(57)【要約】【課題】高品質のInGaSb層をウェハレベルでSi基板上に転写すること可能にする貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を提供する。【解決手段】GaSb基板１０１上に炭素ドープAlSb層１０２を形成し、炭素ドープAlSb層上にInGaSb結晶層１０３を形成した積層構造とした。炭素ドープAlSb層の炭素ドーピング濃度は２．２×１０２０／ｃｍ３以上７．４×１０２０／ｃｍ３以下とした。InGaSb結晶層のIn組成は０以上０．３以下とした。炭素ドープAlSb層の厚さは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。【選択図】図４
2015211044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
GaSb基板と、
前記GaSb基板上に形成された炭素ドープAlSb層と、
前記炭素ドープAlSb層上に形成されたInGaSb結晶層と
を有することを特徴とする貼り合わせ用InGaSb積層構造基板。
【請求項２】
前記炭素ドープAlSb層の炭素ドーピング濃度が２．２×１０２０／ｃｍ３以上７．４×１０２０／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載の貼り合わせ用InGaSb積層構造基板。
【請求項３】
前記InGaSb結晶層のIn組成が０以上０．３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の貼り合わせ用InGaSb積層構造基板。
【請求項４】
炭素ドープAlSb層の厚さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の貼り合わせ用InGaSb積層構造基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貼り合わせ用InGaSb積層構造基板に関し、より詳細には、高品質のInGaSbをウェハレベルでSi基板に転写することができ、かつ、転写後にGaSb基板を再利用できる貼り合わせ用InGaSb積層構造基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
InGaSbは電子移動度、正空孔移動度がともに高く、近年CMOS等の電子デバイス応用が期待されている材料である。InGaSbをCMOSのチャネルに用いるためにはSi基板上にInGaSbを形成する必要があるが、GaSbは格子定数が6.09593Å、InSbの格子定数は6.479Åであり、Siに対してそれぞれ、約12％、19％という大きな格子不整合がある。このため、GaSb、InSbおよびこれらの混晶をSi基板上に直接、高品質な状態で形成することが出来ない。
【０００３】
これを解決するために、近年、GsSb基板上に形成したInGaSb層を一旦、ポリジメチルシロキサン（PDMS）に転写し、その後、Si基板に転写する二段階転写の方法が考案されている（例えば、非特許文献１の2060頁参照）。本技術について説明する。まず、GsSb基板上に、分子線エピタキシー法（MBE）により、60nmの厚さのAl0.2GaSb層を形成し、その上に3nm厚さのInAsでサンドイッチした15nm厚さのInGaSb層（InAs/InGaSb/InAs）を形成する。フォトプロセスと選択エッチングを用いて、InAs/InGaSb/InAsを部分的にエッチングして、表面にInAs/InGaSb/InAsのストライプを形成する。このInAs/InGaSb/InAsストライプをマスクとして、AlGaSbをメサエッチングし、台形のトップにInAs/InGaSb/InAsのストライプが乗った構造に加工する。次に、PDMS板をInAs/InGaSb/InAsストライプに貼り合わせ、剥離することにより、InAs/InGaSb/InAsストライプをPDMS版に転写する。さらに、このInAs/InGaSb/InAsストライプが転写されたPMDS版を、SiO2を表面に形成したSi基板と貼り合わせ、剥離することによりInAs/InGaSb/InAsストライプを、SiO2を表面に形成したSi基板に転写する。この従来の技術ではInAs/InGaSb/InAsを転写した例が示されているが、InAs/InGaSb/InAsをInGaSbに置き換えることで、高品質のInGaSbストライプをSiO2/Si基板上に形成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Kuniharu Takei et al., “Nanoscale InGaSb Heterostructure Membranes on Si Substrates for High Hole Mobility Transistors,” Nano Lett. 2012 12, pp.2060-2066, American Chemical Society, 2012年3月12日
【０００５】
【非特許文献２】T. J. de Lyon at al., “Lattice contraction due to carbon doping of GaAs grown by metalorganic molecular beam epitaxy,” Appl. Phys. Lett., Vol.56, No.11, pp.1040-1042, 1990年3月12日
【０００６】
【非特許文献３】J. W. Matthews et al., “DEFECTS IN EPITAXIAL MULTILAYERS,” J. Crystal Growth, Vol.27, pp.118-125, 1974年12月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術を用いることにより、高品質のInGaSbストライプをSi基板に転写することが可能であるが、転写されるInGaSbはストライプ構造に限定される。このため、実際にデバイスを形成する場合には、ストライプに合わせてデバイスを作製する必要があり、回路のレイアウト等に制限が発生する。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は高品質のInGaSb層をウェハレベルで（ストライプ構造に加工せずにウェハ全面で）Si基板上に転写することを可能にする貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本願発明の第１の態様は、貼り合わせ用InGaSb積層構造基板であって、GaSb基板と、上記GaSb基板上に形成された炭素ドープAlSb層と、上記炭素ドープAlSb層上に形成されたInGaSb結晶層とを有することを特徴とする。
【００１０】
一実施形態では、上記炭素ドープAlSb層の炭素ドーピング濃度は２．２×１０２０／ｃｍ３以上７．４×１０２０／ｃｍ３以下である。また、上記InGaSb結晶層のIn組成は０以上０．３以下である。また、炭素ドープAlSb層の厚さは１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、高品質のInGaSbをウェハレベルでSi基板上に転写することができる貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を提供することが可能となる。また、レイアウトに制限がないデバイス回路設計ができる貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】AlSbの格子定数と炭素ドーピング濃度の関係を示す図である。
【図２】GaSb基板上に形成されるAlSbの臨界膜厚と炭素ドーピング濃度の関係を示す図である。
【図３】貼り合わせ用InGaSb積層構造基板の層構成を示す図である。
【図４】ウェハ転写の工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示す。したがって、繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
高品質のInGaSb層をSi基板にウェハレベルで転写するためには、選択エッチング速度が大きい犠牲層が必要になる。しかしながら、従来の技術では犠牲層にAl組成を0.2としたAlGaSbを用いている。このAl組成が低いことにより、選択エッチング速度を大きくとれず、結果としてストライプ構造を採用することになっている。選択エッチング速度が大きな犠牲層としてAlSbを考えることができるが、格子不整合があるためGaSb基板上にAlSbを厚膜で成長することはできない。GaSb基板に無転移で成長できるAlSbの膜厚は40nm程度である。一方、AlSbにAsを0.08添加したAlAs0.08SbはGaSbに格子整合することから、厚膜が成長可能で、かつ、選択エッチング速度を大きくすることができる。しかしながら、犠牲層の上に形成する材料はInGaSbである。Asを含むAlAs0.08Sbを厚膜で形成した後に、InGaSbを形成した場合には、周辺堆積物から発生する蒸気圧の高いAsの混入を抑えることができず、界面付近（成長初期）のInGaSbにAsが混入することが懸念される。このため、犠牲層のＶ族元素はSbであることが望ましい。
【００１５】
一方、GaAsに高濃度の炭素ドーピングを行った場合には、格子定数が小さくなることが知られており、その時の格子定数変化は次式で示される（例えば、非特許文献２の式（２）参照）。
Δa⊥  = 4(ΔrGaCGa+ΔrAsCAs)/(√3x2.22x1022)          (1)
ここで、ΔrGaとΔrAsは、炭素とGaの共有半径差、炭素とAsの共有半径差であり、CGaとCAsはGaサイトとAsサイトの炭素濃度である。
【００１６】
一般的に、化合物半導体に炭素ドーピングを行った場合、炭素がＶ族サイトに入り易い。(1)式をAlSbの物理定数に置き換え、ドーピングした炭素が全てSbサイトに入ると仮定して、AlSbの格子定数の炭素ドーピング濃度変化を計算した結果を図１に示す。この結果から、5x1020程度の炭素ドーピングを行うと、AlSbがGaSbに格子整合することが分かる。
【００１７】
さらに、ウェハのリフトオフを行う場合、犠牲層の厚さは経験的に1000Å以上あることが望ましい。格子不整合と臨界膜厚hc（無転移で成長できる最大膜圧）の関係は、Matthews-Blakesleeの関係式（例えば、非特許文献３の124頁の式(5)参照）から求めることができる。
hc = b(1-νcos2α)/2πf(1+ν)cosλ・（In(hc/b)+1）          (2)
【００１８】
ここで、ｂは転移のバーガーズベクトル、νはポアソン比、ｆは格子不整合度（｜Δa/a｜）、αは転移線とバーガーズベクトルのなす角、λはすべり面と界面のなす角である。AlSbの物理定数を用い、炭素ドーピング濃度とGaSb基板上のAlSbの臨界膜厚を計算した結果を図２に示す。この結果から、2.2〜7.4x1020/cm3の範囲で炭素ドーピングを行えば、GaSb基板上にAlSb犠牲層が1000Å以上成長可能であることが分かる。
【００１９】
以上のように、高濃度炭素ドープを用いれば、GaSb基板上に1000Å以上のAlSb犠牲層が成長可能であり、この犠牲層上にInGaSbを形成した、貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を作製することができる。
【００２０】
図３は、発明の実施の形態に係る貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を示す。本実施形態の貼り合わせ用InGaSb積層構造基板は、GaSb基板１０１と、GaSb基板上に形成された高濃度炭素ドープAlSb層１０２と、高濃度炭素ドープAlSb層上に形成されたInGaSb層１０３を備える。以下この発明の実施の形態に係る貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を作製する方法を説明する。
【００２１】
成長装置には有機金属気相成長法を用いる。III族元素のAl原料にはトリメチルアミンアラン（TMAAl）、Ga原料にはトリエチルガリウム（TEGa）、Inの原料にはトリメチルインジウム（TEIn）を用い、また、Ｖ族元素のSb原料にはトリメチルアンチモン（TMSb）を用い、水素でバブリングすることで原料を供給する。また、炭素のドーピングには四臭化炭素（CBr4）を用い、水素でバブリングすることでこれらの原料を供給する。この時、水素やアルシンの流量調整にはマスフローコントローラ-を用いる。
【００２２】
次に、貼り合わせ用InGaSb積層構造基板の作製手順について説明する。基板にはGaSb１０１(積層面をGaSbの(100)面をとする。)を用いる。GaSb基板１０１の表面は酸化しているので、この酸化膜を除去するためのウェットエッチング（表面処理）をまず行う。GaSb基板を1分間の純水洗浄、1分間の塩酸処理を行った後に、イソプロピルアルコールで洗浄し、窒素ブローで乾燥させる。次に、GaSb基板１０１を有機金属気相成長法装置に導入する。水素雰囲気中、0.1気圧の減圧で基板温度を300℃まで上昇させる。その後、GaSb基板からのSbの脱離によって表面が荒れないようにTMSbを供給しながら基板温度570℃まで昇温し、570℃で5分間保持して表面クリーニングを行う。表面クリーニングの後、TMSbを供給しながら、基板温度を570℃から530℃に降温する。基板温度が530℃で安定した後、TMAAlを供給する。また、この時、炭素濃度が4.9x1020/cm3になる流量に調整したCBr4を供給することで、高濃度炭素ドープAlSb犠牲層１０２を1000Å形成する。高濃度炭素ドープAlSb層を形成後、TMAAlとCBr4の供給を停止し、１分間の成長中断を行い、原料ガスを十分に排気する。次に、TEGaとTMInを同時に供給することでIn0.3GaSbからなる層１０３を200Å形成する。TEGaとTMInの供給を停止した後、基板温度を室温まで下げて試料の取り出しを行う。
【００２３】
図４に示す工程に従って、作製した貼り合わせ用InGaSb積層構造基板を、Si基板２０１上に堆積したAl2O3層２０２の表面に張り合わせ、ＨＦ等の溶液中で十分な時間エッチングすることにより、犠牲層である高濃度炭素ドープAlSb層１０２が除去され、InGaSb/Al2O3/Si基板の構造を作製することができる。
【００２４】
本実施例では、AlSbの犠牲層１０２の膜厚を1000Åとした場合について示したが、その膜厚は炭素ドーピング濃度によって、図２のように自在に変更することができる。但し、あまりに厚い膜を用いることも生産コスト上問題があるため、実用的な膜厚は1000Å〜5μm（100nm〜500nm）の範囲になる。また、実施例では最上層１０３がIn0.3GaSb層の場合を示したが、Inの組成は0〜0.3で変更が可能であり、InAl/InGaSb/InAsのような積層構造を形成しても良い。
【符号の説明】
【００２５】
１０１  ＧａＳｂ基板
１０２  高濃度炭素ドープＡｌＳｂ層
１０３  ＩｎＧａＳｂ層
２０１  Ｓｉ基板
２０２  Ａｌ２Ｏ３
【図１】
2015211044.tif 000003
【図２】
2015211044.tif 000004
【図３】
2015211044.tif 000005
【図４】
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