異種半導体一体化法
【目的】シリコン基板上に高品質の化合物半導体を結晶成長することを可能とする。
【構成】 この改善策として、シリコン基板に薄い異種半導体結晶を結晶成長させ、その上から酸素のイオン注入を行うことによりシリコン表面を酸化させてSiO2を形成させる。熱処理によって異種半導体を結晶化させ、その上に必要な厚さの異種半導体及びその半導体で構成される半導体装置を結晶成長させる。
【構成】 この改善策として、シリコン基板に薄い異種半導体結晶を結晶成長させ、その上から酸素のイオン注入を行うことによりシリコン表面を酸化させてSiO2を形成させる。熱処理によって異種半導体を結晶化させ、その上に必要な厚さの異種半導体及びその半導体で構成される半導体装置を結晶成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板に高品質の異種半導体を作製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは集積回路等の電子デバイスに利用されているが、発光デバイスが利用できない、太陽電池の変換効率が低い等物性的な制約も多い。シリコン基板上にガリウム砒素等化合物半導体を結晶成長させれば、光電子集積回路、高効率太陽電池等新しい機能を持ったデバイスが作製できる。
【０００３】
これまで、シリコン基板上にガリウム砒素等化合物半導体を結晶成長する研究は多く行われているが、格子定数の不整合や熱膨張係数の不整合により、高品質の結晶を得るのが困難であった。
【特許文献１】特開２００４−１４６５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリコンと異種結晶の中間に、SiO2で構成される非晶質の層を形成することによって結晶を分離し、格子定数や熱膨張係数による不整合を緩和するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この改善策として、シリコン基板に薄い異種半導体結晶を結晶成長させ、その上から酸素のイオン注入を行うことによりシリコン表面を酸化させてSiO2を形成させる。熱処理によって異種半導体を結晶化させ、その上に必要な厚さの異種半導体及びその半導体で構成される半導体装置を結晶成長させる。
【発明の効果】
【０００６】
解決しようとする問題点は、シリコンに異種半導体を結晶成長させた後、イオン注入によってシリコンと異種半導体の中間にSiO2の非晶質を作製し、さらにその上に半導体を再成長することにより２つの結晶を非晶質で分離する点にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、有機金属気相成長法によってシリコン基板にガリウム砒素の結晶成長を行った。本実験はシリコン基板上ガリウム砒素の場合についての場合を示したが、本方法は他の半導体の結晶成長の場合にも利用できる。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明装置の実施例の断面図である。１はシリコン、２はガリウム砒素、３はSiO2である。
【０００９】
シリコン基板上に２段階成長法によって50nmの厚さの単結晶のガリウム砒素を７５０℃で結晶成長させた。その後、50keVの酸素のイオン注入によりシリコンとガリウム砒素の界面にSiO2を形成させる。ガリウム砒素は非晶質化するが熱処理によって回復できる。その後、必要なガリウム砒素をさらに750℃で３μm結晶成長させた。
【００１０】
図２は本方法によりシリコン基板上に作製されたガリウム砒素結晶の場合のＸ線回折パターンである。シリコン基板上に単結晶ガリウム砒素が形成されていることがわかる。
【００１１】
図３は本方法によってシリコン基板上に作製されたガリウム砒素結晶のフォトルミネセンススペクトルである。従来の２段階成長法でシリコン基板上に作製されたガリウム砒素とガリウム砒素基板上に結晶成長したガリウム砒素のフォトルミネセンススペクトルも示してある。従来の方法では熱膨張係数差によって発生する応力によりピーク波長は長波長側にシフトしているが、本方法で作製されたガリウム砒素はガリウム砒素基板上に結晶成長したガリウム砒素と同じであることから、応力は緩和しており高品質の結晶であることがわかる。フォトルミネセンス強度が弱いのは別の方位の結晶をわずかに含んでいるためであり、条件を最適化することにより高品質化ができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
このような方法で作製されたシリコン基板上異種結晶は半導体レーザと電子デバイスを集積デバイスや高効率太陽電池等への半導体装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】作製プロセスの概略図。
【図２】本発明を使用して作製したシリコン基板上ガリウム砒素の結晶回折パターン。
【図３】本発明を使用して作製したシリコン基板上ガリウム砒素のフォトルミネセンススペクトル。
【符号の説明】
【００１４】
１ シリコン
２ ガリウム砒素
３ SiO2
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板に高品質の異種半導体を作製する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは集積回路等の電子デバイスに利用されているが、発光デバイスが利用できない、太陽電池の変換効率が低い等物性的な制約も多い。シリコン基板上にガリウム砒素等化合物半導体を結晶成長させれば、光電子集積回路、高効率太陽電池等新しい機能を持ったデバイスが作製できる。
【０００３】
これまで、シリコン基板上にガリウム砒素等化合物半導体を結晶成長する研究は多く行われているが、格子定数の不整合や熱膨張係数の不整合により、高品質の結晶を得るのが困難であった。
【特許文献１】特開２００４−１４６５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シリコンと異種結晶の中間に、SiO2で構成される非晶質の層を形成することによって結晶を分離し、格子定数や熱膨張係数による不整合を緩和するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この改善策として、シリコン基板に薄い異種半導体結晶を結晶成長させ、その上から酸素のイオン注入を行うことによりシリコン表面を酸化させてSiO2を形成させる。熱処理によって異種半導体を結晶化させ、その上に必要な厚さの異種半導体及びその半導体で構成される半導体装置を結晶成長させる。
【発明の効果】
【０００６】
解決しようとする問題点は、シリコンに異種半導体を結晶成長させた後、イオン注入によってシリコンと異種半導体の中間にSiO2の非晶質を作製し、さらにその上に半導体を再成長することにより２つの結晶を非晶質で分離する点にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、有機金属気相成長法によってシリコン基板にガリウム砒素の結晶成長を行った。本実験はシリコン基板上ガリウム砒素の場合についての場合を示したが、本方法は他の半導体の結晶成長の場合にも利用できる。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明装置の実施例の断面図である。１はシリコン、２はガリウム砒素、３はSiO2である。
【０００９】
シリコン基板上に２段階成長法によって50nmの厚さの単結晶のガリウム砒素を７５０℃で結晶成長させた。その後、50keVの酸素のイオン注入によりシリコンとガリウム砒素の界面にSiO2を形成させる。ガリウム砒素は非晶質化するが熱処理によって回復できる。その後、必要なガリウム砒素をさらに750℃で３μm結晶成長させた。
【００１０】
図２は本方法によりシリコン基板上に作製されたガリウム砒素結晶の場合のＸ線回折パターンである。シリコン基板上に単結晶ガリウム砒素が形成されていることがわかる。
【００１１】
図３は本方法によってシリコン基板上に作製されたガリウム砒素結晶のフォトルミネセンススペクトルである。従来の２段階成長法でシリコン基板上に作製されたガリウム砒素とガリウム砒素基板上に結晶成長したガリウム砒素のフォトルミネセンススペクトルも示してある。従来の方法では熱膨張係数差によって発生する応力によりピーク波長は長波長側にシフトしているが、本方法で作製されたガリウム砒素はガリウム砒素基板上に結晶成長したガリウム砒素と同じであることから、応力は緩和しており高品質の結晶であることがわかる。フォトルミネセンス強度が弱いのは別の方位の結晶をわずかに含んでいるためであり、条件を最適化することにより高品質化ができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
このような方法で作製されたシリコン基板上異種結晶は半導体レーザと電子デバイスを集積デバイスや高効率太陽電池等への半導体装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】作製プロセスの概略図。
【図２】本発明を使用して作製したシリコン基板上ガリウム砒素の結晶回折パターン。
【図３】本発明を使用して作製したシリコン基板上ガリウム砒素のフォトルミネセンススペクトル。
【符号の説明】
【００１４】
１ シリコン
２ ガリウム砒素
３ SiO2
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体。
【請求項２】
上シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
上シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体。
【請求項２】
上シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
上シリコン基板に異種の半導体結晶を薄く結晶成長させた後、酸素のイオン注入によってシリコンと異種結晶の間にSiO2を形成し、熱処理後さらにその上に結晶成長させることによって作製した異種結晶とシリコンを非晶質で分離したことを特徴とする半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−７３６７８（Ｐ２００６−７３６７８Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５３５３７（Ｐ２００４−２５３５３７）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
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