JPH07249555A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH07249555A
JPH07249555A JP3730794A JP3730794A JPH07249555A JP H07249555 A JPH07249555 A JP H07249555A JP 3730794 A JP3730794 A JP 3730794A JP 3730794 A JP3730794 A JP 3730794A JP H07249555 A JPH07249555 A JP H07249555A
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JP
Japan
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semiconductor
substrate
semiconductor device
compound semiconductor
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JP3730794A
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English (en)
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Hiroshi Wada
浩 和田
Takeshi Kamijo
健 上條
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GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJIYO
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJIYOUHOU SHIYORI KAIHATSU KIKO
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJIYO
GIJUTSU KENKYU KUMIAI SHINJIYOUHOU SHIYORI KAIHATSU KIKO
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱歪みによる影響を低減し、プロセスの制御
性を良くし、歩留まりの高い半導体装置及びその製造方
法を提供する。 【構成】 異種半導体基板を直接接着させることにより
作製される半導体装置において、異種半導体基板の内の
一方のSi基板1上に形成される化合物半導体の多結晶
層からなる歪吸収層2と、この歪吸収層2上に接合され
るもう一方の半導体基板であるInP層5/GaInA
sP層4が積層された化合物半導体多層基板6とを設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、異なる半導体材料を集
積一体化することにより作製される半導体装置及びその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の半導体装置としては、I
nPとSiのような異種半導体材料の集積一体化を実現
するために、基板を直接接着させる技術を用いている
(例えば、既に、本願出願人にかかる特願平4−240
565号として提案している)。この基板の直接接着
は、まず、接着させようとしている両基板の表面を洗浄
処理した後、基板の鏡面同士を接触させ、450〜70
0℃程度の温度で熱処理を施すことによって実現され
る。
【0003】この方法によれば、異種半導体基板上の結
晶成長技術によって得られる半導体単結晶より、格子欠
陥の少ない結晶を得ることが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異種半
導体基板は異なる熱膨張係数を持つので、熱処理を行う
ことにより、熱歪みがかかり、基板の一部にクラックが
生じたり、部分的に基板が剥がれるなどの現象が起こ
り、プロセスの制御性が良くないという問題があった。
【0005】本発明は、以上述べた熱歪みによる影響を
低減し、プロセスの制御性を良くし、歩留まりの高い半
導体装置及びその製造方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、異種半導体基板を直接接着させることに
より作製される半導体装置において、前記異種半導体基
板の内の一方の半導体基板上に形成される化合物半導体
の多結晶層からなる歪吸収層と、この歪吸収層上に接合
されるもう一方の半導体基板である化合物半導体多層基
板とを設けるようにしたものである。
【0007】また、異種半導体基板を直接接着させるこ
とにより作製される半導体装置の製造方法において、接
着される両半導体基板の少なくとも一方の表面に化合物
半導体の多結晶層からなる歪吸収層を形成する工程と、
この歪吸収層の表面及びもう一方の化合物半導体多層基
板の表面処理を行う工程と、その表面処理を施された面
を直接接着させる工程とを施すようにしたものである。
【0008】
【作用】本発明によれば、例えば、図1に示すように、
Si基板1上に低温で成長させた多結晶歪吸収層2を形
成した後に、別途用意したInP基板3上にInP層5
/GaInAsP層4が形成された化合物半導体多層基
板6と直接接着するようにしたので、SiとInPの熱
膨張係数の違いによる熱歪みによる影響を低減させ、か
つ、接着工程に必要な熱処理の温度を下げることができ
る。
【0009】これにより、クラックや剥がれのない高歩
留まりの接着プロセスが可能となり、また、処理温度の
低温化により、予め作りつけてあるデバイスの特性劣化
の少ない、良質な異種半導体集積型デバイスを作製する
ことができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施例を示
す半導体装置の製造工程断面図である。ここでは、一つ
の例として、Si基板と、InP基板上にInP層/G
aInAsP層を有する化合物半導体多層基板とを直接
接着させる場合を示す。
【0011】(1)まず、図1(a)に示すように、S
i基板1上に有機金属気相成長法(MOCVD)などを
用いて、多結晶歪吸収層2を結晶成長させる。この多結
晶歪吸収層2の材質としては、450℃程度の低温で結
晶成長させたInPが好適である。通常、InPの半導
体単結晶を成長させる場合、成長温度は650℃程度に
設定される。成長温度がこれ以下の場合は、結晶性が悪
くなり、450℃程度だと多結晶になる。この多結晶層
はその層内に多くの粒界を含んでいるため、層内部で変
形を生じやすく、そのために歪みを吸収する効果があ
る。この後に行う直接接着を好適に実現するためには、
この歪吸収層の表面は鏡面である必要があり、そのため
に平坦性の優れたMOCVD法で結晶成長させることが
望ましい。平坦性に優れた方法であればMOCVD法で
なくても良い。
【0012】また、平坦性に優れた方法で結晶成長させ
ても、多結晶層の厚みが厚くなると、表面の平坦性が悪
くなり、鏡面でなくなる傾向があるので、多結晶歪吸収
層の厚みは、1000Å以下であることが望ましい。つ
まり、薄膜であることが望ましい。この多結晶歪吸収層
2は、また接着層としての役割も果たすので、比較的低
温で、反応性が強いものが、後の接着を実現するに際し
て都合が良い。Siは熱的に非常に安定なので、この用
途に向かない。
【0013】ここで使用するInPは、450℃程度で
表面からのPの離脱、及びInの表面マイグレーション
が起き、反応性が高いので、本発明の目的に適する。ま
た、GaAs等の他の化合物半導体も、上述のような反
応性が高ければ、多結晶の歪吸収層として用いることが
できる。更に、従来使われている半田材などの金属をこ
の層の代わりに使用すると、金属が光を遮るので、デバ
イスの応用上、使用できない場合が多い。
【0014】また、エポキシ樹脂等の透明な材質の使用
も考えられるが、その場合は、電気的導通を得ることが
できず、これも応用上、使用が限られている。本発明に
よる多結晶歪吸収層を用いれば、光を遮ることなく、か
つ電気的導通も得られる点で、半田剤、エポキシ樹脂等
に比べて大きな利点がある。 (2)次に、図1(b)に示すように、InP基板3上
にInP層5/GaInAsP層4が積層された化合物
半導体多層基板6を別途用意する。
【0015】(3)次に、図1(c)に示すように、多
結晶歪吸収(InP)層2の表面をH2 SO4 :H
2 O:H2 2 =3:1:1の混合液、及びHFで処理
し、水洗いを行う。 (4)同様に、図1(d)に示すように、化合物半導体
多層基板6の表面、つまり、InP層5の表面を、H2
SO4 :H2 O:H2 2 =3:1:1の混合液、及び
HFで処理し、水洗いを行う。
【0016】(5)その後、両基板をスピン乾燥し、図
1(e)に示すように、室温大気中で両基板の鏡面同士
を接触させる。 (6)最後に、図1(f)に示すように、H2 雰囲気中
で450℃〜550℃程度の温度で熱処理して、目的と
する直接接着を完了する。ここで、上述のように、In
Pは450℃程度で表面の反応性が高くなるので、45
0℃〜550℃程度の温度で十分良好な接着を得ること
ができる。
【0017】なお、上記先行技術の場合は、Siの表面
とInP表面を直接接着する場合は、Siの表面が非常
に安定なため、表面での原子再配列が起き難く、比較的
高い温度でないと十分な接着が行われ難い。それに比べ
て、本発明による方法では、InP同士の間での接着に
なるので、比較的低い450〜550℃の温度で十分な
接着が得られるという利点もある。
【0018】また、このような直接接着によらず、例え
ば、Si基板上にInP単結晶を成長させる技術によっ
ては、格子欠陥が多いという問題以外にも、InP単結
晶を成長させるために、650℃程度まで温度を上げな
くてはならず、プロセス温度の低温化という点で結晶成
長による異種半導体集積技術より、本発明の方法のほう
が優れているといえる。
【0019】図2は本発明の第2の実施例を示す半導体
装置の製造工程断面図である。 (1)まず、図2(a)に示すように、Si基板11上
に有機金属気相成長法(MOCVD)などを用いて、多
結晶歪吸収層12を結晶成長させる。この多結晶歪吸収
層12の材質としては、450℃程度の低温で結晶成長
させたGaAsが好適である。
【0020】なお、多結晶層の厚みが厚くなると、表面
の平坦性が悪くなり、鏡面でなくなる傾向があるので、
多結晶歪吸収層12の厚みは1000Å以下であること
が望ましい。つまり、薄膜であることが望ましい。この
多結晶歪吸収層12は、また接着層としての役割も果た
すので、比較的低温で、反応性が強いものが、後の接着
を実現するに際して都合が良い。
【0021】(2)次に、図2(b)に示すように、G
aAs基板13上にAlGaAs層16/GaAs層1
5/AlGaAs層14が形成された化合物半導体多層
基板17を別途用意する。 (3)次に、図2(c)に示すように、多結晶歪吸収
(GaAs)層12の表面をH2 SO4 :H2 O:H2
2 =3:1:1の混合液、及びHFで処理し、水洗い
を行う。
【0022】(4)同様に、図2(d)に示すように、
化合物半導体多層基板17の表面、つまり、AlGaA
s層16の表面を、H2 SO4 :H2 O:H2 2
3:1:1の混合液で処理し、水洗いを行う。 (5)その後、両基板をスピン乾燥し、図2(e)に示
すように、室温大気中で両基板の鏡面同士を接触させ
る。
【0023】(6)最後に、H2 雰囲気中で450℃〜
550℃程度の温度で熱処理して、目的とする直接接着
を完了する。なお、上記実施例における化合物半導体多
層基板6,17は一例にすぎず、表面を鏡面とすること
ができるものであれば、他の材料からなる多層の化合物
半導体基板を用いることができることは言うまでもな
い。
【0024】このように構成される異種半導体集積型デ
バイスは、例えば、半導体レーザ等の発光素子として用
いることができる。なお、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形
が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
【0025】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、半導体(Si)基板上に低温で成長させた多結
晶歪吸収層を形成した後に、別途用意した化合物半導体
多層基板と直接接着するようにしたので、半導体(S
i)基板と化合物半導体多層基板の熱膨張係数の違いに
よる熱歪みによる影響を低減させ、かつ、接着工程に必
要な熱処理の温度を下げることができる。
【0026】これにより、クラックや剥がれのない高歩
留まりの接着プロセスが可能となり、また、処理温度の
低温化により、予め作りつけてあるデバイスの特性劣化
の少ない、良質な異種半導体集積型デバイスを作製する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す半導体装置の製造
工程断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す半導体装置の製造
工程断面図である。
【符号の説明】
1,11 Si基板 2,12 多結晶歪吸収層 3 InP基板 4 GaInAsP層 5 InP層 6,17 化合物半導体多層基板 13 GaAs基板 14 AlGaAs層 15 GaAs層 16 AlGaAs層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上條 健 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異種半導体基板を直接接着させることに
    より作製される半導体装置において、(a)前記異種半
    導体基板の内の一方の半導体基板上に形成される化合物
    半導体の多結晶層からなる歪吸収層と、(b)該歪吸収
    層上に接合されるもう一方の半導体基板である化合物半
    導体多層基板とを有する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記異種半導体基板はSi基板と多層の
    化合物半導体層を有するInP基板である請求項1記載
    の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記異種半導体基板はSi基板と多層の
    化合物半導体層を有するGaAs基板である請求項1記
    載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記多層の化合物半導体層はInP/G
    aInAsP/InPまたはAlGaAs/GaAs/
    AlGaAs/GaAsからなる請求項1記載の半導体
    装置。
  5. 【請求項5】 異種半導体基板を直接接着させることに
    より作製される半導体装置の製造方法において、(a)
    接着される両半導体基板の少なくとも一方の表面に化合
    物半導体の多結晶層からなる歪吸収層を形成する工程
    と、(b)該歪吸収層の表面及びもう一方の化合物半導
    体多層基板の表面処理を行う工程と、(c)その表面処
    理を施された面を直接接着させる工程とを施すことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記歪吸収層は多結晶化合物半導体層を
    450℃程度の低温で結晶成長させる請求項5記載の半
    導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記直接接着工程は450〜550℃と
    比較的低い温度で行うことを特徴とする請求項5又は6
    記載の半導体装置の製造方法。
JP3730794A 1994-03-08 1994-03-08 半導体装置及びその製造方法 Pending JPH07249555A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001495A2 (fr) * 2002-06-21 2003-12-31 Asulab S.A. Cellule d'affichage, notamment a cristal liquide, ou cellule photovoltaique comprenant des moyens pour sa connexion a un circuit electronique de commande

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004001495A2 (fr) * 2002-06-21 2003-12-31 Asulab S.A. Cellule d'affichage, notamment a cristal liquide, ou cellule photovoltaique comprenant des moyens pour sa connexion a un circuit electronique de commande
EP1376212A1 (fr) * 2002-06-21 2004-01-02 Asulab S.A. Cellule d'affichage, notamment à cristal liquide, ou cellule photovoltaique comprenant des moyens pour sa connexion à électronique de commande
WO2004001495A3 (fr) * 2002-06-21 2004-03-04 Asulab Sa Cellule d'affichage, notamment a cristal liquide, ou cellule photovoltaique comprenant des moyens pour sa connexion a un circuit electronique de commande
US7826023B2 (en) 2002-06-21 2010-11-02 Asulab S.A. Display cell, in particular liquid crystal, or photovoltaic cell comprising means for connection to an electronic control circuit

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