JPH0473930A - ヘテロエピタキシャル成長用基板 - Google Patents

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、ヘテロエピタキシャル成長用基板に関し、例
えばＳｉ基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させる
場合におけるＳｉ基板のようなヘテロエピタキシャル成
長用基板に関する。

一灸困二垣迷一 例えば、ＧａＡｓ等の化合物半導体は、Ｓｉの半導体で
は実現できない種々の特徴を備えており、光あるいは高
速デバイスに対する需要は大きい。これに対し、ＧａＡ
ｓウェハに関する大きな問題点は価格が非常に高いとい
うこと、また完全結晶の作成が困難であること、しかも
機械的強度が小さく、もろいために大面積化が難しいと
いう点にある。

このような状況下で、Ｓｉ基板上にＧａＡｓをエピタキ
シャル成長させる技術が注目されているが、従来のヘテ
ロエピタキシャル成長用基板は、Ｓｉを例にとるとその
表面は機械加工の最終工程が表面のミラーポリッシング
加工であることを反映して全面が鏡面になっている。こ
のような基板にこの基板とは異なる物質であるＧａＡｓ
をヘテロエピタキシャル成長させた場合、室温での３１
の格子定数はａ、、　＝５．４３０９人、ＧａＡｓの格
子定数はａａａａｇ＝５、６５３３人と、ＧａＡｓと３
１との間には格子定数の差が約４％もあり、また熱膨張
係数が違うことにより内部応力が発生する。この内部応
力がエピタキシャル膜固有の臨界値を越える場合にはエ
ピタキシャル膜にクラック等の欠陥が導入されることが
ＪＡｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、６４（１２）　１５　Ｄｅｃ　
１９８８　Ｐ６７２７−６７３２に報告されている。

この格子不整合を緩和するために、Ｓｉ基板に１０”　
〜１０”ｃｍ−”程度のＳｉもしくは１０’　〜１０”
ｃｍ−”程度の酸素を加速エネルギ−５０〜３００ｋｅ
Ｖ程度でイオン注入し、４００〜７００℃程度の熱処理
を施して、基板表面近傍に格子欠陥層を形成する方法が
特開昭６３−１９２２２７号公報に示されている。この
手法はＳｉ基板表面近傍に上記の方法で格子欠陥層を表
面全体もしくは選択的に形成し、その部分で３１基板に
欠陥を導入して格子不整合による転位を吸収するもので
ある。

が　゛しようとする課 上記したように、表面全体が鏡面になっている基板の上
にヘテロエピタキシャル膜を成長させた場合、前記基板
と前記ヘテロエピタキシャル膜とでは、格子定数、熱膨
張係数が異なることに起因して内部応力が発生し、クラ
ックが生じる。

また基板表面近傍に格子欠陥層を形成する上記手法では
、基板とエピタキシャル膜との間の格子不整合は緩和さ
れるものの、ヘテロエピタキシャル膜の成長時の温度か
ら室温まで冷却する際に、基板とエピタキシャル膜との
熱膨張係数が異なることによって生じる内部応力を解消
することはできず、この内部応力に起因してヘテロエピ
タキシャル膜に転位、クラック等の欠陥が導入されると
いう課題があった。

本発明は上記した課題に鑑み発明されたものであって、
従来のヘテロエピタキシャル成長用基板に改良を施し、
成長の際のクラックの発生を防止することができるヘテ
ロエピタキシャル成長用基板を提供することを目的とし
ている。

課　を”するための　ＦＩ′Ｌ 上記目的を達成するために本発明に係るヘテロエピタキ
シャル成長用基板は、異なる材料のエピタキシャル成長
をその上に行なわせるためのヘテロエピタキシャル成長
用基板において、該基板の表面周辺部に１５００〜１０
０００人程度の凹凸が形成されていることを特徴として
いる。

凹 上記した構成のヘテロエピタキシャル成長用基板の上に
ヘテロエピタキシャル膜を成長させた場合、基板表面の
周辺部の凹凸が形成された荒れた面上では良好なヘテロ
エピタキシャル成長は行なわれず、転位等が多数導入さ
れ結晶性の悪いヘテロエピタキシャル膜となる。しかし
ながらこの結晶性の悪い領域では転位が多数存在するた
め内部応力は緩和されている。また転位同士の相互作用
により、転位は動きにくい状態になっている。

一方クラックはヘテロエピタキシャル膜の端面を出発点
として、転位が集合することによって中央部に進んでい
（性質がある。したがって本発明に係るヘテロエピタキ
シャル成長用基板上にヘテロエピタキシャル膜を成長さ
せた場合、ヘテロエピタキシャル膜の端面近傍では転位
により内部応力が緩和され、さらにこれら転位が動きに
くくなっているためクラックが発生しない。

また基板の中央部は鏡面であるので良好なヘテロエピタ
キシャル成長が行なわれ、品質の良いヘテロエピタキシ
ャル構造が得られる。

更に本発明に係る基板は基板表面を加工するだけである
のであらゆるヘテロエピタキシャル構造に適応が可能で
ある。

！施舅 以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

第３図（ａ）（ｂ）に示したように［１１０］方向に２
°オフした直径２インチの（００１）Ｓｉ基板１０の表
面の中央部にマスク１５を形成し、周辺部だけを露出さ
せてサンドブラスト処理を施し、Ｓｉ基板１０表面の周
辺部に３ｍｍ幅で１５００〜１００００人程度の凹凸１
１を形成した（第３図ｆｃ）（ｄ））。尚凹凸１１の幅
は３ｍｍに限定されるものではなく、１〜５ｍｍ幅程度
であれば差し支えない。Ｓｉ基板１０に凹凸１１を形成
する方法としてはサンドブラスト処理の代わりに、ＫＯ
Ｈによるケミカルエツチング処理を施しても同様の効果
を得ることができる。

上記した方法により加工されたＳｉ基板１０上に、Ｇａ
ＡｓをＭＯＣＶＤ法により７６Ｔｏｒｒの雰囲気で、基
板温度４５０℃の条件下、２００人の厚さの第１層を成
長させ、その後基板温度を７５０℃に上昇させて３μｍ
の厚さの第２層を成長させた。第１図（ａ）（ｂ）に示
したようにＳｉ基板１０周辺部の凹凸１１が形成された
荒れた領域の上に成長したＧａＡｓ膜１２ａには多数の
転位が含まれており、これら転位により内部応力が緩和
され、また転位同士の相互作用により転位が動けず、ク
ラックは発生しなかった。一方Ｓｉ基板１０の表面中央
部の鏡面の部分の上に成長したＧａＡｓ膜１２の結晶性
は良好なものであった。

多数の試料についてＳｉ基板１０表面の周辺部の凹凸１
１の大きさとクラックの本数との関係について調べた結
果を第４図に示した。

これは上記した方法と同様の方法でＳｉ基板１０表面周
囲に形成する凹凸１１の粗さだけを変えて作成したヘテ
ロエピタキシャル膜のクラックの本数を数えたものであ
る。この図から分かるように、Ｓｉ基板１０表面の周囲
に形成した凹凸１１の粗さが１５００人〜１００００人
の範囲でクラックが発生しなかった６ 本発明は上記したヘテロエピタキシャル膜の形成方法お
よび材料に限定されるものではなく、他の材質のヘテロ
エピタキシャル膜を他の製法で成長させるときにも同様
に本発明に係る基板を使用することができる。

工藍画 従来のように全鏡面で［１１０］方向に２°オフした直
径２インチの（００１）Ｓｉ基板１０上に実施例と同じ
方法でＧａＡｓをエピタキシャル成長させたところ、第
２図（ａ）に示したようにＳｉ基板１０の周囲で１ｃｍ
あたり約４０本のクラック１３がＧａＡｓ膜１２に発生
した。

及■二急上 以上の説明により明らかなように、本発明に係るヘテロ
エピタキシャル成長用基板によれば、該基板の上に成長
するヘテロエピタキシャル膜にクラックの発生がなくな
るので、例えばＳｉ基板上にＧａＡｓをエピタキシャル
成長させたものに作成するデバイスの特性、歩留りを向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係るヘテロエピタキシャル成長
用基板を用いてＧａＡｓを成長させた場合の平面図、第
１図（ｂ）は断面図、第２図（ａ）は従来のヘテロエピ
タキシャル成長用基板を用いた場合の平面図、第２図（
ｂ）は断面図、第３図（ａ）〜（ｄ）はエピタキシャル
成長用基板表面の処理手順を説明するための図であり（
ａ）は処理前の平面図、（ｂ）は処理前の断面図、（Ｃ
）は処理後の平面図、（ｄ）は処理後の断面図、第４図
は基板表面の周囲に形成した凹凸の粗さとＧａＡｓ膜に
発生したクラックの本数との関係を示したグラフである
。 １０・・・Ｓｉ基板 （ヘテロエピタキシャル成長用基板） １１・・・凹凸 特許出願人　：　住友金属工業株式会社代理人　　　：
　弁理士　　弁内　龍二第４図 第３図 周囲め徂之（ム） 転

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）異なる材料のエピタキシャル成長をその上に行な
   わせるためのヘテロエピタキシャル成長用基板において
   、該基板の表面周辺部に１５００〜１００００Å程度の
   凹凸が形成されていることを特徴とするヘテロエピタキ
   シャル成長用基板。