JPH07273029A - 化合物半導体基板 - Google Patents

化合物半導体基板

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JPH07273029A
JPH07273029A JP6064939A JP6493994A JPH07273029A JP H07273029 A JPH07273029 A JP H07273029A JP 6064939 A JP6064939 A JP 6064939A JP 6493994 A JP6493994 A JP 6493994A JP H07273029 A JPH07273029 A JP H07273029A
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JP
Japan
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compound semiconductor
film
silicon substrate
substrate
stress
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Withdrawn
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JP6064939A
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English (en)
Inventor
Akiyoshi Tachikawa
昭義 立川
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板表面にエピタキシャル成長させ
た化合物半導体層の素子形成領域の転位密度を低減した
化合物半導体基板を提供すること。 【構成】 シリコン基板10表面に化合物半導体層11
をエピタキシャル成長させた化合物半導体基板1におい
て、前記シリコン基板裏面に、絶縁膜や窒化膜などの膜
2を格子状またはストライプ状に形成したこと化合物半
導体基板。 【効果】 化合物半導体層11の膜2の端部に位置する
部分に歪みが生じ、この歪み部分に転位が集中し、その
他の部分の転位密度を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板表面に化
合物半導体層をエピタキシャル成長させた化合物半導体
基板に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体基板は、その上に形成され
る素子の性能が優れ、高速動作や高周波域での動作が可
能なこと、また、発光デバイスへの利用など、近年その
需要が多くなっている。しかし化合物半導体単体での基
板は、6〜8インチさらには12インチといった大口径
化が達成されているシリコン基板と比較し、その大きさ
が未だ3〜4インチ程度と小さく、その上に形成される
デバイスの量産性に欠けるものである。
【0003】そこで、注目されているのが、シリコン基
板上に、エピタキシャル成長法によって化合物半導体層
を成長させた化合物半導体基板である。このようにシリ
コン基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長される
ことでその大口径化を行うことが可能となる。
【0004】しかしながら、シリコン単結晶基板上に化
合物半導体層を成長させた化合物半導体基板は、化合物
半導体エピタキシャル層に、通常、108 cm-2程度の
高い転位欠陥が存在する。この転位欠陥は、基板に形成
されるデバイスの各素子に悪影響を与えるため、このよ
うに高い転位密度のある化合物半導体基板をそのまま使
用することはできない。この転位欠陥は貫通転位などと
称され、シリコン単結晶と化合物半導体との格子定数の
違い、および熱膨張係数の不整合によって発生する。
【0005】そこで、この転位欠陥の密度を低減させる
手法として、例えば、図5に示すように、シリコン基板
10の表面に化合物半導体であるGaAs層11をエピ
タキシャル成長させ、さらにその上に部分的にSiO2
膜12を形成し、これを熱アニールすることによって、
SiO2 膜12の下のGaAs層11に部分的な応力を
加え、この応力が最も大きく加わるSiO2 膜12の端
部のGaAs部分に転位を移動、集中させ、他の部分で
の転位を減少させる方法がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うに素子を形成するGaAs層表面にSiO2 膜を形成
した場合、素子形成の際の妨げになり好ましくない。ま
た、転位の集中する部分は、SiO2 膜の端部のみで、
他の部分では転位密度が低減されるものの、SiO2
が形成されている部分ではその下全面に応力が少なから
ず加わることになり、GaAs層に結晶欠陥をもたらす
恐れがある。
【0007】そこで、本発明の目的は、シリコン基板表
面に化合物半導体層をエピタキシャル成長させた化合物
半導体基板において、化合物半導体層への素子形成の妨
げとならず、素子形成領域の転位密度を低減した化合物
半導体基板を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
の本発明は、シリコン基板表面に化合物半導体層をエピ
タキシャル成長させた化合物半導体基板において、前記
シリコン基板裏面に、前記シリコン基板との間で応力が
生じる膜を部分的に形成したことを特徴とする化合物半
導体基板である。
【0009】また本発明は、前記応力が生じる膜は、前
記シリコン基板の<110>方向に水平あるいは垂直な
格子状に形成したことを特徴とする化合物半導体基板で
あり、また、前記応力が生じる膜は、前記シリコン基板
の<110>方向に水平あるいは垂直なストライプ状に
形成したことを特徴とする化合物半導体基板である。
【0010】
【作用】上述のように構成された本発明の化合物半導体
基板は、化合物半導体層をエピタキシャル成長させるシ
リコン基板の裏面に、シリコン基板との間で応力が生じ
る膜を、部分的に形成することで、シリコン基板裏面か
ら応力を加え、この応力が生じる膜の端部の部分に対面
したシリコン基板表面上の化合物半導体層に局部的な歪
みを形成し、この基板を熱アニールすることで、この歪
み部分に化合物半導体層の転位を移動、集中させること
によって、その他の部分の転位密度を減少させる。
【0011】本発明において、応力が生じる膜を格子状
またはストライプ状に形成することで、その格子または
ストライプの間隔を素子形成領域の大きさにあわせるこ
とによって、素子形成領域に不要な応力が加わることが
ない。
【0012】
【実施例】以下、本発明による一実施例を添付した図面
を参照して説明する。
【0013】図1は、本発明を適用した化合物半導体基
板の裏面の平面図であり、図2は図1におけるA−A線
での断面図(図示する場合には、上が表面)である。な
お、図5と同一の機能の部材には同一付号を付した。
【0014】本実施例の化合物半導体基板1は図示する
ように、単結晶シリコン基板10表面にGaAs層11
を公知のエピタキシャル成長法、例えばMOCVD法や
分子線エピタキシー法、MOMBE法などが挙げられる
が、本実施例ではMOCVD法により得られたシリコン
基板上にGsAsをエピタキシャル基板させたものであ
る。
【0015】具体的には、減圧MOCVD法を用いて、
まず、シリコン基板をH2 、AsH3 雰囲気中で、85
0℃以上の高温で表面化処理を施し、TMGおよびAs
H3を原料として供給して、400℃にて、シリコン基
板上に単結晶GaAsを成長させるのに必要なバッファ
層(図示せず)を200〜500Å程度成長させ、その
後、700℃まで昇温して、単結晶GaAs層11を約
3μmエピタキシャル成長させる。
【0016】さらにシリコン基板10裏面に、SiO2
膜2をLPCVD法や、熱CVD法などによって膜厚
0.3〜0.5μm形成し、このSiO2 膜2をフォト
リソグラフィーおよびエッチングによって、例えばこの
化合物半導体基板1に形成されるトランジスタなどのゲ
ート間隔と等しい間隔Lで、SiO2 膜の幅W3〜10
μmの格子状のSiO2 膜2としたものである。なお、
上記では、SiO2 膜2より先にGaAs層を形成して
いるが、先にSiO2 膜2をシリコン基板全面に形成
し、その後、GaAs層11のエピタキシャル成長を行
い、SiO2 膜2をエッチングして格子状にしてもよ
い。
【0017】この格子状のSiO2 膜2は、シリコン基
板10上に形成するGaAs層11の転位欠陥を減少さ
せるためのもので、このSiO2 膜2によって、GaA
s層中に両者の熱膨張係数差により応力の強弱をつくり
だし、転位の移動速度の差をつくることによって、転位
をトランジスタなどの能動素子形成領域外のところに集
中させて、実質的に素子形成領域部分の転位を減少させ
るものである。なお、SiO2 膜2の膜厚が約0.3μ
mのときが1992年春季応用物理学会において発表さ
れており、それによると膜厚を約0.3μm以上に厚く
してもあまり効果はなく、応力はGaAs層にかかるよ
りもSiO2 膜2の方に欠陥が発生するなどにより、吸
収されてしまうため、不必要に厚くしても効果はない。
それよりも格子状のパターンをシリコン基板10の結晶
方位<110>方向に、水平および垂直な方向とするこ
とで、より効果的に転位の集中を起こさせることができ
る。これは、転位が(111)面上を移動するため、シ
リコン基板からGaAsに伸びる転位は、シリコン基板
状の<110>方向に向かって移動しやすいためであ
る。
【0018】このようにして形成された化合物半導体基
板1は、図3に示すように、SiO2 膜2のある部分に
応力が加わり、SiO2 膜2のない部分とで、シリコン
基板に加わる力に差が生じ、SiO2 膜2の端部で、シ
リコン基板10とその表面に形成されているGaAs層
1にわずかながら歪み部分3が生じる。なお、図3は図
1のにおけるSiO2 を形成した部分の応力による歪み
を概念的に表した部分拡大断面図である。
【0019】このため、この基板1を850〜900℃
の熱アニールを行うことで、歪み部分3にGaAs層1
1内の転位が移動し、歪みの生じている部分3に集中
し、歪みのない部分では、転位が減少する。
【0020】上記実施例における格子状のSiO2
は、上記のほか、格子間隔Lを、例えば素子を形成する
チップの大きさとし、幅Wはスクライブライン(ダイシ
ングライン)の幅と同じにすることで、素子形成領域内
の転位を減少させ、さらに、素子形成領域には不要な応
力を加えることがなく、この裏面に設けたSiO2 膜2
の応力によるGaAs層11の結晶欠陥の発生を防ぐこ
とができる。
【0021】また、格子状の他に、図4に示すように、
ストライプ状に形成することによっても転位密度の減少
した領域を作ることが可能である。なお、ストライプ状
に形成する場合には、図示すようなオリエンテーション
フラットに対して垂直方向以外に、水平方向であっても
よい。すなわち、シリコン基板の<110>方向に水平
または垂直とすると効果的に転位を集中させて、素子形
成領域の転位を減少させることができる。
【0022】上記実施例においては、化合物半導体層と
してGaAs層をエピタキシャル成長させたものである
が、GaAsの他に、InP、AlGaAs、InGa
As、GaP、AlGaP、InGaP、InAlAs
などの化合物半導体をシリコン基板上に形成した化合物
半導体基板において、好適に実施することができる。
【0023】なお、本発明において、シリコン基板裏面
に格子状またはストライプ状に形成するシリコン基板と
の間で、応力を生じる膜としては、SiO2 のような酸
化膜、SiNのような窒化膜、多結晶シリコンやアモル
ファスシリコンのような単結晶シリコンと結晶性が異な
るシリコン膜、さらに、W、Ti、Moなどのような金
属などであり、シリコン基板と線膨脹係数や体膨脹係数
が異なり、シリコン基板との間で応力を生じ、部分的な
力が加わるものであれば特に限定されるものではない
が、それを形成するためのプロセスの容易さや素子形成
に与える影響を考慮した場合、上記実施例のようにSi
2 のような酸化膜、またはSiNのような窒化膜が好
ましい。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物半
導体基板は、化合物半導体を成長させるシリコン基板裏
面に部分的にシリコン基板との間で応力を生じる膜を形
成し、これにより化合物半導体層内に生じた局所的な歪
みを発生させ、アニール時における転位の移動速度を部
分的に変化させることにより、転位を集中させたため、
素子形成の際に化合物半導体層表面には素子形成に障害
となるものは一切存在せず、かつ素子形成領域において
は転位密度が減少されているので、素子形成に好適な基
板となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適応した一実施例の基板裏面の平面
図である。
【図2】 図1中のA−A線での断面図である。
【図3】 応力による歪みを説明するための部分拡大断
面図である。
【図4】 本発明を適応した他の実施例の基板裏面の平
面図である。
【図5】 従来の化合物半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
1…化合物半導体基板、 2…SiO2 膜(応力を生じる膜)、 3…歪み部分、 10…シリコン基板、 11…GaAs層(化合物半導体層)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板表面に化合物半導体層をエ
    ピタキシャル成長させた化合物半導体基板において、 前記シリコン基板裏面に、前記シリコン基板との間で応
    力が生じる膜を部分的に形成したことを特徴とする化合
    物半導体基板。
  2. 【請求項2】 前記応力が生じる膜は、前記シリコン基
    板の<110>方向に水平および垂直な格子状に形成し
    たことを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体基
    板。
  3. 【請求項3】 前記応力が生じる膜は、前記シリコン基
    板の<110>方向に水平あるいは垂直なストライプ状
    に形成したことを特徴とする請求項1に記載の化合物半
    導体基板。
JP6064939A 1994-04-01 1994-04-01 化合物半導体基板 Withdrawn JPH07273029A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8592677B2 (en) 2010-10-04 2013-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Substrate, solar cell including the substrate, and method of manufacturing the same
WO2020196179A1 (ja) * 2019-03-27 2020-10-01 東京エレクトロン株式会社 成膜装置、成膜方法、および成膜システム

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US8592677B2 (en) 2010-10-04 2013-11-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Substrate, solar cell including the substrate, and method of manufacturing the same
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Effective date: 20010605