[发明专利]半导体基板以及半导体基板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体基板以及半导体基板的制造方法。本发明尤其涉及在廉价的硅基板上形成结晶性优良的结晶薄膜的半导体基板以及半导体基板的制造方法。

背景技术

在GaAs系等的化合物半导体器件中，利用异质结开发各种高功能电子器件。而对于高功能电子器件而言，由于结晶性的好坏会影响器件的特性，因而需要质量良好的结晶薄膜。在GaAs系器件的薄膜结晶成长中，根据在异质界面的晶格匹配等的要求，选择GaAs或者与GaAs的晶格常数极为接近的Ge等作为基板。

另外，在非专利文献1中，记载了在S i基板上形成高质量的Ge外延生长层(以下，也称之为Ge外延层)的技术。该技术中，记载了在S i基板上限定区域形成了Ge外延层之后，对Ge外延层实施循环热退火，使平均位错密度为2.3×10⁶cm^-2。

【非专利文献1】Hsin-Chiao Luan et.al.，“High-quality Geepilayers on Si with low threading-dislocation densities”，APPLIED PHYSICS LETTERS，VOLUME 75，NUMBER 19，8NOVEMBER 1999.

在制造GaAs系的电子器件时，考虑到晶格匹配，如上所述选择能够使GaAs基板或Ge基板等的与GaAs晶格匹配的基板。可是，在GaAs基板或Ge基板等的与GaAs晶格匹配的基板价格昂贵，会使器件的成本上升。另外，这些基板的散热特性不充分，为了具有散热设计，有时要抑制器件的形成密度，或则具有要在散热管理可能的范围内使用器件等的限制。因而，谋求一种廉价且能使用散热特性好的Si基板来制造的具有质量良好的GaAs系的结晶薄膜的半导体基板。因此，在本发明的1个方面中，以提供能够解决上述课题“半导体基板、半导体基板的制造方法及电子器件”为目的。该目的由权力要求的独立项记载的特征组合而达成。另外从属权力要求限定了本发明的更有利的具体例。

发明内容

为了解决上述问题，在本发明的第一方式中提供一种半导体基板，其具有：单晶Si的基板；绝缘层，其形成在基板之上，并具有开口区域；Ge层，其外延生长在开口区域的基板上；以及GaAs层，其外延生长在Ge层上，其中，Ge层是通过将基板导入能够处于超高真空的减压状态的CVD反应室内，以能够热分解原料气体的第一温度来实施第一外延生长，以高于第一温度的第二温度来实施第二外延生长，以未达到Ge熔点的第三温度来对实施了第一和第二外延生长的外延层实施第一退火，以低于第三温度的第四温度来实施第二退火而形成的。在上述第一方式中，可重复多次第一退火和第二退火来形成Ge层，绝缘层可为氧化硅层。

在本发明的第二方式中，提供一种半导体基板，其具有：单晶Si的基板；绝缘层，其形成有在大致垂直于上述基板的主面的方向上贯通从而使上述基板露出而成的开口；Ge层，其结晶生长在上述开口的内部的上述基板上；以及GaAs层，其外延生长在上述Ge层上，其中，上述Ge层是通过将上述基板导入能够处于超高真空的减压状态的CVD反应室内，以能够热分解原料气体的第一温度来实施第一外延生长，以高于上述第一温度的第二温度来实施第二外延生长，以未达到Ge熔点的第三温度来对实施上述第一和第二外延生长的外延层实施第一退火，以低于上述第三温度的第四温度来实施第二退火而形成的。

在上述半导体基板中，上述Ge层也可以在含有氢气的气氛中实施从上述第一退火和上述第二退火中选择的一个以上的退火而形成的。在上述半导体基板中，上述Ge层也可是在原料气体中包括含卤素的气体的CVD法而选择性地结晶生长在上述开口中来形成的。在上述半导体基板中，上述GaAs层的算术平均粗糙度也可以为0.02μm以下。在上述半导体基板中，上述绝缘层也可以为氧化硅层。在上述半导体基板中，上述绝缘层具有多个上述开口，在上述多个开口中的一个开口和与该一个接口相邻接的其它开口之间，可具备以比上述绝缘层的上表面还快的吸附速度来吸附上述GaAs层的原料的原料吸附部。