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JPH10321535A - Semiconductor substrate having compound semiconductor layer, method of manufacturing the same, and electronic device manufactured on the semiconductor substrate - Google Patents

Semiconductor substrate having compound semiconductor layer, method of manufacturing the same, and electronic device manufactured on the semiconductor substrate

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Publication number
JPH10321535A
JPH10321535A JP6530698A JP6530698A JPH10321535A JP H10321535 A JPH10321535 A JP H10321535A JP 6530698 A JP6530698 A JP 6530698A JP 6530698 A JP6530698 A JP 6530698A JP H10321535 A JPH10321535 A JP H10321535A
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JP
Japan
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porous
substrate
layer
semiconductor substrate
heat treatment
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Application number
JP6530698A
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Japanese (ja)
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Nobuhiko Sato
信彦 佐藤
Takao Yonehara
隆夫 米原
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Canon Inc
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Canon Inc
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Publication date
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶欠陥の少ない単結晶化合物半導体膜を大
面積なシリコン基板上に、高生産性、高均一性、高制御
性、経済的に作製可能な半導体基板の作製方法およびそ
れによる半導体基板、該基板に作製した半導体素子を提
供する。 【解決手段】 多孔質領域11の封止された孔12を有
する表面13上に、単結晶の化合物からなる半導体層1
4を有する半導体基板。また、多孔質領域11を有する
Si基板10を、該多孔質領域の表面の孔12を封止す
る為に、熱処理する工程(b)と、該熱処理により封止
された孔12を有する多孔質領域上に単結晶の化合物半
導体層14を、ヘテロエピタキシャル成長させる工程
(c)と、を有することを特徴とする半導体基板の作製
方法。
(57) [Problem] To provide a method for manufacturing a semiconductor substrate capable of economically manufacturing a single crystal compound semiconductor film with few crystal defects on a large-area silicon substrate with high productivity, high uniformity, high controllability. And a semiconductor substrate produced thereby, and a semiconductor element manufactured on the substrate. SOLUTION: A semiconductor layer 1 made of a single crystal compound is provided on a surface 13 having a sealed hole 12 of a porous region 11.
4. A semiconductor substrate having 4. Further, a step (b) of heat-treating the Si substrate 10 having the porous region 11 in order to seal the holes 12 on the surface of the porous region; A step (c) of heteroepitaxially growing a single crystal compound semiconductor layer 14 on the region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板及びそ
の作製方法に係り、さらに詳しくは、電子デバイス、集
積回路の形成に適した、Si基板上に単結晶化合物半導
体が形成された半導体基板及びその作製方法、さらにこ
の半導体基板上に作製した電子デバイスに係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor substrate having a single crystal compound semiconductor formed on a Si substrate and suitable for forming electronic devices and integrated circuits. The present invention relates to a method for manufacturing the electronic device and an electronic device manufactured on the semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】SiやGeのような周期律表第IV族に属
するIV族元素は、古くから半導体デバイスの基板(ウエ
ハ)として使用され、高度に発達してきた。現在も周知
の通りDRAM、MPU、ロジックIC、アナログIC
など多くの電子デバイスとしてSi基板上に作製され、
ダイオードやMOSトランジスタやバイポーラトランジ
スタの活性領域として利用されている。しかし、これら
IV族元素は発光素子にするには向いていない。
2. Description of the Related Art Group IV elements belonging to Group IV of the periodic table, such as Si and Ge, have been used as substrates (wafers) of semiconductor devices for a long time and have been highly developed. As is well known today, DRAM, MPU, logic IC, analog IC
It is fabricated on a Si substrate as many electronic devices,
It is used as an active region of a diode, a MOS transistor, or a bipolar transistor. But these
Group IV elements are not suitable for light emitting devices.

【0003】一方、GaAsやGaP、InP、Ga
N、ZnSe等に代表されるIII −V、II−VI族などの
化合物半導体はLEDやレーザー等の発光デバイスに非
常に適しており、幾多の研究がなされ、LEDや半導体
レーザーが既に実用化されている。又、これら化合物半
導体を利用しHEMTトランジスタなどを作成し、GH
z帯域で使用できるような高周波回路も実用化されてき
た。
On the other hand, GaAs, GaP, InP, Ga
Compound semiconductors of the III-V and II-VI groups represented by N, ZnSe, etc. are very suitable for light emitting devices such as LEDs and lasers, and many studies have been made, and LEDs and semiconductor lasers have already been put into practical use. ing. In addition, HEMT transistors and the like are created using these compound semiconductors, and GH
High frequency circuits that can be used in the z band have also been put to practical use.

【0004】しかし、化合物半導体基板は、機械的強度
が低いため、化合物半導体の大面積ウエハの作製は困難
である。したがって、ウエハの大きさは、シリコンウエ
ハと比べるとかなり小さいためにその生産効率もシリコ
ンプロセスに比べると低い。さらにウエハ自体の製造コ
ストも同じサイズのシリコンウエハの10倍強である。
[0004] However, compound semiconductor substrates have low mechanical strength, so that it is difficult to manufacture large-area wafers of compound semiconductors. Therefore, since the size of the wafer is considerably smaller than that of the silicon wafer, the production efficiency is lower than that of the silicon process. Further, the manufacturing cost of the wafer itself is more than ten times that of a silicon wafer of the same size.

【0005】かかる問題点を克服するためにGaAs
on Siに代表されるように安価で機械的強度も高く
大面積ウエハが作製できるSi基板上に化合物半導体を
ヘテロエピタキシャル成長させる試みがなされている。
この技術は機械的強度が強く、かつ、安価で、かつ、熱
伝導率の高いシリコン基板上に、化合物半導体を用いた
LED、レーザー等の発光デバイスや高速電子デバイス
を形成することで、生産性の向上、コストの削減等を果
たし、これらデバイスの普及を目指すものである。さら
にかかる発光デバイス、高速電子デバイスを高度に発達
したSi−LSIと同一基板上に集積できるので、光電
子集積回路(OEIC)の実現も可能となる。
In order to overcome such a problem, GaAs is used.
Attempts have been made to heteroepitaxially grow a compound semiconductor on an Si substrate that is inexpensive, has high mechanical strength, and can produce a large-area wafer, as typified by on Si.
This technology can improve productivity by forming light-emitting devices such as LEDs and lasers and high-speed electronic devices using compound semiconductors on a silicon substrate that has high mechanical strength, is inexpensive, and has high thermal conductivity. It aims to increase the use of these devices and reduce costs. Further, since such a light emitting device and a high-speed electronic device can be integrated on the same substrate as a highly developed Si-LSI, an optoelectronic integrated circuit (OEIC) can be realized.

【0006】しかしながら、斯様なSi上への化合物半
導体への成長にはいくつかの問題点が指摘されており、
Si上に成長した化合物粉体を用いてデバイスを作製す
るには困難な点が多い。
[0006] However, several problems have been pointed out in the growth of compound semiconductors on Si.
There are many difficulties in fabricating devices using compound powders grown on Si.

【0007】一つは、極性・無極性に起因した逆位相粒
(antiphase domain)の発生により、
エピタキシャル層に大きな応力や格子欠陥が発生するこ
とである。
One is the generation of antiphase grains due to polarity / non-polarity.
Large stress and lattice defects occur in the epitaxial layer.

【0008】もう一つは、Si基板と化合物半導体膜と
の間に、熱膨張係数の差と格子不整合によって、応力や
格子欠陥が発生することである。
Another is that stress and lattice defects are generated between the Si substrate and the compound semiconductor film due to a difference in thermal expansion coefficient and lattice mismatch.

【0009】前者は、オフ角を有するSi基板を使用す
ることで抑制できる。後者は容易に解決できず、多くの
研究機関においてさまざまな結晶成長技術の研究が行わ
れてきたものの、結晶性の指標となる転位密度は、現在
のところ、106/cm2 の壁を容易に突破することが
できないでいる。これは、Si基板と化合物半導体層の
格子定数の不一致によって、格子歪が生じるためと言わ
れている。高密度に導入された結晶欠陥は発光特性、寿
命などのデバイス特性を劣化させるため実用的でない。
よって化合物ウエハ並みに低欠陥密度のIII −V、II−
VI等の化合物半導体薄膜をSi基板上に作成することが
求められている。
The former can be suppressed by using a Si substrate having an off-angle. The latter cannot be easily solved, and although many research institutes have studied various crystal growth techniques, the dislocation density, which is an indicator of crystallinity, is currently difficult to overcome with a wall of 106 / cm 2. You can't break through. This is said to be due to lattice distortion caused by mismatch between the lattice constants of the Si substrate and the compound semiconductor layer. Crystal defects introduced at a high density are not practical because they degrade device characteristics such as light emission characteristics and lifetime.
Therefore, III-V, II-
It is required to form a compound semiconductor thin film such as VI on a Si substrate.

【0010】また、SiCやSiGe等のIV−IV化合物
系の半導体単結晶膜もまた発光材料として多くの研究報
告がなされている。そして、これら化合物半導体単結晶
膜もSi基板上に形成することが望まれる。このように
SiGe、SiCなどのIV−IV化合物系の単結晶膜をS
i基板上に形成する場合にも、このような結晶欠陥の低
減は同様の理由で強く要請されていた。
[0010] Also, many research reports have been made on semiconductor single crystal films of IV-IV compounds such as SiC and SiGe as light emitting materials. It is desired that these compound semiconductor single crystal films are also formed on the Si substrate. As described above, a single crystal film of an IV-IV compound such as SiGe or SiC is
In the case of forming on an i-substrate, such reduction of crystal defects has been strongly demanded for the same reason.

【0011】以上詳述したとおり、Si基板上への良質
な結晶性をもつ単結晶をヘテロエピタキシーすることの
要請は高いが、未だ実現の可能性は低い。
As described in detail above, there is a high demand for heteroepitaxy of a single crystal having good crystallinity on a Si substrate, but the possibility of realization is still low.

【0012】このようなシリコン基板上へのヘテロエピ
タキシャル成長では数多くの報告がなされている。
There have been many reports on such heteroepitaxial growth on a silicon substrate.

【0013】そのなかには、Si基板表面に多孔質Si
層を形成し、この上にヘテロエピタキシャル成長するこ
とで結晶欠陥を低減しようという試みもあった。
[0013] Among them, a porous Si is provided on the surface of a Si substrate.
Attempts have been made to reduce crystal defects by forming a layer and performing heteroepitaxial growth thereon.

【0014】Ohmachiらは、応用物理学会198
7年20aX5「ポーラスSi上のGaAs成長」NT
T ECL Y.Ohmachi,Y.Watanab
e,Y.Kadota,And H.Okamotoに
おいて、10μmの多孔質シリコン上にMOCVD、M
BE法で結晶成長し、offset基板とjust基板
で表面性、半値幅に差があることを報告した。
Ohmachi et al., 198, Japan Society of Applied Physics.
7 years 20aX5 "GaAs growth on porous Si" NT
T ECL Y. Ohmachi, Y .; Watanab
e, Y. Kadota, And H .; In Okamoto, MOCVD, M
The crystal growth was performed by the BE method, and it was reported that there was a difference in surface properties and half width between the offset substrate and the just substrate.

【0015】10μmの厚さの多孔質シリコン上にMB
E法でGaAsを結晶成長し、断面TEM観察すると同
一条件でSi基板上に成長したGaAs結晶と比較して
欠陥が多いことも知られている。
MB on porous silicon of 10 μm thickness
It is also known that when GaAs is crystal-grown by the E method and cross-sectional TEM observation is performed, it has more defects than GaAs crystals grown on a Si substrate under the same conditions.

【0016】このように、多孔質シリコンを用いること
で結晶性を改善する試みもいくつか報告されているが、
ヘテロエピタキシャル成長させた化合物半導体層の格子
歪は緩和されることがあるものの、化合物半導体の結晶
性が悪く、デバイスに応用することは非常に困難であっ
た。
As described above, some attempts have been reported to improve the crystallinity by using porous silicon.
Although the lattice strain of the compound semiconductor layer grown by heteroepitaxial growth may be reduced, the crystallinity of the compound semiconductor is poor, and it has been very difficult to apply the compound semiconductor to a device.

【0017】また、面方位(100)面を主面とするS
i基板上へのヘテロエピタキシャル成長では、成長した
膜の表面は一般に荒れている。これを解決するには(1
00)面から数度傾けた、いわゆるオフセット基板を用
いる必要があった。図3のPAは、表面粗さ(平均二乗
粗さ)のオフ角依存性を示している。良好な表面モルフ
ォロジーを得るには、オフ角を精密に制御する必要があ
る。このような精密制御は、歩留まりと相まって基板コ
ストの上昇をもたらす傾向にあった。
Further, S having a (100) plane as a principal plane
In heteroepitaxial growth on an i-substrate, the surface of the grown film is generally rough. To solve this (1
It was necessary to use a so-called offset substrate that was tilted several degrees from the (00) plane. PA in FIG. 3 shows the off-angle dependence of the surface roughness (mean square roughness). To obtain good surface morphology, the off-angle must be precisely controlled. Such precision control tends to increase the substrate cost in combination with the yield.

【0018】一方、多孔質Si上のホモエピタキシーで
は、本発明者らは、水素希釈されたソースガスを用いた
熱CVD法によるシリコンホモエピタキシャル成長にお
いて、ソースガスを供給する直前の水素プリベークで表
面孔が閉塞されると、結晶性が向上することを見い出し
た。(N.Sato,K.Sakaguchi,K.Y
amagata,Y.Fujiyama,and T,
Yonehara,J.Electrochem.So
c.142(1995)p.3116)図2は、従来技
術の工程を説明するための模式的断面図であり、図2に
おいて、20は多孔質層、21は多孔質層の壁、22は
多孔質の孔、24は化合物半導体単結晶膜、25は結晶
欠陥である。
On the other hand, in the case of homoepitaxial growth on porous Si, the present inventors have found that in silicon homoepitaxial growth by a thermal CVD method using a hydrogen-diluted source gas, surface pores are pre-baked immediately before the source gas is supplied. Was found to improve the crystallinity when clogged. (N. Sato, K. Sakaguchi, KY)
amagata, Y .; Fujiyama, and T,
Yonehara, J.M. Electrochem. So
c. 142 (1995) p. 3116) FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of the prior art. In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a porous layer, 21 denotes a wall of the porous layer, 22 denotes a porous hole, and 24 denotes a compound. The semiconductor single crystal film 25 is a crystal defect.

【0019】まず、多孔質Si基板20を用意する。
(図2(a)) 次に、該多孔質Si基板20をCVD装置の反応室内に
配置して、トリメチルガリウム(TMGa)、アルシン
(AsH3 )等をソースガスに用いて、多孔質Si基板
20上にGaAs等の化合物半導体の単結晶24をヘテ
ロエピタキシャル成長させる。(図2(b)) こうして得られた化合物半導体単結晶24には、多孔質
Si基板20の表面26側に歪みや格子不整合や粒界等
の結晶欠陥25が生じている。
First, a porous Si substrate 20 is prepared.
(FIG. 2A) Next, the porous Si substrate 20 is placed in a reaction chamber of a CVD apparatus, and trimethylgallium (TMGa), arsine (AsH 3 ) or the like is used as a source gas to form a porous Si substrate. A single crystal 24 of a compound semiconductor such as GaAs is heteroepitaxially grown on 20. (FIG. 2B) In the compound semiconductor single crystal 24 thus obtained, crystal defects 25 such as distortion, lattice mismatch, and grain boundaries are generated on the surface 26 side of the porous Si substrate 20.

【0020】本発明は、結晶欠陥の少ない単結晶化合物
半導体膜を大面積なシリコン基板上にも、高生産性、高
均一性、高制御性のもとに、かつ低コストで作製するこ
とが可能な半導体基板を提供することを目的とする。
According to the present invention, a single-crystal compound semiconductor film having few crystal defects can be formed on a large-area silicon substrate at high cost with high productivity, high uniformity, and high controllability. It is an object to provide a possible semiconductor substrate.

【0021】さらに本発明の別の目的は表面が平滑で結
晶欠陥の少ない単結晶化合物半導体膜を、オフセットを
特に規定しない大面積のシリコン基板上に形成する方法
を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a method for forming a single-crystal compound semiconductor film having a smooth surface and few crystal defects on a large-area silicon substrate having no particularly defined offset.

【0022】本発明の更に別の目的は、多孔質領域を有
するSi基板の該多孔質領域上に半導体層を有する半導
体基板において、該多孔質領域の封止された孔を有する
表面上に単結晶の化合物からなる該半導体層を有するこ
とを特徴とする半導体基板を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having a semiconductor layer on a porous region of a Si substrate having a porous region, wherein the semiconductor substrate has a single layer on a surface of the porous region having a sealed hole. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having the semiconductor layer made of a crystalline compound.

【0023】本発明の更に他の目的は、多孔質領域を有
するSi基板を、該多孔質領域の表面の孔を封止する為
に、熱処理する工程と、該熱処理により封止された孔を
有する該多孔質領域上に単結晶の化合物半導体層をヘテ
ロエピタキシャル成長させる工程と、を有する半導体基
板の作製方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to heat-treat a Si substrate having a porous region in order to seal holes on the surface of the porous region, and to remove the holes sealed by the heat treatment. And heteroepitaxially growing a single-crystal compound semiconductor layer on the porous region.

【0024】本発明によれば、基板の面方位のオフ角を
特に規定しないSi基板上に良好な結晶性をもち、表面
が平滑な化合物半導体層を大面積に形成することができ
る。
According to the present invention, a compound semiconductor layer having good crystallinity and a smooth surface can be formed over a large area on a Si substrate whose surface off-angle is not particularly defined.

【0025】特に、低オフ角の基板、例えば、(10
0)に対してオフ角1°以内というような、市場に豊富
に流通するSi基板上においても、良好な結晶性と平滑
な表面を合わせ持った化合物半導体層を大面積に一括し
てヘテロエピタキシャル成長により形成できる。
In particular, a substrate having a low off-angle, for example, (10
Even on Si substrates widely available in the market where the off angle is 1 ° or less with respect to 0), compound epitaxial layers having both good crystallinity and a smooth surface are heteroepitaxially grown over a large area. Can be formed.

【0026】また、本発明によれば、従来技術の有する
問題点に答えうる半導体デバイス、半導体基板、および
その作製方法を提供することができる。すなわち、安価
なSi基板を用いて高品質な化合物半導体基板を作製す
ることができ、この基板を用いて、安価で、特性が良好
な化合物半導体デバイスを作製することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device, a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same, which can solve the problems of the prior art. That is, a high-quality compound semiconductor substrate can be manufactured using an inexpensive Si substrate, and an inexpensive compound semiconductor device having good characteristics can be manufactured using this substrate.

【0027】本発明においては、多孔質Si上に、単結
晶化合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させる前
に、あらかじめ水素中での熱処理を施すことにより結晶
性を改善した単結晶化合物半導体層をSi基板上に形成
することができる。
In the present invention, before the single-crystal compound semiconductor layer is heteroepitaxially grown on the porous Si, the single-crystal compound semiconductor layer whose crystallinity has been improved by performing a heat treatment in hydrogen in advance is formed on the Si substrate. Can be formed.

【0028】また、本発明によれば、Si基板上に結晶
性の良い化合物半導体層を得る上で、生産性、均一性、
制御性、経済性の面において卓越することができる。
Further, according to the present invention, in obtaining a compound semiconductor layer having good crystallinity on a Si substrate, productivity, uniformity,
Excellent controllability and economy.

【0029】さらに、本発明によれば、従来の化合物半
導体デバイスの利点を実現し、応用可能な半導体基板の
作製方法を提案することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize the advantages of the conventional compound semiconductor device and propose a method of manufacturing a semiconductor substrate which can be applied.

【0030】また、本発明によれば、元々結晶性の良い
Si基板を加工して形成された多孔質シリコンの表面の
孔を該多孔質Si層の表面の孔を微量のSiを供給しな
がら熱処理して封止することで、良質な化合物半導体単
結晶層を形成するものであり、多数枚を一括処理するこ
とが可能であり、その生産性、経済性を劣化させること
なく、結晶性を化合物半導体単結晶基板並ないしはそれ
以上に向上するものである。
Further, according to the present invention, the pores on the surface of the porous silicon formed by processing an Si substrate originally having good crystallinity are formed while supplying a small amount of Si to the pores on the surface of the porous Si layer. By heat treatment and sealing, a high-quality compound semiconductor single crystal layer is formed.It is possible to process a large number of wafers at once, and to improve the crystallinity without deteriorating the productivity and economic efficiency. It can be improved to the level of a compound semiconductor single crystal substrate or more.

【0031】また、本発明によれば、元々結晶性の良い
Si基板を加工して形成された多孔質シリコンの表面の
孔を微量のSiを供給しながら熱処理して封止すること
で、歪みや格子不整合による欠陥を化合物半導体単結晶
層に導入せずに良質な化合物半導体単結晶層を大面積に
一括して形成するものであり、かかる化合物半導体単結
晶層上に化合物半導体基板上に形成した場合と同等の特
性で太陽電池、レーザーや発光ダイオード等の発光素子
やHEMT等のトランジスタを形成することができ、し
かも、生産性、均一性、制御性、経済性の面において卓
越することができる。
Further, according to the present invention, the pores on the surface of the porous silicon formed by processing an Si substrate having good crystallinity are heat-treated while supplying a small amount of Si, thereby sealing. A high-quality compound semiconductor single crystal layer is formed over a large area without introducing defects due to lattice mismatch into the compound semiconductor single crystal layer. Light-emitting elements such as solar cells, lasers, and light-emitting diodes, and transistors such as HEMTs can be formed with the same characteristics as when formed, and they are excellent in terms of productivity, uniformity, controllability, and economy. Can be.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の好適な実施の形
態としての半導体基板の作製方法を示す模式的断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a method for manufacturing a semiconductor substrate according to a preferred embodiment of the present invention.

【0033】図1において、10は多孔質領域を有する
Si基板であり、多孔質領域の孔12と孔12を形成す
る壁部分11とを含む。ここでは、理解を容易にする為
に孔12を単純な形状に描いているが、孔12は実際に
は、分岐した連通孔のような複雑な形状になることが多
い。
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a Si substrate having a porous region, which includes a hole 12 in the porous region and a wall portion 11 forming the hole 12. Here, the hole 12 is drawn in a simple shape for easy understanding, but the hole 12 actually has a complicated shape like a branched communication hole in many cases.

【0034】図1の(a)に示すように、まず多孔質領
域を有するSi基板10を用意する。このようなSi基
板10は、公けに入手できるシリコンウエハ(非多孔質
Si基板)に陽極化成処理を施すことで、ウエハの全て
又はウエハの表面部分のみを多孔質化することが出来
る。
As shown in FIG. 1A, first, an Si substrate 10 having a porous region is prepared. Such an Si substrate 10 can be made porous by subjecting a publicly available silicon wafer (non-porous Si substrate) to anodization treatment, thereby making the entire wafer or only the surface portion of the wafer porous.

【0035】次に、多孔質領域を有するSi基板を水素
雰囲気下で熱処理する。
Next, the Si substrate having the porous region is heat-treated in a hydrogen atmosphere.

【0036】水素中での熱処理により、基板の表面に不
本意に形成されている自然酸化膜が除去される。自然酸
化膜は、高温水素中で下記の反応により除去される。
By the heat treatment in hydrogen, the natural oxide film unintentionally formed on the surface of the substrate is removed. The natural oxide film is removed by the following reaction in high-temperature hydrogen.

【0037】SiO2 +Si→2SiO↑ さらに水素中での熱処理を継続すると、多孔質シリコン
の表面では、微小な荒れを平滑化し表面エネルギーを下
げるべく、表面原子のマイグレーション(migrat
ion)が生じる。その結果、表面の孔が塞がれ、孔密
度が著しく減少した表面部13が形成される。
SiO 2 + Si → 2SiO ↑ When the heat treatment in hydrogen is further continued, the surface of the porous silicon is subjected to migration of surface atoms in order to smooth the minute roughness and reduce the surface energy.
ion) occurs. As a result, the holes on the surface are closed, and the surface portion 13 in which the hole density is significantly reduced is formed.

【0038】この表面部13は、図1の(b)に示すと
おり極薄の非多孔質性のSi層とみなすこともできる。
このSi層は後に形成される化合物半導体層よりも充分
薄い。
The surface portion 13 can be regarded as an extremely thin non-porous Si layer as shown in FIG.
This Si layer is sufficiently thinner than a compound semiconductor layer to be formed later.

【0039】次に、図1の(c)に示すように表面の孔
を封止した多孔質領域を有するSi基板上に化合物半導
体単結晶14をヘテロエピタキシャル成長させる。
Next, as shown in FIG. 1C, a compound semiconductor single crystal 14 is heteroepitaxially grown on a Si substrate having a porous region in which holes on the surface are sealed.

【0040】以上、述べたようにして、化合物半導体単
結晶膜14を形成すれば、Siとの格子不整合等や成膜
温度から常温への降温と熱膨張係数の差異等により導入
される結晶欠陥15は、多孔質Siの孔を封止する極薄
のSi層13内にのみ導入され、化合物半導体単結晶膜
14には導入されない。これは、バルクSiに比べ脆弱
な多孔質領域上に形成された、極薄のSi層の方が、化
合物半導体単結晶膜よりもはるかに脆弱である。よって
欠陥15はこのSi層13内に優先的に導入される。
As described above, if the compound semiconductor single crystal film 14 is formed, the crystal introduced due to the lattice mismatch with Si, the temperature drop from the film formation temperature to room temperature, and the difference in the thermal expansion coefficient, etc. The defect 15 is introduced only into the ultra-thin Si layer 13 that seals the pores of the porous Si, and is not introduced into the compound semiconductor single crystal film 14. This is because an extremely thin Si layer formed on a porous region that is more fragile than bulk Si is much more fragile than a compound semiconductor single crystal film. Therefore, the defect 15 is preferentially introduced into the Si layer 13.

【0041】こうして、欠陥15がSi層13内に優先
的に導入される結果、ヘテロエピタキシャル成長させて
も、欠陥の少ない化合物半導体単結晶14が得られるの
である。
As a result, the defects 15 are preferentially introduced into the Si layer 13, so that a compound semiconductor single crystal 14 with few defects can be obtained even when heteroepitaxial growth is performed.

【0042】前述した孔12の封口処理においては、S
i原子を含むガスの存在しない水素雰囲気中で熱処理を
行ったが、Si原子を含むガスを微量添加した水素雰囲
気中で熱処理することも出来る。
In the above-described sealing process of the hole 12, S
Although the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere in which a gas containing i atoms does not exist, the heat treatment may be performed in a hydrogen atmosphere to which a small amount of a gas containing Si atoms is added.

【0043】具体的には、水素ガスのみ、水素と不活性
ガスとの混合ガス、水素とシリコン化合物の混合ガス、
水素と不活性ガスとシリコン化合物の混合ガス等の雰囲
気である。
Specifically, only hydrogen gas, a mixed gas of hydrogen and an inert gas, a mixed gas of hydrogen and a silicon compound,
This is an atmosphere such as a mixed gas of hydrogen, an inert gas, and a silicon compound.

【0044】熱処理雰囲気中に不本意に残留酸素や水分
が存在すると、これらとシリコンが反応して酸化シリコ
ンを形成し、さらに前記反応式に基づく反応が進行する
結果、孔の大きさや、熱処理温度などによっては、シリ
コンはエッチングされてしまい、多孔質表面の孔は封止
されないことがある。
If any residual oxygen or moisture is undesirably present in the heat treatment atmosphere, these react with silicon to form silicon oxide, and the reaction proceeds according to the above reaction formula. As a result, the pore size, heat treatment temperature In some cases, silicon is etched and pores on the porous surface are not sealed.

【0045】そこで、本発明ではエッチングにより失わ
れるシリコンを補い、あるいは、それよりやや過剰にシ
リコンを供給しながら熱処理することにより、多孔質の
孔の封止を行う。この熱処理では多孔質表面のSi原子
だけでなく雰囲気ガスから供給されたSi原子のうち、
多孔質Si表面に吸着したSi原子が表面エネルギーを
下げるべくマイグレーションする結果、表面の孔が塞が
れ、孔密度が著しく減少した表面が形成されるものであ
る。
Therefore, in the present invention, the porous holes are sealed by compensating for the silicon lost by the etching or by performing a heat treatment while supplying the silicon in a slightly excessive amount. In this heat treatment, of the Si atoms supplied from the atmosphere gas as well as the Si atoms on the porous surface,
As a result of the migration of the Si atoms adsorbed on the porous Si surface to lower the surface energy, pores on the surface are closed, and a surface with significantly reduced pore density is formed.

【0046】以下、本発明の半導体基板の作製法に採用
され得る各工程について、更に詳しく説明する。
Hereinafter, each step which can be adopted in the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention will be described in more detail.

【0047】[多孔質Si]多孔質シリコンは、196
4年にUhlirらが発見して以来、1970年代には
FIPOS法への応用を念頭においた研究が、また、1
990年代には多孔質シリコンのPhotolumin
escenceがL.T.Canhamらのグループ、
および、U.Goseleらのグループにより発見され
て以来はこの発光デバイスへの応用を目指した研究がな
されている。発光デバイス系の研究ではn- ,p- のシ
リコン基板が好まれる。一方、多孔質Si上に非多孔質
単結晶をエピタキシャル成長させる場合にはその構造の
安定性とエピタキシャルシリコン層の結晶性の良さから
- ,p- よりはn+ ,p+ 基板が好まれる。本発明で
対象とする多孔質Siはこれらの従来から研究されてい
る多孔質シリコンと本質的には同一であり、陽極化成な
どの方法により作製されるが、多孔質Siであるかぎ
り、基板の不純物、両方位、作成方法等に限定されな
い。
[Porous Si] The porous silicon is 196
Since Uhlir et al.'S discovery in 4 years, research in the 1970s with an eye on application to the FIPOS method has been
In the 990's, porous silicon Photoluminin
esence is L. T. The group of Canham et al.
And U.S. Since its discovery by the group of Gosele et al., Researches have been made for application to this light emitting device. The study of the light emitting device based n -, p - silicon substrate are preferred. On the other hand, when a non-porous single crystal is epitaxially grown on porous Si, n + and p + substrates are preferred over n and p because of the stability of the structure and the good crystallinity of the epitaxial silicon layer. The porous Si targeted in the present invention is essentially the same as these conventionally studied porous silicon, and is produced by a method such as anodization. It is not limited to the impurity, the position, the method of production, and the like.

【0048】多孔質表面の孔密度は、その作製方法と基
板の不純物濃度により変わるが、例えば1010〜1012
/cm2 程度である。
The pore density of the porous surface will vary with the impurity concentration of the manufacturing method and the substrate, for example 10 10 10 12
/ Cm 2 .

【0049】陽極化成により多孔質シリコンを形成する
場合、化成液はHFを主たる成分とする水溶液である。
一般にはエタノールなどのアルコールを添加することに
よりシリコン表面での接触角を大きくすることで付着し
た気泡の脱離を加速し、化成が均一に起こるようにして
いる。もちろん、アルコールを添加せずとも多孔質は形
成される。本発明における多孔質シリコンの多孔度(p
orosity)は、FIPOS法に用いられるよりも
低い(概ね50%以下、より好ましくは30%以下)方
が好適であるが、これに限定されるものではない。
When porous silicon is formed by anodization, the chemical conversion solution is an aqueous solution containing HF as a main component.
In general, the addition of alcohol such as ethanol increases the contact angle on the silicon surface, thereby accelerating the desorption of the attached air bubbles, so that chemical formation occurs uniformly. Of course, the porosity is formed without adding alcohol. The porosity (p) of the porous silicon in the present invention
It is preferable that the (ority) is lower than that used in the FIPOS method (approximately 50% or less, more preferably 30% or less), but it is not limited thereto.

【0050】多孔質シリコンは陽極化成における電解エ
ッチング作用により形成されるため、その表面では、孔
以外の部分でも、微小な荒れが、Field Emis
sion type Scanning Electr
on Microscope(FESEM)により観察
される。
Since the porous silicon is formed by the electrolytic etching action in the anodization, the surface thereof is slightly roughened even in a portion other than the holes, and the surface is formed in a field emission field.
session type scanning electr
Observed by Microscope (FESEM).

【0051】[予備酸化]多孔質シリコンの隣接する孔
の間の壁の厚みは数nm〜数十nmと非常に薄いため、
エピタキシャル成長時、エピタキシャル成長層の表面の
熱酸化時、あるいはその他後工程における熱処理時に多
孔質層の内部の孔の再配列がおこり、多孔質の増速エッ
チングの特性が損なわれることがある。そこで、多孔質
形成後、エピタキシャル成長前に熱酸化等の方法によ
り、あらかじめ孔壁の壁面に薄い保護膜を形成してもよ
い。これにより、孔の粗大化が抑制される。保護膜の形
成に際しては、特に酸化による場合は孔壁内部の単結晶
シリコンの領域を残すことが必須である。従って、保護
膜の膜厚は多くとも数nm程で十分である。
[Pre-oxidation] Since the thickness of the wall between adjacent holes of the porous silicon is as very small as several nm to several tens nm,
At the time of epitaxial growth, thermal oxidation of the surface of the epitaxial growth layer, or other heat treatment in a later step, rearrangement of the pores inside the porous layer may occur, and the porous enhanced etching characteristics may be impaired. Therefore, a thin protective film may be previously formed on the wall surface of the hole wall by a method such as thermal oxidation after the formation of the porous material and before the epitaxial growth. Thereby, the coarsening of the holes is suppressed. When forming the protective film, particularly in the case of oxidation, it is essential to leave a single crystal silicon region inside the hole wall. Therefore, the thickness of the protective film is at most about several nm.

【0052】熱処理温度の低温化が十分になされ、多孔
質の構造変化が抑制されれば、この工程は省略できる。
This step can be omitted if the heat treatment temperature is sufficiently lowered and the change in the porous structure is suppressed.

【0053】[HF浸せき]前記予備酸化のため、ある
いは、多孔質形成後の自然酸化により多孔質シリコン表
面、および、多孔質の孔の内壁面には酸化シリコン膜な
どの保護被膜が形成されているので、これを低濃度のH
F水溶液に浸けることで、保護膜を多孔質領域の表面近
傍のみ除去する。本方法によれば、多孔質の奥部の孔壁
の酸化膜は除去されないので、後の熱処理が高温になっ
ても、多孔質内部の孔の粗大化の抑制は十分になされ
る。
[HF Soaking] A protective film such as a silicon oxide film is formed on the surface of the porous silicon and the inner wall surface of the porous hole due to the preliminary oxidation or by natural oxidation after the formation of the porous material. Because of this, low concentration H
By immersing in the F aqueous solution, the protective film is removed only near the surface of the porous region. According to this method, since the oxide film on the pore wall at the back of the porous body is not removed, even if the subsequent heat treatment is performed at a high temperature, the coarsening of the pores inside the porous body is sufficiently suppressed.

【0054】[熱処理]多孔質Si領域の表面の孔を封
止するために本発明においては、多孔質Si領域を熱処
理する。
[Heat Treatment] In the present invention, the porous Si region is subjected to a heat treatment in order to seal the pores on the surface of the porous Si region.

【0055】該多孔質Si層の表面の孔を封止する為の
熱処理は、Si原子を含むガスのない雰囲気下又は、S
i原子を含むガスを含有する雰囲気下で行われるとよ
い。
The heat treatment for sealing the pores on the surface of the porous Si layer is carried out in an atmosphere free of a gas containing Si atoms or in an atmosphere containing S atoms.
The treatment is preferably performed in an atmosphere containing a gas containing i atoms.

【0056】Si原子を含むガスの存在しない水素中で
の熱処理温度は600℃以上1400℃以下より好まし
くは900℃以上1200℃以下である。また、圧力は
特に限定されるものではないが、好ましくは大気圧以下
である。使用する水素ガスは、露点−92℃以下のもの
を用いる。露点が高い水素ガスには残留酸素、水分が多
いが、これらはシリコンを酸化し、形成された酸化シリ
コンは反応により除去される。
The heat treatment temperature in hydrogen containing no gas containing Si atoms is 600 ° C. or more and 1400 ° C. or less, preferably 900 ° C. or more and 1200 ° C. or less. The pressure is not particularly limited, but is preferably equal to or lower than the atmospheric pressure. The hydrogen gas used has a dew point of −92 ° C. or lower. Hydrogen gas having a high dew point has a large amount of residual oxygen and moisture, which oxidize silicon, and the formed silicon oxide is removed by a reaction.

【0057】結果として、過剰にシリコンがエッチング
されることになり、こうなると孔を封止するのに必要な
Si原子の量が不足するため、孔密度の減少量が少なく
なってしまう。露点が上昇しないよう、チャンバーのリ
ークにも十分注意する必要がある。
As a result, silicon is excessively etched, and in this case, the amount of Si atoms necessary for sealing the holes is insufficient, and the amount of decrease in the hole density is reduced. Careful attention must be paid to chamber leaks so that the dew point does not rise.

【0058】本発明に用いられる熱処理雰囲気は、水素
のみでなく、希ガス(アルゴン、ヘリウムなど)のよう
な不活性ガスとの混合雰囲気であっても構わない。ガス
中の残留水分、酸素等が影響するのは同様であるので、
この場合も露点は−92℃以下の混合ガスを用いる。混
合ガスでは、水素濃度が下がるので、万一漏洩した場合
の安全性を高めることが可能である。
The heat treatment atmosphere used in the present invention may be a mixed atmosphere of not only hydrogen but also an inert gas such as a rare gas (eg, argon or helium). Since the residual water in the gas, oxygen, etc. affect the same,
Also in this case, a mixed gas having a dew point of -92 ° C or less is used. In the mixed gas, the hydrogen concentration is reduced, so that the safety in the event of a leak can be improved.

【0059】こうして表面Si原子のマイグレーション
により、多孔質領域の表面が孔が封止される。表面孔を
封止するに要するSi層の厚みは極めて薄く概ね孔の径
と同程度ないしは、それ以下、具体的には100nm以
下、より好ましくは30nm以下である。孔が封止され
た表面には0.5〜50μm周期、より好ましくは1〜
9μm周期、典型的には数μm周期で1〜10nm程度
の振幅をもつなだらかな凹凸(うねり)をもった表面と
なる。この表面を原子間力顕微鏡で観察すると凹凸に沿
った原子ステップが形成されていることが確認される。
これらの凹凸(うねり)は圧力依存性があり、熱処理雰
囲気の圧力を好ましくは大気圧以下、より好ましくは2
00Torr以下0.001Torr以上とすることに
より、うねりの振幅が大きくなる。その結果、この上
に、ヘテロエピタキシャル成長により形成する化合物半
導体膜の表面モルフォロジーは、図3に示すように、オ
フ角なしのバルク上の場合CEと比べると、平滑であ
り、オフ角に依存しない。これは、オフ角が小さくと
も、なだらかな凹凸(うねり)が生じることによりオフ
基板同様にステップ密度が高くなるためと考えられる。
The migration of the surface Si atoms seals the pores on the surface of the porous region. The thickness of the Si layer required for sealing the surface holes is extremely thin, approximately equal to or less than the diameter of the holes, specifically 100 nm or less, more preferably 30 nm or less. On the surface in which the holes are sealed, 0.5 to 50 μm period, more preferably 1 to 50 μm
The surface has smooth irregularities (undulations) having a period of 9 μm, typically several μm, and an amplitude of about 1 to 10 nm. Observation of this surface with an atomic force microscope confirms that atomic steps along irregularities are formed.
These irregularities (undulations) have a pressure dependency, and the pressure of the heat treatment atmosphere is preferably at most atmospheric pressure,
By setting the pressure to 00 Torr or less and 0.001 Torr or more, the amplitude of the undulations increases. As a result, the surface morphology of the compound semiconductor film formed thereon by heteroepitaxial growth is smoother and does not depend on the off-angle as shown in FIG. It is considered that this is because even if the off-angle is small, the step density becomes high similarly to the off-substrate due to the generation of gentle irregularities (undulations).

【0060】さらに、シリコン表面の不本意な窒化・酸
化を避けるため、定常状態の熱処理工程の前後の昇温、
降温時には少なくとも800℃以上、より好ましくは6
00℃以上の温度では、雰囲気が水素に置換しているこ
とが望ましい。
Further, in order to avoid undesired nitridation and oxidation of the silicon surface, the temperature is increased before and after the steady-state heat treatment step.
When the temperature is lowered, at least 800 ° C. or more, more preferably 6 ° C.
At a temperature of 00 ° C. or higher, it is desirable that the atmosphere be replaced with hydrogen.

【0061】次に、本発明に用いられる熱処理において
微量のSi原子含有ガスを供給することで、微量のSi
原子含有ガスが添加された雰囲気中で多孔質Siを熱処
理する工程について述べる。
Next, a small amount of Si atom-containing gas is supplied in the heat treatment used in the present invention, so that a small amount of Si atom-containing gas is supplied.
The step of heat-treating porous Si in an atmosphere containing an atom-containing gas will be described.

【0062】熱処理時の雰囲気は非酸化性雰囲気、より
好ましくは水素ないしは、水素と不活性ガスからなる雰
囲気であることが望ましい。あるいは、真空中であって
もよい。これらの雰囲気で熱処理すると多孔質Siの表
面の孔が封止される。しかし、雰囲気中に残留酸素や水
分が存在すると、これらとシリコンが反応して酸化シリ
コンを形成し、さらに反応が進行する結果、シリコンは
エッチングされてしまい、多孔質表面の孔は封止されな
いことがある。
The atmosphere during the heat treatment is preferably a non-oxidizing atmosphere, more preferably an atmosphere composed of hydrogen or hydrogen and an inert gas. Alternatively, it may be in a vacuum. When heat treatment is performed in these atmospheres, pores on the surface of the porous Si are sealed. However, if residual oxygen or moisture is present in the atmosphere, silicon reacts with these to form silicon oxide, and as a result of the further reaction, silicon is etched and pores on the porous surface are not sealed. There is.

【0063】そこで、本発明ではエッチングにより失わ
れるシリコンを補い、あるいは、それよりやや過剰にシ
リコンを供給しながら熱処理することにより、多孔質の
孔の封止を行う。この熱処理では多孔質シリコンの表面
では微小な荒れを平滑化し表面エネルギーを下げるべく
多孔質表面のSi原子、および、気相から供給されたS
i原子のうち、多孔質Si表面に吸着したSi原子が表
面エネルギーを下げるべくマイグレーションする結果、
表面の孔が塞がれ、孔密度が著しく減少した表面が形成
される。表面でのSi原子のマイグレーションは供給さ
れる熱エネルギーによりなされる。
Therefore, in the present invention, the porous holes are sealed by compensating for the silicon lost by the etching or by performing the heat treatment while supplying the silicon in a slightly excessive amount. In this heat treatment, in order to smooth the minute roughness on the surface of the porous silicon and reduce the surface energy, Si atoms on the porous surface and S supplied from the gas phase are used.
Among the i atoms, the Si atoms adsorbed on the porous Si surface migrate to lower the surface energy,
The pores on the surface are plugged, forming a surface with significantly reduced pore density. Migration of Si atoms on the surface is performed by the supplied thermal energy.

【0064】本発明では特に表面Si原子のマイグレー
ションを効率よく行うため、該熱処理の温度は、Siの
融点以下の比較的高温であることが望ましい。具体的に
は600℃以上1400℃以下、より好ましくは800
℃以上1200℃以下、さらに好ましくは1000℃以
上1200℃以下であることが望ましい。また、圧力は
特に限定されるものではないが、好ましくは大気圧以下
である。特に水素が含まれる雰囲気中では表面が平滑に
なりやすい。
In the present invention, the temperature of the heat treatment is desirably a relatively high temperature equal to or lower than the melting point of Si in order to particularly efficiently migrate the surface Si atoms. Specifically, 600 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, more preferably 800 ° C.
The temperature is desirably in the range of not lower than 1200 ° C and not lower than 1000 ° C. The pressure is not particularly limited, but is preferably equal to or lower than the atmospheric pressure. In particular, the surface tends to be smooth in an atmosphere containing hydrogen.

【0065】この熱処理の後、断面構造を観察すると多
孔質構造は残存しており、表面の孔のみが封止され、表
面に1nm〜100nmの極薄のSi薄膜が形成され
る。
After the heat treatment, when the cross-sectional structure is observed, the porous structure remains, only the pores on the surface are sealed, and a very thin Si thin film of 1 to 100 nm is formed on the surface.

【0066】こうして多孔質の孔が封止された表面は、
0.5〜50μm周期、より好ましくは1〜9μm周
期、典型的には数μm周期、1〜10nm程度の振幅の
うねり(なだらかな凹凸)をもった表面となる。この表
面を原子間力顕微鏡で観察すると凹凸に沿って原子ステ
ップが形成されていることが確認される。これらのうね
り(なだらかな凹凸)は、圧力依存性があり、水素中熱
処理中の圧力を好ましくは大気圧以下、より好ましくは
200Torr以下とすることにより、うねりの振幅が
大きくなる。
The surface in which the porous holes are sealed is
The surface has undulations (smooth irregularities) having a period of 0.5 to 50 μm, more preferably a period of 1 to 9 μm, typically several μm, and an amplitude of about 1 to 10 nm. Observation of this surface with an atomic force microscope confirms that atomic steps are formed along the irregularities. These undulations (smooth irregularities) have a pressure dependency, and the amplitude of the undulations is increased by setting the pressure during the heat treatment in hydrogen to preferably atmospheric pressure or less, more preferably 200 Torr or less.

【0067】その結果、この上に形成する化合物半導体
膜の表面モルフォロジーは、図3に示すようにオフ角な
しのバルク上の場合CEと比べると、オフ角によらず平
滑になる。これは、オフ角が小さくともうねりが生じる
ことによりオフ基板同様にステップ密度が高くなるため
と考えられる。
As a result, the surface morphology of the compound semiconductor film formed thereon becomes smoother irrespective of the off angle as compared with CE on a bulk without an off angle as shown in FIG. It is considered that this is because when the off-angle is small, the undulation occurs and the step density becomes high similarly to the off-substrate.

【0068】また、エッチングにより多孔質領域から失
われるシリコンに比して、過剰な量のSiを気相から供
給する場合は、孔の封止に伴いSiの極薄膜が形成され
るが、かかる極薄膜の膜厚が厚くなると、化合物半導体
単結晶層を形成した際に欠陥が化合物半導体層にも導入
されてしまい、本発明の目的に適さない。極薄膜の膜厚
は、化合物半導体層の膜厚より薄く、例えば、その5分
の1以下、より好ましくは10分の1以下であることが
望ましい。
When an excessive amount of Si is supplied from the gas phase in comparison with silicon lost from the porous region by etching, an extremely thin film of Si is formed along with the sealing of the hole. When the thickness of the ultra-thin film increases, defects are introduced into the compound semiconductor layer when the compound semiconductor single crystal layer is formed, which is not suitable for the purpose of the present invention. It is desirable that the thickness of the ultra-thin film is smaller than the thickness of the compound semiconductor layer, for example, one fifth or less, more preferably one tenth or less.

【0069】具体的には1nm〜100nmの範囲か
ら、化合物半導体層の層厚を考慮して選ぶとよい。
Specifically, the thickness may be selected from the range of 1 nm to 100 nm in consideration of the thickness of the compound semiconductor layer.

【0070】また、Si極薄膜の形成速度は、Si原子
の供給源としてSiH2 Cl2 、SiH4 、SiCl
3 、SiCl4 等のシリコンソースガスを用いる場合
は、20nm/min以下、より好ましくは10nm/
min以下さらに好ましくは、2nm/min以下の成
長速度になるようソースガスの流量を設定する。MBE
法のようにSiを固体ソースから供給し、基板温度が8
00℃以下と低い成膜法の場合には成長速度は、0.1
nm/min以下であることが望ましい。
The formation rate of the Si ultra-thin film is determined by using SiH 2 Cl 2 , SiH 4 , SiCl
3 , when using a silicon source gas such as SiCl 4 , 20 nm / min or less, more preferably 10 nm / min.
min, more preferably, the flow rate of the source gas is set so that the growth rate is 2 nm / min or less. MBE
Si is supplied from a solid source as in the method, and the substrate temperature is 8
In the case of a film formation method as low as 00 ° C. or less, the growth rate is 0.1
It is desirably at most nm / min.

【0071】[化合物半導体単結晶のヘテロエピタキシ
ャル成長]表面の孔を封止した多孔質シリコン層を有す
るシリコン基板上に化合物半導体単結晶をMOCVD又
はMBEにより形成する。通常の単結晶シリコンウエハ
上へのヘテロエピタキシャル成長においては、成長前に
シリコン表面の自然酸化膜除去のために超高真空中で1
200℃程度に加熱するが、本発明においては熱的に変
質しやすい多孔質シリコンを用いるため、熱処理温度は
1200℃より十分低い方が好ましい。
[Heteroepitaxial growth of compound semiconductor single crystal] A compound semiconductor single crystal is formed by MOCVD or MBE on a silicon substrate having a porous silicon layer in which holes on the surface are sealed. In ordinary heteroepitaxial growth on a single-crystal silicon wafer, prior to growth, one hour in ultra-high vacuum to remove a natural oxide film on the silicon surface.
Although heating is performed to about 200 ° C., the heat treatment temperature is preferably sufficiently lower than 1200 ° C. in the present invention because porous silicon that is easily thermally degraded is used.

【0072】自然酸化膜除去温度は、あらかじめ、HF
等に浸漬して自然酸化膜を除去し、ただちに、熱処理容
器に設置すること、及び、露点の温度の低いH2 ガスを
使用して熱処理することにより、低温化される。
The natural oxide film removal temperature is set in advance to HF
For example, the natural oxide film is removed by immersion in a heat treatment vessel, and the temperature is lowered by heat treatment using H 2 gas having a low dew point.

【0073】あらかじめHF浸せきしたのち、清浄度の
高い水素雰囲気に基板を設置すれば、800℃程度の低
温でも自然酸化膜が自ずから除去されてその後エピタキ
シャル成長が進行する。
If the substrate is placed in a highly clean hydrogen atmosphere after immersion in HF in advance, the natural oxide film is naturally removed even at a low temperature of about 800 ° C., and thereafter epitaxial growth proceeds.

【0074】あるいは、上述した熱処理後に該Si基板
を大気に曝すことなく、化合物半導体単結晶成長用のチ
ャンバーに設置すれば、自然酸化膜の形成は著しく抑制
されるので、前記したような自然酸化膜除去のための熱
処理は不要になる。望ましくは、水素中熱処理と化合物
半導体単結晶成長を同一のチャンバーで行うことも良い
方法である。さらに望ましくは水素中熱処理と化合物半
導体単結晶成長の間に基板の温度が両プロセスのうち低
い方の温度より低く、ならないことが必要である。
Alternatively, if the Si substrate is placed in a chamber for growing a compound semiconductor single crystal without exposing the Si substrate to the atmosphere after the above-described heat treatment, formation of a natural oxide film is significantly suppressed. Heat treatment for removing the film becomes unnecessary. Desirably, the heat treatment in hydrogen and the compound semiconductor single crystal growth are performed in the same chamber. More desirably, the temperature of the substrate must not be lower than the lower one of the two processes between the heat treatment in hydrogen and the growth of the compound semiconductor single crystal.

【0075】以上、述べたようにして化合物半導体単結
晶膜を形成すれば、Siとの格子不整合等や成膜温度か
ら常温への降温と熱膨張係数の差異等により導入される
結晶欠陥は、多孔質Siの孔を封止する極薄のSi層と
多孔質領域にのみ導入され、化合物半導体単結晶膜14
には導入されない。これは、多孔質というバルクSiに
比べ脆弱な多孔質領域上に形成された極薄のSi層の方
が化合物半導体単結晶膜よりもはるかに脆弱であり、欠
陥を導入しやすいからである。
When a compound semiconductor single crystal film is formed as described above, crystal defects introduced due to lattice mismatch with Si, a difference in the coefficient of thermal expansion from the temperature drop from the film formation temperature to room temperature, and the like are reduced. The compound semiconductor single crystal film 14 introduced only into the porous region and the ultra-thin Si layer sealing the pores of the porous Si.
Will not be introduced. This is because an ultra-thin Si layer formed on a porous region that is fragile compared to bulk Si, which is porous, is much more fragile than a compound semiconductor single crystal film, and is likely to introduce defects.

【0076】上記特性を引き出すためには、ヘテロエピ
タキシャル成長させる化合物半導体単結晶膜の厚みは厚
いことが望ましい。好ましくは少なくとも50nm以
上、より好ましくは200nm以上が望ましい。
In order to obtain the above characteristics, it is desirable that the thickness of the compound semiconductor single crystal film to be heteroepitaxially grown is large. Preferably it is at least 50 nm or more, more preferably 200 nm or more.

【0077】ここでいう化合物半導体とは、III −V化
合物(GaAs、GaP、InP、GaInAsな
ど)、II−VI化合物(ZnTe、ZnSe、ZnS、C
dTe、HgTe、CdHgTeなど)、IV−IV化合物
(SiGe、SiCなど)が代表的にあげられるが、必
ずしもこれに限定されるものではない。
The compound semiconductor referred to here is a III-V compound (GaAs, GaP, InP, GaInAs, etc.) and a II-VI compound (ZnTe, ZnSe, ZnS, C
Representative examples include dTe, HgTe, CdHgTe) and IV-IV compounds (SiGe, SiC, etc.), but are not necessarily limited thereto.

【0078】[デバイスの作製]上記したような方法に
より形成された化合物半導体単結晶膜は、発光ダイオー
ド、半導体レーザーなどの発光素子、あるいは、HEM
Tトランジスタなどの高速電子デバイス作製に用いれ
ば、その特性は、化合物半導体基板そのものを用いた場
合、化合物半導体単結晶基板上にホモエピタキシャル成
長した場合、あるいは、格子歪みが極めて小さいヘテロ
エピタキシャル成長をした場合と同等、あるいはそれ以
上に良好な特性を得ることができる。
[Production of Device] The compound semiconductor single crystal film formed by the above-described method can be used as a light emitting element such as a light emitting diode or a semiconductor laser, or a HEM.
When used for the production of high-speed electronic devices such as T-transistors, the characteristics are as follows: when using a compound semiconductor substrate itself, when homoepitaxially grown on a compound semiconductor single crystal substrate, or when heteroepitaxial growth with extremely small lattice distortion is performed. Equal or better characteristics can be obtained.

【0079】[0079]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0080】(実施例1)615μmの厚みをもった比
抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の6インチ径の(100)単結晶Si基板4枚をH
Fをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成することに
より、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層を形成
した。
Example 1 Four p-type (or n-type) 6-inch diameter (100) single-crystal Si substrates having a thickness of 615 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm were subjected to H
By anodizing F in a solution diluted with alcohol, a porous Si layer was formed on one of the mirror-finished main surfaces.

【0081】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁表面は極薄の
熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. Due to this oxidation, the inner wall surface of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0082】次に、2枚の基板を露点がマイナス95℃
のH2 雰囲気中で1050℃、760Torrで10分
間熱処理した。残る2枚の基板は露点がマイナス90℃
以下のH2 雰囲気中で1050℃、760Torrで1
0分間熱処理した。昇降温時にも雰囲気は水素雰囲気と
した。
Next, the two substrates were heated at a dew point of minus 95 ° C.
In a H 2 atmosphere at 1050 ° C. and 760 Torr for 10 minutes. The remaining two substrates have a dew point of minus 90 ° C
1 at 1050 ° C and 760 Torr in the following H 2 atmosphere
Heat treated for 0 minutes. The atmosphere was a hydrogen atmosphere during the temperature rise and fall.

【0083】この状態で、それぞれ1枚の基板を取り出
して表面粗さを原子間力顕微鏡で測定してみると、およ
そ2μm周期で振幅3nmのうねりが観察された。この
観察に供さない残りの基板を次の工程に投入した。
In this state, when one substrate was taken out and the surface roughness was measured with an atomic force microscope, undulation with an amplitude of 3 nm was observed at a period of about 2 μm. The remaining substrate not used for this observation was put into the next step.

【0084】次に、この多孔質Si上にMOCVD(M
etal Organic Chemical Vap
or Deposition)法により単結晶GaAs
を1μmの厚みにエピタキシャル成長した。成長条件は
以下の通りであった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、GaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。同時に、表面を
Siにより封止された多孔質Si層とGaAs層との間
には極めて明瞭で平滑な界面が形成されていることも確
認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角の領域を
測定することにより、表面ラフネスを求めた。露点−9
5℃の水素で熱処理した基板に化合物半導体層を形成し
た表面のラフネスは平均二乗粗さ(Rrms)で0.3
nmであり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板
上に直接GaAs層を形成した場合の表面粗さである
3.5nm(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑
であり、オフ角を4度とした場合の0.42nmより良
好であった。
Next, the MOCVD (M
etal Organic Chemical Vap
or Deposition) single-crystal GaAs
Was epitaxially grown to a thickness of 1 μm. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, Ga having no crystal defects introduced into the GaAs layer and having good crystallinity was obtained.
It was confirmed that an As layer was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the GaAs layer and the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. Dew point -9
The surface roughness of the surface on which the compound semiconductor layer was formed on the substrate heat-treated with hydrogen at 5 ° C. was 0.3 in terms of mean square roughness (Rrms).
nm, which is much smoother than the surface roughness of 3.5 nm (when the off angle is 0 degree) when a GaAs layer is directly formed on a silicon substrate without forming porous silicon. It was better than 0.42 nm when the angle was 4 degrees.

【0085】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted and the defect density was determined. The result was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0086】一方、露点−90℃の水素で熱処理した場
合には表面ラフネスは0.9nm、欠陥密度はおよそ1
×105 /cm2 であった。
On the other hand, when heat treatment was performed with hydrogen having a dew point of -90 ° C., the surface roughness was 0.9 nm, and the defect density was about 1 nm.
× 10 5 / cm 2 .

【0087】(実施例2)625μmの厚みをもった比
抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
(Example 2) A p-type (also n-type) 5-inch diameter (100) single-crystal Si having a thickness of 625 μm and a resistance of 0.01 Ω · cm and a 5-inch diameter and an off angle of 0 °.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0088】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0089】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
20秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0090】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1050℃、80Torrで
10分間熱処理した。
Next, the dew point of the porous Si was set to minus 9
Heat treatment was performed at 1050 ° C. and 80 Torr for 10 minutes in an H 2 atmosphere of 2 ° C. or less.

【0091】この状態で基板を取り出して表面粗さを原
子間力顕微鏡で測定してみると、およそ4μm周期で振
幅4nmのうねりが観察された。この観察に供さない基
板を次の工程に投入した。
In this state, when the substrate was taken out and the surface roughness was measured with an atomic force microscope, undulations with a period of about 4 μm and an amplitude of 4 nm were observed. The substrate not used for this observation was put into the next step.

【0092】次に、この多孔質Si上にMOCVD法に
より単結晶GaAsを1μmの厚みにエピタキシャル成
長した。成長条件は以下の通りであった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、GaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。同時に、表面を
Siにより封止された多孔質Si層とGaAs層との間
には極めて明瞭で平滑な界面が形成されていることも確
認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角の領域を
測定することにより、表面ラフネスを求めた。表面ラフ
ネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.4nmであり、多
孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直接GaA
s層を形成した場合の表面粗さである3.5nm(オフ
角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、オフ角を
4度とした場合の0.42nmとほぼ同等になった。
Next, single crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 1 μm by MOCVD. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, a crystal having no crystal defects introduced into the GaAs layer and having good crystallinity was obtained.
It was confirmed that an As layer was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the porous Si layer whose surface was sealed with Si and the GaAs layer. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. Surface roughness: Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, GaAs is directly formed on a silicon substrate without forming porous silicon.
It was much smoother than the surface roughness when the s layer was formed, ie, 3.5 nm (when the off angle was 0 degree), and was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees. .

【0093】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted to determine the defect density, which was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0094】(実施例3)625μmの厚みをもった比
抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
Example 3 (100) single-crystal Si having a thickness of 625 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm and a p-type (or n-type) having a diameter of 5 inches and an off-angle of 0 °.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0095】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0096】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
20秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0097】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1050℃、80Torrで
10分間熱処理し、そのまま温度を700℃に下げ、こ
の多孔質Si上にMOCVD法により単結晶GaAsを
1μmの厚みにエピタキシャル成長した。成長条件は以
下の通りであった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、GaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。
Next, the dew point of the porous Si was set to minus 9
Heat treatment was performed at 1050 ° C. and 80 Torr for 10 minutes in an H 2 atmosphere of 2 ° C. or less, the temperature was lowered to 700 ° C., and single-crystal GaAs was epitaxially grown to a thickness of 1 μm on the porous Si by MOCVD. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, a crystal having no crystal defects introduced into the GaAs layer and having good crystallinity was obtained.
It was confirmed that an As layer was formed.

【0098】同時に、表面をSiにより封止された多孔
質Si層との間には極めて急峻な界面が形成されている
ことも確認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角
の領域を測定することにより、表面ラフネスを求めた。
表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.4nmで
あり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直
接GaAs層を形成した場合の表面粗さである3.5n
m(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、
オフ角を4度とした場合の0.42nmとほぼ同等にな
った。
At the same time, it was also confirmed that an extremely steep interface was formed between the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope.
Surface roughness: Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, which is 3.5 n which is the surface roughness when a GaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon.
m (when the off angle is 0 degree), it is much smoother,
This was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees.

【0099】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ5×103 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted, and the defect density was determined. The result was about 5 × 10 3 / cm 2 .

【0100】(実施例4)625μmの厚みをもった比
抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
(Example 4) A p-type (or n-type) 5-inch diameter (100) single-crystal Si with a thickness of 625 μm and a 5-inch diameter and an off angle of 0 ° is used.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0101】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0102】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
20秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁の表
面に形成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンス
し、スピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the surface of the inner wall of the hole near the porous surface, and then rinsed with pure water. And spin dried.

【0103】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1050℃、80Torrで
10分間熱処理し、そのまま温度を700℃に下げ、こ
の多孔質Si上にMBE(Molecular Bea
m Epitaxy)法により単結晶AlGaAsを1
μmの厚みにエピタキシャル成長した。
Next, the dew point of this porous Si was set to minus 9
Heat treatment is performed at 1050 ° C. and 80 Torr for 10 minutes in an H 2 atmosphere of 2 ° C. or less, the temperature is lowered to 700 ° C., and MBE (Molecular Beam) is placed on the porous Si.
m epitaxy) method to form single-crystal AlGaAs
It was epitaxially grown to a thickness of μm.

【0104】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、A
lGaAs層に結晶欠陥が導入されておらず、良好な結
晶性を有するGaAs層が形成されたことが確認され
た。同時に、表面をSiにより封止された多孔質Si層
とGaAs層との間には極めて明瞭で平滑な界面が形成
されていることも確認された。さらに原子間力顕微鏡で
50μm角の領域を測定することにより、表面ラフネス
を求めた。表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で
0.41nmであり、多孔質シリコンを形成せず、シリ
コン基板上に直接AlGaAs層を形成した場合の表面
粗さである3.7nm(オフ角0度の場合)に比べ、は
るかに平滑であり、オフ角を4度とした場合の0.42
nmとほぼ同等になった。
As a result of observing the cross section with a transmission electron microscope, A
No crystal defects were introduced into the lGaAs layer, and it was confirmed that a GaAs layer having good crystallinity was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the GaAs layer and the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. The surface roughness is a mean square roughness (Rrms) of 0.41 nm, which is 3.7 nm (off-angle of 0 degree) which is a surface roughness when an AlGaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon. Case), which is much smoother and 0.42 when the off angle is 4 degrees.
nm.

【0105】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted and the defect density was determined. The result was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0106】(実施例5)625μmの厚みをもった比
抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
(Example 5) A p-type (or n-type) 5-inch diameter (100) single-crystal Si having a thickness of 625 µm and a 5-inch diameter and an off angle of 0 degree is used.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0107】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0108】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
20秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, this substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to remove the porous surface and the ultrathin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0109】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1150℃、760Torr
で10分間熱処理し、その後、この多孔質Si上に液相
成長法により単結晶GaPを1μmの厚みにエピタキシ
ャル成長した。
Next, the dew point of the porous Si was set to minus 9
1150 ° C, 760 Torr in H 2 atmosphere of 2 ° C or less
Then, a single-crystal GaP was epitaxially grown to a thickness of 1 μm on the porous Si by a liquid phase growth method.

【0110】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、G
aP層に結晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を
有するGaP層が形成されたことが確認された。同時
に、表面をSiにより封止された多孔質Si層とGaP
層との間には極めて明瞭で平滑な界面が形成されている
ことも確認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角
の領域を測定することにより、表面ラフネスを求めた。
表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.4nmで
あり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直
接GaAs層を形成した場合の表面粗さである3.5n
m(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、
オフ角を4度とした場合の0.42nmとほぼ同等にな
った。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, G
No crystal defects were introduced into the aP layer, and it was confirmed that a GaP layer having good crystallinity was formed. At the same time, a porous Si layer whose surface is sealed with Si and GaP
It was also confirmed that a very clear and smooth interface was formed between the layers. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope.
Surface roughness Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, which is 3.5 n which is the surface roughness when a GaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon.
m (when the off angle is 0 degree), it is much smoother,
This was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees.

【0111】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted, and the defect density was determined. The result was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0112】(実施例6)図4は、本発明による光起電
力素子としての太陽電池の断面模式図であり、図4にお
いて、41はSi基板、42は多孔質層、43は多孔質
の孔の封止部であるSi層、44はp- 型のGaAs
層、45はp+ 型のInGaP層、46はp型のGaA
s層、47はn+ 型のGaAs層、48はn+ 型のIn
GaP層、49はn+ 型のAlInP層、410は反射
防止膜、411,412は電極である。以下、本実施例
の素子の製造工程について述べる。
Example 6 FIG. 4 is a schematic sectional view of a solar cell as a photovoltaic device according to the present invention. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a Si substrate, 42 denotes a porous layer, and 43 denotes a porous layer. An Si layer which is a sealing portion of the hole, and 44 is p - type GaAs
Layer 45, p + -type InGaP layer; 46, p-type GaAs
s layer, 47 is an n + -type GaAs layer, and 48 is an n + -type In
A GaP layer, 49 is an n + -type AlInP layer, 410 is an antireflection film, and 411 and 412 are electrodes. Hereinafter, the manufacturing process of the device of this example will be described.

【0113】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのp型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
A porous Si layer was formed on one main surface of the mirror surface by anodizing a 5 inch diameter (100) single crystal Si substrate of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol. .

【0114】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は極薄の熱酸
化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0115】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, this substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0116】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1100℃、760Torr
で10分間熱処理し、その後、この多孔質Si上に液相
成長法により単結晶GaAsを5μmの厚みにエピタキ
シャル成長した。
Next, the dew point of this porous Si was set to minus 9
1100 ° C, 760 Torr in H 2 atmosphere of 2 ° C or less
Then, a single-crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 5 μm by a liquid phase growth method.

【0117】さらにp+ 型InGaP、p型GaAs、
+ 型GaAs、n+ 型InGaP、n+ 型AlInP
を積層し、AlInP層49の表面には第1の電極と反
射防止膜を形成し、Si基板41の裏面には第2の電極
を形成し、太陽電池を形成した。
Further, p + type InGaP, p type GaAs,
n + -type GaAs, n + -type InGaP, n + -type AlInP
And a first electrode and an anti-reflection film were formed on the surface of the AlInP layer 49, and a second electrode was formed on the back surface of the Si substrate 41 to form a solar cell.

【0118】この太陽電池のFill Factorを
測定したところ、同じ構造を多孔質Siを形成しない単
結晶Si基板上に形成した場合は0.831、多孔質S
iを形成したが、多孔質表面の孔の封止処理をしない場
合は0.807で、本発明による場合0.870を示し
た特性の改善が確認された。
When the Fill Factor of this solar cell was measured, it was 0.831 when the same structure was formed on a single-crystal Si substrate on which no porous Si was formed.
Although i was formed, when the sealing treatment of the pores on the porous surface was not performed, the improvement was 0.807, which was 0.870 in the case of the present invention.

【0119】(実施例7)図5は、本発明による発光素
子としてのLEDの断面模式図であり、図5において、
51はSi基板、52は多孔質層、53は多孔質の孔の
封止部であるSi層、54はn- 型のGaAlAs、5
5はp- 型のGaAlAs、56はp- 型のGaAlA
s、57は電極である。以下、本実施例の製造工程につ
いて説明する。
Example 7 FIG. 5 is a schematic sectional view of an LED as a light emitting device according to the present invention.
51 is a Si substrate, 52 is a porous layer, 53 is a Si layer which is a sealing portion of a porous hole, 54 is an n - type GaAlAs,
5 is p - type GaAlAs, 56 is p - type GaAlA
s and 57 are electrodes. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0120】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0121】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁は極薄の熱酸
化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. Due to this oxidation, the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0122】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0123】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1100℃、760Torr
で10分間熱処理し、その後、この封口処理された多孔
質Si上に液相成長法により単結晶n- 型GaAsを5
μmの厚みにエピタキシャル成長した。
Next, the dew point of this porous Si was set to minus 9
1100 ° C, 760 Torr in H 2 atmosphere of 2 ° C or less
For 10 minutes, and then, a single-crystal n -type GaAs layer is formed on the sealed porous Si by liquid phase epitaxy.
It was epitaxially grown to a thickness of μm.

【0124】さらにn- 型GaAlAs、p- 型GaA
lAsを積層し、GaAlAsの層56の表面とSi基
板51の裏面に第1及び第2の電極を形成し、図5のよ
うに発光ダイオードを形成したところ、GaAs基板上
に形成した場合と同等の強度での赤色発光が確認され
た。
Further, n - type GaAlAs and p - type GaAs
1As are stacked, first and second electrodes are formed on the front surface of the GaAlAs layer 56 and the back surface of the Si substrate 51, and a light emitting diode is formed as shown in FIG. 5, which is equivalent to that formed on the GaAs substrate. Red light emission at the intensity of was observed.

【0125】(実施例8)図6は、本発明による発光素
子としての半導体レーザーの断面模式図であり、図6に
おいて、61はSi基板、62は多孔質層、63は多孔
質の孔の封止部であるSi層、64はn- 型のGaA
s、65はp- 型のGaAs、66はn- 型のZnSe
バッファ層、67はn- 型のZnMgSSe、68はZ
nSSe/ZnCdSe、69はp- 型のZnMgSS
e、610はp- 型のZnSe、611はp- 型のZn
Se/ZnTe、612はp- 型のZnTe、613は
電極である。以下、本実施例の製造工程について説明す
る。
(Embodiment 8) FIG. 6 is a schematic sectional view of a semiconductor laser as a light emitting device according to the present invention. In FIG. 6, reference numeral 61 denotes a Si substrate, 62 denotes a porous layer, and 63 denotes a porous hole. An Si layer serving as a sealing portion, and 64 is n -type GaAs
s, 65 are p - type GaAs, 66 is n - type ZnSe
Buffer layer, 67 is n -type ZnMgSSe, 68 is Z
nSSe / ZnCdSe, 69 is p - type ZnMgSS
e and 610 are p -type ZnSe, and 611 is p -type ZnSe
Se / ZnTe, 612 is p - type ZnTe, and 613 is an electrode. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0126】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0127】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0128】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0129】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1000℃、10Torrで
10分間の熱処理による封口処理を施し、その後、この
多孔質Si上にMBE法により単結晶のn- 型GaAs
を5μmの厚みにエピタキシャル成長した。
Next, the dew point of this porous Si was set to minus 9
Sealing is performed by heat treatment at 1000 ° C. and 10 Torr for 10 minutes in an H 2 atmosphere of 2 ° C. or less, and then a single-crystal n -type GaAs is formed on the porous Si by MBE.
Was epitaxially grown to a thickness of 5 μm.

【0130】さらにp- 型GaAs、n- 型ZnSeを
積層したのち、n- 型ZnSe層を10μmのストライ
プ上にパターニングして除去したのち、さらにn- 型Z
nMgSSe、ZnSSe/ZnCdSe、p- 型Zn
MgSSe、p- 型ZnSe、p- 型ZnSe/ZnT
e、p- 型ZnTeを形成した。表面にはAn/Pt/
Pdの第1の電極を、裏面には、Inの第2の電極を形
成し、パルス電圧を印加したところ、GaAs基板上に
かかるデバイス構造を形成した場合と同様に室温で発振
した。閾値電流密度はいずれも210A/cm2 であっ
た。
[0130] Further p - type GaAs, n - After lamination type ZnSe, n - after removing by patterning the type ZnSe layer on 10μm stripe, further n - type Z
nMgSSe, ZnSSe / ZnCdSe, p - type Zn
MgSSe, p - type ZnSe, p - type ZnSe / ZnT
e, p - type ZnTe was formed. An / Pt /
When a first electrode of Pd and a second electrode of In were formed on the back surface and a pulse voltage was applied, oscillation occurred at room temperature in the same manner as when the device structure was formed on a GaAs substrate. The threshold current densities were all 210 A / cm 2 .

【0131】(実施例9)図7は、本発明によるトラン
ジスタとしてのHEMTの断面模式図であり、図7にお
いて、71はSi基板、72は多孔質層、73は多孔質
の孔の封止部であるSi層、74は単結晶GaAs層、
75はノンドープのGaAs、76はn型のAlGaA
s、77はn型のGaAs、78はAuGeのソース電
極、79はAlのゲート電極、710はAuGeのドレ
インである。以下、本実施例の製造工程について説明す
る。
(Embodiment 9) FIG. 7 is a schematic sectional view of a HEMT as a transistor according to the present invention. In FIG. 7, reference numeral 71 denotes an Si substrate, 72 denotes a porous layer, and 73 denotes sealing of a porous hole. Part, a Si layer, 74 is a single crystal GaAs layer,
75 is undoped GaAs, 76 is n-type AlGaAs
s and 77 are n-type GaAs, 78 is an AuGe source electrode, 79 is an Al gate electrode, and 710 is an AuGe drain. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0132】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0133】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0134】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0135】次に、この多孔質Siを露点がマイナス9
2℃以下のH2 雰囲気中で1000℃、1Torrで1
0分間熱処理し、その後、この多孔質Si上にMBE法
により単結晶GaAsを5μmの厚みにエピタキシャル
成長した。
Next, the dew point of this porous Si was set to minus 9
1000 ° C. in H 2 atmosphere of 2 ° C. or less, 1 at 1 Torr
Heat treatment was performed for 0 minutes, and then single-crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 5 μm by MBE.

【0136】さらに、ノンドープのGaAs層、n型A
lGaAs、n型GaAsを形成した。この上にゲー
ト、ソース、ドレインを作製し、HEMT(high
electron mobility transis
tor)を作製したところ、GaAs基板上に形成した
場合と同様に高速で動作した。
Further, a non-doped GaAs layer, an n-type A
lGaAs and n-type GaAs were formed. A gate, a source, and a drain are formed thereon, and HEMT (high) is formed.
electron mobility transmission
tor), the device operated at a high speed in the same manner as when the device was formed on a GaAs substrate.

【0137】(実施例10)615μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の6インチ径の(100)単結晶Si基板3枚のう
ち2枚をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成
することにより、その鏡面である一方の主面に多孔質S
i層を形成した。
Example 10 Two out of three p-type (or n-type) 6-inch diameter (100) single-crystal Si substrates having a thickness of 615 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm were used. By anodizing the sheet in a solution obtained by diluting HF with alcohol, porous S
An i-layer was formed.

【0138】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0139】次に、このうち1枚の基板をH2 を230
1/min流しながら1050℃、760Torrで1
分間熱処理し、さらにSiH4 を50sccm添加して
5分間熱処理した。
Next, one of the substrates was treated with H 2 at 230.
1 minute at 1050 ° C and 760 Torr
Heat treatment for 5 minutes, and further added 50 sccm of SiH 4 and heat-treated for 5 minutes.

【0140】次に、これら3枚の前処理をした(10
0)Si基板上にMOCVD法により単結晶GaAsを
1μmの厚みにエピタキシャル成長した。成長条件は以
下の通りであった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、SiH4 を添加
して熱処理した多孔質Si上に形成したGaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。同時に、表面を
Siにより封止された多孔質Si層とGaAs層との間
には極めて明瞭で平滑な界面が形成されていることも確
認された。また、多孔質を形成したもののSiH4 を添
加した熱処理をせずにGaAs層を形成した基板では、
電子顕微鏡で断面観察すると多孔質SiとGaAs層の
界面が100nmぐらいの高低差で乱れていることが確
認された。一方、多孔質を形成せずにGaAs層を形成
した場合は、Si/GaAs界面からGaAs層に双晶
欠陥や積層欠陥、転移が無数に導入されていることが確
認された。
Next, these three sheets were pre-processed (10
0) Single crystal GaAs was epitaxially grown on the Si substrate to a thickness of 1 μm by MOCVD. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of cross-sectional observation with a transmission electron microscope, crystal defects were introduced into a GaAs layer formed on porous Si heat-treated by adding SiH 4. Not having good crystallinity
It was confirmed that an As layer was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the GaAs layer and the porous Si layer whose surface was sealed with Si. On the other hand, in the case of a substrate on which a GaAs layer is formed without performing a heat treatment in which SiH 4 is added although a porous material is formed,
Observation of the cross section with an electron microscope confirmed that the interface between the porous Si and the GaAs layer was disturbed with a height difference of about 100 nm. On the other hand, when the GaAs layer was formed without forming the porous structure, it was confirmed that twin defects, stacking faults, and dislocations were introduced innumerably from the Si / GaAs interface into the GaAs layer.

【0141】さらに原子間力顕微鏡で50μm角の領域
を測定して表面ラフネスを求めた。露点−95℃の水素
で熱処理した基板に化合物半導体層を形成した表面のラ
フネスは平均二乗粗さ(Rrms)で0.3nmであ
り、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直接
GaAs層を形成した場合の表面粗さである3.5nm
(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、オ
フ角を4度とした場合の0.42nmより良好であっ
た。
Further, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. The surface roughness of the surface where the compound semiconductor layer was formed on the substrate heat-treated with hydrogen having a dew point of -95 ° C. was 0.3 nm in terms of mean square roughness (Rrms), and porous silicon was not formed and the GaAs layer was directly formed on the silicon substrate. 3.5 nm which is the surface roughness when
Compared with (when the off-angle was 0 degree), it was much smoother and better than 0.42 nm when the off-angle was 4 degrees.

【0142】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching were counted to determine the defect density, which was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0143】一方、多孔質を形成しない場合には欠陥密
度はおよそ1×106 /cm2 と高く、多孔質を形成し
てもSiH4 添加熱処理をしない場合には1×105
cm 2 程度であった。
On the other hand, when no porous material is formed, the density of defects is low.
The degree is about 1 × 106 / CmTwo And high, forming a porous
Even SiHFour 1 × 10 if no additional heat treatmentFive /
cm Two It was about.

【0144】(実施例11)625μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
(Example 11) A p-type (or n-type) 5-inch diameter (100) single-crystal Si having a thickness of 625 µm and a 5-inch diameter and an off angle of 0 degree is used.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0145】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0146】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
20秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0147】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で1
050℃、80TorrでSiH4を20sccm添加
しながら10分間熱処理した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 1 hour.
Heat treatment was performed at 050 ° C. and 80 Torr for 10 minutes while adding 20 sccm of SiH 4 .

【0148】この状態で基板を取り出して表面粗さを原
子間力顕微鏡で測定してみると、およそ4μm周期で振
幅4nmのうねりが観察された。この観察に供さない基
板を次の工程に投入した。
In this state, the substrate was taken out and the surface roughness was measured with an atomic force microscope. As a result, undulations with a period of about 4 μm and an amplitude of 4 nm were observed. The substrate not used for this observation was put into the next step.

【0149】次に、この多孔質Si上にMOCVD法に
より単結晶GaAsを1μmの厚みにエピタキシャル成
長した。成長条件は以下の通りであった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、GaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。同時に、表面を
Siにより封止された多孔質Si層との間には極めて急
峻な界面が形成されていることも確認された。さらに原
子間力顕微鏡で50μm角の領域を測定することによ
り、表面ラフネスを求めた。表面ラフネス平均二乗粗さ
(Rrms)で0.4nmであり、多孔質シリコンを形
成せず、シリコン基板上に直接GaAs層を形成した場
合の表面粗さである3.5nm(オフ角0度の場合)に
比べ、はるかに平滑であり、オフ角を4度とした場合の
0.42nmとほぼ同等になった。
Next, single crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si by MOCVD to a thickness of 1 μm. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, a crystal having no crystal defects introduced into the GaAs layer and having good crystallinity was obtained.
It was confirmed that an As layer was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely steep interface was formed between the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. Surface roughness Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, and 3.5 nm (off-angle of 0 degree) which is a surface roughness when a GaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon. In this case, it was much smoother than in the case (2), and was almost equal to 0.42 nm when the off-angle was 4 degrees.

【0150】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ5×103 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted, and the defect density was determined. The result was about 5 × 10 3 / cm 2 .

【0151】(実施例12)625μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
Example 12 (100) Single-crystal Si having a thickness of 625 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm and a p-type (or n-type) having a diameter of 5 inches and an off angle of 0 °.
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0152】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0153】次に、この多孔質Siを露点がH2 雰囲気
中で1050℃、80Torrで5分間熱処理し、引き
続いてSiH2 Cl2 を20sccm添加して5分間熱
処理した。そのまま温度を700℃に下げ、この多孔質
Si上にMOCVD法により単結晶GaAsを1μmの
厚みにエピタキシャル成長した。成長条件は以下の通り
であった。 ソースガス:TMG/AsH3 /H2 ガス圧力:80Torr 温度:700℃ 透過電子顕微鏡による断面観察の結果、GaAs層に結
晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を有するGa
As層が形成されたことが確認された。
Next, the porous Si was heat-treated in an H 2 atmosphere at a dew point of 1050 ° C. and 80 Torr for 5 minutes, followed by adding 20 sccm of SiH 2 Cl 2 and heat-treating for 5 minutes. The temperature was lowered to 700 ° C., and single-crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 1 μm by MOCVD. The growth conditions were as follows. Source gas: TMG / AsH 3 / H 2 Gas pressure: 80 Torr Temperature: 700 ° C. As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, a crystal having no crystal defects introduced into the GaAs layer and having good crystallinity was obtained.
It was confirmed that an As layer was formed.

【0154】同時に、表面をSiにより封止された多孔
質Si層との間には極めて急峻な界面が形成されている
ことも確認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角
の領域を測定することにより、表面ラフネスを求めた。
表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.4nmで
あり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直
接GaAs層を形成した場合の表面粗さである3.5n
m(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、
オフ角を4度とした場合の0.42nmとほぼ同等にな
った。
At the same time, it was also confirmed that an extremely steep interface was formed between the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope.
Surface roughness: Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, which is 3.5 n which is the surface roughness when a GaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon.
m (when the off angle is 0 degree), it is much smoother,
This was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees.

【0155】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ5×103 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted to determine the defect density, which was about 5 × 10 3 / cm 2 .

【0156】(実施例13)625μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
Example 13 (100) Single-crystal Si having a thickness of 625 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm and a p-type (can also be an n-type) 5-inch diameter and an off-angle of 0 ° 0 °
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0157】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を1.25%のHF溶液に20秒浸けて
多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形成された極薄
酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、スピン乾燥し
た。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to form a porous surface and a pore inner wall near the porous surface. After peeling off the ultrathin oxide film, it was rinsed with pure water and spin-dried.

【0158】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で9
50℃、20TorrでSiH4 を30sccm添加し
ながら10分間熱処理し、そのまま温度を700℃に下
げ、供給ガスを変え、この多孔質Si上にMBE法によ
り単結晶AlGaAsを1μmの厚みにエピタキシャル
成長した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 9 hours.
A heat treatment was performed for 10 minutes at 50 ° C. and 20 Torr while adding 30 sccm of SiH 4 , the temperature was lowered to 700 ° C., the supply gas was changed, and a single-crystal AlGaAs was epitaxially grown to a thickness of 1 μm on the porous Si by MBE.

【0159】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、A
lGaAs層に結晶欠陥が導入されておらず、良好な結
晶性を有するGaAs層が形成されたことが確認され
た。同時に、表面をSiにより封止された多孔質Si層
との間には極めて明瞭で平滑な界面が形成されているこ
とも確認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角の
領域を測定することにより、表面ラフネスを求めた。表
面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.41nmで
あり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直
接AlGaAs層を形成した場合の表面粗さである3.
7nm(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であ
り、オフ角を4度とした場合の0.42nmとほぼ同等
になった。
As a result of observing the cross section with a transmission electron microscope,
No crystal defects were introduced into the lGaAs layer, and it was confirmed that a GaAs layer having good crystallinity was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. 2. Surface roughness: Mean surface roughness (Rrms) of 0.41 nm, which is the surface roughness when an AlGaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon.
It was much smoother than 7 nm (when the off angle was 0 degree), and was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees.

【0160】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ7×103 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted, and the defect density was determined. The result was about 7 × 10 3 / cm 2 .

【0161】(実施例14)625μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度の(100)単結晶Si
基板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成す
ることにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si
層を形成した。
(Example 14) A p-type (or n-type) 5-inch diameter (100) single crystal Si having a thickness of 625 μm and a 5-inch diameter and an off angle of 0 °
By anodizing the substrate in a solution of HF diluted with alcohol, a porous Si
A layer was formed.

【0162】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を1.25%のHF溶液に20秒浸けて
多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形成された極薄
酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、スピン乾燥し
た。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 20 seconds to form a porous surface and a pore inner wall near the porous surface. After peeling off the ultrathin oxide film, it was rinsed with pure water and spin-dried.

【0163】次に、この多孔質Siを4%−H2 :96
%−Ar雰囲気中で1100℃、760TorrでSi
4 を30sccm添加しながら10分間熱処理し、そ
のまま温度を700℃に下げ、供給ガスを変え、この多
孔質Si上にMBE法により単結晶AlGaAsを1μ
mの厚みにエピタキシャル成長した。
Next, this porous Si was added with 4% -H 2 : 96
% -Ar atmosphere at 1100 ° C. and 760 Torr
A heat treatment was performed for 10 minutes while adding 30 sccm of H 4 , the temperature was directly lowered to 700 ° C., the supply gas was changed, and a single-crystal AlGaAs was deposited on the porous Si by 1 μm by MBE.
m was epitaxially grown.

【0164】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、A
lGaAs層に結晶欠陥が導入されておらず、良好な結
晶性を有するGaAs層が形成されたことが確認され
た。同時に、表面をSiにより封止された多孔質Si層
とGaAs層との間には極めて明瞭で平滑な界面が形成
されていることも確認された。さらに原子間力顕微鏡で
50μm角の領域を測定することにより、表面ラフネス
を求めた。表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で
0.41nmであり、多孔質シリコンを形成せず、シリ
コン基板上に直接AlGaAs層を形成した場合の表面
粗さである3.7nm(オフ角0度の場合)に比べ、は
るかに平滑であり、オフ角を4度とした場合の0.42
nmとほぼ同等になった。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, A
No crystal defects were introduced into the lGaAs layer, and it was confirmed that a GaAs layer having good crystallinity was formed. At the same time, it was also confirmed that an extremely clear and smooth interface was formed between the GaAs layer and the porous Si layer whose surface was sealed with Si. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope. The surface roughness is a mean square roughness (Rrms) of 0.41 nm, which is 3.7 nm (off-angle of 0 degree) which is a surface roughness when an AlGaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon. Case), which is much smoother and 0.42 when the off angle is 4 degrees.
nm.

【0165】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ7×103 /cm2 であっ
た。
Further, crystal defects revealed by an optical microscope by defect revealing etching were counted to determine the defect density, which was about 7 × 10 3 / cm 2 .

【0166】(実施例15)625μmの厚みをもった
比抵抗0.01Ω・cmのp型(n型とすることもでき
る)の5インチ径のオフ角0度(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Example 15 A p-type (or n-type) 5-inch diameter, 5-inch diameter, off-angle, 0 degree (100) single-crystal Si substrate having a thickness of 625 μm and a thickness of 625 μm was prepared. By anodizing HF in a solution obtained by diluting HF with alcohol, a porous Si layer was formed on one main surface, which was a mirror surface.

【0167】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中300℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, this substrate was oxidized at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0168】次に、この多孔質Siを露点が到達真空度
1×10-10 Torrの超高真空中で1150℃でSi
を極微量供給しながら10分間熱処理し、その後、この
多孔質Si上に液相成長法により単結晶GaPを1μm
の厚みにエピタキシャル成長した。
Next, the porous Si was deposited at 1150 ° C. in an ultra-high vacuum having a dew point of 1 × 10 −10 Torr.
Is heat-treated for 10 minutes while supplying a very small amount of, and then a single-crystal GaP is deposited on this porous Si by 1 μm by liquid phase growth.
Epitaxially grown to a thickness of

【0169】透過電子顕微鏡による断面観察の結果、G
aP層に結晶欠陥が導入されておらず、良好な結晶性を
有するGaP層が形成されたことが確認された。同時
に、表面をSiにより封止された多孔質Si層とGaP
層との間には極めて明瞭で平滑な界面が形成されている
ことも確認された。さらに原子間力顕微鏡で50μm角
の領域を測定することにより、表面ラフネスを求めた。
表面ラフネス平均二乗粗さ(Rrms)で0.4nmで
あり、多孔質シリコンを形成せず、シリコン基板上に直
接GaAs層を形成した場合の表面粗さである3.5n
m(オフ角0度の場合)に比べ、はるかに平滑であり、
オフ角を4度とした場合の0.42nmとほぼ同等にな
った。
As a result of observation of a cross section by a transmission electron microscope, G
No crystal defects were introduced into the aP layer, and it was confirmed that a GaP layer having good crystallinity was formed. At the same time, a porous Si layer whose surface is sealed with Si and GaP
It was also confirmed that a very clear and smooth interface was formed between the layers. Furthermore, the surface roughness was determined by measuring an area of 50 μm square with an atomic force microscope.
Surface roughness: Mean square roughness (Rrms) is 0.4 nm, which is 3.5 n which is the surface roughness when a GaAs layer is formed directly on a silicon substrate without forming porous silicon.
m (when the off angle is 0 degree), it is much smoother,
This was almost equal to 0.42 nm when the off angle was 4 degrees.

【0170】さらに欠陥顕在化エッチングにより、光学
顕微鏡により顕在化された結晶欠陥をカウントし欠陥密
度を求めたところ、およそ1×104 /cm2 であっ
た。
Further, the number of crystal defects revealed by an optical microscope by the defect revealing etching was counted, and the defect density was determined. The result was about 1 × 10 4 / cm 2 .

【0171】(実施例16)本発明による光起電力素子
としての太陽電池は図4に示したものと同じ構成であ
る。41はSi基板、42は多孔質層、43は多孔質の
孔の封止部であるSi層、44はp- 型のGaAs、4
5はp+ 型のInGaP、46はp型のGaAs、47
はn+ 型のGaAs、48はn+ 型のInGaP、49
はn+ 型のAlInP、410は反射防止膜、411,
412は電極である。以下、本実施例の製造工程につい
て説明する。
Embodiment 16 A solar cell as a photovoltaic element according to the present invention has the same configuration as that shown in FIG. 41 is a Si substrate, 42 is a porous layer, 43 is a Si layer which is a sealing portion of a porous hole, 44 is p - type GaAs,
5 is p + type InGaP, 46 is p type GaAs, 47
Is n + -type GaAs, 48 is n + -type InGaP, 49
Is n + type AlInP, 410 is an antireflection film, 411,
412 is an electrode. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0172】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのp型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
A porous Si layer was formed on one main surface of the mirror surface by anodizing a 5 inch diameter (100) single crystal Si substrate of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol. .

【0173】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0174】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, this substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0175】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で1
100℃、760Torrで1分間熱処理し、引き続い
てSiH2 Cl2 を20sccm添加して5分間熱処理
した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 1 hour.
Heat treatment was performed at 100 ° C. and 760 Torr for 1 minute, followed by addition of 20 sccm of SiH 2 Cl 2 and heat treatment for 5 minutes.

【0176】その後、この多孔質Si上に液相成長法に
より単結晶GaAsを5μmの厚みにエピタキシャル成
長した。
Thereafter, single-crystal GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 5 μm by a liquid phase growth method.

【0177】さらにp+ 型InGaP、p型GaAs、
+ 型GaAs、n+ 型InGaP、n+ 型AlInP
を積層し、表面には第1の電極と反射防止膜を形成し、
裏面には第2の電極を形成し、太陽電池を形成した。
Further, p + -type InGaP, p-type GaAs,
n + -type GaAs, n + -type InGaP, n + -type AlInP
Are laminated, a first electrode and an antireflection film are formed on the surface,
A second electrode was formed on the back surface to form a solar cell.

【0178】この太陽電池のFill Factorを
測定したところ、同じ構造を多孔質Siを形成しない単
結晶Si基板上に形成した場合は0.831、多孔質S
iを形成したが、多孔質表面の孔の封止処理をしない場
合は0.807で、本発明による場合0.870を示し
た特性の改善が確認された。
When the Fill Factor of this solar cell was measured, it was 0.831 when the same structure was formed on a single crystal Si substrate on which no porous Si was formed.
Although i was formed, when the sealing treatment of the pores on the porous surface was not performed, the improvement was 0.807, which was 0.870 in the case of the present invention.

【0179】(実施例17)本発明による発光素子とし
てのLEDは、図5に示したものと同じ構成である。5
1はSi基板、52は多孔質層、53は多孔質の孔の封
止部、54はn- 型のGaAlAs、55はp- 型のG
aAlAs、56はp- 型のGaAlAs、57は電極
である。以下、本実施例の製造工程について説明する。
(Embodiment 17) The LED as the light emitting device according to the present invention has the same configuration as that shown in FIG. 5
1 is a Si substrate, 52 is a porous layer, 53 is a sealing portion of a porous hole, 54 is an n - type GaAlAs, and 55 is a p - type GAlAs.
aAlAs and 56 are p - type GaAlAs and 57 is an electrode. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0180】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0181】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0182】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole near the porous surface, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0183】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で1
100℃、760Torrで1分間熱処理し、引き続い
てSiH4 20sccmを添加して熱処理を6分間継続
した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 1 hour.
Heat treatment was performed at 100 ° C. and 760 Torr for 1 minute, followed by adding 20 sccm of SiH 4 and continuing the heat treatment for 6 minutes.

【0184】その後、この多孔質Si上に液相成長法に
より単結晶のn- 型GaAsを5μmの厚みにエピタキ
シャル成長した。
Thereafter, a single-crystal n -type GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 5 μm by a liquid phase growth method.

【0185】さらにn- 型GaAlAs、p- 型GaA
lAsを積層し、表面と裏面に第1及び第2の電極を形
成し、図5のように発光ダイオードを形成したところ、
GaAs基板上に形成した場合と同等の強度での赤色発
光が確認された。
Further, n - type GaAlAs and p - type GaAs
1As were stacked, first and second electrodes were formed on the front and back surfaces, and a light emitting diode was formed as shown in FIG.
Red light emission at the same intensity as when formed on a GaAs substrate was confirmed.

【0186】(実施例18)本発明による発光素子とし
ての半導体レーザーは、図6に示すものと同じである。
61はSi基板、62は多孔質層、63は多孔質の孔の
封止部としてのSi層、64はn- 型のGaAs、65
はp- 型のGaAs、66はn- 型のZnSeバッファ
層、67はn- 型のZnMgSSe、68はZnSSe
/ZnCdSe、69はp- 型のZnMgSSe、61
0はp- 型のZnSe、611はp-型のZnSe/Z
nTe、612はp- 型のZnTe、613は電極であ
る。以下、本実施例の製造工程について説明する。
(Embodiment 18) A semiconductor laser as a light emitting device according to the present invention is the same as that shown in FIG.
61 is a Si substrate, 62 is a porous layer, 63 is a Si layer as a sealing portion of a porous hole, 64 is n -type GaAs, 65
Is p - type GaAs, 66 is n - type ZnSe buffer layer, 67 is n - type ZnMgSSe, 68 is ZnSSe
/ ZnCdSe, 69 is p -type ZnMgSSe, 61
0 is p - type ZnSe, 611 is p - type ZnSe / Z
nTe and 612 are p - type ZnTe, and 613 is an electrode. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0187】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0188】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0189】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0190】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で1
100℃、760Torrで1分間の熱処理し、引き続
いてSiH4 20sccmを添加して熱処理を6分間継
続した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 1 hour.
Heat treatment was performed at 100 ° C. and 760 Torr for 1 minute, followed by adding 20 sccm of SiH 4 and continuing the heat treatment for 6 minutes.

【0191】その後、この多孔質Si上にMBE法によ
り単結晶n- 型GaAsを5μmの厚みにエピタキシャ
ル成長した。
Thereafter, a single-crystal n -type GaAs was epitaxially grown on the porous Si to a thickness of 5 μm by MBE.

【0192】さらにp- 型GaAs、n- 型ZnSeを
積層したのち、n- 型ZnSe層を10μmのストライ
プ上にパターニングして除去したのち、さらにn- 型Z
nMgSSe、ZnSSe/ZnCdSe、p- 型Zn
MgSSe、p- 型ZnSe、p- 型ZnSe/ZnT
e、p- 型ZnTeを形成した。表面にはAn/Pt/
Pdの電極を、裏面にはIn電極を形成し、パルス電圧
を印加したところ、GaAs基板上にかかるデバイス構
造を形成した場合と同様に室温で発振した。閾値電流密
度はいずれも210A/cm2 であった。
After stacking p -type GaAs and n -type ZnSe, the n -type ZnSe layer is removed by patterning on a 10 μm stripe, and then n -type ZSe.
nMgSSe, ZnSSe / ZnCdSe, p - type Zn
MgSSe, p - type ZnSe, p - type ZnSe / ZnT
e, p - type ZnTe was formed. An / Pt /
When a Pd electrode and an In electrode were formed on the back surface and a pulse voltage was applied, oscillation occurred at room temperature as in the case of forming the device structure on the GaAs substrate. The threshold current densities were all 210 A / cm 2 .

【0193】(実施例19)本発明によるトランジスタ
としてのHEMTは、図7に示すものと同じである。7
1はSi基板、72は多孔質層、73は多孔質の孔の封
止部としてのSi層、74はGaAs、75はノンドー
プのGaAs、76はn型のAlGaAs、77はn型
のGaAs、78はソース、79はゲート、710はド
レインである。以下、本実施例の製造工程について説明
する。
(Example 19) A HEMT as a transistor according to the present invention is the same as that shown in FIG. 7
1 is a Si substrate, 72 is a porous layer, 73 is a Si layer as a sealing portion of a porous hole, 74 is GaAs, 75 is undoped GaAs, 76 is n-type AlGaAs, 77 is n-type GaAs, 78 is a source, 79 is a gate, and 710 is a drain. Hereinafter, the manufacturing process of this embodiment will be described.

【0194】625μmの厚みをもった比抵抗0.01
Ω・cmのn型の5インチ径の(100)単結晶Si基
板をHFをアルコールで希釈した溶液中で陽極化成する
ことにより、その鏡面である一方の主面に多孔質Si層
を形成した。
Specific resistance 0.01 having a thickness of 625 μm
An anodized 5-inch (100) single-crystal Si substrate of n-type of Ω · cm in a solution of HF diluted with alcohol to form a porous Si layer on one of the mirror-finished main surfaces. .

【0195】陽極化成条件は以下の通りであった。 電流密度:7mA/cm2 陽極化成溶液:HF:H2 O:C25 OH=1:1:
1 時間:12分 多孔質Si層の厚み:10μm 多孔度:20% 次に、この基板を酸素雰囲気中400℃で1時間酸化し
た。この酸化により多孔質Siの孔の内壁の表面は極薄
の熱酸化膜で覆われた。
The anodizing conditions were as follows. Current density: 7 mA / cm 2 Anodizing solution: HF: H 2 O: C 2 H 5 OH = 1: 1:
1 hour: 12 minutes Thickness of porous Si layer: 10 μm Porosity: 20% Next, the substrate was oxidized at 400 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere. By this oxidation, the surface of the inner wall of the porous Si hole was covered with an extremely thin thermal oxide film.

【0196】次に、この基板を1.25%のHF溶液に
30秒浸けて多孔質表面および、その近傍の孔内壁に形
成された極薄酸化膜を剥離した後、純水でリンスし、ス
ピン乾燥した。
Next, the substrate was immersed in a 1.25% HF solution for 30 seconds to remove the porous surface and the ultra-thin oxide film formed on the inner wall of the hole in the vicinity thereof, and then rinsed with pure water. Spin dried.

【0197】次に、この多孔質SiをH2 雰囲気中で1
000℃、1TorrでSiH4 を10sccm添加し
ながら5分間熱処理し、その後、この多孔質Si上にM
BE法により単結晶GaAsを5μmの厚みにエピタキ
シャル成長した。
Next, this porous Si was placed in an H 2 atmosphere for 1 hour.
Heat treatment was performed at 000 ° C. and 1 Torr for 5 minutes while adding 10 sccm of SiH 4 , and then M was added on the porous Si.
Single crystal GaAs was epitaxially grown to a thickness of 5 μm by the BE method.

【0198】さらに、ノンドープのGaAs層、n型A
lGaAs、n型GaAsを形成した。この上にゲー
ト、ソース、ドレインを作製し、HEMTを作製したと
ころ、GaAs基板上に形成した場合と同様に高速で動
作した。
Further, a non-doped GaAs layer, an n-type A
lGaAs and n-type GaAs were formed. When a gate, a source, and a drain were formed thereon, and a HEMT was formed, the device was operated at a high speed in the same manner as when formed on a GaAs substrate.

【0199】[0199]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
従来技術の有する問題点に答えうる半導体デバイス、半
導体基板、およびその作製方法を提供することができ
る。すなわち、安価なSi基板を用いて高品質な化合物
半導体基板を作製することができ、この基板を用いて、
安価で、特性が良好な化合物半導体デバイスを作製する
ことができる。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a semiconductor device, a semiconductor substrate, and a method for manufacturing the same, which can solve the problems of the related art. That is, a high-quality compound semiconductor substrate can be manufactured using an inexpensive Si substrate, and using this substrate,
An inexpensive compound semiconductor device having good characteristics can be manufactured.

【0200】本発明においては、多孔質Si上に単結晶
化合物半導体層を形成する際に、あらかじめ水素を含む
雰囲気中での熱処理を施すことにより、従来技術が有し
ていた問題点である結晶性、及び表面平滑性を改善した
単結晶化合物半導体層をSi基板上に形成することがで
きる。
In the present invention, when a single-crystal compound semiconductor layer is formed on porous Si, a heat treatment in an atmosphere containing hydrogen is performed in advance to achieve the problem of the prior art. A single crystal compound semiconductor layer with improved properties and surface smoothness can be formed on a Si substrate.

【0201】しかも本発明によれば、平滑な表面を得る
のに必要となるオフ角を有する単結晶Si基板を用いず
とも平滑な表面を有し、かつ結晶性の良好で、基板との
界面の急峻な化合物半導体膜を形成することができ、特
に、低オフ角の基板市場に広く流通する(100)±1
°程度のSi基板を用いることができるなど、基板の制
約が低くできる。
Further, according to the present invention, a smooth surface is obtained without using a single-crystal Si substrate having an off angle required for obtaining a smooth surface, and the crystallinity is good. Can be formed, and particularly, (100) ± 1 widely distributed in the substrate market with a low off-angle.
The restriction of the substrate can be reduced, for example, a Si substrate of about ° can be used.

【0202】また、本発明によれば、Si基板上に結晶
性の良い化合物半導体層を得る上で、生産性、均一性、
制御性、経済性の面において卓越することができる。
Further, according to the present invention, in obtaining a compound semiconductor layer having good crystallinity on a Si substrate, productivity, uniformity,
Excellent controllability and economy.

【0203】さらに、本発明によれば、従来の化合物半
導体デバイスの利点を実現し、応用可能な半導体基板の
作製方法を提案することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to realize the advantages of the conventional compound semiconductor device and propose a method for manufacturing a semiconductor substrate which can be applied.

【0204】また、本発明によれば、元々結晶性の良い
Si基板を加工して形成された多孔質シリコンの表面の
孔を水素中熱処理により封止することで、良質な化合物
半導体単結晶層を形成するものであり、多数枚を一括処
理することが可能であり、その生産性、経済性を劣化さ
せることなく、結晶性を化合物半導体単結晶基板なみな
いしはそれ以上に向上するものである。
Further, according to the present invention, a high-quality compound semiconductor single crystal layer can be obtained by sealing the pores on the surface of porous silicon formed by processing a Si substrate having good crystallinity by heat treatment in hydrogen. It is possible to process a large number of sheets at a time, and to improve the crystallinity of a compound semiconductor single crystal substrate or more without deteriorating its productivity and economic efficiency.

【0205】本発明によれば、元々結晶性の良いSi基
板を加工して形成された多孔質シリコンの表面の孔を水
素中熱処理により封止することで、良質な化合物半導体
単結晶層を大面積に一括して形成するものであり、かか
る化合物半導体単結晶層上に化合物半導体基板上に形成
する場合と同等の特性で太陽電池や光センサ等の光電変
換素子レーザーや発光ダイオード等の発光素子、HEM
T等のトランジスタを形成することができ、これらはし
かも、生産性、均一性、制御性、経済性の面において卓
越している。
According to the present invention, a high-quality compound semiconductor single crystal layer can be enlarged by sealing the pores on the surface of porous silicon formed by processing a Si substrate having good crystallinity by heat treatment in hydrogen. It is formed collectively on the area, and has the same characteristics as those formed on a compound semiconductor substrate on such a compound semiconductor single crystal layer, a photoelectric conversion element such as a solar cell or an optical sensor, or a light emitting element such as a light emitting diode. , HEM
Transistors such as T can be formed, and they are also excellent in terms of productivity, uniformity, controllability, and economy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の工程を説明するための模式的断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining a process of the present invention.

【図2】従来技術の工程を説明するための模式的断面図
である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining a process of the related art.

【図3】基板のオフアングルと表面ラフネスの関係を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an off-angle of a substrate and surface roughness.

【図4】本発明による光電変換素子としての太陽電池の
断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a solar cell as a photoelectric conversion element according to the present invention.

【図5】本発明による発光素子としてのLEDの断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view of an LED as a light emitting device according to the present invention.

【図6】本発明による発光素子としての半導体レーザー
の断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor laser as a light emitting device according to the present invention.

【図7】本発明によるトランジスタとしてのHEMTの
断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a HEMT as a transistor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21 多孔質 12,22 多孔質の孔 13 多孔質の孔の封止部(極薄Si膜) 14,24 化合物半導体単結晶膜 15,25 結晶欠陥 41,51,61,71 Si基板 42,52,62,72 多孔質 43,53,63,73 多孔質の孔の封止部(極薄
Si膜) 44 p- 型GaAs 45 p+ 型InGaP 46 p型GaAs 47 n+ 型GaAs 48 n+ 型InGaP 49 n+ 型AlInP 410 反射防止膜 411,412 電極 54 n- 型GaAlAs 55 p- 型GaAlAs 56 p+ 型GaAlAs 57 電極 64 n- 型GaAs 65 p- 型GaAs 66 n- 型ZnSeバッファ層 67 n- 型ZnMgSSe 68 ZnSSe/ZnCdSe 69 p- 型ZnMgSSe 610 p- 型ZnSe 611 p- 型ZnSe/ZnTe 612 p- 型ZnTe 613 電極 74 GaAs 75 non dope GaAs 76 n- 型AlGaAs 77 n- 型GaAs 78 ソース 79 ゲート 710 ドレイン
11, 21 Porous 12, 22 Porous hole 13 Porous hole sealing portion (ultra-thin Si film) 14, 24 Compound semiconductor single crystal film 15, 25 Crystal defect 41, 51, 61, 71 Si substrate 42 , 52, 62, 72 Porous 43, 53, 63, 73 Porous pore sealing portion (ultra-thin Si film) 44 p -type GaAs 45 p + -type InGaP 46 p-type GaAs 47 n + -type GaAs 48 n + Type InGaP 49 n + type AlInP 410 antireflection film 411, 412 electrode 54 n - type GaAlAs 55 p - type GaAlAs 56 p + type GaAlAs 57 electrode 64 n - type GaAs 65 p - type GaAs 66 n - type ZnSe buffer layer 67 n - type ZnMgSSe 68 ZnSSe / ZnCdSe 69 p - type ZnMgSSe 610 p - type ZnSe 611 p - type ZnSe / ZnT e 612 p - type ZnTe 613 electrode 74 GaAs 75 non dope GaAs 76 n - type AlGaAs 77 n - type GaAs 78 source 79 gate 710 drain

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/778 H01L 21/306 L 21/338 29/80 H 29/812 31/04 H 31/04 33/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 29/778 H01L 21/306 L 21/338 29/80 H 29/812 31/04 H 31/04 33/00

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多孔質領域を有するSi基板の該多孔質
領域上に半導体層を有する半導体基板において、 前記多孔質領域の封止された孔を有する表面上に、単結
晶の化合物からなる前記半導体層を有することを特徴と
する半導体基板。
1. A semiconductor substrate having a semiconductor layer on a porous region of a Si substrate having a porous region, wherein the semiconductor substrate comprises a single crystal compound on a surface of the porous region having a sealed hole. A semiconductor substrate having a semiconductor layer.
【請求項2】 前記表面は前記半導体層より薄いSi極
薄膜からなることを特徴とする請求項1記載の半導体基
板。
2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said surface is made of a very thin Si film thinner than said semiconductor layer.
【請求項3】 前記Si基板は単結晶Siからなり、前
記多孔質領域もSi単結晶からなることを特徴とする請
求項1記載の半導体基板。
3. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein said Si substrate is made of single-crystal Si, and said porous region is also made of single-crystal Si.
【請求項4】 該多孔質領域と該化合物半導体層との界
面の粗さは、1nm以下であることを特徴とする請求項
1記載の半導体基板。
4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein an interface between the porous region and the compound semiconductor layer has a roughness of 1 nm or less.
【請求項5】 多孔質領域を有するSi基板を、該多孔
質領域の表面の孔を封止する為に、熱処理する工程と、 該熱処理により封止された孔を有する多孔質領域上に単
結晶の化合物半導体層を、ヘテロエピタキシャル成長さ
せる工程と、を有することを特徴とする半導体基板の作
製方法。
5. A step of subjecting a Si substrate having a porous region to a heat treatment to seal pores on the surface of the porous region; A step of heteroepitaxially growing a crystalline compound semiconductor layer.
【請求項6】 該多孔質領域の表面の孔を封止すべく、
Siを含むガスが実質的に存在しない雰囲気下で前記S
i基板を熱処理することを特徴とする請求項5記載の半
導体基板の作製方法。
6. A method for sealing pores on the surface of the porous region,
In an atmosphere in which a gas containing Si is substantially absent, the S
6. The method according to claim 5, wherein the i-substrate is heat-treated.
【請求項7】 前記熱処理工程の前に、 前記多孔質領域表面の自然酸化膜を除去する工程を有す
ることを特徴とする請求項5記載の半導体基板の作製方
法。
7. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, further comprising a step of removing a natural oxide film on the surface of the porous region before the heat treatment step.
【請求項8】 前記熱処理工程の前に、 該多孔質領域の孔の内壁を、内部に単結晶Siが残留す
る程度に、酸化する工程を有することを特徴とする請求
項5記載の半導体基板の作製方法。
8. The semiconductor substrate according to claim 5, further comprising, before the heat treatment step, a step of oxidizing an inner wall of the hole of the porous region to the extent that single-crystal Si remains inside. Method of manufacturing.
【請求項9】 前記熱処理工程の前に、 前記多孔質領域表面の酸化膜を除去する工程と、 を有することを特徴とする請求項8記載の半導体基板の
作製方法。
9. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 8, further comprising: before the heat treatment step, a step of removing an oxide film on the surface of the porous region.
【請求項10】 前記熱処理工程は、該多孔質表面に
0.5〜50μm周期のうねりを導入することを特徴と
する請求項5に記載の半導体基板の作製方法。
10. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, wherein in the heat treatment step, undulations having a period of 0.5 to 50 μm are introduced into the porous surface.
【請求項11】 前記熱処理工程は、露点−92℃以下
の水素雰囲気中での熱処理であることを特徴とする請求
項5に記載の半導体基板の作製方法。
11. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, wherein the heat treatment step is a heat treatment in a hydrogen atmosphere having a dew point of −92 ° C. or less.
【請求項12】 前記多孔質層表面の酸化膜ないしは自
然酸化膜を除去する工程は、該多孔質領域を有するSi
基板をHF溶液に浸漬することによりなされることを特
徴とする請求項7又は9記載の半導体基板の作製方法。
12. The step of removing an oxide film or a natural oxide film on the surface of the porous layer includes the step of removing Si having the porous region.
The method according to claim 7, wherein the method is performed by immersing the substrate in an HF solution.
【請求項13】 前記Si基板の主面の面方位は、(1
00)であることを特徴とする請求項5に記載の半導体
基板の作製方法。
13. The plane orientation of the main surface of the Si substrate is (1
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 5, wherein the method is (00).
【請求項14】 前記熱処理工程は、微量のSiを含む
ガスを含む雰囲気下で行われることを特徴とする請求項
5に記載の半導体基板の作製方法。
14. The method according to claim 5, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere containing a gas containing a small amount of Si.
【請求項15】 前記熱処理工程は、水素、あるいは水
素と不活性ガスからなる雰囲気中で行われることを特徴
とする請求項14記載の半導体基板の作製方法。
15. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 14, wherein the heat treatment step is performed in an atmosphere composed of hydrogen or hydrogen and an inert gas.
【請求項16】 該多孔質領域を有するSi基板を露点
−92℃以下の水素雰囲気中で熱処理することを特徴と
する請求項14記載の半導体基板の作製方法。
16. The method according to claim 14, wherein the Si substrate having the porous region is heat-treated in a hydrogen atmosphere having a dew point of −92 ° C. or less.
【請求項17】 前記多孔質領域表面の酸化膜ないしは
自然酸化膜を除去する為に、該多孔質領域を有するSi
基板をHF溶液に浸漬する工程、および、該多孔質化し
たSi基板を露点−92℃以下の水素雰囲気中で熱処理
することを特徴とする請求項14記載の半導体基板の作
製方法。
17. In order to remove an oxide film or a natural oxide film on the surface of the porous region, a Si film having the porous region is removed.
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 14, wherein the step of immersing the substrate in an HF solution and the step of heat-treating the porous Si substrate in a hydrogen atmosphere having a dew point of -92 ° C or less.
【請求項18】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の
半導体基板に作製された活性領域を有することを特徴と
する電子デバイス。
18. An electronic device having an active region formed on the semiconductor substrate according to claim 1. Description:
【請求項19】 前記電子デバイスは、光電変換素子で
あることを特徴とする請求項18記載の電子デバイス。
19. The electronic device according to claim 18, wherein the electronic device is a photoelectric conversion element.
【請求項20】 前記電子デバイスは、発光素子である
ことを特徴とする請求項18記載の電子デバイス。
20. The electronic device according to claim 18, wherein the electronic device is a light emitting element.
【請求項21】 前記電子デバイスは、トランジスタで
あることを特徴とする請求項18記載の電子デバイス。
21. The electronic device according to claim 18, wherein the electronic device is a transistor.
【請求項22】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の
半導体基板の裏面に第1の電極が設けられ、前記半導体
層の表面側に第2の電極を有する電子デバイス。
22. An electronic device, comprising: a first electrode provided on a back surface of the semiconductor substrate according to claim 1; and a second electrode on a front surface side of the semiconductor layer.
【請求項23】 請求項1〜4のいずれか1項に記載の
半導体基板と、前記単結晶からなる化合物の半導体層
と、が同じ導電型である半導体基板。
23. A semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate according to claim 1 and a semiconductor layer of the single crystal compound are of the same conductivity type.
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