JPH02174220A - 半導体基板の製造方法 - Google Patents

半導体基板の製造方法

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JPH02174220A
JPH02174220A JP32969488A JP32969488A JPH02174220A JP H02174220 A JPH02174220 A JP H02174220A JP 32969488 A JP32969488 A JP 32969488A JP 32969488 A JP32969488 A JP 32969488A JP H02174220 A JPH02174220 A JP H02174220A
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JP
Japan
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single crystal
layer
temperature
substrate
semiconductor substrate
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JP32969488A
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Masashi Yamaguchi
真史 山口
Yoshio Ito
義夫 伊藤
Susumu Kondo
進 近藤
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体基板の製造方法に関し、とくに単結晶基
板上の薄膜単結晶を成長させた高品質半導体へテロエピ
タキシャル基板の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
Si+Geなどの単結晶基板上に該単結晶とは異なるG
aAs、 InP、 Zn5aなどの単結晶層を成長さ
せた半導体基板の作製が行われている。これら半導体基
板を用いて高性能な半導体デバイスを実現するためにも
、単結晶層内の格子欠陥は少ないことが要求される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記半導体基板において、単結晶基板材料と単結晶層材
料との格子常数および熱膨張係数が異なるため、格子不
整合に起因する不整合転位や熱応力に起因する転位発生
の丸め、108〜10” cm”””程度の高密度の転
位が単結晶層内に存在するという問題があった。
従来、上記単結晶層内の転位密度を低減させる丸め、成
長を中断しであるいは成長後、高温度での熱処理が繰シ
返し行われていた。以下、従来のSi単結晶基板上にG
aAs単結晶層を形成した半導体基板を例にして、単結
晶層内の転位低減に関する従来技術の問題点t−説明す
る。
第3図a、bに、従来の技術に係わる半導体基板の製造
方法に関する構成例および熱処理温度と時間の関係を示
す。Stなどの単結晶基板1上に、有間層3を形成した
後%θ〜300℃から700〜900℃まで数回の熱ア
ニールを繰シ返し、単結晶層2内の転位密度の低減をは
かつていた(山口他:Applied Physics
 Letters 53巻、21号5頁  )。
第4図に、従来の技術に係わるGaAs/Siからなる
半導体基板のGaAs単結晶層2内における転位密度低
減に及はす熱サイクルアニールの効果を示す。熱サイク
ルアニールによシ、中間層3および単結晶N2内に応力
と温度が加わシ、転位同大の合体などによシ転位の伝播
を抑制する結果、単結晶層2内の転位密度低減をもたら
す。しかし、上記中間層3および単結晶層2内忙かかる
応力値が107dyn/ cm2程度と十分とは言えず
、また熱処理中に応力緩和が起こるため、高温アニール
と基板温度O〜300℃程度への降温の熱サイクルアニ
ー度を低減させるため、成長温度400℃程度の低温成
長層および700℃程度の高温成長層からなる中波する
には、熱処理温度SOO℃で60回の熱サイクルアニー
ルが必要であシ、この工程だけでも20時時間区の長時
間を要し、改善が望まれていた。
本発明の目的は、かかる欠点を解決したもので。
転位密度の極めて少ない半導体単結晶層を有する半導体
基板の製造方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記目的を達成するため、SlあるいはGeか
らなる単結晶基板上に核基板とは異極なるm−■族化合
物半導体材料またはn−vt族化合物半導体材料で構成
される単結晶層を成長した半導体基板の久造方法におい
て、該単結晶基板の裏面に該基板よシ熱膨張係数の大き
い薄膜材料からなる裏面7fiiを堆積させ、700〜
900℃の高温度で熱処理する工程を含むことを特徴と
する。
また、SiあるいはGeからなる単結晶基板上に該基板
とは異糧なる■−■族化合物半導体材料または■−■族
化合物半導体材料で構成される単結晶層を成長した半導
体基板の製造方法において、単結晶層表面に該単結晶層
よシ熱膨張係数の小さい薄膜材料からなる表面層を堆積
させ、700〜900℃の高温度で熱処理した工程を含
むことを特徴とする。
〔作 用〕
本発明に係わる半導体基板の製造方法に関する基本構成
例を第1図a ”−cに示す。 Siなどの単結晶基板
1上に、有機金属気相成長(OMVPE)法などで、G
aAsなどの単結晶層2を形成する前あるいは形成後に
、該単結晶基板1の裏面にこれよ全行い、単結晶層2内
の転位密度を低減させることを特徴としている(第1図
a)。
あるいは、Siなどの単結晶基板1上に、有機金属気相
成長(OMVPE)法などで、GaAaなどの単行い、
単結晶層2内の転位密度を低減させることを特徴として
いる(第1図b)。
第2図に、本発明に係わる半導体基板の製造方法におけ
る単結晶2内の転位密度低減に及はす熱アニールの効果
f 、 GaAs/S iからなる半導体基板を例にし
て、かつ従来の技術に係わる半導体基板の製造方法によ
る転位密度の結果と比較して示す。
第1図に示すように、裏面層4あるいは表面層5の導入
によシ、単結晶層2内にこれらの層厚に依存した圧縮応
力が加わシ、700〜900℃程度の高温でのアニール
によυ転位同士の合体などにより転位の伝播を抑制する
結果、単結晶層2内の転位密度低減をもたらす。従来の
技術では、応力値が107dyn / cm”程度と低
く、かつ熱処理時に応力緩和が生じるため%0〜300
℃へ降温させ%また高温アニールをするというプロセス
を繰シ返し行う必要があシ、単結晶層2内の転位密度を
約10cm程度に低減するにも、800℃の熱サイクル
アニールで約20時間という長時間を必要としていた。
これに対し1本発明では、第1図に示すように、裏面層
4あるいは表面層5の導入により、これらの層厚に依存
しかつ従来方法に比べて数倍大きい圧縮応力が単結晶層
2内に加わシ、700〜900℃程度の高温でのアニー
ルによシ転位同士の合体などによる転位低減効果を促進
させるに加えて、裏面層4あるいは表面層5の導入によ
シ応力緩和を抑制できる結果、連続的に熱処理を行うこ
とができる。これらの結果、800℃で1時間程度の熱
処理で単結晶層2内の転位密度を10’ cm−”にで
き、従来法に比べて処理時間を1/10以下に低減でき
、さらに100時間程の熱処理では単結晶2内の転位密
度f 105105a以下と、従来法に比べて1桁以上
の転位密度低減がはかられている。
以下実施例について説明する。
〔実施例〕
実施例−1: 第1図aに基づき、 GaAs/Siからなる半導体基
板の製造方法に係わる本発明の実施例を示す。Siの単
結晶基板1の裏面に5iaNi膜4tプラズマCVD法
で約5000 K形成した後、Siの単結晶基板1の上
に有機金属気相成長(OMVPE)法によシ、成長温度
400℃程度の低温成長層および700℃程度の高温成
長層からなる中間層3を、約1.5μm形成した後、ア
ルシン(AsH@)雰囲気中で温度800℃で1〜10
時間の熱処理を行った。さらに、700℃でGaAs単
結晶層2を1μm形成した。本発明に基づ(GaAs/
 Siからなる半導体基板のGaAs単結晶層2内の転
位密度を透過電子線顕微鏡やエッチピット評価法で調べ
たところ、1.10時間の熱処理をした半導体基板のG
 a、A s単結晶2内の転位密度は各々約10’ a
m−” + 10’ Cm−”、であり、従来法に比べ
て約1/10以下に熱処理時間の短縮あるいは1桁以上
の転位密度低減がはかられ、顕著な効果がみられた。
実施例−2: 第1図aに基づき、GaAs/Si  からなる半導体
基板の製造方法に係わる本発明の実施例を示す。
Siの単結晶基板1の裏面に5iaN4膜4をプラズマ
CVD法で約5000^形成した後、Stの単結晶基板
1の上に有機金属気相成長(OMVPE)法によシ、成
長温度400℃程度の低温成長層および700℃程度の
昼温成長層からなる第1中間層3t−1約1.5μm形
成した後、アルシン中で温度800℃で1時間の熱処理
全行った。この後、Ino、x Ga、、As/GaA
sの各々200Xずつの10周期構造からなる歪超格子
層からなる第2中間層3′を形成した。さらに、700
℃でGaAs単結晶層2を1μm形成した。
このように、本発明に基づ< GaAs/ Siからな
る半導体基板のGaAs単結晶層2内の転位密度を透過
電子線顕微鏡やエッチビット評価法で調べたところ、約
3 X 10’ am−”であり、従来法に比べて約1
桁の転位密度低減がはかられ、顕著な効果がみられた。
このように、中間層として、歪み超格子層を用い、本発
明の効果をさらに高めることもできる。
実施例−3: 第1図すに基づき、 GaAs/Siからなる半導体基
板の製造方法に係わる本発明の実施例を示す。
Siの単結晶基板1の上に有機金属気相成長(OMVP
E)法によシ、成長温度400℃程度の低温成長層およ
び700℃程度の高温成長層からなる中間層3およびG
aAs単結晶層2を、総膜厚約3μm形成した後、Ga
As単結晶層2の表面にStow膜5を約1μmt−形
成した。その後、水素雰囲気中で温度800℃で1時間
の熱処理を行った。本発明に基づ< GaAs/Stか
らなる半導体基板のGaAs単結晶層2内の転位密度を
透過電子線顕微鏡やエッチピット評価法で調べたところ
、半導体基板のGaAa単結晶2内の転位密度は各々約
10’ am−”であシ、従来法に比べて約1710以
下に熱処理時間の短縮がはかられ、顕著な効果がみられ
た。
実施例−4: 第1図aに基づき、InP/Siからなる半導体基板の
製造方法に係わる本発明の実施例を示す。Slの単結晶
基板1の裏面に5iaN4膜4をプラズマCVD法で約
3000^形成した後、Stの単結晶基板lの上に有機
金属気相成長(OMVPE)法によシ、成長温度400
℃程度の低温1成長GaAs層および700℃租度の高
温成長GaAs層からなる中間層3を、約1μm形成し
た後、アルシン雰囲気中で温度800℃で1時間熱処理
した。この後、600℃でInP単結晶層2を4μm形
成した後、フォスフイン(Pus)中で温度700℃で
1時間熱処理した。本発明に基づき炸裂したInP/S
tからなる半導体基板のInP単結晶層2内の転位密度
を透過電子線顕微鏡やエッチビット評価法で調べたとこ
ろ、約10 am  であシ、従来法に比べて約1/1
0以下に熱処理時間の短縮がはかられ、顕著な効果がみ
られた。
上記裏面堆積層4あるいは表面堆積層5の材料や膜厚、
熱処理条件などの最適化によシ、さらに高品質な半導体
基板が得られることは言うまでもない。
以上は、単結晶層として、GaAsやInPなどの瓜−
V族化合物半導体材料を用いた場合について説明したが
、InGaAsやInGaAsPなどの三元や四元混晶
材料、Zn5e +ZH8SeなどのII−■族化合物
半導体材料にも同様に適用できる。また、基板結晶とし
てSi単結晶に限らず、Geを始めとする他の単結晶基
板を用いた場合にも適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したようK、本発明に係わる半導体基板の製造
方法は、単結晶基板裏面や単結晶成長層表面への堆積層
を形成した後、温度700〜900℃で熱処理すること
によシ、単結晶内の転位密度を低減をはかるものであシ
、従来法に比べて熱処理時の応力値を高めることができ
、かつ応力緩和を軽減できることから、顕著な効果を発
現でき、1桁以上の転位密度低減や製造時間の短縮をは
かることができるCまた。単結晶層表面に堆積層を形成
した構成においては、熱処理時における単結晶層の熱劣
化防止層としても働くので、熱処理プロセスの簡易化な
どにも有効である。
このようKして、本発明によシ高品質な半導体基板を捷
供でき、これに、よシ、高性能、低価格。
軽量、大口径、高強度の光デバイス、電子デバイスや光
・電子集積回路用の半導体基板として応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図a −cは、本発明に係わる半導体基板の製造方
法に関する基本構成例を示す図、第2図は、本発明に係
わるG aAB/ Siからなる半導体基板の製造方法
に関するcaAs単結晶層内の転位密度低減に及ぼす熱
処理温度および時間の効果を、従来の発明に係わる半導
体基板の製造方法による結果との比較を示す図、 第3図a + bは、従来の発明に係わる半導体基板の
製造方法に関する構成例を示す図、第4図は、従来の発
明に係わるGaAa / Siからなる半導体基板のG
aAs単結晶層内の転位密度低減に熱サイクルアニール
温度および回数の効果を示す図である。 1・・・単結晶基板(Si、Geなど)。 2・・・単結晶成長層(GaAs層 InP、 Zn5
eなど)、3−・・(第1)中間層(GaAs層 In
P、 Zn5eなどの初期成長層)、 3’・・・第2中間層(InGaAs/GaAsなどの
歪超格子層)、4・・・裏面堆積層(SiaN4膜。 CBFg膜など)、

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)SiあるいはGeからなる単結晶基板上に該基板
    とは異種なるIII−V族化合物半導体材料またはII
    −VI族化合物半導体材料で構成される単結晶層を成長
    した半導体基板の製造方法において、該単結晶基板の裏
    面に該基板より熱膨張係数の大きい薄膜材料からなる裏
    面層を堆積させ、700〜900℃の高温度で熱処理す
    る工程を含んでなる ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
  2. (2)SiあるいはGeからなる単結晶基板上に該基板
    とは異種なるIII−V族化合物半導体材料またはII
    −VI族化合物半導体材料で構成される単結晶層を成長
    した半導体基板の製造方法において、該単結晶層表面に
    該単結晶層より熱膨張係数の小さい薄膜材料からなる表
    面層を堆積させ、700〜900℃の高温度で熱処理す
    る工程を含んでなる ことを特徴とする半導体基板の製造方法。
JP32969488A 1988-12-27 1988-12-27 半導体基板の製造方法 Pending JPH02174220A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2801724A1 (fr) * 1999-10-26 2001-06-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dispositif de traitement au plasma et procede de traitement au plasma pour un substrat

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2801724A1 (fr) * 1999-10-26 2001-06-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Dispositif de traitement au plasma et procede de traitement au plasma pour un substrat

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