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JPH07118447B2 - Substrate for electric or optical integrated circuit and manufacturing method thereof - Google Patents
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JPH07118447B2 - Substrate for electric or optical integrated circuit and manufacturing method thereof - Google Patents

Substrate for electric or optical integrated circuit and manufacturing method thereof

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JPH07118447B2
JPH07118447B2 JP11748086A JP11748086A JPH07118447B2 JP H07118447 B2 JPH07118447 B2 JP H07118447B2 JP 11748086 A JP11748086 A JP 11748086A JP 11748086 A JP11748086 A JP 11748086A JP H07118447 B2 JPH07118447 B2 JP H07118447B2
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glass
layer
gaas
inp
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昭一 須藤
正夫 河内
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は電気あるいは光集積回路に使用される半導体結
晶基板とその製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor crystal substrate used in an electrical or optical integrated circuit and a method for manufacturing the same.

(従来技術および発明が解決しようとする問題点) 従来、電気あるいは光集積回路用の基板としては、シリ
コン(Si)基板、あるいはGaAs基板、InP基板などが使
用されていた。しかしながら、これらはいずれもSi単
体、GaAs単体、InP単体の基板であり、SiとGaAs、SiとI
nPを組み合わせた基板はこれまでにほとんどなかった。
最近に至り、超格子製造技術の発展により、Si基板上
に、GaAsの結晶を製造する方法が開発されたが、なお、
技術的困難さが大きく、基板として使用することは難し
い。また、Si基板の上にInP結晶を成長させることは現
在でも困難である。
(Prior Art and Problems to be Solved by the Invention) Conventionally, a silicon (Si) substrate, a GaAs substrate, an InP substrate, or the like has been used as a substrate for an electrical or optical integrated circuit. However, these are all substrates of Si simple substance, GaAs simple substance, and InP simple substance.
To date, there have been few substrates that combine nP.
Recently, due to the development of superlattice manufacturing technology, a method for manufacturing a GaAs crystal on a Si substrate has been developed.
It is technically difficult to use as a substrate. Moreover, it is still difficult to grow InP crystals on a Si substrate.

一方、電気集積回路を考えた場合、Siを基本とした集積
回路は記憶容量が大きく、GaAsを基本とした集積回路は
情報処理速度が大きいという特長をそれぞれ有してお
り、もしもSiとGaAsとを複合化できればその意味は大き
い。光集積回路においても、ガラス導波路を作製し易い
Si基板と発光素子、受光素子等を作製できるGaAs系、In
P系材料を複合化できれば、光集積回路の構成も飛躍的
に多機能化できるものである。しかしながら現在の基板
では、Siを基とした素子、GaAs、InPを基本とした素子
を複合化することは困難である。
On the other hand, when considering an electric integrated circuit, the integrated circuit based on Si has a large storage capacity, and the integrated circuit based on GaAs has a high information processing speed. If it can be compounded, its meaning is great. Easy to fabricate glass waveguides in optical integrated circuits
GaAs, In which Si substrate and light emitting element, light receiving element, etc. can be manufactured
If P-based materials can be compounded, the structure of optical integrated circuits can be dramatically multi-functionalized. However, it is difficult to combine Si-based devices, GaAs, and InP-based devices with current substrates.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の問題点を解決し、Si基板とGaAs系材
料、InP系材料を複合化できる基板を提供することを目
的としたものである。さらに、本発明は、上記材料の複
合化により、Siを基本とした素子、GaAsを基本とした素
子、およびInPを基本とした素子を同一の基板上に作製
した高機能な電気、光集積回路の提供を可能とすること
を目的としたものである。
(Means for Solving Problems) An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a substrate capable of forming a composite of a Si substrate and a GaAs-based material or an InP-based material. Furthermore, the present invention provides a high-performance electric and optical integrated circuit in which an element based on Si, an element based on GaAs, and an element based on InP are produced on the same substrate by combining the above materials. The purpose is to enable the provision of.

上記の目的を達成するため、本発明は、Si基板上にSiO2
を主成分とするガラス素材からGeO2を主成分とするガラ
ス素材に徐々に組成が変化するガラス層を設け、前記ガ
ラス層に密着してGaAs系材料、GaP系材料、あるいはInP
系材料よりなる半導体結晶層を有することを特長とする
電気あるいは光集積回路用基板を発明の要旨とするもの
である。
In order to achieve the above object, the present invention provides SiO 2 on a Si substrate.
A glass material whose main constituent is GeO 2 and a glass layer whose composition is gradually changed, and a glass layer whose composition is gradually changed is adhered to the glass layer to adhere to the GaAs-based material, GaP-based material, or InP-based material.
The subject of the invention is a substrate for electric or optical integrated circuits, which is characterized by having a semiconductor crystal layer made of a system material.

さらに本発明は、火炎により合成したガラス微粒子をSi
基板上に堆積させるに際し、該ガラス微粒子の組成をSi
O2を主成分とする組成からGeO2を主成分とする組成に徐
々に変えて多孔質ガラス微粒子層を形成する工程と、Ga
As系、GaP系あるいはInP系半導体結晶板を該多孔質ガラ
ス微粒子層の上に乗せ、電気炉内において、加熱して該
Si基板上の多孔質ガラス微粒子層を透明なガラス層と
し、該Si基板に該透明なガラス層と該GaAs系、GaP系あ
るいはInP系半導体結晶板を密着した三層構造からなる
基板を得る工程を具備することを特徴とする電気あるい
は光集積回路用基板の製造方法を発明の要旨とする。
Furthermore, the present invention is a method in which glass particles synthesized by flame are
When depositing on the substrate, change the composition of the glass particles to Si.
A step of gradually changing the composition containing O 2 as a main component to a composition containing GeO 2 as a main component to form a porous glass fine particle layer;
An As-based, GaP-based or InP-based semiconductor crystal plate is placed on the porous glass fine particle layer and heated in an electric furnace.
A step of obtaining a substrate having a three-layer structure in which the porous glass fine particle layer on the Si substrate is a transparent glass layer, and the transparent glass layer and the GaAs-based, GaP-based or InP-based semiconductor crystal plate are adhered to the Si substrate The gist of the invention is a method for manufacturing a substrate for an electric or optical integrated circuit, which comprises:

本発明の基板は、Si基板上に、SiO2を主成分とする組成
からGeO2を主成分とする組成へ徐徐に組成が変化するガ
ラス層を有し、さらに該ガラス層に密着したGaAs系、Ga
P系あるいはInP系半導体結晶層を有すること、即ちSi基
板、組成が徐々に変化するガラス層、GaAs、GaPあるい
はInP結晶層の三層構造から成ることを最も主要な特徴
としたものであり、従来の基板がSi,GaAs,GaP,InPの単
体、あるいはSiの上に直接GaAs結晶膜を形成したのとは
本質的に異なるものである。第1図(a)(b)は本発
明の基板の基本構成図である。第1図(a)で1はSi基
板、2は組成が徐々に変化するガラス層、3はGaAs系、
GaP系あるいはInP系半導体結晶層である。また第1図
(b)はガラス層中の組成の変化を示したものである。
Si基板との境界でのガラス組成は80モル%SiO2−20モル
%GeO2、また半導体結晶層との境界でのガラス組成は10
モル%SiO2−90モル%GeO2である。半導体結晶層との境
界近くのガラス組成については、熱膨張係数や軟化温度
を整えるために半導体結晶がGaAsかGaPかInPかで変える
必要があるほか、Ga2O3やP2O5を混合することによっ
て、ガラス層と半導体層との接合が一層改善されること
となる。このように従来法では困難であったSi、GaAs,I
nP,GaP、等の半導体材料の複合化が本発明によって可能
となる。
The substrate of the present invention has, on a Si substrate, a glass layer whose composition is gradually changed from a composition containing SiO 2 as a main component to a composition containing GeO 2 as a main component, and a GaAs-based material that is in close contact with the glass layer. , Ga
Having a P-based or InP-based semiconductor crystal layer, that is, a Si substrate, a glass layer with a composition that changes gradually, GaAs, GaP or InP crystal layer having a three-layer structure is the most major feature, This is essentially different from the conventional substrate in which a GaAs crystal film is formed directly on Si, GaAs, GaP, InP or Si. 1 (a) and 1 (b) are basic configuration diagrams of the substrate of the present invention. In FIG. 1 (a), 1 is a Si substrate, 2 is a glass layer whose composition gradually changes, 3 is a GaAs system,
It is a GaP-based or InP-based semiconductor crystal layer. Further, FIG. 1 (b) shows changes in the composition in the glass layer.
The glass composition at the boundary with the Si substrate is 80 mol% SiO 2 −20 mol% GeO 2 , and the glass composition at the boundary with the semiconductor crystal layer is 10 mol%.
Mol% SiO 2 −90 mol% GeO 2 . Regarding the glass composition near the boundary with the semiconductor crystal layer, it is necessary to change the semiconductor crystal depending on whether the semiconductor crystal is GaAs, GaP or InP in order to adjust the thermal expansion coefficient and softening temperature, and Ga 2 O 3 and P 2 O 5 are mixed. By doing so, the bonding between the glass layer and the semiconductor layer is further improved. Thus, Si, GaAs, I
The present invention enables compounding of semiconductor materials such as nP and GaP.

また、基板の製造方法についても従来はMOCVD法やMBE法
等によって行なっていたが、本発明では火炎内で合成し
たガラス微粒子をSi基板の上に堆積して多孔質層を形成
した後、該多孔質層の上に半導体結晶板を乗せて電気炉
内で焼結することによって、Si基板と半導体結晶板を密
着し、複合基板を作製するものである。
Further, the substrate manufacturing method has also been conventionally carried out by MOCVD method or MBE method, etc., but in the present invention, glass fine particles synthesized in a flame are deposited on a Si substrate to form a porous layer, By placing a semiconductor crystal plate on the porous layer and sintering it in an electric furnace, the Si substrate and the semiconductor crystal plate are brought into close contact with each other to produce a composite substrate.

次に本発明の実施例を添附図面について説明する。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱
しない範囲で種々の変更あるいは改良を行いうることは
言うまでもない。
Needless to say, the embodiment is merely an example, and various modifications and improvements can be made without departing from the spirit of the present invention.

(実施例1) 第2図及び第3図は、本発明の電気あるいは光集積回路
用基板を製造するための装置を示す。第2図において21
は発熱体、22はSi基板、23は多孔質ガラス微粒子層(以
下単に「多孔質層」とする堆積させた基板、24は合成ト
ーチ、25は位置制御器、26はガラス原料組成調整器、27
は火炎ガス流量調整器を示す。次に第3図において31は
炉心層、32は発熱体、33は支持台、34は三層基板を示す
もので、35は半導体結晶板、36は多孔質層、37はSi基板
である。
(Embodiment 1) FIG. 2 and FIG. 3 show an apparatus for manufacturing a substrate for electric or optical integrated circuit of the present invention. 21 in FIG.
Is a heating element, 22 is a Si substrate, 23 is a porous glass fine particle layer (hereinafter referred to simply as a “porous layer”, a deposited substrate, 24 is a synthetic torch, 25 is a position controller, 26 is a glass material composition adjuster, 27
Indicates a flame gas flow regulator. Next, in FIG. 3, 31 is a core layer, 32 is a heating element, 33 is a support, 34 is a three-layer substrate, 35 is a semiconductor crystal plate, 36 is a porous layer, and 37 is a Si substrate.

第2図は、基板22の上に多孔質層23を形成するための装
置である。第2図では、回転する発熱体21の上にSi基板
22を置き、合成トチ24より吹き出す火炎28内でガラス微
粒子を合成し、該Si基板上に多孔質層23を形成する。こ
の際、合成トーチ24に供給するガラス原料の組成を組成
調整器26によつて変えるものである。したがつて、基板
22上に堆積する多孔質層内には一層毎あるいは数層毎に
組成の異つたガラス微粒子が堆積することとなる。この
結果、基板22上にはSiO2を主成分とするガラス素材から
GeO2を主成分とするガラス素材へと徐々に組成の異つた
多孔質層が形成されることとなる。また堆積する多孔質
層の厚さを均一にするために、位置制御器25によつて合
成トーチを移動させるほか、ガラス原料組成を変えるの
に供なつて火炎ガス流量調整器によつて、火炎ガス流量
を調整し、火炎温度を制御する。特にGeO2を主成分とす
るガラス組成を合成する場合には、火炎温度を極めて低
下する必要があるため、可燃ガス(H2,CH4,C3H8等)に
不活性ガス(He,N2,Ar等)を混合したガスを燃焼ガスと
して使用するか、一酸化炭素を燃焼ガスとして使用する
必要がある。
FIG. 2 shows an apparatus for forming the porous layer 23 on the substrate 22. In FIG. 2, the Si substrate is placed on the rotating heating element 21.
22 is placed, glass fine particles are synthesized in a flame 28 blown out from the synthetic torch 24, and a porous layer 23 is formed on the Si substrate. At this time, the composition of the glass raw material supplied to the synthetic torch 24 is changed by the composition adjuster 26. Therefore, the substrate
In the porous layer deposited on the 22 glass particles of different composition will be deposited layer by layer or every few layers. As a result, the substrate 22 is made of a glass material containing SiO 2 as a main component.
A porous layer having a different composition is gradually formed on the glass material containing GeO 2 as a main component. Further, in order to make the thickness of the porous layer to be deposited uniform, the position control device 25 is used to move the synthetic torch, and the flame gas flow rate regulator is used to change the glass raw material composition. Adjust the gas flow rate and control the flame temperature. In particular, when synthesizing a glass composition containing GeO 2 as a main component, it is necessary to extremely lower the flame temperature, and therefore, a flammable gas (H 2 , CH 4 , C 3 H 8, etc.) is used as an inert gas (He, It is necessary to use a mixed gas of N 2 , Ar, etc.) as the combustion gas or carbon monoxide as the combustion gas.

次に第3図は多孔質層を焼結し、三層構造の基板を作製
するための加熱炉である。第3図では第2図で作製した
多孔質層36の上に半導体結晶板35を乗せて三層基板34と
し、炉心管31内に封入して加熱処理するものである。こ
の際炉心管31内には、Ar,He,N2等の不活性ガスを流入す
る。加熱温度は使用する半導体結晶の種類あるいはGeO2
とSiO2の組成比によつて異なる。
Next, FIG. 3 shows a heating furnace for producing a substrate having a three-layer structure by sintering the porous layer. In FIG. 3, the semiconductor crystal plate 35 is placed on the porous layer 36 produced in FIG. 2 to form a three-layer substrate 34, which is sealed in the furnace core tube 31 and heat-treated. At this time, an inert gas such as Ar, He, N 2 flows into the core tube 31. The heating temperature depends on the type of semiconductor crystal used or GeO 2
And SiO 2 vary depending on the composition ratio.

たとえば、基板としてSiを、また半導体結晶としてGaAs
を使用した場合、Siの軟化温度(以下M.Pと記す)は141
4℃、GaAsのM.Pは1238℃、Siの熱膨張係数(以下T.Eと
記す)は2.6×10-6(/度)、GaAsのT.Eは5.7×10
-6(/度)である。一方堆積するガラス層の基本組成で
あるSiO2のM.Pは1680℃、GeO2のM.Pは1080℃、SiO2のT.
Eは0.5×10-6(/度)GeO2のT.Eは7.0×10-6(/度)で
ある。したがつて、まず初めにSi基板上に堆積させるガ
ラス層の組成(以下Goとする)としては70モル%SiO2
30モル%GeO2程度が良い。このガラス組成では、M.P=1
300℃、T.E.=1.5×10-6(/度)程度である。次に順次
SiO2が少なく、GeO2が多いガラス層、即ち軟化温度が低
く、熱膨張係数が大きいガラス層を堆積させ、ガラス層
中の組成を層状に変える。GaAsの場合、M.Pが1238℃T.E
が5.7×10-6(/度)であるから、GaAsと密着するガラ
ス層(G1)の組成としては10モル%SiO2、90モル%GeO2
程度が良い。このガラス組成ではM.P=1150℃、T.E=5
×10-6(/度)程度になる。このようにして、第2図に
示した装置によって0.5mm厚のSi基板上にG0からG1まで
約10段階で組成を徐々に変えながら約100μm厚の多孔
質層を形成した。発熱体の加熱温度は400℃、回転数は5
rpmとした。また、合成トーチへは、SiCl4ガスとGeCl4
ガスを合わせて、毎分100cc、燃焼ガス(H2+He)を毎
分10助燃ガス(O2)を毎分10それぞれ供給した。燃
焼ガス中にHeを混合したのは、火炎温度の制御用であ
る。また、燃焼ガスとして一酸化炭素(CO)を用いても
同様の多孔質層が形成できた。
For example, Si as the substrate and GaAs as the semiconductor crystal.
When used, the softening temperature of Si (hereinafter referred to as MP) is 141
4 ℃, MP of GaAs is 1238 ℃, thermal expansion coefficient of Si (hereinafter referred to as TE) is 2.6 × 10 -6 (/ degree), TE of GaAs is 5.7 × 10
-6 (/ degree). Meanwhile MP of SiO 2 is a basic composition of the glass layer to be deposited 1680 ° C., MP of GeO 2 is 1080 ° C., the SiO 2 T.
E is 0.5 × 10 -6 (/ degree) and TE of GeO 2 is 7.0 × 10 -6 (/ degree). Therefore, the composition of the glass layer deposited on the Si substrate (hereinafter referred to as “Go”) is 70 mol% SiO 2 −.
About 30 mol% GeO 2 is good. With this glass composition, MP = 1
It is about 300 ℃ and TE = 1.5 × 10 -6 (/ degree). Then sequentially
A glass layer having a small amount of SiO 2 and a large amount of GeO 2, that is, a glass layer having a low softening temperature and a large thermal expansion coefficient is deposited to change the composition in the glass layer into a layered form. For GaAs, MP is 1238 ℃ TE
Is 5.7 × 10 -6 (/ degree), the composition of the glass layer (G 1 ) that adheres to GaAs is 10 mol% SiO 2 , 90 mol% GeO 2
The degree is good. With this glass composition, MP = 1150 ℃, TE = 5
It becomes about × 10 -6 (/ degree). In this way, a porous layer having a thickness of about 100 μm was formed on the Si substrate having a thickness of 0.5 mm by gradually changing the composition in about 10 steps from G 0 to G 1 by the apparatus shown in FIG. The heating temperature of the heating element is 400 ° C, the rotation speed is 5
rpm. Also, to the synthesis torch, SiCl 4 gas and GeCl 4
The combined gas was supplied at 100 cc / min, the combustion gas (H 2 + He) at 10 / min, and the supporting gas (O 2 ) at 10 / min. The mixing of He in the combustion gas is for controlling the flame temperature. A similar porous layer could be formed by using carbon monoxide (CO) as the combustion gas.

次に、上記のようにして形成した多孔質層(最上層G1
ガラス組成が10モル%SiO2−90モル%GeO2)の上に厚さ
0.3mmのGaAs板を乗せ第3図に示した加熱炉内で焼結し
た。加熱最高温度は1100℃、不活性ガスとして、Heガス
を毎分5流入した。最高温度までの昇温時間は約5時
間を要し、最高温度で1時間保持した。この結果、Si基
板とGaAs板とはガラス層を介して接着され、三層構造の
基板が得られた。
Next, a thickness is formed on the porous layer (the glass composition of the uppermost layer G 1 is 10 mol% SiO 2 −90 mol% GeO 2 ) formed as described above.
A 0.3 mm GaAs plate was placed and sintered in the heating furnace shown in FIG. The maximum heating temperature was 1100 ° C., and He gas as an inert gas was flowed in at 5 per minute. The heating time to the maximum temperature required about 5 hours, and the maximum temperature was maintained for 1 hour. As a result, the Si substrate and the GaAs plate were bonded via the glass layer, and a substrate having a three-layer structure was obtained.

結晶板としてGaPを使用した場合にも同様の工程で三層
構造の基板が得られた。
A substrate with a three-layer structure was obtained by the same process when GaP was used as the crystal plate.

また、多孔質層を形成する際にGaCl3をSiCl4GeCl4と共
に供給し、Ga2O3を入れたガラス層を合成した場合、GaA
sとの接合はより安定であつた。またAs2O3を添加した場
合にも接合の改善の改善が見られた。
In addition, when GaCl 3 was supplied together with SiCl 4 GeCl 4 when forming the porous layer to synthesize a glass layer containing Ga 2 O 3 , GaA
The bond with s was more stable. In addition, the improvement of bonding was also observed when As 2 O 3 was added.

(実施例2) 半導体結晶としてInPを使用した場合、InPのM.Pは1070
℃、T.Eは4.5×10-6(/度)であるためガラス層との接
着のための加熱処理温度は1000℃以下とする必要があ
る。そこでこの場合には第2図の装置によつてSi基板の
上に組成を徐々に変えて形成したガス層を、第3図の加
熱炉内で一度透明なガラス層とした後、再度第2図の装
置でInPのM.PおよびT.Eと合うガラス組成の多孔質層(G
2)を形成し、InP板を乗せて加熱炉内で処理してInP結
晶板と接着する。第4図に基板の断面図を示す。第4図
で41はSi基板、42はガラス層(G0〜G1)、43はガラス層
(G2)、44はInP結晶板である。
(Example 2) When InP is used as a semiconductor crystal, MP of InP is 1070
Since the temperature and the TE are 4.5 × 10 −6 (/ degree), the heat treatment temperature for adhesion to the glass layer needs to be 1000 ° C. or lower. Therefore, in this case, the gas layer formed by gradually changing the composition on the Si substrate by the apparatus shown in FIG. 2 is changed into the transparent glass layer once in the heating furnace shown in FIG. Porous layer of glass composition (G
2 ) is formed, and an InP plate is placed and processed in a heating furnace to be bonded to the InP crystal plate. FIG. 4 shows a sectional view of the substrate. In FIG. 4, 41 is a Si substrate, 42 is a glass layer (G 0 to G 1 ), 43 is a glass layer (G 2 ), and 44 is an InP crystal plate.

この基板を実際に作製する場合、下記のとおりとする。
即ち、第2図の製造装置において、上記実施例1と同様
にSi基板上にガラス層G0からガラス層G1までのガラス層
を形成する。次に再度、該ガラス層の上に、10モル%P2
O5−90モル%GeO2のガラス組成の多孔質層(G2)を形成
した後、InP結晶板を乗せて950℃程度で加熱処理し、In
P結晶板とガラス層とを接着するものである。上記G2
ガラス組成のM.Pは1000℃、T.Eは5×10-6(/度)であ
るため、InP結晶板との密着性は極めて良い。この場合
にもGeO2ガラス中に10モル%含まれるP2O5がInPとの密
着度を改善する効果を有している。
When actually manufacturing this substrate, the following is performed.
That is, in the manufacturing apparatus shown in FIG. 2, the glass layers G 0 to G 1 are formed on the Si substrate in the same manner as in Example 1 above. Then, again on the glass layer, 10 mol% P 2
After forming a porous layer (G 2 ) having a glass composition of O 5 -90 mol% GeO 2 , place an InP crystal plate and heat-treat at about 950 ° C.
It bonds the P crystal plate and the glass layer. Since the glass composition of G 2 has an MP of 1000 ° C. and a TE of 5 × 10 −6 (/ degree), the adhesion to the InP crystal plate is extremely good. Also in this case, P 2 O 5 contained in the GeO 2 glass at 10 mol% has an effect of improving the adhesion with InP.

(実施例3) 上記実施例1及び2では、Si基板上に形成した多孔質層
の上に、GaAs、InP等の結晶板を乗せ、加熱焼結して、S
i、ガラス層GaAs(又はGaP、InP)の三層構造の基板を
作製する実施例を示したが結晶板を使用せず、ガラス層
の上にMOCVD法、PE法、MBE法等によつてGaAs系、GaP系I
nP系半導体結晶層を形成することができる。この場合に
も、半導体結晶層の材料に合わせてガラス層の組成を変
え、M.PおよびT.Eを半導体材料の特性と整合させるほか
GaAsについてはGeO2を主成分とするガラスにGa2O3、As2
O3等を加えたガラス組成を、GaP、InPについてはP2O5
Ga2O3を加えた組成が良い。
(Embodiment 3) In the above Embodiments 1 and 2, a crystal plate of GaAs, InP or the like is placed on the porous layer formed on the Si substrate, heat-sintered, and S
i, an example of producing a substrate having a three-layer structure of a glass layer GaAs (or GaP, InP) is shown, but a crystal plate is not used, and a MOCVD method, a PE method, an MBE method or the like is used on the glass layer. GaAs type, GaP type I
An nP-based semiconductor crystal layer can be formed. Also in this case, the composition of the glass layer is changed according to the material of the semiconductor crystal layer to match MP and TE with the characteristics of the semiconductor material.
Ga 2 O 3 in the glass mainly composed of GeO 2 for GaAs, As 2
O 3 The glass composition plus the like, GaP, for InP Ya P 2 O 5
The composition with Ga 2 O 3 added is good.

(実施例4) 実施例1〜3のようにして作製したSi基板、ガラス層、
半導体結晶層の三層構造の基板を、プラズマエッチング
あるいは電子ビーム露光等によつて処理し、所望のパタ
ーンを形成できる。第5図にプラズマエッチングによつ
て処理した基板の断面図を示す。第5図で51はSi基板、
52はガラス層、53はGaAs層である。プラズマエツチング
によつて、1μm〜100μmの幅のパターンを容易に形
成できた。また電子ビーム露光によつて、1μm以下の
幅のパターンを形成できた。
(Example 4) A Si substrate, a glass layer, manufactured as in Examples 1 to 3,
A substrate having a three-layer structure of semiconductor crystal layers can be processed by plasma etching, electron beam exposure or the like to form a desired pattern. FIG. 5 shows a sectional view of the substrate processed by plasma etching. In FIG. 5, 51 is a Si substrate,
52 is a glass layer and 53 is a GaAs layer. By plasma etching, a pattern with a width of 1 μm to 100 μm could be easily formed. Further, the electron beam exposure made it possible to form a pattern having a width of 1 μm or less.

(実施例5) 第6図は、本発明の基板を使用して作製した光、電気集
積回路の作製例である。第6図で、61はSi基板、62はSi
基板上のメモリ部、63は結合路、64はGaAs系演算部、65
は結合路、66は光、電気変換部、67は光ファイバであ
る。第6図では、67のファイバによつて導入したパルス
を66の光、電気変換部によつて電気信号とした後、64の
演算部によつて処理した後、Si基板61上のメモリ部62に
メモリするものである。
(Embodiment 5) FIG. 6 is a production example of an optical and electric integrated circuit produced by using the substrate of the present invention. In FIG. 6, 61 is a Si substrate and 62 is a Si substrate.
Memory part on the substrate, 63 is a coupling path, 64 is a GaAs system operation part, 65
Is a coupling path, 66 is light, an electric conversion part, and 67 is an optical fiber. In FIG. 6, the pulse introduced by the fiber of 67 is converted into an electric signal by the light / electric conversion unit of 66, processed by the arithmetic unit of 64, and then the memory unit 62 on the Si substrate 61. It is a memory.

(実施例6) 半導体結晶板、あるいは結晶層として、上記したGaAs
系、GaP系、InP系のほかGeの半導体結晶層も使用でき
る。この場合、GeO2とは特に密着性が良いため、GeO2
多孔質層ガラス層の上にGeO2結晶板を置いて燃結してSi
基板、ガラス層、Ge結晶層を形成することもできるし、
GeO2ガラス層上にGe結晶層を合成することもできる。ま
た、このGe結晶層を基にして、Geの受光素子等を形成す
ることもできる。
(Example 6) As a semiconductor crystal plate or a crystal layer, GaAs described above is used.
In addition to Ga-based, GaP-based, InP-based, Ge semiconductor crystal layers can also be used. In this case, since good particularly adhesion and GeO 2, and燃結at a GeO 2 crystal plates on the GeO 2 based porous layer glass layer Si
You can also form a substrate, glass layer, Ge crystal layer,
It is also possible to synthesize a Ge crystal layer on the GeO 2 glass layer. Further, a Ge light receiving element or the like can be formed based on this Ge crystal layer.

なお、多孔質ガラス微粒子層を電気炉内において加熱し
て透明ガラス化する場合、加熱温度を800℃〜1400℃と
したのは800℃未満の場合はガラス化が困難であり、ま
た1400℃を超過した場合は融点以上となるため、所定の
形状を維持できないからである。またGeO2を主成分とす
る多孔質ガラス微粒子層に半導体結晶枚をのせ、加熱し
て透明ガラス化する場合、加熱温度を500℃〜1000℃と
したのは500℃未満ではガラス化が困難であり、1000℃
を越えた場合は形状を維持することができないからであ
る。
When the porous glass fine particle layer is heated in an electric furnace to be transparent vitrified, it is difficult to vitrify when the heating temperature is 800 ° C to 1400 ° C and is less than 800 ° C. This is because if the content exceeds the upper limit, the melting point becomes higher than the melting point and the predetermined shape cannot be maintained. Further, when the semiconductor glass sheets are placed on the porous glass fine particle layer containing GeO 2 as a main component and heated to be a transparent vitrification, the heating temperature is set to 500 ° C to 1000 ° C because vitrification is difficult at less than 500 ° C. Yes, 1000 ℃
This is because the shape cannot be maintained when the value exceeds.

(発明の効果) 叙上のように、本発明によればSi基板上にガラス層を形
成し、その上にGaAs、InP、GaP、Ge等の半導体結晶層を
形成して、三層構造の基板を容易に作製できる利点があ
る。また、この三層構造の基板により、Si上にGaAs、In
P、GaP、Ge等を使用して、発光・受光素子を容易に形成
し、これと光導波路を組み合わせ、光集積回路を作製で
きる利点がある。またSi基板をメモリ部とし、これとGa
As系の高速演算部を組み合わさらに、光の受・発光部と
を連結すれば、光・電気集積回路が実現できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, a glass layer is formed on a Si substrate, and a semiconductor crystal layer of GaAs, InP, GaP, Ge or the like is formed on the glass layer to form a three-layer structure. There is an advantage that the substrate can be easily manufactured. In addition, GaAs, In and
There is an advantage that a light emitting / light receiving element can be easily formed using P, GaP, Ge or the like, and an optical integrated circuit can be manufactured by combining this with an optical waveguide. In addition, the Si substrate is used as the memory part, and this and Ga
An optical / electrical integrated circuit can be realized by combining an As-based high-speed arithmetic unit and connecting the light receiving / light emitting unit.

また、本発明によつてSi基板上に、ガラス層によつて絶
縁された半導体結晶層を作製できるため高耐圧の電気集
積回路を作製できる利点がある。
Further, according to the present invention, since a semiconductor crystal layer insulated by a glass layer can be formed on a Si substrate, there is an advantage that a high breakdown voltage electric integrated circuit can be formed.

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

第1図a,bは本発明の基本構造図、第2図、第3図は基
板を製造するための装置構成図、第4図は基板の断面
図、第5図はエッチング処理した基板の断面図、第6図
は光・電気集積回路の構成図を示す。 1……Si基板、2……ガラス層、3……半導体結晶層、
21……発熱体、22……Si基板、23……多孔質層、24……
合成トーチ、25……位置制御器、26……組成調整器、27
……流量調整器、31……炉心管、32……発熱体、33……
支持台、34……三層基板、35……半導体結晶板、36……
多孔質層、37……Si基板、41……Si基板、42……ガラス
層、43……ガラス層、44……InP結晶板、51……Si基
板、52……ガラス層、53……GaAs層、61……Si基板、62
……Siのメモリ部、63……結合路、64……GaAs演算部、
65……結合路、66……光・電気変換部、67……光ファイ
バ。
1a and 1b are basic structural diagrams of the present invention, FIGS. 2 and 3 are device configuration diagrams for manufacturing a substrate, FIG. 4 is a sectional view of the substrate, and FIG. 5 is an etched substrate. FIG. 6 is a sectional view showing the configuration of an optical / electrical integrated circuit. 1 ... Si substrate, 2 ... glass layer, 3 ... semiconductor crystal layer,
21 ... Heating element, 22 ... Si substrate, 23 ... Porous layer, 24 ...
Synthetic torch, 25 …… Position controller, 26 …… Composition adjuster, 27
...... Flow rate adjuster, 31 …… Core tube, 32 …… Heating element, 33 ……
Support base, 34 …… Trilayer substrate, 35 …… Semiconductor crystal plate, 36 ……
Porous layer, 37 …… Si substrate, 41 …… Si substrate, 42 …… Glass layer, 43 …… Glass layer, 44 …… InP crystal plate, 51 …… Si substrate, 52 …… Glass layer, 53 …… GaAs layer, 61 ... Si substrate, 62
...... Si memory section, 63 ...... coupling path, 64 …… GaAs operation section,
65 ... Coupling path, 66 ... Optical / electrical converter, 67 ... Optical fiber.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Si基板上にSiO2を主成分とするガラス素材
からGeO2を主成分とするガラス素材に徐々に組成が変化
するガラス層を設け、前記ガラス層に密着してGaAs系材
料、GaP系材料、あるいはInP系材料よりなる半導体結晶
層を有することを特徴とする電気あるいは光集積回路用
基板。
1. A glass layer having a composition gradually changing from a glass material having SiO 2 as a main component to a glass material having GeO 2 as a main component on a Si substrate, and the glass layer is closely adhered to the glass layer to form a GaAs material. A substrate for an electric or optical integrated circuit having a semiconductor crystal layer made of a GaP-based material or an InP-based material.
【請求項2】徐々に組成が異なるガラス層中にGaおよび
Pを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
電気あるいは光集積回路用基板。
2. The substrate for electric or optical integrated circuits according to claim 1, wherein Ga and P are contained in the glass layer having gradually different compositions.
【請求項3】火炎により合成したガラス微粒子をSi基板
上に堆積させるに際し、該ガラス微粒子の組成をSiO2
主成分とする組成からGeOを主成分とする組成に徐々に
変えて多孔質ガラス微粒子層を形成する工程と、GaAs
系、GaP系あるいはInP系半導体結晶板を該多孔質ガラス
微粒子層の上に乗せ、電気炉内において、加熱して該Si
基板上の多孔質ガラス微粒子層を透明なガラス層とし、
該Si基板に該透明なガラス層と該GaAs系、GaP系あるい
はInP系半導体結晶板を密着した三層構造からなる基板
を得る工程を具備することを特徴とする電気あるいは光
集積回路用基板の製造方法。
3. When depositing glass particles synthesized by a flame on a Si substrate, the composition of the glass particles is gradually changed from a composition containing SiO 2 as a main component to a composition containing GeO as a main component, and porous glass is obtained. Step of forming fine particle layer and GaAs
-Based, GaP-based or InP-based semiconductor crystal plate is placed on the porous glass particle layer and heated in an electric furnace to remove the Si.
The porous glass fine particle layer on the substrate is a transparent glass layer,
A substrate for electrical or optical integrated circuit, comprising a step of obtaining a substrate having a three-layer structure in which the transparent glass layer and the GaAs-based, GaP-based or InP-based semiconductor crystal plate are adhered to the Si substrate. Production method.
【請求項4】GaAs系、GaP系あるいはInP系半導体結晶板
を多孔質ガラス微粒子層の上に乗せるのに先だって、該
多孔質ガラス微粒子層を一度電気炉内において800℃〜1
400℃の温度で加熱・透明ガラス化した後、再度GeO2
主成分とする多孔質ガラス微粒子層を形成し、しかる後
に、該半導体結晶板を乗せ、500℃〜1000℃の温度で加
熱・透明ガラス化することを特徴とする特許請求の範囲
第3項記載の電気あるいは光集積回路用基板の製造方
法。
4. Prior to placing a GaAs-based, GaP-based or InP-based semiconductor crystal plate on the porous glass fine particle layer, the porous glass fine particle layer is once heated in an electric furnace at 800 ° C. to 1 ° C.
After heating at 400 ° C and vitrification, a porous glass fine particle layer containing GeO 2 as a main component is formed again, after which the semiconductor crystal plate is placed and heated at a temperature of 500 ° C to 1000 ° C. The method for producing a substrate for an electrical or optical integrated circuit according to claim 3, wherein the substrate is a transparent glass.
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