JPH04162614A - 異種材料接合基板、およびその製造方法 - Google Patents

異種材料接合基板、およびその製造方法

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JPH04162614A
JPH04162614A JP28698690A JP28698690A JPH04162614A JP H04162614 A JPH04162614 A JP H04162614A JP 28698690 A JP28698690 A JP 28698690A JP 28698690 A JP28698690 A JP 28698690A JP H04162614 A JPH04162614 A JP H04162614A
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JP
Japan
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substrate
film
grown
bonded
growth
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JP28698690A
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English (en)
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Kazunori Menda
免田 和典
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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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、電子および光学素子の製造に用いられる、異
種材料が点接合により接合された基板構造、およびその
製造方法に関する。
[従来の技術] 異種材料が接合した基板構造は、通常、基板表面−面に
、基板と異なる材質の膜を形成(成長)することによっ
て得られている。このようなヘテロエピタキシャル成長
膜は、基板と面で接合(面接合)しているので、成長終
了後、成長温度から室温に冷却したとき、成長膜と基板
との格子定数差および熱膨脹係数差に起因して、膜内に
二次元応力が発生し、これが膜内に残留歪(応力)とし
て存在する。この様子を第6A図およびその線■B−V
IBに沿った断面図である第6B図を参照して説明する
と、基板1上に成長した膜2は、基板と面接合部3(第
6B図)で面接合し、成長膜2内には、第6A図に矢印
4.4°で示す方向に二次元残留応力が存在する。
この残留歪(応力)は、ヘテロエピタキシャル成長膜を
用いた電子および光学素子の電気的および光学的特性を
劣化させ、また素子寿命を短くする。
[発明が解決しようとする課題] 従って、本発明の課題は、基板と成長膜との熱膨脹係数
差に起因する残留歪(応力)を緩和した基板構造、およ
びその製造方法を提供することである。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するために、本発明は、基板と成長膜と
を面接合ではなく点接合によって接合するという手段を
講じている。
すなわち、本発明は、成長膜と基板とがそれらの界面に
おいて点接合していることを特徴とする基板構造を提供
する。
例えば、基板は、単元素半導体で構成し、成長膜は、化
合物半導体で構成することができる。
本発明の基板構造は、成長膜の原料を基板と点接触させ
、基板と垂直方向よりも水平方向に大きな速度で膜を成
長させることによって製造できる。
本発明の基板構造を用いて作製された素子も本発明に属
する。
以下、本発明をさらに詳しく説明する。
まず、第1A図およびその線I B−I Bに沿う断面
図である第1B図を参照して、本発明の基板構造を説明
する。これら図に示されているように、本発明の基板構
造は、例えばシリコンのような単元素半導体で構成され
た、基板11を有する。この基板1上には、例えばGa
Asのような化合物半導体で形成された、成長膜12が
形成されている。この成長膜12は、第1B図によく示
されているように、基板11とは、点(または微小スポ
ト)接合部13においてのみ接合している。このように
、本発明の基板構造は、成長膜と、基板とが、全面接合
しているのではなく、点または微小スポット接合してい
るだけなので、従来の構造において成長膜内に存在して
いた二次元応力が緩和・低減される。
このような基板構造は、成長膜の原料を基板と点接触さ
せ、基板と垂直方向よりも水平方向に大きな速度で膜を
成長させる、いわゆるラテラルオーバーグロース法によ
って得ることができる。すなわち、第2図に示すように
、膜が成長しない物質で形成された表面領域21(面積
S、)と膜が成長し得る物質で形成された微小な(スポ
ット)表面領域22(面積S2)とからなる基板11(
但し、S、>>S2)を用い、基板11と垂直方向より
も水平方向に大きな速度で膜が成長する条件で、膜の構
成物質(原料)を基板11上に供給すると、まず、領域
22上にのみ膜成長が開始される。膜成長は、基板11
と垂直方向よりも水平方向に大きな速度で成長する条件
で行なわれているので、膜は、基板11と水平方向に速
く成長し、領域21を覆うようになり(ラテラルオーバ
ーグロース)、第1図に示す構造が得られる(但し、膜
物質と、表面領域21の物質とは結合しない)。
かくして、膜12(面積So)は、微小頭域22でのみ
基板11と接合(So>>52)L、点接合構造が実現
できる。
[実施例コ 以下、本発明を実施例により、より具体的に説明する。
実施例 本実施例では、(110)シリコンウェハを基板として
使用した。シリコン基板は、フッ酸と硝酸との混合液で
エツチングした後、フッ酸水溶液で自然酸化膜を除去し
た。ついで、第3A図およびその線DIB−IIIBに
沿った断面図である第3B図に示すように、化学気相堆
積(CVD)法により、シリコン基板31上に、厚さ約
1000人の5i02膜32を形成し、この5i02膜
32をリソグラフィー技術により、第3A図および第3
B図に示す形状にバターニングした。すなわち、5i0
2膜32に、3μm×3μmの大きさの正方形の窓部(
開口)33を、第4図に示すように[11011および
[001]方位から20度ずれた軸に沿って中心部間隔
200μm隔てて配列するように形成した。
この5i02膜32を有するシリコン基板31上に、有
機金属気相堆積(MOCVD)法により、GaAs薄膜
を成長させた。この薄膜の原料としては、トリメチルガ
リウム(TMGa)およびアルシン(AsH3)を、流
量比(T M G a / A 5H3)30で用いた
。成長温度は、750℃であり、成長時間は、3時間で
あった。
第5A、5B図(ここでは、1つの窓部33の周辺のみ
を示す)に示すように、GaAs成長膜34は、窓部3
3を中心として平面サイズ160μmX30μm1基板
41上での厚さ9μmとなった。その表面を電子顕微鏡
で観察したところ、平坦であった。膜34か、第5A、
5B図に示すような構造となるのは、5i02膜32上
にはGaAsが成長せず、窓部33内のシリコン表面上
にのみ成長し、かつ基板と水平方向の成長速度が垂直方
向のそれよりも大きいためである。
なお、ホトルミネッセンス法を用いて成長膜34を評価
したところ、励起子発光の分裂が観察されなかったこと
から、成長膜の残留歪(応力)が低減されていることが
わかった。
[発明の効果] 以上述べたように、本発明によれば、成長膜と基板との
熱膨張係数差に起因して発生する歪(応力)が緩和され
た、点接合基板構造が提供される。
従って、この基板構造を用いた素子は、上記歪(応力)
による性能劣化や寿命の短縮が軽減される。
また、基板面方位および成長条件を適切に選ぶことによ
り、基板と垂直方向より水平方向において速い成長速度
で成長する条件で膜を成長させることによる、いわゆる
ラテラルオーバーグロース法により、本発明の基板構造
が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の基板構造を示す斜視図、第1B図は
、第1A図の線I B−I Bに沿った断面図、第2図
は、本発明の基板構造における基板を説明するための斜
視図、第3A図は、本発明の基板構造を得るための1実
施例を説明するための斜視図、第3B図は、第3A図の
線IB−mBに沿った断面図、第4図は、第3A図に示
した窓部の配列を説明するための平面図、第5A図は、
本発明の実施例により製造された基板構造を示す斜視図
、第5B図は、第5A図の線VB−VBに沿った断面図
、第6A図は、従来の基板構造を示す斜視図、第6B図
は、第6A図の線VrB−VIBに沿った断面図。 11、21・・・基板、12.34・・・成長膜、13
・・・点接合部第1A @ 第1B図 フ1 jp2図 1.5A図 jP5B図 フ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)成長膜と基板とがそれらの界面において点接合し
    ていることを特徴とする基板構造。
  2. (2)基板が、単元素半導体で構成され、成長膜が、化
    合物半導体で構成されている請求項1記載の基板構造。
  3. (3)請求項1記載の基板構造を有する素子。
  4. (4)成長膜の原料を基板と点接触させ、基板と垂直方
    向よりも水平方向に大きな速度で膜を成長させることを
    特徴とする基板構造の製造方法。
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