the laminated structures on the Si substrate and the InP substrate,
When high-temperature heat treatment is performed, warpage after cooling becomes a problem. Further, when it is desired to bond a specific position on the InP substrate to a specific position on the Si substrate so as to be bonded, the positional deviation during the heat treatment becomes a problem. In such a case as well, the use of the supporting substrate makes it possible to make the thermal expansion coefficient the same as that of the other substrate (the manufacturing method according to the tenth aspect of the present invention).

【0032】Si超高集積回路が既に形成されたSi基
板上の一部にIII−V族化合物半導体層を接着法を用
いて形成する場合を考えると、Si基板としては現在6
〜8インチの大口径基板が標準であるのに対して、In
P基板やGaAs基板では3〜4インチが最大であり、
一貫したプロセスを組めず効率が悪い。そこで別の大口
径Si基板上にヘテロエピタキシャル成長したIII−
V族化合物半導体層を用いて接着を行えば効率的であ
る。この方法はヘテロエピタキシャル層中の欠陥減らし
が課題として残るものの、低温でSi超高集積回路基板
側と接着後、成長に用いたSi基板は取除くことがで
き、高温成長で発生した熱歪は除くことができる(請求
10の発明の製造方法)。
Considering the case where a group III-V compound semiconductor layer is formed by a bonding method on a part of a Si substrate on which a Si ultra-high integrated circuit has already been formed, the Si substrate is currently 6
88 inch large-diameter substrates are standard, while In
For a P substrate or a GaAs substrate, the maximum is 3 to 4 inches.
Poor efficiency due to lack of consistent process. Therefore, III- heteroepitaxially grown on another large-diameter Si substrate
It is efficient if bonding is performed using a group V compound semiconductor layer. Although this method has a problem of reducing defects in the heteroepitaxial layer as a problem, the Si substrate used for growth can be removed after bonding with the Si ultra-high integrated circuit substrate side at a low temperature, and thermal strain generated by high-temperature growth can be reduced. It can be excluded (the manufacturing method of the invention of claim 10 ).

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0034】(実施例1)図1(a)〜(c)には請求
項1の発明の一例としての製造工程を各階段における断
面図で示した。
(Embodiment 1) FIGS. 1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views at each step showing a manufacturing process as an example of the first aspect of the present invention.

【0035】図1(a)に示すように例えばまずSi基
板1上に0.5μm厚のGaAsバッファ層2、0.5
μm厚の第一のInSbコンタクト層3を成長する。さ
らにInP基板4上に0.5μm厚のInGaAsスペ
ーサ層5、2μm厚のInPデバイス層6、0.5μm
厚の第二のInSbコンタクト層7を成長する。成長に
はIII族有機金属原料としてトリエチルガリウム(T
EG)、トリエチルアルミニウム(TEA)およびトリ
メチルインジウム(TMIn)、V族原料としてはアル
シン(AsH、トリメチルアンチモン(TMSb)
およびホスフィン(PH)を用いた有機金属気相成長
法(MOCVD法)を用いた。
As shown in FIG. 1A, for example, first, a 0.5 μm thick GaAs buffer layer 2, 0.5 μm
A first In Sb contact layer 3 having a thickness of μm is grown. Further, a 0.5 μm thick InGaAs spacer layer 5, a 2 μm thick InP device layer 6, a 0.5 μm thick
A thick second In Sb contact layer 7 is grown. For growth, triethyl gallium (T
EG), triethylaluminum (TEA) and trimethylindium (TMIn), and as group V materials arsine (AsH 3 ) and trimethylantimony (TMSb)
And a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) using phosphine (PH 3 ).

【0036】次に図1(b)に示すように硫酸系液およ
びHFによる表面処理を行った後、Si基板1およびI
nP基板4上の積層構造を第一のInSbコンタクト層
3および第二のInSbコンタクト層7を介して表面同
士で重ね合わせ、軽い重りを載せて水素中、500℃で
30分間熱処理を行った。このプロセスで両基板上の積
層構造が接合された。
Next, as shown in FIG. 1B, after performing a surface treatment with a sulfuric acid solution and HF, the Si substrate 1 and the I
The laminated structure on the nP substrate 4 is overlapped on the surfaces via the first In Sb contact layer 3 and the second In Sb contact layer 7, and a light weight is placed thereon and heat-treated at 500 ° C. for 30 minutes in hydrogen. Was. In this process, the laminated structures on both substrates were joined.

【0037】最後に図1(c)に示すように研磨および
選択エッチングによってInP基板4およびInGaA
sスペーサ層5を除去してInPデバイス層6の表面を
露出させる。
Finally, as shown in FIG. 1C, the InP substrate 4 and InGaAs are polished and selectively etched.
The s spacer layer 5 is removed to expose the surface of the InP device layer 6.

【0038】得られたInPデバイス層の結晶品質を調
べるため行ったホトルミネッセンス(PL)測定からは
InP基板上の成長層と遜色のない発光強度が得られ、
また発光波長のシフト、即ちInP/Siの熱膨張係数
差に起因する熱歪も小さいことが分かった。またTEM
観察の結果、転位密度も104 cm- 2 以下で極めて良
好な結晶品質が得られていることが分かった。
Photoluminescence (PL) measurement performed to examine the crystal quality of the obtained InP device layer showed that the emission intensity was comparable to that of the growth layer on the InP substrate.
It was also found that the shift in emission wavelength, that is, the thermal strain caused by the difference in thermal expansion coefficient between InP / Si was small. Also TEM
As a result of the observation, the dislocation density 10 4 cm - it was found that 2 very good crystal quality below is obtained.

【0039】(実施例2)図2(a)〜(c)には請求
の発明の一例としての製造工程を各段階における断
面図で示した。
(Embodiment 2) FIGS. 2 (a) to 2 (c) are cross-sectional views at each stage showing a manufacturing process as an example of the fifth aspect of the present invention.

【0040】図2(a)に示すように例えばまずSi基
板1上に0.5μm厚のGaAsバッファ層2、0.5
μm厚の第一のInP層21を成長する。さらにGaA
s基板22上に0.5μm厚のAlAsスペーサ層2
3、2μm厚のGaAsデバイス層24、0.5μm厚
の第二のInP層25を成長する。成長にはV族原料と
してアルシン(AsH3 )およびホスフィン(PH3
を用いたガスソース分子線エピタキシャル成長法(MB
E法)を用いた。
As shown in FIG. 2A, for example, first, a 0.5 μm thick GaAs buffer layer 2, 0.5 μm
A first InP layer 21 having a thickness of μm is grown. Further GaAs
AlAs spacer layer 2 having a thickness of 0.5 μm on s substrate 22
A GaAs device layer 24 having a thickness of 3, 2 μm and a second InP layer 25 having a thickness of 0.5 μm are grown. For growth, arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ) were used as group V materials.
Source molecular beam epitaxy using MB (MB
E method) was used.

【0041】次に図2(b)に示すように600℃以
下、450℃以上の適当な温度に加熱して、第一のIn
P層21および第二のInP層25からPを脱離させて
第一の金属In層26および第二の金属In層27に変
換する。
Next, as shown in FIG. 2B, the first In is heated to an appropriate temperature of 600 ° C. or less and 450 ° C. or more.
P is desorbed from the P layer 21 and the second InP layer 25 and converted into a first metal In layer 26 and a second metal In layer 27.

【0042】次に図2(c)に示すようにInの融点、
約157℃以上でSi基板1およびGaAs基板22上
の積層構造を第一の金属In層26および第二の金属I
n層27を介して圧着する。最後に研磨および選択エッ
チングによってGaAs基板22およびAlAsスペー
サ層23を除去してGaAsデバイス層24の表面を露
出させる。
Next, as shown in FIG.
At about 157 ° C. or higher, the laminated structure on the Si substrate 1 and the GaAs substrate 22 is formed by the first metal In layer 26 and the second metal I
Pressure bonding is performed via the n-layer 27. Finally, the GaAs substrate 22 and the AlAs spacer layer 23 are removed by polishing and selective etching to expose the surface of the GaAs device layer 24.

【0043】本実施例で得られたGaAsデバイス層の
結晶品質も、PL測定およびTEM観察からGaAs基
板上の成長層と遜色のないことが分かった。また金属I
n層を介して圧着する本実施例では発光波長のシフトも
なく歪は完全に緩和されていることが分かった。
The crystal quality of the GaAs device layer obtained in this example was also found to be comparable to the growth layer on the GaAs substrate from PL measurement and TEM observation. Also metal I
It was found that in the present embodiment in which pressure bonding was performed via the n-layer, the strain was completely relaxed without a shift in the emission wavelength.

【0044】実施例1では熱歪は残るが共有結合界面を
形成するため極めて強い接着強度が得られる。一方、実
施例2の金属In層を介して圧着する方法では接着強度
は低下するものの歪を完全に緩和することが可能であ
る。
In Example 1, although a thermal strain remains, an extremely strong adhesive strength can be obtained because a covalent bond interface is formed. On the other hand, in the method of pressure bonding via the metal In layer of Example 2, although the adhesive strength is reduced, the distortion can be completely reduced.

【0045】(実施例3)図3(a)〜(e)には請求
10の発明の一例としての製造工程を各段階における
断面図で示した。
(Embodiment 3) FIGS. 3 (a) to 3 (e) are cross-sectional views at each stage showing a manufacturing process as an example of the tenth aspect of the present invention.

【0046】図3(a)に示すように、例えばまずIn
P基板4上に0.5μm厚の第一のInGaAsスペー
サ層31、0.5μm厚の第一のInPコンタクト層
3、2μm厚のInPデバイス層6、0.5μm厚の第
二のInGaAsスペーサ層32、0.5μm厚の第三
のInPコンタクト層33を成長する。成長にはガスソ
ースMBE法を用いた。またInP支持基板34上に
0.5μm厚の第四のInPコンタクト層35を成長す
る。さらにGaAs基板22上に0.5μm厚の第二の
InPコンタクト層7を成長する。
As shown in FIG. 3A, for example, first, In
0.5 μm thick first InGaAs spacer layer 31, 0.5 μm thick first InP contact layer 3, 2 μm thick InP device layer 6, 0.5 μm thick second InGaAs spacer layer on P substrate 4 32, a third InP contact layer 33 having a thickness of 0.5 μm is grown. The gas source MBE method was used for growth. Further, a fourth InP contact layer 35 having a thickness of 0.5 μm is grown on the InP support substrate 34. Further, a second InP contact layer 7 having a thickness of 0.5 μm is grown on the GaAs substrate 22.

【0047】次に図3(b)に示すように硫酸系液およ
びHFによる表面処理を行った後、InP基板4および
InP支持基板34上の積層構造を第三のInPコンタ
クト層33および第四のInPコンタクト層35を介し
て表面同士で重ね合わせ、軽い重りを載せて水素中、5
00℃で30分間熱処理を行った。このプロセスで両基
板上の積層構造が接合された。
Next, as shown in FIG. 3B, after performing a surface treatment with a sulfuric acid-based solution and HF, the laminated structure on the InP substrate 4 and the InP support substrate 34 is changed to the third InP contact layer 33 and the fourth Are superimposed on each other via the InP contact layer 35 of FIG.
Heat treatment was performed at 00 ° C. for 30 minutes. In this process, the laminated structures on both substrates were joined.

【0048】次に図3(c)に示すように研磨および選
択エッチングによってInP基板4および第一のInG
aAsスペーサ層31を除去し、第一のInPコンタク
ト層3の下表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 3C, the InP substrate 4 and the first InG
The aAs spacer layer 31 is removed, and the lower surface of the first InP contact layer 3 is exposed.

【0049】次に図3(d)に示すように硫酸系液およ
びHFによる表面処理を行った後、GaAs基板22上
およびInP支持基板34上の積層構造を第二のInP
コンタクト層7および第一のInPコンタクト層3を介
して表面同士で重ね合わせ、軽い重りを載せて水素中、
500℃で30分間熱処理を行った。このプロセスで両
基板上の積層構造が接合された。
Next, as shown in FIG. 3D, after performing a surface treatment with a sulfuric acid-based solution and HF, the laminated structure on the GaAs substrate 22 and the InP supporting substrate 34 is changed to the second InP.
The surfaces are superimposed on each other via the contact layer 7 and the first InP contact layer 3, and a light weight is placed on the surface in hydrogen,
Heat treatment was performed at 500 ° C. for 30 minutes. In this process, the laminated structures on both substrates were joined.

【0050】最後に図3(e)に示すように研磨および
選択エッチングによってInP支持基板34、第四のI
nPコンタクト層35、第三のInPコンタクト層3
3、第二のInGaAsスペーサ層32を除去してIn
Pデバイス層6の表面を露出させる。
Finally, as shown in FIG. 3E, the InP supporting substrate 34 and the fourth I
nP contact layer 35, third InP contact layer 3
3. Remove the second InGaAs spacer layer 32 to remove In
The surface of the P device layer 6 is exposed.

【0051】本実施例でInP基板4上に成長した多層
構造の最上層、第三のInPコンタクト層33の表面に
は結晶欠陥あるいは付着ゴミ等による最大1〜2μm径
の突起が数十〜数百個cm- 2 の密度で分布していた。
そのため図3(b)のInP基板4とInP支持基板3
4上の積層構造同士の接合では界面にボイドが残り、接
着強度も弱かった。しかし図3(c)で研磨および選択
エッチングによって露出させた第一のInPコンタクト
層3の下表面には突起はほとんどなく、その後の接合で
も界面にボイドが残ることもなく接着強度も十分強いも
のが得られた。
In the present embodiment, on the surface of the uppermost layer of the multi-layer structure grown on the InP substrate 4 and the third InP contact layer 33, projections having a diameter of at most 1 to 2 μm due to crystal defects or attached dust are formed. Hundreds were distributed at a density of cm -2 .
Therefore, the InP substrate 4 and the InP supporting substrate 3 shown in FIG.
In the bonding of the laminated structures on No. 4, voids remained at the interface, and the bonding strength was weak. However, there is almost no protrusion on the lower surface of the first InP contact layer 3 exposed by polishing and selective etching in FIG. 3C, and the bonding strength is sufficiently strong without leaving voids at the interface in the subsequent bonding. was gotten.

【0052】さらに本実施例で得られたInPデバイス
層の結晶品質も、PL測定およびTEM観測からInP
基板上の成長層と遜色のないことが分かった。
Further, the crystal quality of the InP device layer obtained in this example was determined by PL measurement and TEM observation.
It turned out to be comparable to the growth layer on the substrate.

【0053】 (実施例4)図4(a)〜(e)には請
求項10の発明の別の一例としての製造工程を各段階に
おける断面図で示した。
(Embodiment 4) FIGS. 4 (a) to 4 (e) are cross-sectional views showing a manufacturing process as another example of the tenth aspect of the present invention.

【0054】図4(a)に示すように、例えばまずIn
P基板4上に0.5μm厚の第一のInGaAsスペー
サ層31、0.5μm厚の第一のInPコンタクト層
3、2μm厚のInPデバイス層6、0.5μm厚の第
二のInGaAsスペーサ層32、0.5μm厚の第一
のInP層21を成長する。成長にはガスソースMBE
法を用いた。
As shown in FIG. 4A, for example, first, In
0.5 μm thick first InGaAs spacer layer 31, 0.5 μm thick first InP contact layer 3, 2 μm thick InP device layer 6, 0.5 μm thick second InGaAs spacer layer on P substrate 4 32, a first InP layer 21 having a thickness of 0.5 μm is grown. Gas source MBE for growth
Method was used.

【0055】またSi支持基板41上に0.5μm厚の
GaAsバッファ層2、0.5μm厚の第二のInP層
25を成長する。
On the Si support substrate 41, a GaAs buffer layer 2 having a thickness of 0.5 μm and a second InP layer 25 having a thickness of 0.5 μm are grown.

【0056】さらにSi基板1上に2μm厚のGaAs
デバイス層24、0.5μm厚の第二のInPコンタク
ト層7を成長する。
Further, GaAs having a thickness of 2 μm is formed on the Si substrate 1.
The device layer 24 is grown with a second InP contact layer 7 having a thickness of 0.5 μm.

【0057】次に図4(b)に示すように600℃以
下、450℃以上の適当な温度に加熱して、第一のIn
P層21および第二のInP層25からPを脱離させて
第一の金属In層26および第二の金属In層27に変
換する。
Next, as shown in FIG. 4B, the first In is heated to an appropriate temperature of 600 ° C. or less and 450 ° C. or more.
P is desorbed from the P layer 21 and the second InP layer 25 and converted into a first metal In layer 26 and a second metal In layer 27.

【0058】次に図4(c)に示すようにInの融点約
157℃以上でInP基板4およびSi支持基板41上
の積層構造を第一の金属In層26および第二の金属I
n層27を介して圧着する。さらに研磨および選択エッ
チングによってInP基板4および第一のInGaAs
スペーサ層31を除去し、第一のInPコンタクト層3
の下表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 4C, the laminated structure on the InP substrate 4 and the Si support substrate 41 is melted at a melting point of In of about 157 ° C. or more by the first metal In layer 26 and the second metal I.
Pressure bonding is performed via the n-layer 27. Further, the InP substrate 4 and the first InGaAs are polished and selectively etched.
The spacer layer 31 is removed, and the first InP contact layer 3 is removed.
Expose the lower surface.

【0059】次に図4(d)に示すように硫酸系液およ
びHFによる表面処理を行った後、Si基板1上および
Si支持基板41上の積層構造を第二のInPコンタク
ト層7および第一のInPコンタクト層3を介して表面
同士で重ね合わせ、軽い重りを載せて水素中、500℃
で30分間熱処理を行った。このプロセスで両基板上の
積層構造が接合された。
Next, as shown in FIG. 4D, after performing a surface treatment with a sulfuric acid-based solution and HF, the laminated structure on the Si substrate 1 and the Si support substrate 41 is changed to the second InP contact layer 7 and the second The surfaces are superimposed on each other via one InP contact layer 3 and a light weight is placed on the surface thereof in hydrogen at 500 ° C.
For 30 minutes. In this process, the laminated structures on both substrates were joined.

【0060】最後に図4(e)に示すように研磨および
選択エッチングによってSi支持基板41、GaAsバ
ッファ層2、第二の金属In層27、第一の金属In層
26、第二のInGaAsスペーサ層32を除去してI
nPデバイス層6の表面を露出させる。
Finally, as shown in FIG. 4E, the Si support substrate 41, the GaAs buffer layer 2, the second metal In layer 27, the first metal In layer 26, and the second InGaAs spacer are polished and selectively etched. Layer 32 is removed and I
The surface of the nP device layer 6 is exposed.

【0061】本実施例で得られたInPデバイス層の結
晶品質も、PL測定およびTEM観察からInP基板上
の成長層と遜色のないことが分かった。
The crystal quality of the InP device layer obtained in this example was found to be comparable to that of the growth layer on the InP substrate from PL measurement and TEM observation.

【0062】ところでSi支持基板41上、およびIn
P基板4上の積層構造の接着を実施例1のように高温熱
処理で行うと、熱膨張係数差が大きく厚い基板同士であ
るため、冷却後の基板の反りは避けられない。しかし本
実施例では金属In層を介して低温で接着するため基板
の反りはほとんどなく、次の接着工程への悪影響はな
い。
The Si support substrate 41 and In
When the bonding of the laminated structure on the P substrate 4 is performed by a high-temperature heat treatment as in the first embodiment, the substrates having a large difference in coefficient of thermal expansion are thick, and thus the substrate after cooling is inevitable. However, in this embodiment, since the substrate is bonded at a low temperature via the metal In layer, there is almost no warpage of the substrate, and there is no adverse effect on the next bonding step.

【0063】さらにSi支持基板41上に1回目の接着
工程で移動したInPデバイス層6とSi基板1上のG
aAsデバイス層24のある特定の水平位置同士を揃え
て接着したい場合などでも、両基板ともSiであるため
熱処理中の熱膨張係数差による位置ずれの問題が生じな
い。
Further, the InP device layer 6 moved on the Si support substrate 41 in the first bonding step and the G
Even when a specific horizontal position of the aAs device layer 24 is desired to be aligned and bonded, for example, since both substrates are made of Si, there is no problem of displacement due to a difference in thermal expansion coefficient during heat treatment.

【0064】(実施例5)図5(a)〜(d)には請求
14の発明の一例としての製造工程を各段階における
断面図で示した。
(Embodiment 5) FIGS. 5 (a) to 5 (d) are cross-sectional views at each stage showing a manufacturing process as an example of the invention of the fourteenth aspect .

【0065】図5(a)に示すように例えばまず第一の
Si基板51上にはAl多層配線層を含む最大3μm厚
のSiデバイス構造層52が形成され、その一部には第
一のSi基板51の表面が露出した開口部が設けられて
いる。まずこの開口部に露出した第一のSi基板51の
表面に0.5μm厚の第一のInSbコンタクト層53
を成長する。Sbソースセルを追加したガスソースMB
E法を用いて成長後、第一のSi基板51の表面部分以
外のInSb層を除去する。
As shown in FIG. 5A, for example, first, a Si device structure layer 52 having a maximum thickness of 3 μm including an Al multilayer wiring layer is formed on a first Si substrate 51, and a first layer is formed on a part thereof. An opening where the surface of the Si substrate 51 is exposed is provided. First, the first InSb contact layer 53 having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface of the first Si substrate 51 exposed to the opening.
Grow. Gas source MB with added Sb source cell
After the growth using the E method, the InSb layer other than the surface portion of the first Si substrate 51 is removed.

【0066】次に第二のSi基板54上に0.5μm厚
のGaAsバッファ層2を成長し、さらに0.7μm厚
の第一のGaAsデバイス層55を、途中900℃〜4
50℃の熱サイクルアニールを2回ほど行いながら成長
し、次にInGaAs/GaAs歪超格子層56(In
0 . 2 Ga0 . 8 As:10nm、GaAs:20n
m、x10周期)、0.5μm厚のAlAsスペーサ層
23を成長し、さらに例えば3μm厚の第二のGaAs
デバイス層57を成長し、最後に0.5μm厚の第二の
InSbコンタクト層58を成長する。
Next, a GaAs buffer layer 2 having a thickness of 0.5 μm is grown on the second Si substrate 54, and a first GaAs device layer 55 having a thickness of 0.7 μm
It is grown while performing thermal cycle annealing at 50 ° C. about twice, and then the InGaAs / GaAs strained superlattice layer 56 (In
. 0 2 Ga 0 8 As: . 10nm, GaAs: 20n
m, x10 periods), an AlAs spacer layer 23 having a thickness of 0.5 μm is grown, and a second GaAs layer having a thickness of, for example, 3 μm is further formed.
A device layer 57 is grown, and finally a second InSb contact layer 58 having a thickness of 0.5 μm is grown.

【0067】次に図5(b)に示すようにパターニング
したSiO2 膜59をマスクとして第二のSi基板54
上の化合物半導体層をエッチングしメサを形成する。メ
サの水平面内での位置は第一のSi基板51に設けられ
た開口部の位置と一致するようにする。第二のSi基板
54上に多層構造を成長した段階では熱膨張係数差によ
る熱歪のため全体に反っているが、メサを形成すること
で平坦化する。
Next, as shown in FIG. 5B, using the patterned SiO 2 film 59 as a mask, the second Si substrate 54 is used.
The mesa is formed by etching the upper compound semiconductor layer. The position of the mesa in the horizontal plane is made to coincide with the position of the opening provided in the first Si substrate 51. At the stage when the multilayer structure is grown on the second Si substrate 54, the entire structure is warped due to thermal strain due to a difference in thermal expansion coefficient, but is flattened by forming a mesa.

【0068】次に図5(c)に示すようにSiO2 膜5
9を除去後、第一のSi基板51および第二のSi基板
54上の積層構造を開口部内に設けられた第一のInS
bコンタクト層53およびメサ上の第二のInSbコン
タクト層58を介して表面同同士で重ね合わせ、軽い重
りを載せて水素中、InSbの融点約525℃以上で5
秒間の短時間ランプ加熱を行った。このプロセスで両基
板上の積層構造が接合された。
[0068] Next, as shown in FIG. 5 (c) SiO 2 film 5
9 is removed, the laminated structure on the first Si substrate 51 and the second Si substrate 54 is replaced with the first InS provided in the opening.
The surfaces are overlapped with each other via the b-contact layer 53 and the second InSb contact layer 58 on the mesa, and a light weight is placed thereon, and the hydrogen is melted in hydrogen at a melting point of about 525 ° C. or higher.
Lamp heating was performed for a short period of seconds. In this process, the laminated structures on both substrates were joined.

【0069】最後に図5(d)に示すように研磨および
選択エッチングによって第二のSi基板54、GaAs
バッファ層2、第一のGaAsデバイス層55、InG
aAs/GaAs歪超格子層56、AlAsスペーサ層
23を除去して第二のGaAsデバイス層57の表面を
露出させる。
Finally, as shown in FIG. 5D, the second Si substrate 54 and GaAs are formed by polishing and selective etching.
Buffer layer 2, first GaAs device layer 55, InG
The surface of the second GaAs device layer 57 is exposed by removing the aAs / GaAs strained superlattice layer 56 and the AlAs spacer layer 23.

【0070】本実施例で得られたGaAsデバイス層の
結晶品質も、PL測定ではGaAs基板上の成長層とほ
ぼ遜色のない発光強度が得られた。また発光波長のシフ
トも小さく熱歪みはほぼ緩和されていることが分かっ
た。これはメサ形成によるパターニング、さに第二のS
i基板54を除去したことによる。またTEM観察の結
果、転位密度も多くて104 〜105 cm- 2 と良好な
結晶品質が得られていることが分かった。
In the crystal quality of the GaAs device layer obtained in this example, a PL measurement showed an emission intensity almost equal to that of the growth layer on the GaAs substrate. It was also found that the shift of the emission wavelength was small and the thermal strain was almost alleviated. This is the patterning by mesa formation and the second S
This is because the i-substrate 54 was removed. The result of TEM observation, the dislocation density much 10 4 ~10 5 cm - it was found that 2 good crystal quality is obtained.

【0071】本実施例では第二のSi基板54上に直接
エピタキシャル成長して形成した化合物半導体結晶を第
一のSi基板51上に接着法で移動するため、例えば8
インチの大口径Si基板を用いる通常のSi超LSIプ
ロセスともそのまま整合をとることができる。
In this embodiment, since the compound semiconductor crystal formed by direct epitaxial growth on the second Si substrate 54 is moved onto the first Si substrate 51 by the bonding method, for example, 8
It can be matched with a normal Si VLSI process using a large-diameter Si substrate.

【0072】またInSbコンタクト層を極く短時間の
熱処理で瞬時に溶融、接着するため、Al配線への影響
は最小限に抑えることができ、さらに基本的に共有結合
界面を形成するため接着強度も強い。
Further, since the InSb contact layer is instantaneously melted and bonded by heat treatment in a very short time, the influence on the Al wiring can be minimized. Furthermore, since the covalent bond interface is basically formed, the bonding strength is increased. Is also strong.

【0073】本実施例では第一のSi基板51の表面が
露出した開口部に第一のInSbコンタクト層53を形
成したが、Siデバイス構造層52中に結晶層が存在す
ればその表面が露出した開口部でもよく、あるいは第一
のSi基板51の表面からさらにエッチングを施して得
た表面に形成してもよい。
In this embodiment, the first InSb contact layer 53 is formed in the opening where the surface of the first Si substrate 51 is exposed. However, if a crystal layer exists in the Si device structure layer 52, the surface is exposed. The opening may be formed, or may be formed on the surface obtained by further etching from the surface of the first Si substrate 51.

【0074】また第一のInSbコンタクト層53を開
口部内のみに形成したが、全面に形成しておいて開口部
内のみ利用してもよく、また開口部表面以外の表面に形
成したSiO2 マスクを用いてMOCVD法などで選択
成長してもよい。
Although the first InSb contact layer 53 is formed only in the opening, the first InSb contact layer 53 may be formed on the entire surface and used only in the opening, or a SiO 2 mask formed on a surface other than the surface of the opening may be used. And may be selectively grown by MOCVD or the like.

【0075】またメサエッチング用、さらに上記選択成
長用のマスクとしては、SiO2 膜以外の例えばAlN
やSi3 4 などの非晶質膜を用いても良く、その他メ
サエッチング用としては半導体結晶や金属、またレジス
ト膜など有機物を用いてもよい。
As a mask for mesa etching and further for the selective growth, for example, AlN other than SiO 2 film is used.
And Si 3 may be used amorphous film, such as N 4, may be used organic semiconductors crystal or metal, also resist film other as mesa etching.

【0076】またInSbコンタクト層の溶融に他の方
法を用いてもよく、例えばInSb層のみに吸収される
適当な波長の光を照射すればInSbのみを加熱、溶融
して接着することもでき、Al配線への影響は完全に抑
えられ、またこの接着プロセス自身による熱歪の発生も
回避することができる。
Further, another method may be used for melting the InSb contact layer. For example, if light of a suitable wavelength that is absorbed only by the InSb layer is applied, only InSb can be heated, melted and bonded. The influence on the Al wiring is completely suppressed, and the occurrence of thermal strain due to the bonding process itself can be avoided.

【0077】以上の5つの実施例で成長法としてガスソ
ースMBE法またはMOCVD法を用いたが、他の例え
ばハロゲン輸送法などを用いても良い。
Although the gas source MBE method or the MOCVD method is used as a growth method in the above five embodiments, another method such as a halogen transport method may be used.

【0078】また実施例2および4で金属In層を介し
て上下層を圧着する際に、Inの融点約157℃以上に
加熱したが、他の例えば超音波振動を与える方法などを
用いても良い。また金属層としてはInP→Inと変換
が容易な金属Inを用いたが、例えばGaを添加してI
nGaP→In−Ga合金と変換しても良い。Ga添加
によってPの脱離は遅くなるが、In−Ga合金の融点
を下げることができる。
In Examples 2 and 4, when the upper and lower layers are press-bonded via the metal In layer, the melting point of In is heated to about 157 ° C. or more. However, other methods such as applying ultrasonic vibration may be used. good. As the metal layer, metal In which is easy to convert from InP to In was used.
It may be converted into nGaP → In—Ga alloy. Although the desorption of P is slowed by the addition of Ga, the melting point of the In—Ga alloy can be lowered.

【0079】5つの実施例ではSi基板上へInP層あ
るいはGaAs層を形成する場合、またGaAs基板上
へInP層を形成する場合などを例に説明したが、IV
族基板がGeやSix Ge1 - x 混晶、またSix Ge
1 - x 混晶のエピ層を有する場合、またIII−V族基
板がInPやGaP、また混晶の場合、さらに形成する
III−V族化合物半導体層が他のInAsやGaP、
またInGaPなど混晶の場合、また複数種類のIII
−V族化合物半導体層が混在する場合にも広く本発明を
適用することができる。
In the five embodiments, the case where the InP layer or the GaAs layer is formed on the Si substrate and the case where the InP layer is formed on the GaAs substrate have been described as examples.
Family substrate Ge or Si x Ge 1 - x mixed crystal, also Si x Ge
In the case of having a 1-x mixed crystal epilayer, or in the case where the III-V substrate is InP or GaP, or in the case of a mixed crystal, further formed III-V compound semiconductor layer is formed of another InAs or GaP,
In the case of a mixed crystal such as InGaP, a plurality of types of III
The present invention can be widely applied to a case where -V group compound semiconductor layers are mixed.

【0080】また接着方法についても目的に合わせて5
つの実施例とは異なる組合わせを採用してもよい。例え
ばInSbコンタクト層を溶融せず、融点以下で適当な
時間熱処理するだけで接着してもよい。また実施例3お
よび4における支持基板の接着方法としては耐熱性の有
機接着性物質、例えばポリイミドなどを用いてもよい。
The bonding method is also set according to the purpose.
Different combinations from the one embodiment may be employed. For example, the InSb contact layer may be adhered only by heat treatment at a temperature lower than the melting point for an appropriate time without melting. Further, as a method of bonding the support substrate in the third and fourth embodiments, a heat-resistant organic adhesive material such as polyimide may be used.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上のように本発明によればIV族ある
いはIII−V族格子不整合基板上に高品質なIII−
V族化合物半導体単結晶層を有する複合型半導体積層構
造を低温で実現できる。
As described above, according to the present invention, a high-quality III- or III-V lattice mismatched substrate
A composite semiconductor multilayer structure having a group V compound semiconductor single crystal layer can be realized at a low temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例の工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the steps of the embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si基板 2 GaAsバッファ層 3 第一のInSbコンタクト層 4 InP基板 5 InGaAsスペーサ層 6 InPデバイス層 7 第二のInSbコンタクト層 21 第一のInP層 22 GaAs基板 23 AlAsスペーサ層 24 GaAsデバイス層 25 第二のInP層 26 第一の金属In層 27 第二の金属In層 31 第一のInGaAsスペーサ層 32 第二のInGaAsスペーサ層 33 第三のInPコンタクト層 34 InP支持基板 35 第四のInPコンタクト層 41 Si支持基板 51 第一のSi基板 52 Siデバイス構造層 53 第一のInSbコンタクト層 54 第二のSi基板 55 第一のGaAsデバイス層 56 InGaAs/GaAs歪超格子層 57 第二のGaAsデバイス層 58 第二のInSbコンタクト層 59 SiOReference Signs List 1 Si substrate 2 GaAs buffer layer 3 First In Sb contact layer 4 InP substrate 5 InGaAs spacer layer 6 InP device layer 7 Second In Sb contact layer 21 First InP layer 22 GaAs substrate 23 AlAs spacer layer 24 GaAs device Layer 25 Second InP layer 26 First metal In layer 27 Second metal In layer 31 First InGaAs spacer layer 32 Second InGaAs spacer layer 33 Third InP contact layer 34 InP support substrate 35 Fourth InP contact layer 41 Si support substrate 51 first Si substrate 52 Si device structure layer 53 first InSb contact layer 54 second Si substrate 55 first GaAs device layer 56 InGaAs / GaAs strained superlattice layer 57 second GaAs device layer 58 Second InSb Ntakuto layer 59 SiO 2 film

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第一の半導体基板上に直接、あるいは第1. The method according to claim 1, wherein the first semiconductor substrate is directly or
一のIII−V族化合物半導体層を挟んで第一のInSFirst InS sandwiching one III-V compound semiconductor layer
bコンタクト層を成長する工程と、第二の半導体基板上b) a step of growing a contact layer, and a step of:
に直接、あるいは第二のIII−V族化合物半導体層をDirectly or the second III-V compound semiconductor layer
挟んで第二のInSbコンタクト層を成長する工程と、Growing a second InSb contact layer with the interposition therebetween;
前記第一、および第二のInSbコンタクト層を介してVia the first and second InSb contact layers
前記第一、および第二の半導体基板上の積層構造どうしThe laminated structures on the first and second semiconductor substrates
圧着する工程とを少なくとも有することを特徴とする複And crimping step.
合型半導体積層構造の製造方法。A method for manufacturing a combined semiconductor laminated structure.
【請求項2】 請求項1記載の複合型半導体積層構造の2. The composite semiconductor multilayer structure according to claim 1,
製造方法において、300℃以上に加熱しながら二つのIn the manufacturing method, the two
半導体基板上の積層構造どうしを圧着することを特徴すCompression bonding of laminated structures on a semiconductor substrate
る。You.
【請求項3】 請求項1に記載の複合型半導体積層構造3. The composite semiconductor multilayer structure according to claim 1.
の製造方法において、前記InSbコンタクト層をそのIn the manufacturing method, the InSb contact layer
融点525℃以上で短時周加熱溶融しながら二つの半導Two semi-conductors while melting by heating for a short time at a melting point of 525 ° C or higher
体基板上の積層構造どうしを圧着することを特徴とするCompression bonding of laminated structures on a body substrate
複合型半導体積層構造の製造方法。A method for manufacturing a composite semiconductor laminated structure.
【請求項4】 請求項1に記載の複合型半導体積層構造4. The composite semiconductor multilayer structure according to claim 1.
の製造方法において、前記InSbコンタクト層のみにIn the manufacturing method of the above, only the InSb contact layer
吸収され得る波長の光を照射することで、前記InSbBy irradiating light of a wavelength that can be absorbed, the InSb
層のみを融点525℃以上で加熱溶融しながら二つの半While heating only the layer at a melting point of 525 ° C or higher,
導体基板上の積層構造どうしを圧着することを特徴とすIt is characterized in that the laminated structures on the conductor board are crimped together
る複合型半導体積層構造の製造方法。Of manufacturing a composite semiconductor laminated structure.
【請求項5】 第一の半導体基板上に直接、あるいは第5. The method according to claim 1, wherein the first semiconductor substrate is directly or
一のIII−V族化合物半導体層を挟んで第一のIn系A first In-based material with one III-V compound semiconductor layer interposed therebetween
III−V族化合物半導体層を成長する工程と、前記第Growing a group III-V compound semiconductor layer;
一のIn系III−V族化合物半導体層からV族元素をGroup V element from one In-based III-V compound semiconductor layer
熱的に蒸発させて第一のIn系金属コンタクト層に変換Converted to the first In-based metal contact layer by thermal evaporation
する工程と、前記第一のIn系金属コンタクト層を介しThrough the first In-based metal contact layer
て前記第一の半導体基板上の積層構造と第二の半導体基The laminated structure on the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate
板とを直接圧着するか、あるいは前記第二の半導体基板Directly press-bonded to the plate, or the second semiconductor substrate
上に第二の積層構造を形成した後に両者を圧着する工程A step of forming a second laminated structure thereon and then crimping them together
とを少なくとも有することを特徴とする複合型半導体積And a composite semiconductor product having at least
層構造の製造方法。Manufacturing method of layer structure.
【請求項6】 請求項5に記載の複合型半導体積層構造6. The composite semiconductor multilayer structure according to claim 5.
の製造方法において、第二の半導体基板上の第二の積層In the manufacturing method, the second lamination on the second semiconductor substrate
構造を形成する工程が、前記第二の半導体基The step of forming a structure is performed by the second semiconductor substrate. 板上に直Straight on the board
接、あるいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んContact or sandwich the second III-V compound semiconductor layer
で第二のIn系III−V族化合物半導体層を成長するTo grow a second In-based III-V compound semiconductor layer
工程からなることを特徴とする複合型半導体積層構造のOf a composite type semiconductor laminated structure characterized by comprising a process
製造方法。Production method.
【請求項7】 請求項5に記載の複合型半導体積層構造7. The composite semiconductor multilayer structure according to claim 5.
の製造方法において、第二の半導体基板上の第二の積層In the manufacturing method, the second lamination on the second semiconductor substrate
構造を形成する工程が、前記第二の半導体基板上に直Forming a structure directly on the second semiconductor substrate;
接、あるいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んContact or sandwich the second III-V compound semiconductor layer
で第二のIn系III−V族化合物半導体層を成長するTo grow a second In-based III-V compound semiconductor layer
工程と、前記第二のIn系III−V族化合物半導体層Step and the second In-based III-V compound semiconductor layer
からV族元素を熱的に蒸発させて第二のIn系金属コンGroup V element is thermally evaporated from
タクト層に変換する工程とから構成されることを特徴とAnd converting it to a tact layer.
する複合型半導体積層構造の製造方法。Of manufacturing a composite semiconductor multilayer structure.
【請求項8】 請求項5又は請求項6又は請求項7に記8. The method according to claim 5, 6 or 7, wherein
載の複合型半導体積層構造の製造方法において、第一まIn the method for manufacturing a composite semiconductor laminated structure described above,
たは第二のIn系III−V族化合物半導体層がInPOr the second In-based III-V compound semiconductor layer is InP
層であることを特徴とする複合型半導体積層構造の製造Manufacture of a composite semiconductor laminated structure characterized by being a layer
方法。Method.
【請求項9】 請求項5又は請求項6又は請求項7に記9. The method according to claim 5, 6 or 7, wherein
載の複合型半導体積層構造の製造方法において、第一まIn the method for manufacturing a composite semiconductor laminated structure described above,
たは第二のIn系金属コンタクト層を融点以上に保持すOr keeping the second In-based metal contact layer above the melting point.
る、あるいは前記第一または第二のIn系金属コンタクOr the first or second In-based metal contactor
ト層に超音波振動を与える、またはこれらの手段を併用Apply ultrasonic vibration to the layer or use these means together
することで前記第一または第二のIn系金属コンタクトThe first or second In-based metal contact
層を溶融しながら第一の半導体基板上の積層構造と、第A layered structure on the first semiconductor substrate while melting the layers;
二の半導体基板あるいは第二の半導体基板上の第二の積The second product on the second semiconductor substrate or the second semiconductor substrate
層構造とを圧着することを特徴とする複合型半導体積層Composite semiconductor laminate characterized by crimping layer structure
構造の製造方法。The method of manufacturing the structure.
【請求項10】 第一の半導体基板上に直接、あるいは10. Directly on the first semiconductor substrate, or
第一のIII−V族化合物半導体層を挟んで第一のInThe first In-layer sandwiching the first III-V compound semiconductor layer
系III−V族化合物半導体コンタクト層、III−VIII-V compound semiconductor contact layer, III-V
族化合物半導体デバイス層を順次成長する工程と、前記Sequentially growing a group III compound semiconductor device layer;
III−V族化合物半導体デバイス層上に支持基板を接Connecting a support substrate on a III-V compound semiconductor device layer
着する工程と、第一の半導体基板を除去し、さらに第一Removing the first semiconductor substrate, and further removing the first semiconductor substrate.
のIII−V族化合物半導体層がある場合はこれも除去III-V compound semiconductor layer, if any, is also removed
して、第一のIn系III−V族化合物半導体コンタクTo form a first In-based III-V compound semiconductor contactor.
ト層表面を露出する工程と、第二の半導体基板上に直Exposing the surface of the semiconductor layer;
接、あるいは第二のIII−V族化合物半導体層を挟んContact or sandwich the second III-V compound semiconductor layer
で第二のIn系III−V族化合物半導体コンタクト層And second In-based III-V compound semiconductor contact layer
を成長する工程と、前記表面が露出した第一のIn系IGrowing the first In-based I with the surface exposed
II−V族化合物半導体コンタクト層および前記第II-V compound semiconductor contact layer and the first 二のSecond
In系III−V族化合物半導体コンタクト層を介してVia an In-based III-V compound semiconductor contact layer
前記支持基板および前記第二の半導体基板上の積層構造Laminated structure on the support substrate and the second semiconductor substrate
どうしを圧着する工程とを少なくとも有すことを特徴とCharacterized by having at least a step of crimping each other.
する複合型半導体積層構造の製造方法。Of manufacturing a composite semiconductor multilayer structure.
【請求項11】 請求項10に記載の複合型半導体積層11. The composite semiconductor layered structure according to claim 10.
構造の製造方法において、第一の半導体基板上に形成さIn a method of manufacturing a structure, a semiconductor device is formed on a first semiconductor substrate.
れた積層構造最上層のIII−V族化合物半導体デバイIII-V compound semiconductor device of the uppermost layer of the laminated structure
ス層上に支持基板を接着する工程が、前記III−V族Adhering a support substrate on the support layer,
化合物半導体デバイス層上に第三のIn系III−V族Third In-based III-V group on compound semiconductor device layer
化合物半導体コンタクト層を成長する工程と、前記支持Growing a compound semiconductor contact layer;
基板上に直接、あるいは第三のIII−V族化合物半導Directly on a substrate or a third III-V compound semiconductor
体層を挟んで第四のIn系III−V族化合物半導体コA fourth In-based III-V compound semiconductor
ンタクト層を成長する工程と、前記第三、および第四のGrowing a contact layer, and the third and fourth steps
In系III−V族化合物半導体コンタクト層を介してVia an In-based III-V compound semiconductor contact layer
前記第一の半導体基板、および支持基板上の積層構造どThe first semiconductor substrate, a laminated structure on a supporting substrate, etc.
うしを圧着する工程から少なくとも構成されることを特Specially consist of at least the step of crimping the cattle.
徴とする複合型半導体積層構造の製造方法。A method for manufacturing a composite semiconductor laminated structure.
【請求項12】 請求項10に記載の複合型半導体積層12. The composite semiconductor layered structure according to claim 10.
構造の製造方法において、第一の半導体基板上に形成さIn a method of manufacturing a structure, a semiconductor device is formed on a first semiconductor substrate.
れた積層構造最上層のIII−V族化合物半導体デバイIII-V compound semiconductor device of the uppermost layer of the laminated structure
ス層上に支持基板を接着する工程が、前記III−V族Adhering a support substrate on the support layer,
化合物半導体デバイス層および前記支持基板の少なくとAt least the compound semiconductor device layer and the supporting substrate
も一方の表面に有機接着性物質層を形成する工程と、前The step of forming an organic adhesive substance layer on one surface,
記有機接着性物質層を介して前記第一の半導体基板上のOn the first semiconductor substrate through the organic adhesive material layer
積層構造、および前記支持基板どうしを圧着する工程かLaminated structure, and the step of pressing the supporting substrates together
ら少なくとも構成されることを特徴とする複合型半導体Composite semiconductor characterized by at least the following:
積層構造の製造方法。Manufacturing method of laminated structure.
【請求項13】 請求項5又は請求項10に記載の複合13. A composite according to claim 5 or claim 10.
型半導体積層構造の製造方法において、第一及び第二のIn the method of manufacturing a semiconductor multilayer structure, the first and second
半導体基板、また請求項10ではさらに支持基板がそれThe semiconductor substrate and the supporting substrate according to claim 10 may further include a supporting substrate.
ぞれIII−V族化合物半導体基板あるいはIV族半導III-V compound semiconductor substrate or IV semiconductor
体基板のいずれかであることを特徴とする複合型半導体Composite semiconductor, characterized in that it is one of a body substrate
積層構造の製造方法。Manufacturing method of laminated structure.
【請求項14】 第一のIV族半導体基板上に直接、あ14. The method according to claim 1, wherein the first group IV semiconductor substrate is directly
るいはIV族バッファ層を挟んでIV族デバイス層を形Alternatively, a group IV device layer may be formed with a group IV buffer layer interposed therebetween.
成する工程と、前記IV族デバイス層の表面に形成したForming on the surface of the group IV device layer
マスクパターンを用いたエッチングによって、一部に前Partially before by etching using the mask pattern
記IV族バッファ層の表面あるいは前記第一のIV族半The surface of the group IV buffer layer or the first group IV half.
導体基板の表面が露出した開口部を設ける工程と、前記Providing an opening in which the surface of the conductive substrate is exposed;
開口部に露出したIV族結晶表面上に直接、あるいは第Directly on the surface of the Group IV crystal exposed at the opening, or
一のIII−V族化合物半導体バッファ層を挟んで第一A first group III-V compound semiconductor buffer layer
のIn系III−V族化合物半導体コンタクト層を成長Of In-based III-V compound semiconductor contact layer
する工程と、第二のIV族半導体基板上に直接、あるいAnd directly or on the second group IV semiconductor substrate.
は第二のIII−V族化合物半導体バッファ層を挟んでIs located across the second III-V compound semiconductor buffer layer.
III−V族化合物半導体デバイス層および第二のInIII-V compound semiconductor device layer and second In
系III−V族化合物半導体コンタクト層を成長する工For growing a system III-V compound semiconductor contact layer
程と、島状に形成したマスクパターンを用いたエッチンAnd etch using an island-shaped mask pattern
グによってメサを形成する工程と、前記マスクパターンForming a mesa by etching, and the mask pattern
を除去した後、前記第一のIn系III−V族化合物半After removal of the first In-based III-V compound
導体コンタクト層、および前記メサ上部に残る第二のIA conductor contact layer and a second I remaining on the mesa
n系III−V族化合物半導体コンタクト層を介して前via an n-type III-V compound semiconductor contact layer
記第一、および第二のIV族半導体基板上の積層構造どThe laminated structure on the first and second group IV semiconductor substrates
うしを圧着する工程とを少なくとも有することを特徴とAnd a step of crimping a cattle.
する複合型半導体積層構造の製造方法。Of manufacturing a composite semiconductor multilayer structure.
【請求項15】 請求項10又は請求項11又は請求項
14に記載の複合型半導体積層構造の製造方法におい
て、In系III−V族化合物半導体コンタクト層がI
nP層、InAs層、InSb層のいずれかであり、3
00℃以上に加熱しながら二つの半導体基板上の積層構
造どうしを圧着することを特徴とする複合型半導体積層
構造の製造方法。
15. The claim 10 or claim 11 or claim
14. The method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure according to item 14 , wherein the In-based III-V compound semiconductor contact layer is
any one of an nP layer, an InAs layer, and an InSb layer;
A method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure, comprising: bonding a multilayer structure on two semiconductor substrates while heating the same to a temperature of 00 ° C. or higher.
【請求項16】 請求項10又は請求項11又は請求項
14に記載の複合型半導体積層構造の製造方法におい
て、In系III−V族化合物半導体コンタクト層がI
nSb層であり、前記InSb層を融点525℃以上で
短時間加熱溶融しながら二つの半導体基板上の積層構造
どうしを圧着することを特徴とする複合型半導体積層構
造の製造方法。
16. A method according to claim 10 or claim 11.
14. The method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure according to item 14 , wherein the In-based III-V compound semiconductor contact layer is
A method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure, wherein the multilayer structure on two semiconductor substrates is pressure-bonded while heating and melting the InSb layer at a melting point of 525 ° C. or higher for a short time.
【請求項17】 請求項10又は請求項11又は請求項
14に記載の複合型半導体積層構造の製造方法におい
て、In系III−V族化合物半導体コンタクト層がI
nSb層であり、前記InSb層のみに吸収され得る波
長の光を照射することで、前記InSb層のみを融点5
25℃以上で加熱溶融しながら二つの半導体基板上の積
層構造どうしを圧着することを特徴とする複合型半導体
積層構造の製造方法。
17. A method according to claim 10 or claim 11.
14. The method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure according to item 14 , wherein the In-based III-V compound semiconductor contact layer is
The nSb layer is irradiated with light having a wavelength that can be absorbed only by the InSb layer so that only the InSb layer has a melting point of 5.
A method for manufacturing a composite semiconductor multilayer structure, comprising: bonding a multilayer structure on two semiconductor substrates while heating and melting at 25 ° C. or more.
【請求項18】 請求項10又は請求項11又は請求項
14に記載の複合型半導体積層構造の製造方法におい
て、In系III−V族化合物半導体コンタクト層を成
長後、V族元素を熱的に蒸発させる方法で前記In系I
II−V族化合物半導体コンタクト層をIn系金属コン
タクト層に変換してから、前記In系金属コンタクト層
を介して二つの半導体基板上の積層構造どうしを圧着す
ることを特徴とする複合型半導体積層構造の製造方法。
18. A method according to claim 10 or claim 11.
15. The method of manufacturing a composite semiconductor multilayer structure according to item 14 , wherein after growing an In-based group III-V compound semiconductor contact layer, the group-V element is thermally evaporated.
A composite semiconductor laminate comprising: converting a II-V compound semiconductor contact layer into an In-based metal contact layer; and pressing the laminated structures on the two semiconductor substrates through the In-based metal contact layer. The method of manufacturing the structure.
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