JP3027642B2 - 化合物半導体の応力低減法 - Google Patents
化合物半導体の応力低減法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上に中間
層を介してエピタキシャル成長させた化合物半導体層の
歪を低減する方法に関するものである。
層を介してエピタキシャル成長させた化合物半導体層の
歪を低減する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】シリコン（Si）などの半導体
基板上にガリウム砒素（GaAs）などの化合物半導体を中
間層を介してエピタキシャル成長させた半導体ウェハ
は、ＯＥＩＣ（光電子集積回路）や太陽電池、発光ダイ
オード、半導体レーザなどに多用されている。かかる半
導体ウェハは、半導体基板とその上に積層される化合物
半導体層との間で格子定数や熱膨張係数が相違するた
め、それらの中間的な格子定数を備えた中間層を介して
化合物半導体層がエピタキシャル成長させられるが、成
長温度から常温へ降温させられると、層間の熱膨張係数
差に起因して化合物半導体層に比較的大きな歪（応力）
が残留することが避けられない。化合物半導体層の歪は
その内部の格子欠陥の表面化を助長するので、化合物半
導体層の残留歪が大きいと、その半導体ウェハから製造
された太陽電池、半導体レーザ、ＬＥＤなどの半導体装
置の寿命や耐久性を損なう一因となるという問題があっ
た。
基板上にガリウム砒素（GaAs）などの化合物半導体を中
間層を介してエピタキシャル成長させた半導体ウェハ
は、ＯＥＩＣ（光電子集積回路）や太陽電池、発光ダイ
オード、半導体レーザなどに多用されている。かかる半
導体ウェハは、半導体基板とその上に積層される化合物
半導体層との間で格子定数や熱膨張係数が相違するた
め、それらの中間的な格子定数を備えた中間層を介して
化合物半導体層がエピタキシャル成長させられるが、成
長温度から常温へ降温させられると、層間の熱膨張係数
差に起因して化合物半導体層に比較的大きな歪（応力）
が残留することが避けられない。化合物半導体層の歪は
その内部の格子欠陥の表面化を助長するので、化合物半
導体層の残留歪が大きいと、その半導体ウェハから製造
された太陽電池、半導体レーザ、ＬＥＤなどの半導体装
置の寿命や耐久性を損なう一因となるという問題があっ
た。
【０００３】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、半導体ウェハの化合
物半導体層の歪を低減できる製造方法を提供することに
ある。
もので、その目的とするところは、半導体ウェハの化合
物半導体層の歪を低減できる製造方法を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、半導体基板上にその
半導体基板とは熱膨張係数の異なる化合物半導体層を中
間層を介してエピタキシャル成長させた半導体ウェハに
おいて、その化合物半導体層の歪を低減するための方法
であって、前記中間層として前記化合物半導体層よりも
融点が低い物質を選択し、その化合物半導体層よりも中
間層の光吸収係数が大きい波長の照射光をその化合物半
導体層の上から照射してその中間層を局部加熱すること
により、その化合物半導体層の歪を該中間層に集中させ
るようにしたことにある。
めの本発明の要旨とするところは、半導体基板上にその
半導体基板とは熱膨張係数の異なる化合物半導体層を中
間層を介してエピタキシャル成長させた半導体ウェハに
おいて、その化合物半導体層の歪を低減するための方法
であって、前記中間層として前記化合物半導体層よりも
融点が低い物質を選択し、その化合物半導体層よりも中
間層の光吸収係数が大きい波長の照射光をその化合物半
導体層の上から照射してその中間層を局部加熱すること
により、その化合物半導体層の歪を該中間層に集中させ
るようにしたことにある。
【０００５】
【作用および発明の効果】半導体基板とエピタキシャル
成長させられた化合物半導体との熱膨張係数が異なるた
め、エピタキシャル成長温度から常温へ戻されると、化
合物半導体層内には比較的大きな歪が残留することが避
けられないが、本発明によれば、化合物半導体層よりも
中間層の吸収係数が大きい波長の光が化合物半導体層を
通して中間層に照射され、その中間層が専ら局部加熱さ
れる。これにより、化合物半導体層よりも融点が低い中
間層が溶融或いは半溶融状態となって照射時間に応じて
瞬間的に軟化させられるので、その軟化期間において化
合物半導体層の残留応力が緩和される。このため、光の
照射が終了すると、結果的に化合物半導体層の残留応力
が中間層に集中させられ、化合物半導体層の歪が低減さ
れるのである。
成長させられた化合物半導体との熱膨張係数が異なるた
め、エピタキシャル成長温度から常温へ戻されると、化
合物半導体層内には比較的大きな歪が残留することが避
けられないが、本発明によれば、化合物半導体層よりも
中間層の吸収係数が大きい波長の光が化合物半導体層を
通して中間層に照射され、その中間層が専ら局部加熱さ
れる。これにより、化合物半導体層よりも融点が低い中
間層が溶融或いは半溶融状態となって照射時間に応じて
瞬間的に軟化させられるので、その軟化期間において化
合物半導体層の残留応力が緩和される。このため、光の
照射が終了すると、結果的に化合物半導体層の残留応力
が中間層に集中させられ、化合物半導体層の歪が低減さ
れるのである。
【０００６】ここで、前記照射光としては、単色性およ
び強度の点からレーザ光が好適に用いられる。そのレー
ザ光の波長は、レーザ光が化合物半導体層を透過して専
ら中間層に吸収されるものが選択される。具体的には化
合物半導体層の禁制帯のバンドギャップエネルギーに対
応した波長よりも長く、中間層の禁制帯のバンドギャッ
プエネルギーに対応した波長よりも短い。
び強度の点からレーザ光が好適に用いられる。そのレー
ザ光の波長は、レーザ光が化合物半導体層を透過して専
ら中間層に吸収されるものが選択される。具体的には化
合物半導体層の禁制帯のバンドギャップエネルギーに対
応した波長よりも長く、中間層の禁制帯のバンドギャッ
プエネルギーに対応した波長よりも短い。
【０００７】また、上記レーザ光の照射により中間層に
熱が発生するが、その熱により化合物半導体層まで溶融
させられないようにする必要がある。このため、レーザ
光は、専ら中間層を溶融或いは半溶融させるが、その上
の化合物半導体層が溶融しないような照射時間および照
射間隔で照射させられる。また、そのレーザ光の照射
は、エピタキシャル成長させるＭＯＣＶＤのチャンバ外
でもよいが、チャンバ内で行われるようにしてもよい。
熱が発生するが、その熱により化合物半導体層まで溶融
させられないようにする必要がある。このため、レーザ
光は、専ら中間層を溶融或いは半溶融させるが、その上
の化合物半導体層が溶融しないような照射時間および照
射間隔で照射させられる。また、そのレーザ光の照射
は、エピタキシャル成長させるＭＯＣＶＤのチャンバ外
でもよいが、チャンバ内で行われるようにしてもよい。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明方法を適用して製造された半
導体ウェハ１０の構成を説明する図である。図におい
て、板厚が３５０μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）基板１２
上には、中間層として膜厚が０．５μｍ程度のゲルマニ
ウム（Ｇｅ）層１４が設けられ、そのＧｅ層１４上には
更に膜厚が２μｍ程度のガリウム砒素化合物半導体（Ｇ
ａＡｓ）層１６が設けられている。Ｇｅ層１４およびＧ
ａＡｓ層１６は、有機金属化学気相成長(MOCVD；Metal
Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いてＳｉ基
板１２上に順次エピタキシャル成長させられたものであ
る。本実施例では、Ｓｉ基板１２が半導体基板に対応
し、ＧａＡｓ層１６が化合物半導体層に対応する。ま
た、Ｇｅ層１４はそれ等の中間層に相当する。なお、こ
れ等の半導体Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓの格子定数（Å），
熱膨張係数（℃-1），およびバンドギャップエネルギー
Ｅｇ（ｅＶ）は表１の通りであり、ＳｉおよびＧａＡｓ
はその格子定数および熱膨張係数が共に相違している。
導体ウェハ１０の構成を説明する図である。図におい
て、板厚が３５０μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）基板１２
上には、中間層として膜厚が０．５μｍ程度のゲルマニ
ウム（Ｇｅ）層１４が設けられ、そのＧｅ層１４上には
更に膜厚が２μｍ程度のガリウム砒素化合物半導体（Ｇ
ａＡｓ）層１６が設けられている。Ｇｅ層１４およびＧ
ａＡｓ層１６は、有機金属化学気相成長(MOCVD；Metal
Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いてＳｉ基
板１２上に順次エピタキシャル成長させられたものであ
る。本実施例では、Ｓｉ基板１２が半導体基板に対応
し、ＧａＡｓ層１６が化合物半導体層に対応する。ま
た、Ｇｅ層１４はそれ等の中間層に相当する。なお、こ
れ等の半導体Ｓｉ，Ｇｅ，ＧａＡｓの格子定数（Å），
熱膨張係数（℃-1），およびバンドギャップエネルギー
Ｅｇ（ｅＶ）は表１の通りであり、ＳｉおよびＧａＡｓ
はその格子定数および熱膨張係数が共に相違している。
【０００９】
【表１】
【００１０】上記Ｇｅ層１４およびＧａＡｓ層１６のエ
ピタキシャル成長について、図２のタイムチャートを参
照しつつ具体的に説明すると、先ず、Ｓｉ基板１２をＭ
ＯＣＶＤ装置の反応炉内にセットした後、１０００℃程
度の高温でベーキングを行って表面を浄化する。次に、
加熱温度を７５０℃程度まで降下させた状態で、Ｇｅの
原料ガスを反応炉内に導入してＧｅ層１４を０．５μ程
度成長させ、その後に、２段階成長法にてそのＧｅ層１
４上にＧａＡｓ層１６をエピタキシャル成長させる。こ
の２段階成長は、先ず４５０℃程度の低温で反応炉内に
ＧａＡｓの原料ガスを導入して結晶成長させ、その後７
５０℃程度まで昇温して再びＧａＡｓの原料ガスを導入
して結晶成長させるものである。高温時のＧａＡｓ原料
ガスの導入時間は、形成すべきＧａＡｓ層１６の膜厚に
応じて定められ、これにより、Ｓｉ基板１２上に０．５
μｍ程度の膜厚のＧｅ層１４および２μｍ程度の膜厚の
ＧａＡｓ層１６が形成される。これにより、Ｓｉ基板１
２上にＧｅ層１４およびＧａＡｓ層１６をエピタキシャ
ル成長させた半導体ウェハ１０が得られる。
ピタキシャル成長について、図２のタイムチャートを参
照しつつ具体的に説明すると、先ず、Ｓｉ基板１２をＭ
ＯＣＶＤ装置の反応炉内にセットした後、１０００℃程
度の高温でベーキングを行って表面を浄化する。次に、
加熱温度を７５０℃程度まで降下させた状態で、Ｇｅの
原料ガスを反応炉内に導入してＧｅ層１４を０．５μ程
度成長させ、その後に、２段階成長法にてそのＧｅ層１
４上にＧａＡｓ層１６をエピタキシャル成長させる。こ
の２段階成長は、先ず４５０℃程度の低温で反応炉内に
ＧａＡｓの原料ガスを導入して結晶成長させ、その後７
５０℃程度まで昇温して再びＧａＡｓの原料ガスを導入
して結晶成長させるものである。高温時のＧａＡｓ原料
ガスの導入時間は、形成すべきＧａＡｓ層１６の膜厚に
応じて定められ、これにより、Ｓｉ基板１２上に０．５
μｍ程度の膜厚のＧｅ層１４および２μｍ程度の膜厚の
ＧａＡｓ層１６が形成される。これにより、Ｓｉ基板１
２上にＧｅ層１４およびＧａＡｓ層１６をエピタキシャ
ル成長させた半導体ウェハ１０が得られる。
【００１１】その後、かかる半導体ウェハ１０には、本
発明の応力低減法に従ってＧａＡｓ層１６内の内部応力
が除去される。すなわち、図３の照射装置２０におい
て、上記ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出された半導
体ウェハ１０は、ＹＡＧレーザ２２から出力され且つレ
ンズ装置２４により所定のスポット径に調整されたＹＡ
Ｇレーザ光２６により、ＧａＡｓ層１６側の半導体ウェ
ハ１０の全面が照射されるとともに、必要に応じて半導
体ウェハ１０の表面および裏面がファンで空気冷却され
る。上記ＹＡＧレーザ光２６の照射条件は駆動制御装置
２８により制御される。すなわち、ＹＡＧレーザ光２６
は、専らＧｅ層１４だけを溶融或いは半溶融状態とし、
ＧａＡｓ層１６を溶融させないようにするために、数百
ｍＪ（ミリジュール）の出力の十数ｎ秒以下の短いパル
スで１回乃至数回照射される。ＹＡＧレーザ光２６はそ
の波長が１．０６μｍであることから、その光エネルギ
ーはＧａＡｓ層１６のバンドギャップエネルギーＥｇ
GaAsよりも小さく、Ｇｅ層１４のバンドギャップエネル
ギーＥｇGeよりも充分に大きいため、専らＧｅ層１４に
おいて吸収される。このことは、波長１．０６μｍの光
に対するＧａＡｓ層１６、Ｇｅ層１４、およびＳｉ層１
２の吸収深さが、∞μｍ、０．５μｍ、および１００μ
ｍであって、Ｇｅ層１４の厚みが０．５μｍであること
からも説明され得る。
発明の応力低減法に従ってＧａＡｓ層１６内の内部応力
が除去される。すなわち、図３の照射装置２０におい
て、上記ＭＯＣＶＤ装置の反応炉から取り出された半導
体ウェハ１０は、ＹＡＧレーザ２２から出力され且つレ
ンズ装置２４により所定のスポット径に調整されたＹＡ
Ｇレーザ光２６により、ＧａＡｓ層１６側の半導体ウェ
ハ１０の全面が照射されるとともに、必要に応じて半導
体ウェハ１０の表面および裏面がファンで空気冷却され
る。上記ＹＡＧレーザ光２６の照射条件は駆動制御装置
２８により制御される。すなわち、ＹＡＧレーザ光２６
は、専らＧｅ層１４だけを溶融或いは半溶融状態とし、
ＧａＡｓ層１６を溶融させないようにするために、数百
ｍＪ（ミリジュール）の出力の十数ｎ秒以下の短いパル
スで１回乃至数回照射される。ＹＡＧレーザ光２６はそ
の波長が１．０６μｍであることから、その光エネルギ
ーはＧａＡｓ層１６のバンドギャップエネルギーＥｇ
GaAsよりも小さく、Ｇｅ層１４のバンドギャップエネル
ギーＥｇGeよりも充分に大きいため、専らＧｅ層１４に
おいて吸収される。このことは、波長１．０６μｍの光
に対するＧａＡｓ層１６、Ｇｅ層１４、およびＳｉ層１
２の吸収深さが、∞μｍ、０．５μｍ、および１００μ
ｍであって、Ｇｅ層１４の厚みが０．５μｍであること
からも説明され得る。
【００１２】そして、上記の照射装置２０において、照
射されたＹＡＧレーザ光２６が専らＧｅ層１４において
吸収されると、Ｇｅ層１４の融点は他のＧａＡｓ層１６
やＳｉ層１２に比較して相対的に低いことから、Ｇｅ層
１４が瞬間的に溶融状態或いは半溶融状態とされ、その
ようなＧｅ層１４の軟化状態においてＧａＡｓ層１６の
歪が緩和される。そして、Ｇｅ層１４の温度が低下して
固体状態とされると、結果的にＧａＡｓ層１６の歪がＧ
ｅ層１４に集中させられた状態となり、ＧａＡｓ層１６
内の残留応力が好適に低減される。そのＧａＡｓ層１６
内の残留応力は内部にある格子欠陥を表面化させるもの
であるため、本実施例のようにＧａＡｓ層１６内の残留
応力が低減されることにより、そのＧａＡｓ層１６を用
いて製作された半導体装置、たとえば光電子集積回路や
太陽電池、発光ダイオード、半導体レーザなどの寿命や
耐久性が改善される。
射されたＹＡＧレーザ光２６が専らＧｅ層１４において
吸収されると、Ｇｅ層１４の融点は他のＧａＡｓ層１６
やＳｉ層１２に比較して相対的に低いことから、Ｇｅ層
１４が瞬間的に溶融状態或いは半溶融状態とされ、その
ようなＧｅ層１４の軟化状態においてＧａＡｓ層１６の
歪が緩和される。そして、Ｇｅ層１４の温度が低下して
固体状態とされると、結果的にＧａＡｓ層１６の歪がＧ
ｅ層１４に集中させられた状態となり、ＧａＡｓ層１６
内の残留応力が好適に低減される。そのＧａＡｓ層１６
内の残留応力は内部にある格子欠陥を表面化させるもの
であるため、本実施例のようにＧａＡｓ層１６内の残留
応力が低減されることにより、そのＧａＡｓ層１６を用
いて製作された半導体装置、たとえば光電子集積回路や
太陽電池、発光ダイオード、半導体レーザなどの寿命や
耐久性が改善される。
【００１３】図４および図５は、ＹＡＧレーザ光を図１
に示すサンプルに照射したときにおけるＧａＡｓ層１６
内の残留応力の変化を確認するために本発明者等が行っ
た実験データを示している。本実験では、前記図１に示
すものと同じサンプルに対して、３００ｍＪの出力であ
って９ｎ秒のパスル幅の波長１．０６のＹＡＧレーザ光
を用いて、照射回数が１回および５回の２種類の照射条
件で照射されている。なお、ＹＡＧレーザ光パルスの照
射間隔は約１秒である。図４は、温度７７゜Ｋであると
きにアルゴンレーザ光でＧａＡｓ層を励起したときにそ
れから出力されるホトルミネッセンス光のスペクトルの
測定値を示しており、図５は、図１に示すサンプルの照
射回数に対する残留応力の変化を示している。
に示すサンプルに照射したときにおけるＧａＡｓ層１６
内の残留応力の変化を確認するために本発明者等が行っ
た実験データを示している。本実験では、前記図１に示
すものと同じサンプルに対して、３００ｍＪの出力であ
って９ｎ秒のパスル幅の波長１．０６のＹＡＧレーザ光
を用いて、照射回数が１回および５回の２種類の照射条
件で照射されている。なお、ＹＡＧレーザ光パルスの照
射間隔は約１秒である。図４は、温度７７゜Ｋであると
きにアルゴンレーザ光でＧａＡｓ層を励起したときにそ
れから出力されるホトルミネッセンス光のスペクトルの
測定値を示しており、図５は、図１に示すサンプルの照
射回数に対する残留応力の変化を示している。
【００１４】上記ホトルミネッセンスのスペクトルにお
けるピーク波長λpは、エネルギーバンド構造における
禁制帯幅のエネルギギャップＥｇ（＝ｈｃ／λp 、但し
ｈはプランク定数、ｃは光速）に対応しており、ＧａＡ
ｓ層の内部歪の大きさに応じてシフトする。一般に、結
晶中に歪がない場合には、図６に示すようなバンド構造
となっているが、２軸応力が加わると価電子帯の縮退が
解け、圧縮応力の場合にはＫ＝０の価電子帯の軽い正孔
からの遷移が、引張応力の場合には重い正孔からの遷移
が発光に寄与することが知られている。図１に示すサン
プルの場合には、引張応力がＧａＡｓ層１６に作用して
残留歪となるので、図７に示すバンド構造となる。この
場合、無歪状態の元の禁制帯幅Ｅｇnoから引張応力が加
えられたときの禁制帯幅ＥｇstへのエネルギーシフトΔ
Ｅ（＝Ｅｇno−Ｅｇst）は、結晶のスティフネス係数Ｃ
ij、デフォーメーションポテンシャル定数ａ、ｂおよび
ヤング率Ｙにより数式１で与えられる。
けるピーク波長λpは、エネルギーバンド構造における
禁制帯幅のエネルギギャップＥｇ（＝ｈｃ／λp 、但し
ｈはプランク定数、ｃは光速）に対応しており、ＧａＡ
ｓ層の内部歪の大きさに応じてシフトする。一般に、結
晶中に歪がない場合には、図６に示すようなバンド構造
となっているが、２軸応力が加わると価電子帯の縮退が
解け、圧縮応力の場合にはＫ＝０の価電子帯の軽い正孔
からの遷移が、引張応力の場合には重い正孔からの遷移
が発光に寄与することが知られている。図１に示すサン
プルの場合には、引張応力がＧａＡｓ層１６に作用して
残留歪となるので、図７に示すバンド構造となる。この
場合、無歪状態の元の禁制帯幅Ｅｇnoから引張応力が加
えられたときの禁制帯幅ＥｇstへのエネルギーシフトΔ
Ｅ（＝Ｅｇno−Ｅｇst）は、結晶のスティフネス係数Ｃ
ij、デフォーメーションポテンシャル定数ａ、ｂおよび
ヤング率Ｙにより数式１で与えられる。
【００１５】
【数１】 ΔＥ＝〔−２ａ（Ｃ11−Ｃ12）／Ｃ11−ｂ（Ｃ11＋２Ｃ12）／Ｃ11〕σ／Ｙ 但し、σは応力である。
【００１６】上記結晶のスティフネス係数Ｃij、デフォ
ーメーションポテンシャル定数ａ、ｂおよびヤング率Ｙ
は、図１に示すサンプルの材料から既知であり、それを
代入すると数式２に示す、エネルギーシフトΔＥ（ｅ
Ｖ）と応力σ（dyn/cm2)との関係が得られる。
ーメーションポテンシャル定数ａ、ｂおよびヤング率Ｙ
は、図１に示すサンプルの材料から既知であり、それを
代入すると数式２に示す、エネルギーシフトΔＥ（ｅ
Ｖ）と応力σ（dyn/cm2)との関係が得られる。
【００１７】
【数２】ΔＥ＝１．０８×１０-11 σ
【００１８】図４において、No.1はＧａＡｓ基板の上に
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させたサンプルのＧａ
Ａｓ層から得られたホトルミネッセンス光のスペクト
ル、すなわち無歪状態のホトルミネッセンス光のスペク
トルを示している。No.2は、前記ＹＡＧレーザ光パルス
が５回照射された図１のサンプルから得られたホトルミ
ネッセンス光のスペクトルを示している。また、No.3
は、ＹＡＧレーザ光が照射されていない図１のサンプル
から得られたホトルミネッセンス光のスペクトルを示し
ている。上記No.1、No.2、No.3のスペクトルのピーク波
長がλp1、λp2、λp3であるとすると、たとえば上記Ｙ
ＡＧレーザ光パルスが５回照射された図１のサンプルに
おけるＧａＡｓ層１６のエネルギーシフトΔＥは数式３
から算出され得、前式からそのΔＥに基づいて歪σが得
られて図５がプロットされている。
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させたサンプルのＧａ
Ａｓ層から得られたホトルミネッセンス光のスペクト
ル、すなわち無歪状態のホトルミネッセンス光のスペク
トルを示している。No.2は、前記ＹＡＧレーザ光パルス
が５回照射された図１のサンプルから得られたホトルミ
ネッセンス光のスペクトルを示している。また、No.3
は、ＹＡＧレーザ光が照射されていない図１のサンプル
から得られたホトルミネッセンス光のスペクトルを示し
ている。上記No.1、No.2、No.3のスペクトルのピーク波
長がλp1、λp2、λp3であるとすると、たとえば上記Ｙ
ＡＧレーザ光パルスが５回照射された図１のサンプルに
おけるＧａＡｓ層１６のエネルギーシフトΔＥは数式３
から算出され得、前式からそのΔＥに基づいて歪σが得
られて図５がプロットされている。
【００１９】
【数３】ΔＥ＝ｈｃ・（１／λp2−１／λp1）
【００２０】図５のデータから明らかなように、図１の
サンプルにＹＡＧレーザ光パルスを照射すると、その照
射回数の増加に伴ってＧａＡｓ層１６の応力が低減され
ている。
サンプルにＹＡＧレーザ光パルスを照射すると、その照
射回数の増加に伴ってＧａＡｓ層１６の応力が低減され
ている。
【００２１】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
【００２２】例えば、前記実施例では半導体基板として
Ｓｉ基板１２が用いられ、中間層としてＧｅ層１４が用
いられ、化合物半導体層としてＧａＡｓ層１６が用いら
れているが、他の種類の半導体物質からそれぞれ構成さ
れてもよい。たとえば、Ｓｉ基板と化合物半導体層との
中間層としてＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ
が好適に用いられ得るし、化合物半導体層として、Ｇａ
Ｐやそれ以外の III−Ｖ族化合物半導体、その他の化合
物半導体を採用できる。
Ｓｉ基板１２が用いられ、中間層としてＧｅ層１４が用
いられ、化合物半導体層としてＧａＡｓ層１６が用いら
れているが、他の種類の半導体物質からそれぞれ構成さ
れてもよい。たとえば、Ｓｉ基板と化合物半導体層との
中間層としてＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ
が好適に用いられ得るし、化合物半導体層として、Ｇａ
Ｐやそれ以外の III−Ｖ族化合物半導体、その他の化合
物半導体を採用できる。
【００２３】また、前述の実施例では、中間層を照射す
るための光としてＹＡＧレーザ光が用いられていたが、
他の種類の照射光であってもよい。要するに、化合物半
導体層における吸収率よりも中間層における吸収率が大
きい波長の光であればよいのである。さらに詳しくは、
図８に示す吸収係数曲線において、化合物半導体層にお
ける基礎吸収（固有吸収）の吸収端波長λ16よりも長く
且つ中間層における基礎吸収の吸収端波長λ14よりも短
い波長の光で照射すればよいのである。たとえば、前記
ＧａＡｓ層１６における禁制帯幅Ｅｇとその吸収端波長
λ16との間には、数式４の関係がある。
るための光としてＹＡＧレーザ光が用いられていたが、
他の種類の照射光であってもよい。要するに、化合物半
導体層における吸収率よりも中間層における吸収率が大
きい波長の光であればよいのである。さらに詳しくは、
図８に示す吸収係数曲線において、化合物半導体層にお
ける基礎吸収（固有吸収）の吸収端波長λ16よりも長く
且つ中間層における基礎吸収の吸収端波長λ14よりも短
い波長の光で照射すればよいのである。たとえば、前記
ＧａＡｓ層１６における禁制帯幅Ｅｇとその吸収端波長
λ16との間には、数式４の関係がある。
【００２４】
【数４】λ16＝１．２３９８／Ｅｇ
【００２５】また、ＹＡＧレーザ光２６の照射条件は、
前述の実施例以外の条件であってもよい。中間層の材質
などにより適宜変更され得るのである。
前述の実施例以外の条件であってもよい。中間層の材質
などにより適宜変更され得るのである。
【００２６】また、前記実施例では、半導体ウエハ１０
はＭＯＣＶＤ装置を用いて有機金属化学気相成長法によ
りエピタキシャル成長させられる場合について説明した
が、分子線エピタキシー法によるものなど、他のエピタ
キシャル成長装置を用いることもできる。
はＭＯＣＶＤ装置を用いて有機金属化学気相成長法によ
りエピタキシャル成長させられる場合について説明した
が、分子線エピタキシー法によるものなど、他のエピタ
キシャル成長装置を用いることもできる。
【００２７】また、前記実施例では、ＭＯＣＶＤの反応
炉から取り出された状態で、半導体ウエハ１０がＹＡＧ
レーザによる照射が実行されていたが、その反応炉内に
おいてエピタキシャル成長完了後の冷却工程の途中にお
いてＹＡＧレーザによる照射が実行されてもよい。通
常、ＧａＡｓ層１６の格子欠陥はエピタキシャル成長完
了後の冷却工程の途中において発生すると考えられてい
るが、上記のようにすると、格子欠陥の発生前にＧａＡ
ｓ層１６の残留歪が緩和されるので、格子欠陥の発生そ
のものが低減される利点がある。
炉から取り出された状態で、半導体ウエハ１０がＹＡＧ
レーザによる照射が実行されていたが、その反応炉内に
おいてエピタキシャル成長完了後の冷却工程の途中にお
いてＹＡＧレーザによる照射が実行されてもよい。通
常、ＧａＡｓ層１６の格子欠陥はエピタキシャル成長完
了後の冷却工程の途中において発生すると考えられてい
るが、上記のようにすると、格子欠陥の発生前にＧａＡ
ｓ層１６の残留歪が緩和されるので、格子欠陥の発生そ
のものが低減される利点がある。
【００２８】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。
【図１】本発明による応力低減処理が施された半導体ウ
ェハの一例を説明する構成図である。
ェハの一例を説明する構成図である。
【図２】図１の半導体ウェハのエピタキシャル層形成時
における温度履歴を示すタイムチャートである。
における温度履歴を示すタイムチャートである。
【図３】図１の半導体ウェハに応力低減処理を目的とし
たＹＡＧレーザの照射装置を示す図である。
たＹＡＧレーザの照射装置を示す図である。
【図４】本発明者等による実験データを示す図であっ
て、図１のＧａＡｓ層におけるホトルミネッセンスのス
ペクトルにおける歪によるピーク波長のシフトを示す図
である。
て、図１のＧａＡｓ層におけるホトルミネッセンスのス
ペクトルにおける歪によるピーク波長のシフトを示す図
である。
【図５】本発明者等による実験データを示す図であっ
て、図１のサンプルにおけるＹＡＧレーザパルスの照射
回数とＧａＡｓ層における残留応力との関係を示す図で
ある。
て、図１のサンプルにおけるＹＡＧレーザパルスの照射
回数とＧａＡｓ層における残留応力との関係を示す図で
ある。
【図６】図１のＧａＡｓ層における一般的なエネルギバ
ンド構造であって無歪状態を示す図である。
ンド構造であって無歪状態を示す図である。
【図７】図１のＧａＡｓ層における一般的なエネルギバ
ンド構造であって引張応力が加えられている状態を示す
図である。
ンド構造であって引張応力が加えられている状態を示す
図である。
【図８】吸収係数と照射光の波長との一般的な関係を、
化合物半導体および中間層について説明する図である。
化合物半導体および中間層について説明する図である。
１０：半導体ウェハ １２：Ｓｉ基板（半導体基板） １４：Ｇｅ層（中間層） １６：ＧａＡｓ層（化合物半導体層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 000003713 大同特殊鋼株式会社 愛知県名古屋市中区錦一丁目11番18号 (72)発明者 梅野 正義 愛知県名古屋市名東区西里町二丁目43番 地の２ (72)発明者 神保 孝志 三重県四日市市桜台２丁目５番地の87 (72)発明者 曽我 哲夫 愛知県名古屋市瑞穂区洲雲町４−62 ミ ントハウス102号 (56)参考文献 特開 平２−194568（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−270200（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/20 ＣＡ（ＳＴＮ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体基板上に該半導体基板とは熱膨張
係数の異なる化合物半導体層を中間層を介してエピタキ
シャル成長させた半導体ウェハにおいて、該化合物半導
体層の歪を低減するための方法であって、 前記中間層として前記化合物半導体層よりも融点が低い
物質を選択し、該化合物半導体層よりも中間層の光吸収
係数が大きい波長の照射光を該化合物半導体層の上から
照射して該中間層を局部加熱することにより、該化合物
半導体層の歪を該中間層に集中させるようにしたことを
特徴とする化合物半導体の応力低減法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289119A JP3027642B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 化合物半導体の応力低減法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3289119A JP3027642B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 化合物半導体の応力低減法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0597600A JPH0597600A (ja) | 1993-04-20 |
| JP3027642B2 true JP3027642B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=17739022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3289119A Expired - Lifetime JP3027642B2 (ja) | 1991-10-08 | 1991-10-08 | 化合物半導体の応力低減法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027642B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7585792B2 (en) * | 2005-02-09 | 2009-09-08 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Relaxation of a strained layer using a molten layer |
-
1991
- 1991-10-08 JP JP3289119A patent/JP3027642B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0597600A (ja) | 1993-04-20 |
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