JPH05206026A - 半導体基板の形成方法 - Google Patents

半導体基板の形成方法

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JPH05206026A
JPH05206026A JP1213292A JP1213292A JPH05206026A JP H05206026 A JPH05206026 A JP H05206026A JP 1213292 A JP1213292 A JP 1213292A JP 1213292 A JP1213292 A JP 1213292A JP H05206026 A JPH05206026 A JP H05206026A
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JP
Japan
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layer
thermal expansion
gaas
room temperature
expansion coefficient
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Withdrawn
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JP1213292A
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English (en)
Inventor
Eiji Yamaichi
英治 山市
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Si層とGaAs層とからなる2層半導体基
板を、GaAs層中の転位密度が106 cm-2以下とな
るように形成すること。 【構成】 Si基板上にSiよりも熱膨張係数の大きい
GaAs層を形成し、このGaAs層の上に、熱膨張係
数が大きいGaSb層またはCaF2 層を形成する。そ
の後室温まで冷却した後GaSb層またはCaF2 層を
エッチング除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体基板の形成方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】Si(シリコン)基板上にGaAs層を
成長させた、いわゆるハイブリッド基板を形成すること
ができれば、従来にない大面積のGaAs基板が得られ
るばかりでなく、Siが有する特徴とGaAsが有する
特徴とを生かした興味ある半導体が期待できる。このた
め、これまでも、Si基板上にGaAs層を成膜する種
々の方法が試みられている。
【0003】Si基板上にGaAs層を設けた場合に、
このGaAs層に生ずる引張り応力に関する研究データ
が、文献1(ジャパニーズ ジャーナル オブ アプラ
イドフィジックス(Jpn.J.Appl.Phys)
Vol.27,No.10(1988))に掲載されて
いる。この文献 には、このGaAs層の引張り応力は
GaAs層の成長温度に無関係におこること、350℃
以上の温度では、応力を緩和するために、層内で転位が
動いたり、新たに転位が発生すること、および350℃
以下では、GaAs層単独では層内で転位が動いたり、
また新たな転位も発生しなくなることが報告されてい
る。という。
【0004】しかし、Si基板上にGaAs層を成長さ
せた場合、SiおよびGaAsの持つそれぞれの熱膨張
係数が異なるため、この成長後に得られた2層構造の試
料を成長温度から室温に戻した場合、GaAs層に強い
引張り応力が加わる。このため、GaAs層内に転位
(Dislocation)が発生する。
【0005】従って、成長温度の下においてGaAsの
成長層内の転位が、如何に減少されていたとしても、G
aAs層の成長後の試料の冷却過程で上述のようなメカ
ニズムによって転位が発生するので、成長層の品質は低
下してしまうことになる。
【0006】この事実に関しては、文献2:アプライド
フィジックス レターズ(Appl.Phys.Le
tt).56(22)2225(1990)に、成長温
度の800℃前後における転位密度が104 cm-2程度
であっても、成長後の冷却過程において転位が発生し
て、転位密度は106 cm-2程度となってしまうと記さ
れている。
【0007】GaAs層中の転位密度が高くなってしま
うのを回避する方法がこれまでも提案されている。例え
ば、 成長層に対して900℃前後の温度で繰り返しアニー
ルを行う方法が、例えば文献3:Appl.Phys.
Lett.50.pp31(1987)および文献4:
Appl.Phys.Lett.51.pp130(1
987)に開示されている。 また、シリコン基板上に、いったんInGaAs/G
aAs等を用いた歪超格子を成長させ、さらにその上に
GaAs層を成長させる方法が、例えば文献:App
l.Phys.Lett.46,pp294(198
5)に開示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの成長方法においても、半導体基板の転位密度
を106 cm-2以下にすることは非常に困難である。
【0009】そこで、この発明の目的は、互いに熱膨張
係数の異なる2層構造の半導体基板における、転位密度
が低くなるようにした半導体基板の形成方法を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】(a)下層としての第1
層上に、室温より高い温度で、該第1層よりは熱膨張係
数が大きい材料で第2層を上層として成膜して2層構造
体を得る工程と、(b)該2層構造体に対しアニールを
行う工程と、(c)その後、前記第2層上に、室温より
高い温度で、該第2の材料より熱膨張係数が大きい材料
で第3層成膜して、3層構造体を得る工程と、(d)そ
の後、該第3層構造体を室温まで冷却する工程と、
(e)冷却された前記3層構造体の前記第3層をエッチ
ング除去して2層構造体基板とする工程とを含むことを
特徴とする。
【0011】さらに、好ましくは第1層の材料をシリコ
ン(Si)とし、第2層の材料をガリウム・砒素(Ga
As)とし、および第3層をガリウム・アンチモン(G
aSb)もしくはフッ化カルシウム(CaF2 )とする
のがよい。
【0012】
【作用】この発明の構成によれば、第1層上に、この第
1層よりも熱膨張係数の大きい材料の第2層を成長さ
せ、さらに第2層の上に第2層より熱膨張係数が大きい
材料で第3層を成長させる。これら第2および第3層の
成長を室温より高い温度下で行い、第3層の成長後は、
得られた構造体を室温まで冷却させる。この冷却時にお
いて、第2層の熱膨張係数が第1層より小さい場合は、
第2層に引張り応力が生じるが、第2層より熱膨張係数
が大きい第3層を第2層の上に積層してあるので、この
第3層により第2層が第1層から受ける引張り応力を減
少させる。その結果冷却過程において生じる第2層中の
転移の密度を減少させることができる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例を
説明する。
【0014】なお、以下の説明中で述べる、使用材料お
よび時間、温度、膜厚などの数値的条件は、この発明の
範囲内の好適例にすぎない。従って、この発明がこれら
の条件にのみ限定されるものではない。
【0015】図1の(A)〜(C)は、この発明の半導
体基板の形成方法を説明するための工程図である。
【0016】この説明によれば、下層として第1層10
上に、室温より高い温度で、第1層10よりは熱膨張係
数が大きい材料で上層としての第2層12を形成する。
その結果、2層構造体14を得る(図1の(A))。こ
の実施例では第1層をSi基板10とし、このSi基板
10上に第2層としてGaAs層12をGaSbの融点
712℃以下(ここでは650℃)で成長させる。
【0017】なお、ここでいう2層構造体14は上層で
ある第2層12が所定の設計上の膜厚となる前の状態を
も含む意味である。従って、所要に応じ、この第2層1
2は1回の成長で形成してもよく、あるいは複数回の成
長に分けて形成してもよい。
【0018】このGaAs層12の成長は、MOCVD
法(有機金属化合物による気相成長法)により、通常用
いられている成長条件で行い、GaAs層12の厚さを
約3μmとする。
【0019】次に、この2層構造体14に対しをアニー
ルを行う。このアニールはGaAs層12の成長の過程
か、成長後に数回行う。この実施例ではアニールをアル
シンガス中で、温度900℃で3分間おこなう。なお、
前述の文献2によれば、この熱サイクルアニールにより
GaAs層の転位密度は10-4cm-2程度にまで下がる
という。
【0020】次に、この第2層上に、この実施例では、
この第3層16の材料として、Siより熱膨張係数の大
きい材料、例えばGaSb、CaF2 などを用いるのが
好適である。ここではGaSbを適当な厚さだけ成長さ
せている。このときの成長温度は第2層としてGaAs
層を成長させたときの温度と同じ650℃とする。
【0021】次に、この第3層16の成膜後、3層構造
体18を室温にまで冷却する。
【0022】このように、第2層のGaAs層12は、
熱膨張係数が大きい第3層のGaSb層16によって上
層が覆われているので、冷却時に第1層10の熱膨張係
数の小さいSi層によって引張り応力が生じるが、第3
層のGaSb層16によって引張り応力を減少すること
ができる。このため、第3層16の成長温度から室温へ
の冷却過程においてGaAs層12に発生する、例えば
10-9dyne/cm2 以上と思われる引張り応力が減
少し、従って、この冷却過程でGaAs層12中に発生
する転位密度は大幅に減少する。
【0023】次に、このようにして室温にまで冷却され
た3層構造体18の第3層をエッチング除去する。この
第3層のGaSb層16をエッチングして取り除けば、
上層をGaAs層12とし、下層をSi基板とした半導
体基板20を得ることができる(図1の(C))。上述
した形成方法によれば、この半導体基板20の上層12
中の転位密度は106 cm-2以下の小さい値に抑えるこ
とができる。
【0024】なお、室温に到達した後、GaSb層16
を取り除けば、再びGaAs層12に引張り応力が発生
することが懸念されるが、室温で発生する引張り応力
は、転位が発生する臨界応力よりもはるかに小さいた
め、GaAs層に転位は発生しない。この発明は上述し
た実施例にのみ限定されるものではなく、多くの変形ま
たは変更を行い得ることは明らかである。例えば第1
層、第2層および第3層に用いる材料は、上述した材料
のみに限定されるものではないことは明らかである。
【0025】
【発明の効果】上述した説明で明らかなように、この発
明によれば、第1層上に、これとは熱膨張係数の大きい
材料の第2層を成長させ、この第2層より熱膨張係数が
大きい第3層を成長させた後、成長温度から室温まで冷
却する。この冷却過程において第2層に生ずる引張り応
力は、第3層が設けてあるため、この第3層の機能によ
り第2層の引張り応力を減少してやることができる。結
果として第2層に発生する転位密度を106 cm-2以下
という小さい転位密度に抑えることができる。
【0026】このようにして室温にまで冷却した後、第
3層をエッチング除去することによって、所望の高品質
の半導体基板を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は、実施例の工程図である。
【符号の説明】
10:第1層(シリコン層) 12:第2層(GaAs層) 14:2層構造体 16:第3層(GaSb層) 18:3層構造体 20:半導体基板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)下層としての第1層上に、室温より
    高い温度で、該第1層よりは熱膨張係数が大きい材料で
    第2層を上層として成膜して2層構造体を得る工程と、 (b)該2層構造体に対しアニールを行う工程と、 (c)その後、前記第2層上に、室温より高い温度で、
    該第2の材料より熱膨張係数が大きい材料で第3層成膜
    して、3層構造体を得る工程と、 (d)その後、該第3層構造体を室温まで冷却する工程
    と、 (e)冷却された前記3層構造体の前記第3層をエッチ
    ング除去して2層構造体基板とする工程とを含むことを
    特徴とする半導体基板の形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の第1層の材料をシリコ
    ン(Si)とし、第2層の材料をガリウム・砒素(Ga
    As)とし、および第3層をガリウム・アンチモン(G
    aSb)もしくはフッ化カルシウム(CaF2 )とする
    ことを特徴とする半導体基板の形成方法。
JP1213292A 1992-01-27 1992-01-27 半導体基板の形成方法 Withdrawn JPH05206026A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7306675B2 (en) * 2001-05-18 2007-12-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor substrate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 19990408