JPH0334532A - Semiconductor substrate - Google Patents

Semiconductor substrate

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JPH0334532A
JPH0334532A JP16936589A JP16936589A JPH0334532A JP H0334532 A JPH0334532 A JP H0334532A JP 16936589 A JP16936589 A JP 16936589A JP 16936589 A JP16936589 A JP 16936589A JP H0334532 A JPH0334532 A JP H0334532A
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太刀川 正美
Yoshio Ito
義夫 伊藤
Mitsuru Sugo
須郷 満
Hidefumi Mori
森 英史
Kazuo Imai
和雄 今井
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high-quality semiconductor substrate which is free from defects such as a dislocation and the like by a method wherein an insulating film whose softening point is at a temperature lower than a growth temperature of a III-V compound semiconductor single-crystal layer or a III-V mixed-crystal semiconductor layer is laminated on a substrate, an Si substrate is laminated on the insulating film and a III-V compound semiconductor single-crystal layer or a III-V mixed-crystal semiconductor layer is grown on the Si substrate. CONSTITUTION:A BPSG glass (of a softening temperature at about 350 deg.C) is laminated as an insulating film 2 on an Si substrate (of a coefficient of thermal expansion at 2.5X10<-6> deg.C<-1>) 1 by a plasma CVD method; after that, an Si substrate whose plane orientation is (100) plane is piled up on it; the Si substrate is etched so as to be a thin layer of about 1mum in thickness; an Si layer 3 is manufactured. This Si substrate is set inside an MOCVD apparatus) a GaAs film 4 about 5mm is grown as a III-V compound semiconductor single-crystal layer by a two-stage growth method.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコン基板上にInP、cap、GaASな
どのm−v族化合物半導体単結晶層、或いはGaAs、
GaP、InP等の混晶であるAlGaAs、Gaxl
n+−、p、GaP、As1−。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention provides a method for forming a monocrystalline layer of m-v group compound semiconductor such as InP, cap, GaAS, etc. on a silicon substrate, or a layer of m-v compound semiconductor such as GaAs,
AlGaAs, Gaxl, which is a mixed crystal of GaP, InP, etc.
n+-, p, GaP, As1-.

等のm−v族混晶半導体層を得るためのm−v族化合物
半導体単結晶層、或いはm−v族混晶半導体層とガラス
層等の絶縁層を含む構造を特徴とする半導体基板に関す
る。
Regarding a semiconductor substrate characterized by a structure including an m-v group compound semiconductor single crystal layer for obtaining an m-v group mixed crystal semiconductor layer, or an m-v group mixed crystal semiconductor layer and an insulating layer such as a glass layer. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GaAs、GaP、InP等の化合物半導体単結晶或い
はQaAs、GaP、InP等の混晶であるAlGaA
s、QaX In+−、P、GaP。
Compound semiconductor single crystal such as GaAs, GaP, InP, etc. or AlGaA which is a mixed crystal such as QaAs, GaP, InP, etc.
s, QaX In+-, P, GaP.

A s l−x等の化合物混晶半導体はその優れた特徴
を活かして、高性能、高機能デバイスに利用されつつあ
る。しかし化合物半導体は一般に高価であり、また大面
積の高品質基板結晶を得にくい等の問題点がある。この
ような問題点を克服するための試みとして、安価で、良
質、軽量、大面積なシリコンを基板とし、このシリコン
基板上に化合物半導体単結晶層或いは化合物混晶半導体
層等の化合物半導体を積層し、この化合物半導体層にデ
バイスを製造することが試みられている。
Compound mixed crystal semiconductors such as A s l-x are being utilized for high performance and highly functional devices by taking advantage of their excellent characteristics. However, compound semiconductors are generally expensive and have problems such as difficulty in obtaining large-area, high-quality substrate crystals. In an attempt to overcome these problems, we used cheap, high-quality, lightweight, and large-area silicon as a substrate, and layered compound semiconductors such as a compound semiconductor single crystal layer or a compound mixed crystal semiconductor layer on this silicon substrate. However, attempts have been made to manufacture devices using this compound semiconductor layer.

このようなシリコン基板を用いて化合物半導体基板を製
造する構造は従来より幾つか提案されているが、いまだ
結晶品質の点でバルク結晶に劣るのが現状である。
Although several structures for manufacturing compound semiconductor substrates using such silicon substrates have been proposed in the past, they are still inferior to bulk crystals in terms of crystal quality.

その原因は、m−v族生導体の熱膨張係数と格子定数が
シリコンと異なるためである。特に熱膨張係数差にもと
づく熱応力は10” dyn/cm”以上となり欠陥や
クラックを引起こす主要因となっている。即ち、例えば
成長温度TgでSi基板上に、化合物半導体層として、
例えば、GaAs層を成長させた後、冷却を開始すると
、Si基板の熱膨張係数α1とGaAs0熱膨張係数α
。aAiとの差に基づく応力σ7が発生する。ここでσ
iは次式で表わされる。即ち、 σ7=(αGaAl−αst ) ・(T g −T)
・Ecaas/(1+ l’ )・・・(1) ここでσ、はSi基板とGaAs層との間に働く応力、
α6.A3はGaAsの熱膨張係数、α3目よSi基板
の熱膨張係数、Tgは成長温度、Tは冷却後の温度、ν
はGaASとStの厚さの比と弾性定数の比の積であり
、E GIIAIはGaAsの弾性定数である。
The reason for this is that the thermal expansion coefficient and lattice constant of the m-v group raw conductor are different from those of silicon. In particular, the thermal stress based on the difference in coefficient of thermal expansion is 10"dyn/cm" or more, which is the main cause of defects and cracks. That is, for example, as a compound semiconductor layer on a Si substrate at a growth temperature Tg,
For example, when cooling begins after growing a GaAs layer, the thermal expansion coefficient α1 of the Si substrate and the thermal expansion coefficient α of GaAs0
. A stress σ7 is generated based on the difference from aAi. Here σ
i is expressed by the following formula. That is, σ7=(αGaAl−αst)・(Tg−T)
・Ecaas/(1+l')...(1) Here, σ is the stress acting between the Si substrate and the GaAs layer,
α6. A3 is the thermal expansion coefficient of GaAs, α3 is the thermal expansion coefficient of the Si substrate, Tg is the growth temperature, T is the temperature after cooling, ν
is the product of the ratio of the thicknesses of GaAS and St and the ratio of the elastic constants, and E GIIAI is the elastic constant of GaAs.

この応力σ7はSiとGaAsが密着している限りは不
可避であり、Si基板より薄いGaAs層にクラックや
欠陥を導入させて緩和する。
This stress σ7 is unavoidable as long as Si and GaAs are in close contact with each other, and is alleviated by introducing cracks and defects into the GaAs layer, which is thinner than the Si substrate.

従来より、この問題点を解決するために、m−V族生導
体層と基板との間に熱膨張係数差を緩和する層を入れる
構造が提案されている。
Conventionally, in order to solve this problem, a structure has been proposed in which a layer for reducing the difference in thermal expansion coefficient is inserted between the m-V group raw conductor layer and the substrate.

例えば、■−V族半導体とSiやガラスなどの基板との
間に低融点物質層を介在させる構造がある0本発明と同
一出願人による特開昭62−2669号公報、発明の名
称「太陽電池及びその作製方法」によると、太陽電池層
とSi、ガラスや金属等の基板との間にSn、Ga、I
n等を介在させる構造、或いは太陽電池の代りにGe単
結晶を使いその上にm−v結晶を成長させた構造が示さ
れている。しかし、この方法では、太陽電池層を作製し
てから基板に貼りつけるため、その面積は■−■族基板
の大きさ(例えば直径4インチ以下)に限定されてしま
う。またGe層を貼りつける方法では、GeがSiと比
較して大面積の結晶が通常得られないという理由から、
前述の問題点と同様な問題点がある。
For example, there is a structure in which a low melting point material layer is interposed between a ■-V group semiconductor and a substrate such as Si or glass. According to ``Batteries and Methods for Producing the Same'', Sn, Ga, I
A structure in which n or the like is interposed, or a structure in which a Ge single crystal is used instead of a solar cell and an m-v crystal is grown on it are shown. However, in this method, since the solar cell layer is produced and then attached to the substrate, its area is limited to the size of the ■-■ group substrate (eg, 4 inches or less in diameter). In addition, with the method of pasting a Ge layer, it is generally difficult to obtain crystals with a large area compared to Si.
There are problems similar to those mentioned above.

また他の構造として種類が異なる複数の半導体基材を積
層して一体化する構造がある。特開昭61−18221
5号公報、発明の名称「半導体基板の製造方法」による
と、Si基板上にInP。
Another structure is one in which a plurality of semiconductor substrates of different types are laminated and integrated. Japanese Patent Publication No. 61-18221
According to Publication No. 5, titled "Method for manufacturing semiconductor substrate," InP is formed on a Si substrate.

そのうえにGaAsを隣り合わせにし、鏡面同士を密着
し熱処理して一体化する構造が示されている。この方法
では、隣り合う材料の熱膨張係数差が2X10−’℃刊
になり、かつ接着温度が高々200℃であることから、
熱歪が大幅に緩和されている。しかし、得られる半導体
基板の大きさは■−v族半導体の大きさに限定される上
、GaASより高価なInPを中間に使うことから経済
的な面で問題点が存在する。
Furthermore, a structure is shown in which GaAs is placed next to each other, the mirror surfaces are brought into close contact with each other, and the mirror surfaces are heat-treated and integrated. In this method, the difference in thermal expansion coefficient between adjacent materials is 2X10-'°C, and the bonding temperature is at most 200°C.
Thermal strain is significantly reduced. However, the size of the resulting semiconductor substrate is limited to the size of the ■-v group semiconductor, and there are economical problems because InP, which is more expensive than GaAS, is used in the intermediate layer.

また、特開昭61−219182号公報、発明の名称「
化合物半導体装置の製造方法」にはシリコン基板に高濃
度不純物層を作製し、そのうえにSiをうすく形威し、
さらにm−v族生導体結晶を成長させた後、前記Si基
板を化学的にエツチングして高濃度不純物層でエツチン
グをとめる方法により大面積、軽量な化合物半導体を得
る構造が示されている。しかし、この方法では、シリコ
ン基板が厚い状態で化合物半導体を成長することから、
熱歪低減の効果はなく、化合物半導体の品質を向上させ
る働きはないという明らかな欠点が存在する。
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-219182, the title of the invention “
The manufacturing method for compound semiconductor devices involves creating a highly concentrated impurity layer on a silicon substrate, forming a thin layer of Si on top of it, and
Furthermore, a structure is shown in which a large-area, lightweight compound semiconductor can be obtained by growing an m-v group bioconductor crystal, then chemically etching the Si substrate and stopping the etching with a highly concentrated impurity layer. However, with this method, compound semiconductors are grown on a thick silicon substrate, so
It has the obvious disadvantage that it does not have the effect of reducing thermal strain and does not work to improve the quality of compound semiconductors.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明の目的は、St基板上にクラックや欠陥の無い高
品質なm−v族化合物半導体単結晶層、或いは高品質な
m−v族化合物混晶半導体層を成長させた半導体基板を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate in which a high-quality m-v group compound semiconductor single crystal layer or a high-quality m-v group compound semiconductor mixed crystal semiconductor layer without cracks or defects is grown on an St substrate. There is a particular thing.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

従来の技術が厚いSi基板にm−v族化合物半導体単結
晶層或いはIII−V族混晶半導体結晶層を成長させた
構造であるのに対し、本発明は、基板上に低軟化物質層
と、薄いSi層とを積層した上に所望のm−v族化合物
半導体単結晶層か或いはm−v族混晶半導体結晶層を成
長させた構造、に特徴を有する半導体基板の構成である
While the conventional technology has a structure in which an m-v group compound semiconductor single crystal layer or a III-V group compound semiconductor crystal layer is grown on a thick Si substrate, the present invention has a structure in which a low softening material layer is grown on a thick Si substrate. The structure of the semiconductor substrate is characterized by a structure in which a desired m-v group compound semiconductor single crystal layer or m-v group mixed crystal semiconductor crystal layer is grown on a thin Si layer.

〔作 用〕[For production]

本発明の構成要件は、 (A)基板を上部のIII−V族化合物半導体層(混晶
も含む)と同程度の熱膨張係数とすること、(B)介在
させる接着用の絶縁膜(ガラス層を含む)は、上部のm
−v族化合物半導体の成長温度Tg以下の軟化点をもつ
こと、及び(C)Si層の厚さは、上部のm−v族化合
物半導体層の1/m或いはn(μm)であること、の3
点である。ここで、m、  nの数値は以下の理由から
決定する。即ち、成長装置内で基板、接着用絶縁膜、S
i層及びm−v族化合物半導体層からなる所望の半導体
基板を作製しく成長温度600℃)室温まで降温した場
合、上部のm−v族化合物半導体層に発生する熱応力を
考えると、例えばGaAs層を例として降温によりGa
As中に発生する熱応力σ。1.は、 AsムEsム+ AGIIAIEcansEiiaA*
  (α、i−αGmAm)  ΔT34 h ・・・(2) となる。ここでA 3i+ AGaAsはSt及びGa
As層の厚さ、α、1.α。□はSi及びGaAsの熱
膨張係数、E Si層  EGmAsはSi及びGaA
sの弾性定数、ΔTは成長温度Tgと常温Tとの温度差
である。
The constituent requirements of the present invention are (A) that the substrate has a thermal expansion coefficient comparable to that of the upper III-V compound semiconductor layer (including mixed crystals); (B) that an intervening insulating film (glass layer) is the top m
- It has a softening point below the growth temperature Tg of the V group compound semiconductor, and the thickness of the (C) Si layer is 1/m or n (μm) of the upper m-V group compound semiconductor layer, No. 3
It is a point. Here, the numerical values of m and n are determined for the following reasons. That is, the substrate, the adhesive insulating film, and the S
To prepare a desired semiconductor substrate consisting of an i-layer and an m-v group compound semiconductor layer, for example, considering the thermal stress generated in the upper m-v group compound semiconductor layer when the temperature is lowered to room temperature (growth temperature: 600°C), For example, by decreasing the temperature, Ga
Thermal stress σ generated in As. 1. is Asum Esum+ AGIIAIEcansEiiaA*
(α, i-αGmAm) ΔT34 h (2). Here, A 3i+ AGaAs is St and Ga
Thickness of As layer, α, 1. α. □ is the thermal expansion coefficient of Si and GaAs, E Si layer EGmAs is Si and GaA
The elastic constant of s and ΔT are the temperature difference between the growth temperature Tg and the room temperature T.

AGaAs=5μmとし、σG、A3−5×1O1l 
dyn/cm”の応力では、GaAs中に欠陥が発生し
ないとすれば、Asi”0.8μmの厚さであればよい
ことになる。この計算では、G a A s / Si
が基板に接着されているため反りはないと仮定している
。実際上は5X10” dyn/cm”の応力であれば
欠陥発生をどの程度押えられるかは明確でないが、通常
のG、aAs/Siでは1〜2X109dyn/cm”
の応力が測定されている。
AGaAs=5μm, σG, A3-5×1O1l
With a stress of dyn/cm'', if defects do not occur in GaAs, the thickness of Asi'' should be 0.8 μm. In this calculation, Ga As / Si
It is assumed that there is no warping because it is bonded to the substrate. In reality, it is not clear to what extent a stress of 5X10"dyn/cm" can suppress the occurrence of defects, but for normal G and aAs/Si, it is 1 to 2X109 dyn/cm"
stress has been measured.

また室温付近では、応力が加わったとしても欠陥発生に
至らない。以上の理由で、A、siの数値として2μm
以下と設定することが望ましいわけである。
Further, at around room temperature, even if stress is applied, defects will not occur. For the above reasons, the value of A and si is 2 μm.
It is desirable to set the following.

InPの場合は、同様の計算をすると、3.7μmとな
る。この違いはInPの熱膨張係数がGaAsと比べS
iと近いためである。そのためGaAs  (GaPの
場合も同様である)の場合のA31の数値よりもSiN
の厚さは厚くても良いことになる。
In the case of InP, a similar calculation yields 3.7 μm. This difference is due to the thermal expansion coefficient of InP S compared to GaAs.
This is because it is close to i. Therefore, SiN
The thickness of the film may be thicker.

GaAsなどm−v結晶が上記(5μm)より厚くなる
と(2)式に従ってSiの厚さも厚くても良いことにな
るが実際上は、Si中にクラックが発生するため好まし
くない。従って、Si層の厚さAsiとしては上部の積
層される■−V族化合物半導体層(混晶も含む)の厚さ
の175以下の厚さか、或いは2μm以下と設定するこ
とが望ましいことになる。同様に、特にInPの場合に
は、これらの数値は1/2以下の厚さかあるいは3μm
以下厚さと設定することが望ましいことになる。
If the m-v crystal such as GaAs is thicker than the above (5 .mu.m), the thickness of the Si may also be thicker according to equation (2), but in practice this is not preferable because cracks will occur in the Si. Therefore, it is desirable to set the thickness Asi of the Si layer to 175 or less of the thickness of the upper ■-V group compound semiconductor layer (including mixed crystal), or 2 μm or less. . Similarly, especially in the case of InP, these numbers are less than 1/2 thick or 3 μm thick.
It is desirable to set the thickness as follows.

上記の本発明の構成要件(A)、  (B)、  (C
)もしくはこれらの組み合わせによって所望の半導体基
板を構成することができ、熱応力の緩和された高品質の
m−v族化合物半導体層を得ることができるわけである
Constituent elements (A), (B), (C) of the present invention described above
) or a combination thereof, a desired semiconductor substrate can be constructed, and a high quality m-v group compound semiconductor layer with reduced thermal stress can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明による実施例としての半導体基板の模式
的断面構造図である。1はSi、石英。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor substrate as an embodiment of the present invention. 1 is Si, quartz.

サファイア等の基板、2は絶縁膜であって、BPSGガ
ラス、低融点ガラス、或いは他のSiN等の絶縁層であ
ってもよい。3は(100)面の面方位を有する接着S
S基板を薄層化したSi層であり、4が所望のGaAs
、GaP、InP等のm−v族化合物半導体単結晶層で
ある。
The substrate 2, such as sapphire, is an insulating film, and may be an insulating layer made of BPSG glass, low melting point glass, or other materials such as SiN. 3 is an adhesive S having a (100) plane orientation.
This is a Si layer made by thinning the S substrate, and 4 is the desired GaAs layer.
, GaP, InP, or other m-v group compound semiconductor single crystal layer.

第1図を参照して本発明による実施例を実施例1〜7と
して詳細に説明する。
Examples according to the present invention will be described in detail as Examples 1 to 7 with reference to FIG.

(実施例1) 例えば基板として、Si基板(4インチ、熱膨張係数2
.5X10−’℃−′)1上に絶縁膜2としテ3 i 
o2. Bz Oa+ pg 03からなるBPSGガ
ラス(軟化温度約350℃)をプラズマCVD法により
積層した後、この上に(100)面の面方位を有するS
i基板を重ね、約700’Cに加熱してSi基板1と前
記(100)面を有する81基板とをBPSGガラスを
介して接着した。その後、前記(100)面を有するS
i基板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層化し、
Si層3を作製した。この様にして作製したSi基板を
MOCVDの装置内にセットし、いわゆる二段階成長法
(約400℃の低温成長と約700’Cの高温成長から
なる)により、例えばm−v族化合物半導体単結晶層と
して、GaAs膜4を約5μm成長した。第1図はこの
様にして作製した半導体基板の模式的断面構造図を示す
ものである。
(Example 1) For example, as a substrate, a Si substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2
.. 5X10-'℃-') Insulating film 2 on 1 and Te3 i
o2. After laminating BPSG glass (softening temperature approximately 350°C) consisting of Bz Oa + pg 03 by plasma CVD method, S having a (100) plane orientation is layered on top of this by the plasma CVD method.
The i-substrates were stacked and heated to about 700'C to bond the Si substrate 1 and the 81-substrate having the (100) plane via BPSG glass. Then, S having the (100) plane
The i-substrate was etched to a thickness of about 1 μm,
A Si layer 3 was produced. The Si substrate produced in this way is set in an MOCVD apparatus, and a so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 400°C and high-temperature growth at about 700'C) is used to grow, for example, an m-v group compound semiconductor monolayer. A GaAs film 4 was grown to a thickness of about 5 μm as a crystal layer. FIG. 1 shows a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor substrate manufactured in this manner.

この様にして得られた一例としてのGaAs膜4中の応
力は、ホトルくネッセンスのピーク波長のシフト量から
8 X 10” d y n70m”の引張り応力と見
積もられ、従来のGaAs/Si(引張り応力約2X1
0” dyn/cm” ) に比ヘテ減少していること
が分る。従来のGaAs/Siにおいては、GaAsと
Siの熱膨張係数差から生じる応力が、成長温度と室温
との温度差によるものである。それに対して、本発明に
よる実施例1の場合は、BPSGガラスの軟化温度まで
はBPSGガラスが熱応力を緩和し、軟化温度以下の熱
応力のみが、GaAs膜4中にあるためと考えられる。
The stress in the GaAs film 4 obtained in this way is estimated to be a tensile stress of 8 x 10" d y n70 m" based on the amount of shift of the peak wavelength of the photonsense, and compared to the conventional GaAs/Si ( Tensile stress approximately 2X1
0"dyn/cm"). In conventional GaAs/Si, the stress resulting from the difference in thermal expansion coefficients between GaAs and Si is due to the temperature difference between the growth temperature and room temperature. On the other hand, in the case of Example 1 according to the present invention, it is thought that this is because the BPSG glass relaxes the thermal stress up to the softening temperature of the BPSG glass, and only the thermal stress below the softening temperature is present in the GaAs film 4.

溶融KOHによるエツチングからは、エッチ・ピット密
度(EPD)は約lX10’cm−”と見積もられ、こ
れまで得られているSi基板上のGaAs膜に比べ格段
の膜質の向上が見られた。
Etch pit density (EPD) was estimated to be about 1.times.10'cm-'' from etching with molten KOH, and the film quality was significantly improved compared to GaAs films on Si substrates that have been obtained so far.

本実施例1においてはm−v族化合物半導体単結晶層と
してCaAsの例について述べたが、他の化合物半導体
としてGaP膜を成長させる場合も同様の形成方法を用
いることができ、得られた半導体基板の品質特性も同様
に優れた値が得られている。
In Example 1, an example of CaAs was described as the m-v group compound semiconductor single crystal layer, but a similar formation method can be used when growing a GaP film as another compound semiconductor, and the resulting semiconductor Similarly, excellent values were obtained for the quality characteristics of the substrate.

(実施例2) 例えば基板として、石英基板(厚み300μm。(Example 2) For example, as a substrate, a quartz substrate (thickness: 300 μm) is used.

熱膨張係数0.6X10−”℃−′)1上にBPSGガ
ラス2をプラズマCVD法により積層した後、この上に
(100)面の面方位を有するSi基板を重ね、約70
0℃に加熱して石英基板1と前記(100)面を有する
Si基板とを接着した。その後、前記(100)面を有
するSi基板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層
化し、Si層3を作製した。この様にして作製した石英
基板1上のSi層3をMOCVDの装置内にセットし、
いわゆる二段階成長法(約400℃の低温成長と約70
0℃の高温成長からなる)により、例えば、m−v族化
合物半導体単結晶層としてGaAs膜4を約5μm成長
した。
After laminating BPSG glass 2 on a thermal expansion coefficient of 0.6×10−”℃−′)1 by plasma CVD method, a Si substrate having a (100) plane orientation is layered on top of the BPSG glass 2.
The quartz substrate 1 and the Si substrate having the (100) plane were bonded together by heating to 0°C. Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to form a Si layer 3. The Si layer 3 on the quartz substrate 1 prepared in this way is set in an MOCVD apparatus,
The so-called two-step growth method (low-temperature growth at about 400℃ and growth at about 70℃)
For example, a GaAs film 4 was grown to a thickness of about 5 μm as an m-v group compound semiconductor single crystal layer by high-temperature growth at 0° C.).

この様にして得られた一例としてのGaAs膜4中の応
力は、ホトルミネッセンスのピーク波長のシフト量から
2X10’ dyn/am”の引張り応力と見積もられ
た。溶融KOHによるエツチングからは、エッチ・ピッ
ト密度(E P D)は約I X 10’  Cm−”
と見積もられ、これまで得られているSi基板上のGa
As膜に比べ格段の膜質の向上が見られた。本実施例2
におけるGaAs中の熱応力は、はとんどの基板の厚み
をしめる石英基板lとGaAs膜4との熱膨張係数の違
いにより生じている。基板としてSi(熱膨張係数約2
.5X−”℃−1)を用いている前記実施例1に比べて
、本実施例2ではGaAs  (熱膨張係数約6゜4X
10−’″c−1)との熱膨張係数差の大きい基板石英
(熱膨張係数約0.6X10−6℃−I)を用いている
。そのため、BPSGガラスの軟化点く約350℃〉か
ら室温の温度差による熱応力が大きくなっているものと
考えられる。しかしながら、GaAs層には約400℃
以下において、この応力以下では応力誘起の転位が導入
されることはないため、実施例1と同様にGaAs中の
転位密度は小さいものとなっている。
The stress in the GaAs film 4 thus obtained as an example was estimated to be a tensile stress of 2×10'dyn/am" from the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence.・Pit density (EPD) is approximately I x 10'Cm-"
It is estimated that the Ga on Si substrate obtained so far is
A marked improvement in film quality was observed compared to the As film. Example 2
The thermal stress in GaAs in is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the quartz substrate l, which accounts for the thickness of most substrates, and the GaAs film 4. The substrate is Si (thermal expansion coefficient approximately 2
.. Compared to Example 1, which uses GaAs (thermal expansion coefficient of about 6°C-1), in Example 2 GaAs (thermal expansion coefficient of about 6°C-1) is used.
The substrate uses quartz (thermal expansion coefficient approximately 0.6 x 10-6℃-I), which has a large difference in thermal expansion coefficient from that of BPSG glass (approximately 350℃). It is thought that the thermal stress increases due to the temperature difference between room temperatures.However, the GaAs layer
In the following, stress-induced dislocations are not introduced below this stress, so the dislocation density in GaAs is small as in Example 1.

本実施例2においてはm−v族化合物半導体単結晶層と
してGaAsの例について述べたが、他の化合物半導体
としてGaP膜を成長させる場合も同様の形成方法を用
いることができ、得られた半導体基板の品質特性も同様
に優れた値が得られている。
In Example 2, an example of GaAs was described as the m-v group compound semiconductor single crystal layer, but a similar formation method can be used when growing a GaP film as another compound semiconductor, and the resulting semiconductor Similarly, excellent values were obtained for the quality characteristics of the substrate.

(実施例3) 例えば基板として、サファイア基板(熱膨張係数6.5
X10−”℃−I)l上にBPSGガラス2をプラズマ
CVD法により積層した後、この上に(100)面の面
方位を有するSi基板を重ね、約700°Cに加熱して
前記サファイア基板1と前記(100)面を有するSi
基板とを接着した。
(Example 3) For example, as a substrate, a sapphire substrate (thermal expansion coefficient 6.5
After laminating the BPSG glass 2 on the X10-''°C-I)l by plasma CVD method, a Si substrate having a (100) plane orientation is placed on top of the BPSG glass 2, and heated to about 700°C to form the sapphire substrate. 1 and Si having the (100) plane
The board was glued.

その後、前記(100)面を有するSi基板をエツチン
グにより約1μmの厚みに薄層化してSiN3を作製し
た。この様にして作製した前記サファイア基板1上のS
i層3をMBEの装置内にセットし、いわゆる二段階成
長法(約400℃の低温成長と約650℃の高温成長か
らなる)によりGaAs膜4を約5μm成長した。この
様にして得られたGaAs膜4中の応力は、ホトルミネ
ッセンスのピーク波長のシフト量は検出されず、107
dyn/cm”以下であると見積もられた。
Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to produce SiN3. S on the sapphire substrate 1 produced in this way
The i-layer 3 was set in an MBE apparatus, and a GaAs film 4 of about 5 μm was grown by a so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 400° C. and high-temperature growth at about 650° C.). As for the stress in the GaAs film 4 obtained in this way, no shift amount of the peak wavelength of photoluminescence was detected, and the stress was 107
It was estimated to be less than dyn/cm".

従来のGaAs膜4中の応力はG a A s / S
 iに比べて、やや減少していることが分る。溶融KO
Hによるエツチングからは、エッチ・ビット密度(E 
P D)は約lX10’Cm−”と見積もられた。BP
SG膜を接着層として利用することよる、GaAs膜4
中の転位密度の減少は前記実施例1及び2と同程度であ
る。さらに、GaAsとほぼ等しい熱膨張係数をもつサ
ファイアを基板とする本実施例3では、GaAs膜の応
力も減少していた。
The stress in the conventional GaAs film 4 is GaAs/S
It can be seen that it has decreased slightly compared to i. Melting KO
From etching with H, the etch bit density (E
PD) was estimated to be approximately 1×10'Cm-''. BP
GaAs film 4 by using SG film as adhesive layer
The reduction in dislocation density in the sample is about the same as in Examples 1 and 2. Furthermore, in Example 3 in which the substrate was sapphire, which has a coefficient of thermal expansion almost equal to that of GaAs, stress in the GaAs film was also reduced.

本実施例3においてはm−v族化合物半導体単結晶層と
してGaAsの例について述べたが、他の化合物半導体
としてGaP膜を成長させる場合も同様の形成力法を用
いることができ、得られた半導体基板の品質特性も同様
に優れた値が得られている。
In this Example 3, an example of GaAs was described as the m-v group compound semiconductor single crystal layer, but the same forming force method can be used when growing a GaP film as other compound semiconductors, and the obtained Similarly, excellent values were obtained for the quality characteristics of the semiconductor substrate.

(実施例4〉 基板として、Si基板(4インチ、熱膨張係数2.5X
10−’℃−′)1上にS i O2,B20.、 P
boからなる低融点ガラス2(軟化温度350’c〉を
プラズマCVD法により積層した後、この上に(100
)面の面方位を有するSi基板を重ね、約700℃に加
熱してSi基板1と前記(100)面を有するSi基板
とを接着した。その後、前記(100)面を有するSi
基板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層化し、S
i層3を形成した。この様にして作製したSi基板1上
のSiiN3をMOCVDの装置内にセットし、いわゆ
る二段階成長法(約400℃の低温成長と約7゜0℃の
高温成長からなる)によりGa、As膜4を約5μm成
長した。
(Example 4) As a substrate, a Si substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2.5X
10-'C-') S i O2 on 1, B20. , P
After laminating a low melting point glass 2 (softening temperature 350'c) made of BO (softening temperature 350'c) by plasma CVD method,
) Si substrates having a plane orientation of the (100) plane were stacked and heated to about 700° C. to bond the Si substrate 1 and the Si substrate having the (100) plane. Then, the Si having the (100) plane
The substrate was etched to a thickness of approximately 1 μm, and S
An i-layer 3 was formed. The SiiN3 on the Si substrate 1 prepared in this way was set in an MOCVD apparatus, and a Ga, As film was grown by the so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 400°C and high-temperature growth at about 7°0°C). 4 was grown to about 5 μm.

この様にして得られたGaAs膜4中の応力は、ホトル
ミネッセンスのピーク波長のシフト量から8X10@d
yn/cm”の引張り応力と見積もられ、溶融KOHに
よるエツチングからは、エッチ・ピット密度(E P 
D)は約lX10’cm−”と見積もられ、実施例1と
同様な膜質の向上が見られた。
The stress in the GaAs film 4 obtained in this way is 8X10@d based on the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence.
Etch pit density (E P
D) was estimated to be about 1×10'cm-'', and the same improvement in film quality as in Example 1 was observed.

本実施例4においてはm−v族化合物半導体単結晶層と
してGaAsの例について述べたが、他の化合物半導体
としてGaP膜を成長させる場合も同様の形成方法を用
いることができ、得られた半導体基板の品質特性も同様
に優れた値が得られている。
In Example 4, an example of GaAs was described as the m-v group compound semiconductor single crystal layer, but a similar formation method can be used when growing a GaP film as other compound semiconductors, and the resulting semiconductor Similarly, excellent values were obtained for the quality characteristics of the substrate.

(実施例5) 例えば基板として、Si基板(4インチ、熱膨張係数2
.5X10”℃−1)1上にSiO,、B。
(Example 5) For example, as a substrate, a Si substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2
.. 5X10"C-1) SiO,,B on 1).

Os、PzOsからなるBPSGガラス(軟化温度35
0℃)をプラズマCVD法により積層した後、この上に
(100)面の面方位を有するSi基板を重ね、約70
0℃に加熱してSi基板1と前記(100)面を有する
Si基板とをBPSGガラスを介して接着した。その後
、前記(100)面を有するSi基板をエツチングによ
り約1μmの厚みに薄層化し、Si層3を作製した。こ
の様にして作製したSi基板をMOCVDの装置内にセ
ットし、いわゆる二段階成長法(約400’t:の低温
成長と約700℃の高温成長からなる)によりInPn
層膜約5μm成長した。第1図はこの様にして作製した
半導体基板の構造を示すものである。
BPSG glass consisting of Os, PzOs (softening temperature 35
0℃) by the plasma CVD method, and then a Si substrate with a (100) plane orientation is placed on top of this, and a
The Si substrate 1 and the Si substrate having the (100) plane were bonded to each other via BPSG glass by heating to 0°C. Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to form a Si layer 3. The Si substrate produced in this way was set in an MOCVD apparatus, and InPn was grown using the so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 400't and high-temperature growth at about 700°C).
A layer film of about 5 μm was grown. FIG. 1 shows the structure of a semiconductor substrate manufactured in this manner.

この様にして得られたInP膜4中の応力は、ホトルミ
ネッセンスのピーク波長のシフト量から2X10” d
yn/cm”の引張り応力と見積もられ、従来のInP
/St(引張り応力約1×10’ dyn/cm” )
に比べて減少していることが分る。従来のInP/Si
においては、InPとSiOi膨張係数差から生じる応
力が、成長温度と室温の温度差によるものである。それ
に対して、本発明による実施例5の場合は、BPSGの
軟化温度まではBPSGが熱応力を緩和し、軟化温度以
下の熱応力のみが、InP膜4中にあるためと考えられ
るa Hs P O4+HB rによる工゛ンチングか
らは、エッチ・ピット密度(E P D)は約I X 
10’ cm−”と見積もられ、これまで得られている
Si基基土上InP膜に比べ格段の膜質の向上が見られ
た。
The stress in the InP film 4 obtained in this way is 2X10" d from the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence.
The tensile stress is estimated to be yn/cm”, and the conventional InP
/St (tensile stress approximately 1×10'dyn/cm")
It can be seen that it has decreased compared to . Conventional InP/Si
In this case, the stress resulting from the difference in expansion coefficients between InP and SiOi is due to the temperature difference between the growth temperature and room temperature. On the other hand, in the case of Example 5 according to the present invention, BPSG relaxes the thermal stress up to the softening temperature of BPSG, and it is thought that this is because only the thermal stress below the softening temperature exists in the InP film 4. From processing with O4+HBr, the etch pit density (EPD) is approximately I
It was estimated to be 10'cm-'', and the film quality was significantly improved compared to the InP films on Si-based substrates obtained so far.

(実施例6) 基板として、アルミナ単結晶基板(熱膨張係数4.6X
10−’℃−1)1上にBPSGガラスをプラズマCV
D法により積層した後、この上に(100)面の面方位
を有するSi基板を重ね、約700℃に加熱してアルξ
す単結晶基板1と前記(100)面を有するSi基板と
を接着した。その後、前記(100)面を有するSi基
板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層化し、St
層3を作製した。この様にして作製したアルミナ単結晶
基板l上の5iii3をMOMBEの装置内にセットし
、いわゆる二段階成長法(約350”Cの低温成長と約
550℃の高温成長からなる)によりInP膜を約5μ
mtc長した。この様にして得られたInP膜4中の応
力は、ホトルもネッセンスのピーク波長のシフト量は検
出されず、10’dyn/cm”以下であると見積もら
れた。従来のInP/Siに比べて、InP膜4中の応
力は大きく減少していることが分る。Hz P Oa 
+ HBrによるエツチングからは、エッチ・ピット密
度(E P D)は約lX10’cm−”と見積もられ
た。
(Example 6) As a substrate, an alumina single crystal substrate (thermal expansion coefficient 4.6X
10-'℃-1) Plasma CV of BPSG glass on 1
After laminating by the D method, a Si substrate with a (100) plane orientation is placed on top of this and heated to about 700°C to form an aluminum ξ
The single crystal substrate 1 and the Si substrate having the (100) plane were bonded together. Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching, and the
Layer 3 was created. 5iii3 on the alumina single crystal substrate l prepared in this way was set in the MOMBE equipment, and an InP film was grown using the so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 350"C and high-temperature growth at about 550"C). Approximately 5μ
mtc lengthened. The stress in the InP film 4 obtained in this manner was estimated to be less than 10'dyn/cm'', with no shift in the peak wavelength of either the photons or the neissances detected. In comparison, it can be seen that the stress in the InP film 4 is greatly reduced.Hz P Oa
From + HBr etching, the etch pit density (EPD) was estimated to be approximately 1 x 10'cm-''.

BPSGを介することによる、InP膜の転位密度の減
少は実施例5と同程度である。さらに、InPとほぼ等
しい熱膨張係数をもつアルξす単結晶を基板とする本発
明による実施例6では、InP膜中の応力も減少してい
た。
The reduction in the dislocation density of the InP film through BPSG is about the same as in Example 5. Furthermore, in Example 6 according to the present invention in which the substrate was a single crystal of aluminum having a coefficient of thermal expansion almost equal to that of InP, stress in the InP film was also reduced.

(実施例7) 例えば基板として、石英基板(4インチ、熱膨張係数2
.5xlO−’℃−1)l上に5i02.B2o:+、
pboからなる低融点ガラス(軟化温度350℃)をプ
ラズマCVD法により積層した後、この上に(100)
面の面方位を有するSi基板を重ね、約700℃に加熱
して石英基板1と前記(100)面を有するSi基板と
を接着した。その後、前記(100)面を有するSi基
板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層化し、Si
層3を形成した。この様にして作製した石英基板l上の
Si層3をMOCVDの装置内にセットし、いわゆる二
段階成長法(約350℃の低温成長と約600℃の高温
成長からなる)によりInP膜4を約5μm成長した。
(Example 7) For example, as a substrate, a quartz substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2
.. 5xlO-'°C-1) on 5i02. B2o:+,
After laminating a low melting point glass made of PBO (softening temperature 350°C) by plasma CVD method, (100)
The Si substrates having the plane orientation were stacked and heated to about 700° C. to bond the quartz substrate 1 and the Si substrate having the (100) plane. Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching, and the Si substrate was etched to a thickness of about 1 μm.
Layer 3 was formed. The Si layer 3 on the quartz substrate l prepared in this manner is set in an MOCVD apparatus, and an InP film 4 is grown by a so-called two-step growth method (consisting of low-temperature growth at about 350°C and high-temperature growth at about 600°C). It grew to about 5 μm.

第1図はこの様にして作製した半導体基板の構造を示す
ものである。
FIG. 1 shows the structure of a semiconductor substrate manufactured in this manner.

この様にして得られたInP膜4中の応力は、ホトルミ
ネッセンスのピーク波長のシフト量から4X10” d
yn/cm”の引張り応力と見積もられ、Hs P O
s + HB rによるエツチングからは、エッチ・ピ
ット密度(E P D)は約1×105cm−”と見積
もられ、実施例5と同様な膜質の向上が見られた。
The stress in the InP film 4 obtained in this way is 4X10" d from the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence.
The tensile stress is estimated to be yn/cm”, Hs P O
Etch pit density (EPD) was estimated to be about 1 x 105 cm-'' from etching with s+HBr, and the same improvement in film quality as in Example 5 was observed.

本実施例1〜7以外にもセラ旦ツタ基板、金属基板、ガ
ラス基板、またGe等のSi以外の半導体基板などを用
いたが、同様な優れた結果が得られた。
In addition to Examples 1 to 7, ceramic vine substrates, metal substrates, glass substrates, and semiconductor substrates other than Si such as Ge were used, and similar excellent results were obtained.

また本発明の実施例1〜7では接着用の絶縁膜としてB
PSGガラス或いは低融点ガラスを例として説明したが
一般的な他の絶縁膜でもよく、例えば窒化シリコン膜で
もよい。
Furthermore, in Examples 1 to 7 of the present invention, B was used as an insulating film for adhesion.
Although PSG glass or low melting point glass has been described as an example, other general insulating films may be used, such as a silicon nitride film.

第2図は本発明の別の実施例による半導体基板の模式的
断面構造図である。即ち、1は3i、石英、サファイア
等の基板、2は絶縁膜であってBPSGガラス、低融点
ガラス、或いは他のSiN膜等の絶縁層でもよい。3は
(100)面の面方位を有する接着Si基板を薄層化し
たSt層であり、5が所望のGaAs、GaP、InP
等の混晶としてのAlGaAs、Ga、I nl−Xp
、GaPxAs+−x等のm−v族混晶半導体層である
FIG. 2 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor substrate according to another embodiment of the present invention. That is, 1 is a substrate made of 3i, quartz, sapphire, etc., and 2 is an insulating film, which may be an insulating layer made of BPSG glass, low melting point glass, or another SiN film. 3 is an St layer formed by thinning an adhesive Si substrate with a (100) plane orientation, and 5 is a desired GaAs, GaP, InP layer.
AlGaAs, Ga, I nl-Xp as a mixed crystal such as
, GaPxAs+-x, or the like.

第2図を参照して本発明によるさらに別の実施例を実施
例8〜11として説明する。
Still other embodiments of the present invention will be described as Examples 8 to 11 with reference to FIG.

(実施例8〉 例えば基板として、Si基板(4インチ、熱膨張係数2
.5xlO−’℃−′)1上に3i0z、Bi12、P
tO,からなるBPSGガラス2(軟化温度約350℃
)をプラズマCVD法により積層した後、この上に(1
00)面の面方位を有するSi基板を重ね、約700℃
に加熱してSi基板1と前記(100)面を有するSi
基板とをBPSGガラス2を介して接着した。その後、
前記(100)面を有するSi基板をエツチングにより
約1μmの厚みに薄層化し、St層3を作製した。
(Example 8) For example, as a substrate, a Si substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2
.. 5xlO-'℃-') 3i0z, Bi12, P on 1
BPSG glass 2 consisting of tO (softening temperature approximately 350°C
) was laminated by plasma CVD method, and then (1
00) plane orientation and heated to approximately 700°C.
The Si substrate 1 and the Si having the (100) plane are heated to
The substrate was bonded via BPSG glass 2. after that,
The Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to form the St layer 3.

この様にして作製したSi基板をMOCVDの装置内に
セットし、いわゆる二段階成長法(約400℃の低温成
長と約700℃の高温成長からなる)により、QaxI
nk−XP (X=0.5)膜5を約5μm成長した。
The Si substrate produced in this way was set in an MOCVD apparatus, and QaxI
An nk-XP (X=0.5) film 5 was grown to a thickness of about 5 μm.

第2図はこの様にして作製した半導体基板の模式的断面
構造図を示すものである。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor substrate manufactured in this manner.

この様にして得られたGa、In、−XP膜5中の応力
は、ホトルミネッセンスのピーク波長のシフト量から8
XI Q’ dyn/cm”の引張り応力と見積もられ
、従来のGaX ln、−8P/Si(引張り応力約2
X10” dyn/cm” ) に比べて減少している
ことがわかる。従来のGa、In+−xP/Siにおい
ては、Qa、t I n+−x PとStO熱膨張係数
差から生じる応力が、成長湯度と室温との温度差による
ものである。それに対して、本発明による実施例8の場
合には、BPSGの軟化温度まではBPSG2が熱応力
を緩和し、軟化温度以下の熱応力のみが、QaX r 
nl−、P膜5中にあるためと考えられる。溶融KOH
による)エツチングからは、エッチ・ビット密度(EP
D)は約lX10’cm−”と見積もラレ、コレまで得
られているSi基板上のQaX I nl−XP膜に比
べ格段の膜質の向上が見られた。
The stress in the Ga, In, -XP film 5 obtained in this way is calculated by 8 from the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence.
The tensile stress of the conventional GaX ln, -8P/Si (tensile stress of about 2
It can be seen that this decreases compared to X10"dyn/cm"). In conventional Ga, In+-xP/Si, the stress generated from the difference in thermal expansion coefficient between Qa, t I n+-x P and StO is due to the temperature difference between the growth temperature and room temperature. On the other hand, in the case of Example 8 according to the present invention, BPSG2 relaxes the thermal stress up to the softening temperature of BPSG, and only the thermal stress below the softening temperature is QaX r
This is considered to be because it is in the nl-, P film 5. molten KOH
Etch bit density (EP)
D) was estimated to be approximately 1×10'cm-'', and a marked improvement in film quality was observed compared to the QaX I nl-XP film on the Si substrate that had been obtained up to this point.

本実施例8においてはm−v族混晶半導体としてQaX
I n+−x Pの例について述べたが、他の混晶系と
してAJGaAs、GaP、ASI−31膜を成長させ
る場合にも同様の形成方法を用いることができ、得られ
た半導体基板の品質特性も同様に優れた値が得られてい
る。
In Example 8, QaX is used as the m-v group mixed crystal semiconductor.
Although the example of I n+-x P has been described, a similar formation method can be used to grow AJGaAs, GaP, and ASI-31 films as other mixed crystal systems, and the quality characteristics of the obtained semiconductor substrate Similarly, excellent values were obtained.

(実施例9) 例えば基板として、石英基板(厚み300μm。(Example 9) For example, as a substrate, a quartz substrate (thickness: 300 μm) is used.

熱膨張係数0.6xlO−’℃−1)1上にBPSGガ
ラス2をプラズマ・CVD法により積層した後、この上
に(100)面の面方位を有するSi基板を重ね、約7
00℃に加熱して前記石英基板lと前記(100)面を
有するSi基板とを接着した。
After laminating BPSG glass 2 on a thermal expansion coefficient of 0.6
The quartz substrate I and the Si substrate having the (100) plane were bonded together by heating to 00°C.

その後、前記(100)面を有するSi基板をエツチン
グにより約1μmの厚みに薄層化し、Si層3を形成し
た。この様にして作製した石英基板1上の5i基板をM
OCVDの装置内にセットし、いわゆる二段階成長法(
約400℃の低温成長と約700℃の高温成長からなる
)によりGaX1n r−XP (X = 0− 5 
)膜5を約5um成長した。
Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to form a Si layer 3. The 5i substrate on the quartz substrate 1 prepared in this way is
It is set in the OCVD equipment and used in the so-called two-step growth method (
GaX1n r-XP (X = 0-5
) Film 5 was grown to a thickness of about 5 um.

この様にして得られたGax  I nI−x P膜5
中の応力は、ホトルミネッセンスのピーク波長のシフト
量から2xlQ’ dyn/cm”の引張り応力と見積
もられた。断面電子顕微鏡(TEM)による転位観察よ
り、転位密度は約I X 10’ cm−”と見積もら
れ、これまで得られているSi基板上のGaxIn、X
p膜に比べ、格別の膜質の向上が見られた。本実施例9
におけるQaXln+−xP中の熱応力は、はとんどの
基板の厚みをしめる石英基板lとQaXI nI−x 
P膜5との熱膨張係数の違いにより生じている。基板と
してSi(熱膨張係数約2.5X10−’℃−′)を用
いている実施例8に比べて、本実施例9ではGaウ I
n1−+1P(熱膨張係数約6.4X10−’℃−1)
との熱膨張係数差の大きい基板石英(熱膨張係数約0.
6XIO−’℃−1)を用いている。そのため、BPS
G膜の軟化点(約350℃)から室温の温度差による熱
応力が大きくなっているものと考えられる。
Gax I nI-x P film 5 obtained in this way
The stress inside was estimated to be a tensile stress of 2xlQ'dyn/cm'' from the amount of shift in the peak wavelength of photoluminescence. From dislocation observation using a cross-sectional electron microscope (TEM), the dislocation density was approximately I x 10' cm- ”, and the GaxIn, X
A remarkable improvement in film quality was observed compared to the p-film. Example 9
The thermal stress in QaXln+-xP at quartz substrate l and QaXInI-x
This is caused by a difference in thermal expansion coefficient from the P film 5. Compared to Example 8, in which Si (thermal expansion coefficient of approximately 2.5×10-'°C-') was used as the substrate, in this Example 9, Ga substrate was used.
n1-+1P (thermal expansion coefficient approximately 6.4X10-'℃-1)
Substrate quartz with a large difference in thermal expansion coefficient (thermal expansion coefficient of about 0.
6XIO-'°C-1) is used. Therefore, BPS
It is thought that the thermal stress due to the temperature difference between the softening point of the G film (approximately 350° C.) and room temperature is increased.

しかしながら、GaX I J−、P膜には約400℃
以下において、この応力以下では応力誘起の転位が導入
されることはないため、実施例8と同様にGaXI n
l−X P中の転位密度は小さいものとなっている。
However, the temperature of about 400°C for GaX I J-, P film is
In the following, since stress-induced dislocations are not introduced below this stress, GaXI n
The dislocation density in l-XP is small.

本実施例9においてはm−v族混晶半導体としてGa、
I nl−x Pの例について述べたが、他の混晶系と
してAllGaAs、GaP、A31−X膜を成長させ
る場合にも同様の形成方法を用いることができ、得られ
た半導体基板の品質特性も同様に優れた値が得られてい
る。
In this Example 9, Ga is used as the m-v group mixed crystal semiconductor.
Although the example of Inl-xP has been described, a similar formation method can be used to grow AllGaAs, GaP, and A31-X films as other mixed crystal systems, and the quality characteristics of the obtained semiconductor substrate Similarly, excellent values were obtained.

(実施例10) 例えば基板として、サファイア基板(熱膨張係数6.5
X10−’℃−1)1上にBPSGガラス2をプラズマ
CVD法により積層した後、この上に(100)面の面
方位を有するSi基板を重ね、約700℃に加熱して前
記サファイア基板lと前記(100)面を有するSi基
板とを接着した。
(Example 10) For example, as a substrate, a sapphire substrate (thermal expansion coefficient 6.5
After laminating a BPSG glass 2 on X10-'°C-1) 1 by plasma CVD, a Si substrate having a (100) plane orientation is placed thereon and heated to about 700°C to form the sapphire substrate l. and the Si substrate having the (100) plane were bonded together.

その後、前記(100)面を有する31基板をエツチン
グにより約1μmの厚みに薄層化してSi層3を作製し
た。この様にして作製したサファイア基板1上のSt層
3をMBEの装置内にセットし、いわゆる二段階成長法
(約400℃の低温成長と約650℃の高温成長からな
る)によりGaX1n1−、p膜5を約5μm成長した
。この様にして得られたcaz 1 nl−X Pli
5中の応力は、ホトルミネッセンスのピーク波長のシフ
ト量は検出されず、10’dyn/cm”以下であると
見積もられた。従来のGa、In、−ウP/Siに比べ
て、Qa、1 nl−x P膜5中の応力はやや減少し
ていることがわかる。TEMによる転位密度の観察結果
からは、転1位密度は約I X 10’ cm−”と見
積もられた。このG a z I n I−M P膜の
転位密度の減少は実施例8及び9と同程度である。さら
に、Ga、l I nl−、Pとほぼ等しい熱膨係数を
もつサファイアを基板とする本実施例10では、Ga工
In、、P膜の応力も減少していた。
Thereafter, the 31 substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching to form the Si layer 3. The St layer 3 on the sapphire substrate 1 prepared in this way was set in an MBE apparatus, and GaX1n1-, p Film 5 was grown to a thickness of about 5 μm. caz 1 nl-X Pli obtained in this way
No shift in the peak wavelength of photoluminescence was detected, and the stress in 5 was estimated to be less than 10'dyn/cm''. , 1 nl-x It can be seen that the stress in the P film 5 is slightly reduced. From the results of observing the dislocation density by TEM, the dislocation 1-position density was estimated to be about I x 10'cm-''. The reduction in dislocation density of this G az I n I-MP film is about the same as in Examples 8 and 9. Furthermore, in Example 10, in which the substrate was sapphire, which has a coefficient of thermal expansion almost equal to that of Ga, l I nl-, P, the stress in the Ga-In, P film was also reduced.

本実施例10においてはm−v族混晶半導体としてGa
、l nl−、Pの例について述べたが、他の混晶系と
してAjlGaAs、GaPg ASt−を膜を成長さ
せる場合にも同様の形成方法を用いることができ、′得
られた半導体基板の品質特性も同様に優れた(直が得ら
れている。
In Example 10, Ga is used as the m-v group mixed crystal semiconductor.
, lnl-, and P, but a similar formation method can be used to grow films of other mixed crystal systems such as AjlGaAs and GaPgASt-, and the quality of the obtained semiconductor substrate can be improved. The characteristics are also excellent (direction has been obtained).

(実施例11) 基板として、Si基板(4インチ、熱膨張係数2.5X
10−’℃−1)1上にS i O2,B、 O,、p
bOからなる低融点ガラス2(軟化温度350’C)プ
ラズマCVD法により積層した後、この上に(100)
面の面方位を有するSi基板を重ね、約700℃に加熱
してSi基基板上前記(100)面を有するSi基板と
を接着した。その後、前記(100)面を有するSi基
板をエツチングにより約1μmの厚みに薄層化してSt
層3を形成した。この様にして作製したSi基板l上の
、Si基板をMOCVDの装置内にセットし、いわゆる
二段階成長法(約400℃の低′/MLrli、長と約
700℃の高温成長からなる)によりGaX I nl
−Xp膜5を約5μm成長した。
(Example 11) As a substrate, a Si substrate (4 inches, thermal expansion coefficient 2.5
10-'℃-1) S i O2,B, O,,p on 1
After laminating low melting point glass 2 made of bO (softening temperature 350'C) by plasma CVD method, (100)
The Si substrates having the plane orientation were stacked and heated to about 700° C. to bond the Si substrate having the (100) plane onto the Si base substrate. Thereafter, the Si substrate having the (100) plane was thinned to a thickness of about 1 μm by etching, and St.
Layer 3 was formed. The Si substrate prepared in this way was set in an MOCVD apparatus, and the so-called two-step growth method (consisting of low/MLrli and long growth of about 400°C and high temperature growth of about 700°C) was performed. GaX I nl
-Xp film 5 was grown to a thickness of about 5 μm.

この様にして得られたGaウ In、−XP膜膜中中応
力は、ホトルミネッセンスのピーク波長のシフト量から
8X10” dyn/cm”の引張り応力と見積もられ
、TEMによる転位密度観察からは、転位密度は約I 
X 10’ cm−”と見積もられ、実施例8と同様な
膜質の向上が見られた。
The stress in the Ga-In,-XP film obtained in this way is estimated to be a tensile stress of 8 x 10"dyn/cm" from the shift amount of the peak wavelength of photoluminescence, and from the dislocation density observation by TEM. , the dislocation density is about I
X 10'cm-'', and the same improvement in film quality as in Example 8 was observed.

本実施例11においてはm−v族混晶半導体としてGa
X In1−x Pの例について述べたが、他の混晶系
としてAlGaAs層 膜を成長させる場合にも同様の形成方法を用いることが
でき、得られた半導体基板の品質特性も同様に優れた値
が得られている。
In Example 11, Ga is used as the m-v group mixed crystal semiconductor.
Although the example of XIn1-xP has been described, a similar formation method can be used to grow an AlGaAs layer as another mixed crystal system, and the quality characteristics of the obtained semiconductor substrate are also excellent. value is obtained.

本実施例8〜11以外にもセラミック基板、金属基板、
ガラース基板、またGe等のSi以外の半導体基板など
を用いたが、同様な結果が得られた。
In addition to Examples 8 to 11, ceramic substrates, metal substrates,
Similar results were obtained using a glass substrate or a semiconductor substrate other than Si such as Ge.

また、GaX In、−xPの異なる組成(x=0゜0
5.0.1,0.3.0.6,0.7)においても同様
な結果かえられ、他の三元系混晶としての例えばAlG
aAs層 の例えばGa1nPAsなどの組成においても同様な結
果が得られた。
In addition, different compositions of GaX In, -xP (x = 0°0
Similar results were obtained for other ternary mixed crystals such as AlG
Similar results were obtained for the composition of the aAs layer, such as Ga1nPAs.

本発明による実施態様を述べると以下の通りである。即
ち、本発明は、 Si上に成長するm−v族化合物半導体単結晶層もしく
はm−v族混晶半導体層において、基板上に、前記m−
v族半導体単結晶層もしくは■V族混晶半導体層の成長
温度以下の温度に軟化点を有する絶縁膜を積層し、さら
に前記絶縁膜の上にSi基板を積層し、前記Si基板の
上にm−v族化合物半導体単結晶層もしくはm−v族混
晶半導体層を成長させた構造を特徴とする・半導体基板
であり、 或いは前記絶縁膜の軟化点が400℃以下であることを
特徴とする半導体基板であり、或いは前記Si基板とし
て、積層される前記■−■族化合物半導体単結晶層もし
くはm−v族混晶半導体層の厚さの115以下の厚さか
あるいは2μm以下の厚さのSi基板を用いることを特
徴とする半導体基板であってもよく、 さらに具体的には前記m−v族化合物半導体単結晶層が
GaAs1i、GaP層、InP層の内のいずれかであ
ることを特徴とする半導体基板であってもよく、 或いはまた前記m−v族化合物半導体単結晶層がGaA
s層かGaP層のいずれかであることを特徴とする半導
体基板であってもよく、さらに具体的には、前記m−v
族化合物半導体単結晶がInP層であって、前記Si基
板として、前記InP層の厚さの1/2以下の厚さかあ
るいは3μm以下の厚さのSi基板を用いることを特徴
とする半導体基板であってもよく、 或いはまた前記m−v族混晶半導体層がAlGaAs層
か、GalnP層か、GaPAs層の三元系混晶もしく
はGa1nPAsliの四元系混晶のうち、いずれか1
項によって形成されることを特徴とする半導体基板に関
するものである。
The embodiments according to the present invention are described below. That is, the present invention provides an m-v group compound semiconductor single crystal layer or an m-v group mixed crystal semiconductor layer grown on Si.
An insulating film having a softening point at a temperature below the growth temperature of the V group semiconductor single crystal layer or the V group mixed crystal semiconductor layer is laminated, a Si substrate is further laminated on the insulating film, and a Si substrate is laminated on the Si substrate. A semiconductor substrate characterized by a structure in which an m-v group compound semiconductor single crystal layer or an m-v group mixed crystal semiconductor layer is grown, or characterized in that the softening point of the insulating film is 400°C or less or a semiconductor substrate having a thickness of 115 or less than the thickness of the ■-■ group compound semiconductor single crystal layer or m-v group mixed crystal semiconductor layer to be laminated, or a thickness of 2 μm or less as the Si substrate. The semiconductor substrate may be characterized by using a Si substrate, and more specifically, the m-v group compound semiconductor single crystal layer may be any one of GaAs1i, GaP layer, and InP layer. Alternatively, the m-v group compound semiconductor single crystal layer may be GaA.
The semiconductor substrate may be either an S layer or a GaP layer, and more specifically, the m-v
A semiconductor substrate characterized in that the group compound semiconductor single crystal is an InP layer, and the Si substrate has a thickness of 1/2 or less of the thickness of the InP layer or 3 μm or less. Alternatively, the m-v group mixed crystal semiconductor layer may be any one of an AlGaAs layer, a GalnP layer, a ternary mixed crystal of a GaPAs layer, or a quaternary mixed crystal of Ga1nPAsli.
The present invention relates to a semiconductor substrate characterized in that it is formed by:

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、熱膨張係数差に起因する応力を低軟化
温度のガラスに吸収されるため、例えばm−v族化合物
半導体単結晶層或いはm−v族混晶半導体結晶層内には
熱応力にともなう転位等の欠陥のない高品質のm−v族
化合物半導体単結晶層或いはm−v族混晶化合物半導体
層が得られる。
According to the present invention, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient is absorbed by the glass having a low softening temperature, so that heat is absorbed in the m-v group compound semiconductor single crystal layer or the m-v group mixed crystal semiconductor crystal layer. A high quality m-v group compound semiconductor single crystal layer or m-v group mixed crystal compound semiconductor layer free of defects such as dislocations caused by stress can be obtained.

また、基板としても、ガラス、金属、セラミックス、単
結晶基板等を用いることができるため、安価、大面積な
m−v族化合物半導体単結晶層を含む半導体基板或いは
m−v族混晶半導体基板を得ることができるなど、その
効果は大きいものがある。
In addition, since glass, metal, ceramics, single crystal substrates, etc. can be used as the substrate, it is possible to use an inexpensive, large-area semiconductor substrate containing an m-v group compound semiconductor single crystal layer or an m-v group mixed crystal semiconductor substrate. Its effects are significant, such as the ability to obtain

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

第1図は本発明による実施例としての半導体基盤の模式
的断面構造図である。 第2図は本発明による実施例としての別の半導体基板の
模式的断面構造図である。 1・・・基板(St、サファイア、石英等〉2・・・絶
縁膜/ガラス層/BPSG膜3・・・St層 ←・・m−v族化合物半導体単結晶層 5・・・m−v族混晶化合物半導体層
FIG. 1 is a schematic cross-sectional structural diagram of a semiconductor substrate as an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structural diagram of another semiconductor substrate as an example according to the present invention. 1... Substrate (St, sapphire, quartz, etc.) 2... Insulating film/glass layer/BPSG film 3... St layer ←... m-v group compound semiconductor single crystal layer 5... m-v group mixed crystal compound semiconductor layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)Si上に成長するIII−V族化合物半導体単結晶
層もしくはIII−V族混晶半導体層において、基板上、
前記III−V族化合物半導体単結晶層もしくはIII−V族
混晶半導体層の成長温度以下の温度に軟化点を有する絶
縁膜を積層し、前記絶縁膜の上にSi基板を積層し、前
記Si基板の上にIII−V族化合物半導体単結晶層もし
くはIII−V族混晶半導体層を成長させた構造を特徴と
する半導体基板。
(1) In a III-V group compound semiconductor single crystal layer or a III-V group mixed crystal semiconductor layer grown on Si, on the substrate,
An insulating film having a softening point at a temperature lower than the growth temperature of the III-V group compound semiconductor single crystal layer or the III-V group mixed crystal semiconductor layer is laminated, a Si substrate is laminated on the insulating film, and the Si substrate is laminated on the insulating film. A semiconductor substrate characterized by a structure in which a III-V group compound semiconductor single crystal layer or a III-V group mixed crystal semiconductor layer is grown on the substrate.
(2)前記絶縁膜の軟化点が400℃以下であることを
特徴とする前記請求項1記載の半導体基板。
(2) The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the insulating film has a softening point of 400° C. or lower.
(3)前記Si基板として、積層される前記III−V族
化合物半導体単結晶層もしくはIII−V族混晶半導体層
の厚さの1/5以下の厚さかあるいは2μm以下の厚さ
のSi基板を用いることを特徴とする前記請求項1もし
くは前記請求項2の内、いずれか1項記載の半導体基板
(3) The Si substrate has a thickness of 1/5 or less of the thickness of the III-V group compound semiconductor single crystal layer or the III-V group mixed crystal semiconductor layer to be laminated, or a thickness of 2 μm or less. The semiconductor substrate according to any one of claims 1 and 2, characterized in that:
(4)前記III−V族化合物半導体単結晶層がGaAs
層、GaP層、InP層の内のいずれかであることを特
徴とする前記請求項1もしくは前記請求項2の内、いず
れか1項記載の半導体基板。
(4) The III-V compound semiconductor single crystal layer is made of GaAs.
3. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is one of a layer, a GaP layer, and an InP layer.
(5)前記III−V族化合物半導体単結晶層がGaAs
層かGaP層のいずれかであることを特徴とする前記請
求項3記載の半導体基板。
(5) The III-V compound semiconductor single crystal layer is made of GaAs.
4. The semiconductor substrate according to claim 3, wherein the semiconductor substrate is either a GaP layer or a GaP layer.
(6)前記III−V族化合物半導体単結晶層がInP層
であつて、前記Si基板として、前記InP層の厚さの
1/2以下の厚さかあるいは3μm以下の厚さのSi基
板を用いることを特徴とする前記請求項1もしくは前記
請求項2の内、いずれか1項記載の半導体基板。
(6) The III-V compound semiconductor single crystal layer is an InP layer, and the Si substrate is a Si substrate having a thickness of 1/2 or less of the thickness of the InP layer or 3 μm or less. The semiconductor substrate according to claim 1 or claim 2, characterized in that:
(7)前記III−V族混晶半導体層がAlGaAs層か
、GaInP層か、GaPAs層の三元系混晶もしくは
GaInPAs層の四元系混晶のうち、いずれか1項に
よつて形成されることを特徴とする前記請求項1乃至3
の内、いずれか1項記載の半導体基板。
(7) The III-V group mixed crystal semiconductor layer is formed of an AlGaAs layer, a GaInP layer, a ternary mixed crystal of a GaPAs layer, or a quaternary mixed crystal of a GaInPAs layer. Claims 1 to 3 are characterized in that:
The semiconductor substrate according to any one of the following.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018137431A (en) * 2017-01-24 2018-08-30 エックス−ファブ・セミコンダクター・ファウンダリーズ・アーゲー Semiconductor substrate and method for producing semiconductor substrate

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