JP2003264149A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2003264149A JP2003264149A JP2002065797A JP2002065797A JP2003264149A JP 2003264149 A JP2003264149 A JP 2003264149A JP 2002065797 A JP2002065797 A JP 2002065797A JP 2002065797 A JP2002065797 A JP 2002065797A JP 2003264149 A JP2003264149 A JP 2003264149A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｓｉ基板あるいはＧａＡｓ基板の上に高品質
なＩｎＰ層が形成された半導体装置およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板３１の上に、厚さ１．５〜２．
５ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜３２を形成した後、厚さ１００
ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３を形成す
る。ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３の組成比は、堆
積開始時にはＢａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．１〜０．３の
範囲として、徐々にＢａの組成を増加させて、堆積終了
時には、ＢａＴｉＯ3 とする。その上に、厚さ１００ｎ
ｍ程度のＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４を形成す
る。ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の組成比は、堆
積開始時にはＢａＴｉＯ3 として、徐々にＨｆの組成比
を増加させて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）
＝０．７〜０．９の範囲とする。その上に、ＩｎＰ層３
５を形成する。
なＩｎＰ層が形成された半導体装置およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板３１の上に、厚さ１．５〜２．
５ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜３２を形成した後、厚さ１００
ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３を形成す
る。ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３の組成比は、堆
積開始時にはＢａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．１〜０．３の
範囲として、徐々にＢａの組成を増加させて、堆積終了
時には、ＢａＴｉＯ3 とする。その上に、厚さ１００ｎ
ｍ程度のＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４を形成す
る。ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の組成比は、堆
積開始時にはＢａＴｉＯ3 として、徐々にＨｆの組成比
を増加させて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）
＝０．７〜０．９の範囲とする。その上に、ＩｎＰ層３
５を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に、
半導体基板とは異種の半導体結晶が形成された半導体装
置とその製造方法に関するものである。
半導体基板とは異種の半導体結晶が形成された半導体装
置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報ネットワークシステムの急速
な発展に伴い、電界効果トランジスタに対しても、超高
速動作、高周波動作、低消費電力および高効率等の特性
が要求されている。このような特性を実現するために
は、ＳｉＧｅ、ＩｎＰおよびＧａＡｓなどの化合物半導
体基板上に形成された電界効果トランジスタが好適であ
る。中でも、ＩｎＰを用いた電界効果トランジスタは超
高速動作が可能であるため、電界効果トランジスタを応
用したマイクロ波集積回路やモノリシックマイクロ波集
積回路などの超高速・高周波回路が、精力的に研究され
ている。
な発展に伴い、電界効果トランジスタに対しても、超高
速動作、高周波動作、低消費電力および高効率等の特性
が要求されている。このような特性を実現するために
は、ＳｉＧｅ、ＩｎＰおよびＧａＡｓなどの化合物半導
体基板上に形成された電界効果トランジスタが好適であ
る。中でも、ＩｎＰを用いた電界効果トランジスタは超
高速動作が可能であるため、電界効果トランジスタを応
用したマイクロ波集積回路やモノリシックマイクロ波集
積回路などの超高速・高周波回路が、精力的に研究され
ている。
【０００３】ＩｎＰ結晶は、リン成分の欠損を防止する
ために蒸気圧制御を行い，Ｂ2Ｏ3などの物質で融液表面
を封止した状態で、チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に
より育成される。
ために蒸気圧制御を行い，Ｂ2Ｏ3などの物質で融液表面
を封止した状態で、チョクラルスキー法（ＬＥＣ法）に
より育成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩｎＰ
結晶は育成が困難であるため、ＬＥＣ法では直径３イン
チから４インチのものしか得られておらず、高価であり
ウエハーの面積も小さいため、生産性が低いという問題
点があった。
結晶は育成が困難であるため、ＬＥＣ法では直径３イン
チから４インチのものしか得られておらず、高価であり
ウエハーの面積も小さいため、生産性が低いという問題
点があった。
【０００５】ＩｎＰと同じ化合物半導体の一種であるＧ
ａＡｓをＳｉ基板上に形成する技術が開発されつつある
のに対し、ＩｎＰとＳｉとの格子定数差は大きく、Ｉｎ
ＰをＳｉ基板上に形成することは困難であった。
ａＡｓをＳｉ基板上に形成する技術が開発されつつある
のに対し、ＩｎＰとＳｉとの格子定数差は大きく、Ｉｎ
ＰをＳｉ基板上に形成することは困難であった。
【０００６】本発明の目的は、Ｓｉ基板やＧａＡｓ基板
の上にＩｎＰ結晶を形成する手段を講ずることにより、
品質のよいＩｎＰ結晶を形成することにある。
の上にＩｎＰ結晶を形成する手段を講ずることにより、
品質のよいＩｎＰ結晶を形成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板と、上記半導体基板の上方に形成され，少な
くとも２つの酸化物の組成比が変化する第１酸化膜と、
上記第１酸化膜の上方に形成され，少なくとも２つの酸
化物の組成比が変化する第２酸化膜と、上記第２酸化膜
の上に形成されたＩｎＰ層とを有する半導体装置であっ
て、上記第１酸化膜では、上記第２酸化膜に近づく方向
に，基板面に平行な面内で見た格子間隔が上記第２酸化
膜の下面における格子間隔に近づき、上記第２酸化膜で
は、上記ＩｎＰ層に近づく方向に，基板面に平行な面内
で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層の格子間隔に近づくこと
を特徴とする。
半導体基板と、上記半導体基板の上方に形成され，少な
くとも２つの酸化物の組成比が変化する第１酸化膜と、
上記第１酸化膜の上方に形成され，少なくとも２つの酸
化物の組成比が変化する第２酸化膜と、上記第２酸化膜
の上に形成されたＩｎＰ層とを有する半導体装置であっ
て、上記第１酸化膜では、上記第２酸化膜に近づく方向
に，基板面に平行な面内で見た格子間隔が上記第２酸化
膜の下面における格子間隔に近づき、上記第２酸化膜で
は、上記ＩｎＰ層に近づく方向に，基板面に平行な面内
で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層の格子間隔に近づくこと
を特徴とする。
【０００８】これにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、酸化物の組成比を変化させることにより、基
板面に平行な面内で見た格子間隔をＩｎＰ層の格子間隔
に近づけることができるので、半導体基板とＩｎＰ層と
の間におけるミスフィット転位の少ない半導体装置を得
ることができる。よって、高品質なＩｎＰ層を得ること
ができると共に、従来よりも膜厚の大きなＩｎＰ層を得
ることができる。
において、酸化物の組成比を変化させることにより、基
板面に平行な面内で見た格子間隔をＩｎＰ層の格子間隔
に近づけることができるので、半導体基板とＩｎＰ層と
の間におけるミスフィット転位の少ない半導体装置を得
ることができる。よって、高品質なＩｎＰ層を得ること
ができると共に、従来よりも膜厚の大きなＩｎＰ層を得
ることができる。
【０００９】上記半導体基板と上記第１酸化膜との間
に、ＳｉＯ2 膜がさらに介在していることにより、半導
体基板と第１酸化膜との整合性をさらに高めることがで
きる。
に、ＳｉＯ2 膜がさらに介在していることにより、半導
体基板と第１酸化膜との整合性をさらに高めることがで
きる。
【００１０】上記半導体基板はＳｉ基板であり、上記第
１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あることにより、第１酸化膜および第２酸化膜におい
て、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体基板の
格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させることが
できるので、整合性をより高めることができる。
１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あることにより、第１酸化膜および第２酸化膜におい
て、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体基板の
格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させることが
できるので、整合性をより高めることができる。
【００１１】上記半導体基板はＳｉ基板であり、上記第
１酸化膜はＳｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あり、上記第１酸化膜と上記第２酸化膜との間には、Ｃ
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体からなる第３酸化膜が
さらに介在していることにより、第１酸化膜，第２酸化
膜および第３酸化膜において、基板面に平行な面で見た
格子間隔を、半導体基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子
間隔まで変化させることができるので、整合性をより高
めることができる。さらに、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴｉＯ
3 およびＣａＴｉＯ3 と固溶しやすいので、第１酸化
膜，第２酸化膜および第３酸化膜の結晶性を向上するこ
とができ、より高い品質のＩｎＰ層を形成することがで
きる。
１酸化膜はＳｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あり、上記第１酸化膜と上記第２酸化膜との間には、Ｃ
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体からなる第３酸化膜が
さらに介在していることにより、第１酸化膜，第２酸化
膜および第３酸化膜において、基板面に平行な面で見た
格子間隔を、半導体基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子
間隔まで変化させることができるので、整合性をより高
めることができる。さらに、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴｉＯ
3 およびＣａＴｉＯ3 と固溶しやすいので、第１酸化
膜，第２酸化膜および第３酸化膜の結晶性を向上するこ
とができ、より高い品質のＩｎＰ層を形成することがで
きる。
【００１２】上記半導体基板はＧａＡｓ基板であり、上
記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
固溶体であることにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体
基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させる
ことができるので、整合性をより高めることができる。
記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
固溶体であることにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体
基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させる
ことができるので、整合性をより高めることができる。
【００１３】上記半導体基板と上記ＩｎＰ層との格子ミ
スマッチは１％以下であることが好ましい。
スマッチは１％以下であることが好ましい。
【００１４】上記第１酸化膜から上記第２酸化膜までの
結晶層内に、光導波路が形成されていることにより、光
変調器，光配線等を基板内に埋め込んだ半導体装置を得
ることができる。
結晶層内に、光導波路が形成されていることにより、光
変調器，光配線等を基板内に埋め込んだ半導体装置を得
ることができる。
【００１５】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
基板と、少なくとも２つの酸化物の組成比が変化する第
１酸化膜と、少なくとも２つの酸化物の組成比が変化す
る第２酸化膜と、ＩｎＰ層とを有する半導体装置の製造
方法であって、上記半導体基板の上方に、上記第２酸化
膜に近づく方向に，基板面に平行な面内で見た格子間隔
が上記第２酸化膜の下面における格子間隔に近づく上記
第１酸化膜を形成する工程（ａ）と、上記第１酸化膜の
上方に、上記ＩｎＰ層に近づく方向に，基板面に平行な
面内で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層の格子間隔に近づく
上記第２酸化膜を形成する工程（ｂ）と、上記第２酸化
膜の上に、上記ＩｎＰ層を形成する工程（ｃ）とを備え
ることを特徴とする。
基板と、少なくとも２つの酸化物の組成比が変化する第
１酸化膜と、少なくとも２つの酸化物の組成比が変化す
る第２酸化膜と、ＩｎＰ層とを有する半導体装置の製造
方法であって、上記半導体基板の上方に、上記第２酸化
膜に近づく方向に，基板面に平行な面内で見た格子間隔
が上記第２酸化膜の下面における格子間隔に近づく上記
第１酸化膜を形成する工程（ａ）と、上記第１酸化膜の
上方に、上記ＩｎＰ層に近づく方向に，基板面に平行な
面内で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層の格子間隔に近づく
上記第２酸化膜を形成する工程（ｂ）と、上記第２酸化
膜の上に、上記ＩｎＰ層を形成する工程（ｃ）とを備え
ることを特徴とする。
【００１６】これにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、組成比を変化させることにより、基板面に平
行な面内で見た格子間隔をＩｎＰ層の格子間隔に近づけ
ることができるので、半導体基板とＩｎＰ層との間にお
けるミスフィット転位の発生を抑制することができる。
よって、高品質なＩｎＰ層を形成することができると共
に、従来よりも膜厚の大きなＩｎＰ層を形成することが
可能となる。
において、組成比を変化させることにより、基板面に平
行な面内で見た格子間隔をＩｎＰ層の格子間隔に近づけ
ることができるので、半導体基板とＩｎＰ層との間にお
けるミスフィット転位の発生を抑制することができる。
よって、高品質なＩｎＰ層を形成することができると共
に、従来よりも膜厚の大きなＩｎＰ層を形成することが
可能となる。
【００１７】上記工程（ａ）の前に、上記半導体基板の
上にＳｉＯ2 膜を形成する工程をさらに備え、上記工程
（ａ）では、上記ＳｉＯ2 膜の上に、上記第１酸化膜を
形成することにより、半導体基板と第１酸化膜との整合
性をさらに高めることができる。
上にＳｉＯ2 膜を形成する工程をさらに備え、上記工程
（ａ）では、上記ＳｉＯ2 膜の上に、上記第１酸化膜を
形成することにより、半導体基板と第１酸化膜との整合
性をさらに高めることができる。
【００１８】上記半導体基板はＳｉ基板であり、上記第
１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あることにより、第１酸化膜および第２酸化膜におい
て、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体基板の
格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させることが
できるので、整合性をより高めることができる。
１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であり、
上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体で
あることにより、第１酸化膜および第２酸化膜におい
て、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体基板の
格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させることが
できるので、整合性をより高めることができる。
【００１９】上記工程（ａ）の後に、上記第１酸化膜の
上に、第２酸化膜に近づくと，基板面に平行な面内で見
た格子間隔が上記第２酸化膜の格子間隔に近づく第３酸
化膜を形成する工程をさら備え、上記半導体基板はＳｉ
基板であり、上記第１酸化膜はＳｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉ
Ｏ3 固溶体であり、上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 固溶体であり、上記第３酸化膜はＣａＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であることにより、第１酸化
膜，第２酸化膜および第３酸化膜において、基板面に平
行な面で見た格子間隔を、半導体基板の格子間隔からＩ
ｎＰ層の格子間隔まで変化させることができるので、整
合性をより高めることができる。さらに、ＳｒＴｉＯ3
はＢａＴｉＯ3 およびＣａＴｉＯ3 と固溶しやすいの
で、第１酸化膜，第２酸化膜および第３酸化膜の結晶性
を向上することができ、より高い品質のＩｎＰ層を形成
することができる。
上に、第２酸化膜に近づくと，基板面に平行な面内で見
た格子間隔が上記第２酸化膜の格子間隔に近づく第３酸
化膜を形成する工程をさら備え、上記半導体基板はＳｉ
基板であり、上記第１酸化膜はＳｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉ
Ｏ3 固溶体であり、上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 固溶体であり、上記第３酸化膜はＣａＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であることにより、第１酸化
膜，第２酸化膜および第３酸化膜において、基板面に平
行な面で見た格子間隔を、半導体基板の格子間隔からＩ
ｎＰ層の格子間隔まで変化させることができるので、整
合性をより高めることができる。さらに、ＳｒＴｉＯ3
はＢａＴｉＯ3 およびＣａＴｉＯ3 と固溶しやすいの
で、第１酸化膜，第２酸化膜および第３酸化膜の結晶性
を向上することができ、より高い品質のＩｎＰ層を形成
することができる。
【００２０】上記半導体基板はＧａＡｓ基板であり、上
記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
固溶体であることにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体
基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させる
ことができるので、整合性をより高めることができる。
記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
固溶体であることにより、第１酸化膜および第２酸化膜
において、基板面に平行な面で見た格子間隔を、半導体
基板の格子間隔からＩｎＰ層の格子間隔まで変化させる
ことができるので、整合性をより高めることができる。
【００２１】上記半導体基板と上記ＩｎＰ層との格子ミ
スマッチは１％以下であることが好ましい。
スマッチは１％以下であることが好ましい。
【００２２】上記工程（ｂ）の後に、上記第１酸化膜か
ら上記第２酸化膜までの結晶層内に光導波路を形成する
工程をさらに備えることにより、光変調器，光配線等を
基板内に埋め込むことができる。
ら上記第２酸化膜までの結晶層内に光導波路を形成する
工程をさらに備えることにより、光変調器，光配線等を
基板内に埋め込むことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、第１
の実施形態の半導体装置を示す断面図である。図１にお
ける各寸法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
の実施形態の半導体装置を示す断面図である。図１にお
ける各寸法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【００２４】図１に示すように、本実施形態の半導体装
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板１と、ＣａＴｉＯ3
−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）２と、ＢａＴｉＯ3−
ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）３と、面方位〈００１〉
のＩｎＰ層４とから構成されている。 以下に、本実施
形態の半導体装置の製造方法について、図２（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｄ）
は、第１の実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板１と、ＣａＴｉＯ3
−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）２と、ＢａＴｉＯ3−
ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）３と、面方位〈００１〉
のＩｎＰ層４とから構成されている。 以下に、本実施
形態の半導体装置の製造方法について、図２（ａ）〜
（ｄ）を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｄ）
は、第１の実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
【００２５】まず、図２（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＳｉ基板１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
〈００１〉のＳｉ基板１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
【００２６】次に、図２（ｂ）に示す工程で、基板を酸
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜２を形成す
る。ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２の形成温
度は５５０℃付近であることが望ましい。Ｓｉ基板１と
整合をとるために、ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜２の
堆積開始時の組成比は、Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．１
〜０．３の範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａ
の組成を増加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 と
する。
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜２を形成す
る。ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２の形成温
度は５５０℃付近であることが望ましい。Ｓｉ基板１と
整合をとるために、ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜２の
堆積開始時の組成比は、Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．１
〜０．３の範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａ
の組成を増加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 と
する。
【００２７】ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度である
ことが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度である
ことが望ましい。
【００２８】ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２
の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出力
５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分圧
１０〜５０％で、Ｃａ／Ｂａ組成比の変化する複数の層
を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜２は、組成比が異なり，合計層厚が５０〜１
００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリング
法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成するた
めに基板温度を５００〜６００℃程度とすることが望ま
しい。
の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出力
５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organic
Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分圧
１０〜５０％で、Ｃａ／Ｂａ組成比の変化する複数の層
を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜２は、組成比が異なり，合計層厚が５０〜１
００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリング
法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成するた
めに基板温度を５００〜６００℃程度とすることが望ま
しい。
【００２９】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果を得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果を得ることができる。
【００３０】次に、図２（ｃ）に示す工程で、基板温度
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３を形成する。ここで、緻
密な薄膜を形成するために、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ
3 膜３の形成温度は５５０〜６００℃であることが望ま
しい。ＢａＴｉＯ3 から堆積を開始し、徐々にＨｆの組
成比を増加させて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈ
ｆ）＝０．７〜０．９の範囲とする。
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３を形成する。ここで、緻
密な薄膜を形成するために、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ
3 膜３の形成温度は５５０〜６００℃であることが望ま
しい。ＢａＴｉＯ3 から堆積を開始し、徐々にＨｆの組
成比を増加させて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈ
ｆ）＝０．７〜０．９の範囲とする。
【００３１】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３の厚みは、５０〜１００ｎｍであること
が望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３の厚みは、５０〜１００ｎｍであること
が望ましい。
【００３２】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３
の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出力
５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organic
Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分圧
１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の層
を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最上
層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の
範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法にお
いては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５０
〜６００℃程度とすることが望ましい。
の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出力
５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organic
Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分圧
１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の層
を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最上
層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の
範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法にお
いては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５０
〜６００℃程度とすることが望ましい。
【００３３】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【００３４】次に、図２（ｄ）に示す工程で、基板をガ
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層４を形成
する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリン
（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成長
温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。こ
のことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃である
ことが望ましい。
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層４を形成
する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリン
（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成長
温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。こ
のことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃である
ことが望ましい。
【００３５】なお、ＩｎＰ層４を形成する方法として、
ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（MetalOrganic Vapor Phase
Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得ることが
できる。
ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（MetalOrganic Vapor Phase
Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得ることが
できる。
【００３６】図１３は、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．６５Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．６５Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。
【００３７】これにより、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3
膜２の下面付近の組成比をＢａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．
１〜０．３とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２
の下面とＳｉ基板１の（００１）面との整合性を高める
ことができる。
膜２の下面付近の組成比をＢａ／（Ｂａ＋Ｃａ）＝０．
１〜０．３とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２
の下面とＳｉ基板１の（００１）面との整合性を高める
ことができる。
【００３８】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜３の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔｉ
＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３の上面とＩｎＰ層４の（００１）面との
整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜３の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔｉ
＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３の上面とＩｎＰ層４の（００１）面との
整合性を高めることができる。
【００３９】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板１とＣａ
ＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２との間の格子ミスマッチ量
を約０％，ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３とＩｎＰ層
４との間の格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層４を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層４を形成すること
が可能となる。
ＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２との間の格子ミスマッチ量
を約０％，ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３とＩｎＰ層
４との間の格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層４を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層４を形成すること
が可能となる。
【００４０】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【００４１】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）における酸化膜
（ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜２とＢａＴｉＯ3−Ｂａ
ＨｆＯ3 膜３に相当）の格子間隔を、図１７（ａ）に示
すように直線的に変化させても、図１７（ｂ）に示すよ
うに階段状に変化させても、図１７（ｃ）に示すように
２次関数あるいは指数関数的に変化させても、図１７
（ｄ）に示すように３次関数的に変化させても、同様の
効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）における酸化膜
（ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜２とＢａＴｉＯ3−Ｂａ
ＨｆＯ3 膜３に相当）の格子間隔を、図１７（ａ）に示
すように直線的に変化させても、図１７（ｂ）に示すよ
うに階段状に変化させても、図１７（ｃ）に示すように
２次関数あるいは指数関数的に変化させても、図１７
（ｄ）に示すように３次関数的に変化させても、同様の
効果を得ることができる。
【００４２】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板１の上方
に高品質なＩｎＰ層４を形成することができるので、よ
り大面積のＩｎＰ層４を得ることができる。従って、電
界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発光素子、
フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高密度集積
化が可能となる。
に高品質なＩｎＰ層４を形成することができるので、よ
り大面積のＩｎＰ層４を得ることができる。従って、電
界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発光素子、
フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高密度集積
化が可能となる。
【００４３】さらに、ＳｉＯ2 層２，ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜３およびＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜４
からなる酸化膜に導波路を形成することにより、基板内
で光信号の送受信が可能である光接続機構を備えた集積
型半導体装置を提供することが可能となる。
ａＴｉＯ3 膜３およびＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜４
からなる酸化膜に導波路を形成することにより、基板内
で光信号の送受信が可能である光接続機構を備えた集積
型半導体装置を提供することが可能となる。
【００４４】なお、本実施形態におけるＣａＴｉＯ3−
ＢａＴｉＯ3 膜２と、ＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜３
との成長する面方位の例としては、〈００１〉方向が挙
げられる。
ＢａＴｉＯ3 膜２と、ＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜３
との成長する面方位の例としては、〈００１〉方向が挙
げられる。
【００４５】（第２の実施形態）図３は、第２の実施形
態の半導体装置を示す断面図である。図３における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
態の半導体装置を示す断面図である。図３における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【００４６】図３に示すように、本実施形態の半導体装
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板１１と、ＣａＴｉＯ
3 −ＳｒＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）１２と、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第３酸化膜）１３と、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）１４と、面方位〈０
０１〉のＩｎＰ層１５とから構成されている。
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板１１と、ＣａＴｉＯ
3 −ＳｒＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）１２と、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第３酸化膜）１３と、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）１４と、面方位〈０
０１〉のＩｎＰ層１５とから構成されている。
【００４７】以下に、本実施形態の半導体装置の製造方
法について、図４（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。図４（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
法について、図４（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。図４（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
【００４８】まず、図４（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＳｉ基板１１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板１１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
〈００１〉のＳｉ基板１１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板１１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
【００４９】次に、図４（ｂ）に示す工程で、基板を酸
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜５００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２を形成
する。ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２の堆積開始時
の組成比は、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝０．２〜０．５の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＳｒの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＳｒＴｉＯ3 とする。
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜５００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２を形成
する。ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２の堆積開始時
の組成比は、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝０．２〜０．５の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＳｒの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＳｒＴｉＯ3 とする。
【００５０】ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜１２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜１２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
【００５１】ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１
２の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｓｒ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜１２は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００度程度とすることが
望ましい。
２の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｓｒ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜１２は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００度程度とすることが
望ましい。
【００５２】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
【００５３】次に、図４（ｃ）に示す工程で、基板温度
を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＳ
ｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３を形成する。ＳｒＴｉ
Ｏ3から堆積を開始し、徐々にＢａの組成比を増加させ
て、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＳ
ｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３を形成する。ＳｒＴｉ
Ｏ3から堆積を開始し、徐々にＢａの組成比を増加させ
て、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
【００５４】ここで、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜１３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５５０〜６００度程度とすることが
望ましい。
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜１３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５５０〜６００度程度とすることが
望ましい。
【００５５】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
【００５６】次に、図４（ｄ）に示す工程で、基板温度
を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４を形成する。ここで、
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４の形成温度は５５０
〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 から堆
積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆積終
了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の範
囲とする。
を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４を形成する。ここで、
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４の形成温度は５５０
〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 から堆
積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆積終
了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の範
囲とする。
【００５７】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜１４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜１４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
【００５８】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
【００５９】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【００６０】次に、図４（ｅ）に示す工程で、基板をガ
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層１５を形
成する。
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層１５を形
成する。
【００６１】ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎる
とリン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結
晶成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
とリン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結
晶成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
【００６２】なお、ＩｎＰ層１５を形成する方法とし
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
【００６３】図１５は、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 の
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åと比定し、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åと比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åと比定し、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åと比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。
【００６４】これにより、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3
膜１２の下面付近の組成比をＳｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝
０．２〜０．５とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3
膜１２の下面とＳｉ基板１１の（００１）面との整合性
を高めることができる。
膜１２の下面付近の組成比をＳｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝
０．２〜０．５とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3
膜１２の下面とＳｉ基板１１の（００１）面との整合性
を高めることができる。
【００６５】図１６は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔を示したグラフ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ
3の格子間隔はａ×√３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴ
ｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝５．６５Åで比定した。
格子間隔を示したグラフ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ
3の格子間隔はａ×√３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴ
ｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝５．６５Åで比定した。
【００６６】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜１４の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜１４の上面とＩｎＰ層１５の（００１）
面との整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜１４の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜１４の上面とＩｎＰ層１５の（００１）
面との整合性を高めることができる。
【００６７】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板１１とＣ
ａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４とＩｎＰ
層１５との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層１５を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層１５を形成するこ
とが可能となる。
ａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４とＩｎＰ
層１５との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層１５を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層１５を形成するこ
とが可能となる。
【００６８】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【００６９】本実施形態は、第１の実施形態におけるＣ
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２を、ＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜１２とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３と
で置き換えたものに相当する。ＢａＴｉＯ3 がＣａＴｉ
Ｏ3 に固溶しにくいのに対し、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴｉ
Ｏ3 およびＣａＴｉＯ3 と完全固溶する。したがって、
ＣａＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 との間にＳｒＴｉＯ3 を含
む混晶を形成することにより、ペロブスカイト系結晶薄
膜の結晶性を向上させることが可能となり、より高品質
なＩｎＰ結晶を形成することができる。
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２を、ＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜１２とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３と
で置き換えたものに相当する。ＢａＴｉＯ3 がＣａＴｉ
Ｏ3 に固溶しにくいのに対し、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴｉ
Ｏ3 およびＣａＴｉＯ3 と完全固溶する。したがって、
ＣａＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 との間にＳｒＴｉＯ3 を含
む混晶を形成することにより、ペロブスカイト系結晶薄
膜の結晶性を向上させることが可能となり、より高品質
なＩｎＰ結晶を形成することができる。
【００７０】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２，
ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3膜１３およびＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜１４に相当）の格子間隔を、図１７
（ａ）に示すように直線的に変化させても、図１７
（ｂ）に示すように階段状に変化させても、図１７
（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的に変化
させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的に変化
させても、同様の効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１２，
ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3膜１３およびＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜１４に相当）の格子間隔を、図１７
（ａ）に示すように直線的に変化させても、図１７
（ｂ）に示すように階段状に変化させても、図１７
（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的に変化
させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的に変化
させても、同様の効果を得ることができる。
【００７１】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板１１の上
方に高品質なＩｎＰ層１５を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層１５を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
方に高品質なＩｎＰ層１５を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層１５を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
【００７２】さらに、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜１
２，ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３およびＢａＴｉ
Ｏ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４からなる酸化膜に導波路を形
成することにより、基板内で光信号の送受信が可能であ
る光接続機構を備えた集積型半導体装置を提供すること
が可能となる。
２，ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜１３およびＢａＴｉ
Ｏ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４からなる酸化膜に導波路を形
成することにより、基板内で光信号の送受信が可能であ
る光接続機構を備えた集積型半導体装置を提供すること
が可能となる。
【００７３】なお、本実施形態におけるＣａＴｉＯ3 −
ＳｒＴｉＯ3 膜１２，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜１
３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４の成長する
面方位の例としては、〈００１〉方向が挙げられる 。
ＳｒＴｉＯ3 膜１２，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜１
３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜１４の成長する
面方位の例としては、〈００１〉方向が挙げられる 。
【００７４】（第３の実施形態）図５は、第３の実施形
態の半導体装置を示す断面図である。図５における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
態の半導体装置を示す断面図である。図５における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【００７５】図５に示すように、本実施形態の半導体装
置は、面方位〈００１〉のＧａＡｓ基板２１と、ＳｒＴ
ｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）２２と、ＢａＴ
ｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）２３と、面方位
〈００１〉のＩｎＰ層２４とから構成されている。
置は、面方位〈００１〉のＧａＡｓ基板２１と、ＳｒＴ
ｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）２２と、ＢａＴ
ｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）２３と、面方位
〈００１〉のＩｎＰ層２４とから構成されている。
【００７６】以下に、本実施形態の半導体装置の製造方
法について、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明す
る。図６（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
法について、図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明す
る。図６（ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
【００７７】まず、図６（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＧａＡｓ基板２１の表面を洗浄する。
〈００１〉のＧａＡｓ基板２１の表面を洗浄する。
【００７８】次に、図６（ｂ）に示す工程で、基板を酸
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２を形成
する。ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の堆積開始時
の組成比は、Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２を形成
する。ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の堆積開始時
の組成比は、Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
【００７９】ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻
密な薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡ
ｓ基板２１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要が
あるので、５００℃程度であることが好ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２２の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻
密な薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡ
ｓ基板２１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要が
あるので、５００℃程度であることが好ましい。
【００８０】ここで、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２
２の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２２は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。
２の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜２２は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。
【００８１】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【００８２】次に、図６（ｃ）に示す工程で、基板温度
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３を形成する。ＢａＴｉ
Ｏ3から堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させ
て、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜
０．９の範囲とする。
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３を形成する。ＢａＴｉ
Ｏ3から堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させ
て、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜
０．９の範囲とする。
【００８３】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜２３の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻密な
薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡｓ基
板２１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要がある
ので、５００℃程度であることが好ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜２３の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻密な
薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡｓ基
板２１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要がある
ので、５００℃程度であることが好ましい。
【００８４】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
【００８５】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【００８６】次に、図６（ｄ）に示す工程で、基板をガ
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層２４を形
成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリ
ン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成
長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。
このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃であ
ることが望ましい。
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層２４を形
成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリ
ン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成
長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。
このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃であ
ることが望ましい。
【００８７】なお、ＩｎＰ層２４を形成する方法とし
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
【００８８】図１６は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔と、ＧａＡｓの格子定数との関係を示したグラ
フ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ
×√３＝５．６５Åで比定した。また、ＧａＡｓの格子
定数はａ＝５．６４Åである。これにより、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の下面付近の組成比をＢａ／
（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３とすると、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の下面とＧａＡｓ基板２１の
（００１）面との整合性を高めることができる。
格子間隔と、ＧａＡｓの格子定数との関係を示したグラ
フ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ
×√３＝５．６５Åで比定した。また、ＧａＡｓの格子
定数はａ＝５．６４Åである。これにより、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の下面付近の組成比をＢａ／
（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３とすると、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２の下面とＧａＡｓ基板２１の
（００１）面との整合性を高めることができる。
【００８９】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜２３の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜２３の上面とＩｎＰ層２４の（００１）
面との整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜２３の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜２３の上面とＩｎＰ層２４の（００１）
面との整合性を高めることができる。
【００９０】本実施形態の方法では、Ｇａ基板２１とＳ
ｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３とＩｎＰ
層２４との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層２４を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層２４を形成するこ
とが可能となる。
ｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３とＩｎＰ
層２４との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層２４を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層２４を形成するこ
とが可能となる。
【００９１】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【００９２】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２お
よびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２２お
よびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜２３に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
【００９３】本実施形態の方法では、ＧａＡｓ基板２１
の上方に高品質なＩｎＰ層２４を形成することができる
ので、より大面積のＩｎＰ層２４を得ることができる。
従って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体
発光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、
高密度集積化が可能となる。
の上方に高品質なＩｎＰ層２４を形成することができる
ので、より大面積のＩｎＰ層２４を得ることができる。
従って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体
発光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、
高密度集積化が可能となる。
【００９４】さらに、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜２
２およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ 3 膜２３からなる酸
化膜に導波路を形成することにより、基板内で光信号の
送受信が可能である光接続機構を備えた集積型半導体装
置を提供することが可能となる。
２およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ 3 膜２３からなる酸
化膜に導波路を形成することにより、基板内で光信号の
送受信が可能である光接続機構を備えた集積型半導体装
置を提供することが可能となる。
【００９５】なお、本実施形態におけるＳｒＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜２２およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜２３の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
ＢａＴｉＯ3 膜２２およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜２３の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
【００９６】（第４の実施形態）図７は、第４の実施形
態の半導体装置を示す断面図である。図７における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
態の半導体装置を示す断面図である。図７における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【００９７】図７に示すように、本実施形態の半導体装
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板３１と、ＳｉＯ2 膜
３２と、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）
３３と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）
３４と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層３５とから構成さ
れている。
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板３１と、ＳｉＯ2 膜
３２と、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）
３３と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）
３４と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層３５とから構成さ
れている。
【００９８】以下に、本実施形態の半導体装置の製造方
法について、図８（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。図８（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
法について、図８（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明す
る。図８（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
【００９９】まず、図８（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＳｉ基板３１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板３１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
〈００１〉のＳｉ基板３１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板３１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
【０１００】次に、図８（ｂ）に示す工程で、Ｓｉ基板
３１を、真空度が１．３３×１０-5 Ｐａ程度であるＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置に
導入する。そして、Ｓｉ基板３１の温度を３００℃程度
にし、温度が安定するまで１０分間程度放置する。その
後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2ガスを２０ｃｍ3／
ｍｉｎ、ＳｉＨ4ガスを１０ｃｍ3／ｍｉｎ供給すること
により、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜３２
を形成する。このＳｉＯ2 膜３２は、Ｓｉ基板３１とＣ
ａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜３３との間の整合性を高め
る役割を果たす。
３１を、真空度が１．３３×１０-5 Ｐａ程度であるＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置に
導入する。そして、Ｓｉ基板３１の温度を３００℃程度
にし、温度が安定するまで１０分間程度放置する。その
後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2ガスを２０ｃｍ3／
ｍｉｎ、ＳｉＨ4ガスを１０ｃｍ3／ｍｉｎ供給すること
により、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度のＳｉＯ2 膜３２
を形成する。このＳｉＯ2 膜３２は、Ｓｉ基板３１とＣ
ａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜３３との間の整合性を高め
る役割を果たす。
【０１０１】ここで、ＳｉＯ2 膜３２の形成方法として
は、Ｓｉ基板３１を石英管内に導入して、加湿したＯ2
雰囲気下で９５０℃にした後４時間保持することによ
り、Ｓｉ基板３１の表面付近を熱酸化する方法を取って
もよい。
は、Ｓｉ基板３１を石英管内に導入して、加湿したＯ2
雰囲気下で９５０℃にした後４時間保持することによ
り、Ｓｉ基板３１の表面付近を熱酸化する方法を取って
もよい。
【０１０２】ＳｉＯ2 膜３２の形成方法としては、Ｓｉ
基板３１の表面付近に生じている自然酸化膜をバッファ
ードフッ酸で除去した後、Ｓｉ基板３１の表面付近を、
硫酸，過酸化水素の水溶液によって酸化することにより
形成してもよい。
基板３１の表面付近に生じている自然酸化膜をバッファ
ードフッ酸で除去した後、Ｓｉ基板３１の表面付近を、
硫酸，過酸化水素の水溶液によって酸化することにより
形成してもよい。
【０１０３】あるいは、Ｓｉ基板３１の表面付近に生じ
ている自然酸化膜をＳｉＯ2 膜３２としてもよい。
ている自然酸化膜をＳｉＯ2 膜３２としてもよい。
【０１０４】次に、図８（ｃ）に示す工程で、基板を酸
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３を形成
する。ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３の形
成温度は５５０℃付近であることが望ましい。Ｓｉ基板
３１と整合性を高めるために、ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉ
Ｏ3 膜３３の堆積開始時の組成比は、Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃ
ａ）＝０．１〜０．３の範囲とする。堆積を開始した
後、徐々にＢａの組成を増加させて、堆積終了時には、
ＢａＴｉＯ3 とする。
素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉＯ3 膜３３を形成
する。ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３の形
成温度は５５０℃付近であることが望ましい。Ｓｉ基板
３１と整合性を高めるために、ＣａＴｉＯ3− ＢａＴｉ
Ｏ3 膜３３の堆積開始時の組成比は、Ｂａ／（Ｂａ＋Ｃ
ａ）＝０．１〜０．３の範囲とする。堆積を開始した
後、徐々にＢａの組成を増加させて、堆積終了時には、
ＢａＴｉＯ3 とする。
【０１０５】ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜３３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜３３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
【０１０６】ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜３３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００℃程度とすることが
望ましい。
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜３３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００℃程度とすることが
望ましい。
【０１０７】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果を得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果を得ることができる。
【０１０８】次に、図８（ｄ）に示す工程で、基板温度
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４を形成する。ここで、
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の形成温度は５５０
〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 から堆
積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆積終
了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の範
囲とする。
を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度のＢ
ａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４を形成する。ここで、
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の形成温度は５５０
〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 から堆
積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆積終
了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９の範
囲とする。
【０１０９】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜３４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
【０１１０】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５０
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５０
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
【０１１１】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【０１１２】次に、図８（ｅ）に示す工程で、基板をガ
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層３５を形
成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリ
ン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成
長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。
このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃であ
ることが望ましい。
スソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６００
℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層３５を形
成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎるとリ
ン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶成
長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できない。
このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃であ
ることが望ましい。
【０１１３】なお、ＩｎＰ層３５を形成する方法とし
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
【０１１４】図１３は、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．６５Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。これにより、ＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜３３の下面付近の組成比をＢａ／（Ｂａ＋Ｃ
ａ）＝０．１〜０．３とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴ
ｉＯ3 膜３３の下面とＳｉ基板３１の（００１）面との
整合性を高めることができる。
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．６５Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。これにより、ＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜３３の下面付近の組成比をＢａ／（Ｂａ＋Ｃ
ａ）＝０．１〜０．３とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴ
ｉＯ3 膜３３の下面とＳｉ基板３１の（００１）面との
整合性を高めることができる。
【０１１５】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 膜の格子間隔はａ×√３
＝５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×
√３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の上面付近の組成比をＨｆ／
（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の上面とＩｎＰ層３５の（００
１）面との整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 膜の格子間隔はａ×√３
＝５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×
√３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の上面付近の組成比をＨｆ／
（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ
3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４の上面とＩｎＰ層３５の（００
１）面との整合性を高めることができる。
【０１１６】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板３１とＣ
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４とＩｎＰ
層３５との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層３５を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層３５を形成するこ
とが可能となる。また、Ｓｉ基板３１とＣａＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜３３との間にＳｉＯ2 膜３２が形成され
ていることにより、Ｓｉ基板３１とＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜３３との間の整合性をさらに高めることがで
きる。
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜３４とＩｎＰ
層３５との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層３５を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層３５を形成するこ
とが可能となる。また、Ｓｉ基板３１とＣａＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜３３との間にＳｉＯ2 膜３２が形成され
ていることにより、Ｓｉ基板３１とＣａＴｉＯ3 −Ｂａ
ＴｉＯ3 膜３３との間の整合性をさらに高めることがで
きる。
【０１１７】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【０１１８】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜３３お
よびＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ 3 膜３４に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜３３お
よびＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ 3 膜３４に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
【０１１９】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板３１の上
方に高品質なＩｎＰ層３５を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層３５を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
方に高品質なＩｎＰ層３５を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層３５を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
【０１２０】さらに、ＳｉＯ2 層３２，ＣａＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜３３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜３４からなる酸化膜に導波路を形成することにより、
基板内で光信号の送受信が可能である光接続機構を備え
た集積型半導体装置を提供することが可能となる。
ＢａＴｉＯ3 膜３３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜３４からなる酸化膜に導波路を形成することにより、
基板内で光信号の送受信が可能である光接続機構を備え
た集積型半導体装置を提供することが可能となる。
【０１２１】なお、本実施形態におけるＣａＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜３３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜３４の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
ＢａＴｉＯ3 膜３３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜３４の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
【０１２２】（第５の実施形態）図９は、第５の実施形
態の半導体装置を示す断面図である。図９における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
態の半導体装置を示す断面図である。図９における各寸
法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【０１２３】図９に示すように、本実施形態の半導体装
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板４１と、ＳｉＯ2 膜
４２と、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）
４３と、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第３酸化膜）
４４と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）
４５と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層４６とから構成さ
れている。
置は、面方位〈００１〉のＳｉ基板４１と、ＳｉＯ2 膜
４２と、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜（第１酸化膜）
４３と、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜（第３酸化膜）
４４と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸化膜）
４５と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層４６とから構成さ
れている。
【０１２４】以下に、本実施形態の半導体装置の製造方
法について、図１０（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明
する。図１０（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態の半導
体装置の製造工程を示す断面図である。
法について、図１０（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明
する。図１０（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態の半導
体装置の製造工程を示す断面図である。
【０１２５】まず、図１０（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＳｉ基板４１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板４１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
〈００１〉のＳｉ基板４１の表面を洗浄する。ここで、
〈００１〉方向から５〜１０°傾斜した面方位を有する
Ｓｉ基板を用いてもよく、その場合には、Ｓｉ基板４１
と、後に形成するペロブスカイト系酸化物結晶との格子
不整合をより低減することができる。
【０１２６】次に、図１０（ｂ）に示す工程で、Ｓｉ基
板４１を、真空度が１．３３×１０ -5Ｐａ程度であるＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置
に導入する。そして、Ｓｉ基板４１の温度を３００℃程
度にし、温度が安定するまで１０分間程度放置する。そ
の後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2 ガスを２０ｃｍ
3 ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ガスを１０ｃｍ3 ／ｍｉｎ供給す
ることにより、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度のＳｉＯ2
膜４２を形成する。このＳｉＯ2 膜４２は、Ｓｉ基板４
１とＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３との間の整合性
を高める役割を果たす。
板４１を、真空度が１．３３×１０ -5Ｐａ程度であるＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 装置
に導入する。そして、Ｓｉ基板４１の温度を３００℃程
度にし、温度が安定するまで１０分間程度放置する。そ
の後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2 ガスを２０ｃｍ
3 ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ガスを１０ｃｍ3 ／ｍｉｎ供給す
ることにより、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度のＳｉＯ2
膜４２を形成する。このＳｉＯ2 膜４２は、Ｓｉ基板４
１とＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３との間の整合性
を高める役割を果たす。
【０１２７】ここで、ＳｉＯ2膜４２の形成方法として
は、Ｓｉ基板４１を石英管内に導入して、加湿したＯ2
雰囲気下で９５０℃にした後４時間保持することによ
り、Ｓｉ基板４１の表面付近を熱酸化する方法を取って
もよい。
は、Ｓｉ基板４１を石英管内に導入して、加湿したＯ2
雰囲気下で９５０℃にした後４時間保持することによ
り、Ｓｉ基板４１の表面付近を熱酸化する方法を取って
もよい。
【０１２８】ＳｉＯ2 膜４２の形成方法としては、Ｓｉ
基板４１の表面付近に生じている自然酸化膜をバッファ
ードフッ酸で除去した後、Ｓｉ基板４１の表面付近を、
硫酸，過酸化水素の水溶液によって酸化することにより
形成してもよい。
基板４１の表面付近に生じている自然酸化膜をバッファ
ードフッ酸で除去した後、Ｓｉ基板４１の表面付近を、
硫酸，過酸化水素の水溶液によって酸化することにより
形成してもよい。
【０１２９】あるいは、Ｓｉ基板４１の表面付近に生じ
ている自然酸化膜をＳｉＯ2 膜４２としてもよい。
ている自然酸化膜をＳｉＯ2 膜４２としてもよい。
【０１３０】次に、図１０（ｃ）に示す工程で、基板を
酸素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜５００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３を形成
する。ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３の堆積開始時
の組成比は、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝０．２〜０．５の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＳｒの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＳｒＴｉＯ3 とする。
酸素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜５００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３を形成
する。ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３の堆積開始時
の組成比は、Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｃａ）＝０．２〜０．５の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＳｒの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＳｒＴｉＯ3 とする。
【０１３１】ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。
【０１３２】ここで、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｓｒ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００度程度とすることが
望ましい。
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｃａ／Ｓｒ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５００〜６００度程度とすることが
望ましい。
【０１３３】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
【０１３４】次に、図１０（ｄ）に示す工程で、基板温
度を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜４４を形成する。ＳｒＴ
ｉＯ 3 から堆積を開始し、徐々にＢａの組成比を増加さ
せて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
度を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜４４を形成する。ＳｒＴ
ｉＯ 3 から堆積を開始し、徐々にＢａの組成比を増加さ
せて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
【０１３５】ここで、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜４
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜４４は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５５０〜６００度程度とすることが
望ましい。
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜４４は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。ＲＦスパッタリ
ング法、ＭＯＣＶＤ法においては、緻密な薄膜を形成す
るために基板温度を５５０〜６００度程度とすることが
望ましい。
【０１３６】また、上記の方法の他に、ＭＯＭＢＥ法(M
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
etal Organic Molecular Beam Epitaxy) あるいはレー
ザアブレーション法（Pulsed Laser Deposition : PLD
法）を用いても、同様の効果が得ることができる。
【０１３７】次に、図１０（ｅ）に示す工程で、基板温
度を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５を形成する。ここ
で、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５の形成温度は５
５０〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 か
ら堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆
積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
度を４００〜５００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５を形成する。ここ
で、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５の形成温度は５
５０〜６００℃であることが望ましい。ＢａＴｉＯ3 か
ら堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加させて、堆
積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
【０１３８】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜４５の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜４５の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。
【０１３９】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４
５の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
５の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。ＲＦスパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法に
おいては、緻密な薄膜を形成するために基板温度を５５
０〜６００℃程度とすることが望ましい。
【０１４０】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【０１４１】次に、図１０（ｆ）に示す工程で、基板を
ガスソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６０
０℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層４６を
形成する。
ガスソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６０
０℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層４６を
形成する。
【０１４２】ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎる
とリン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結
晶成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
とリン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結
晶成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
【０１４３】なお、ＩｎＰ層４６を形成する方法とし
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
【０１４４】図１５は、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 の
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。これにより、ＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜４３の下面付近の組成比をＳｒ／（Ｓｒ＋Ｃ
ａ）＝０．２〜０．５とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴ
ｉＯ3 膜４３の下面とＳｉ基板４１の（００１）面との
整合性を高めることができる。
格子間隔とＳｉの格子定数との関係を示したグラフ図で
ある。ここで、ＣａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．３６Åで比定し、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定した。また、Ｓｉの格子定数はａ
＝５．４２Åである。これにより、ＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜４３の下面付近の組成比をＳｒ／（Ｓｒ＋Ｃ
ａ）＝０．２〜０．５とすると、ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴ
ｉＯ3 膜４３の下面とＳｉ基板４１の（００１）面との
整合性を高めることができる。
【０１４５】図１６は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔を示したグラフ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ
3の格子間隔はａ×√３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴ
ｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝５．６５Åで比定した。
格子間隔を示したグラフ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ
3の格子間隔はａ×√３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴ
ｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝５．６５Åで比定した。
【０１４６】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜４５の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜４５の上面とＩｎＰ層４６の（００１）
面との整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜４５の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜４５の上面とＩｎＰ層４６の（００１）
面との整合性を高めることができる。
【０１４７】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板４１とＣ
ａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５とＩｎＰ
層４６との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層４６を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層４６を形成するこ
とが可能となる。また、Ｓｉ基板４１とＣａＴｉＯ3 −
ＳｒＴｉＯ3 膜４３との間にＳｉＯ2 層４２が形成され
ていることにより、Ｓｉ基板４１とＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜４３との整合性をさらに高めることができ
る。
ａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜４３との格子ミスマッチ量
を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５とＩｎＰ
層４６との格子ミスマッチ量を約０％とすることができ
る。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑えるこ
とにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥の少
ないＩｎＰ層４６を形成することができる。このことか
ら、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層４６を形成するこ
とが可能となる。また、Ｓｉ基板４１とＣａＴｉＯ3 −
ＳｒＴｉＯ3 膜４３との間にＳｉＯ2 層４２が形成され
ていることにより、Ｓｉ基板４１とＣａＴｉＯ3 −Ｓｒ
ＴｉＯ3 膜４３との整合性をさらに高めることができ
る。
【０１４８】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【０１４９】本実施形態は、第４の実施形態におけるＣ
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３２を、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜４４
とで置き換えたものに相当する。ＢａＴｉＯ3 がＣａＴ
ｉＯ3 に固溶しにくいのに対し、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴ
ｉＯ3 およびＣａＴｉＯ3 と完全固溶する。したがっ
て、ＣａＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 との間にＳｒＴｉＯ3
を含む混晶を形成することにより、ペロブスカイト系結
晶薄膜の結晶性を向上させることが可能となり、より高
品質なＩｎＰ結晶を形成することができる。
ａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜３２を、ＣａＴｉＯ3 −Ｓ
ｒＴｉＯ3 膜４３とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜４４
とで置き換えたものに相当する。ＢａＴｉＯ3 がＣａＴ
ｉＯ3 に固溶しにくいのに対し、ＳｒＴｉＯ3 はＢａＴ
ｉＯ3 およびＣａＴｉＯ3 と完全固溶する。したがっ
て、ＣａＴｉＯ3 とＢａＴｉＯ3 との間にＳｒＴｉＯ3
を含む混晶を形成することにより、ペロブスカイト系結
晶薄膜の結晶性を向上させることが可能となり、より高
品質なＩｎＰ結晶を形成することができる。
【０１５０】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3 膜４３，
ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４４およびＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜４５に相当）の格子間隔を、図１７
（ａ）に示すように直線的に変化させても、図１７
（ｂ）に示すように階段状に変化させても、図１７
（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的に変化
させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的に変化
させても、同様の効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＣａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3 膜４３，
ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４４およびＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜４５に相当）の格子間隔を、図１７
（ａ）に示すように直線的に変化させても、図１７
（ｂ）に示すように階段状に変化させても、図１７
（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的に変化
させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的に変化
させても、同様の効果を得ることができる。
【０１５１】本実施形態の方法では、Ｓｉ基板４１の上
方に高品質なＩｎＰ層４６を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層４６を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
方に高品質なＩｎＰ層４６を形成することができるの
で、より大面積のＩｎＰ層４６を得ることができる。従
って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体発
光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、高
密度集積化が可能となる。
【０１５２】さらに、ＳｉＯ2 層４２，ＣａＴｉＯ3 −
ＳｒＴｉＯ3 膜４３，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４
４およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５からなる酸
化膜に導波路を形成することにより、基板内で光信号の
送受信が可能である光接続機構を備えた集積型半導体装
置を提供することが可能となる。
ＳｒＴｉＯ3 膜４３，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４
４およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５からなる酸
化膜に導波路を形成することにより、基板内で光信号の
送受信が可能である光接続機構を備えた集積型半導体装
置を提供することが可能となる。
【０１５３】なお、本実施形態におけるＣａＴｉＯ3 −
ＳｒＴｉＯ3 膜４３，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４
４およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５の成長する
面方位の例としては、〈００１〉方向が挙げられる 。
ＳｒＴｉＯ3 膜４３，ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜４
４およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜４５の成長する
面方位の例としては、〈００１〉方向が挙げられる 。
【０１５４】（第６の実施形態）図１１は、第６の実施
形態の半導体装置を示す断面図である。図１１における
各寸法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
形態の半導体装置を示す断面図である。図１１における
各寸法は、実際の寸法と必ずしも一致していない。
【０１５５】図１１に示すように、本実施形態の半導体
装置は、面方位〈００１〉のＧａＡｓ基板５１と、Ｓｉ
Ｏ2 膜５２と、ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸
化膜）５３と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸
化膜）５４と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層５５とから
構成されている。
装置は、面方位〈００１〉のＧａＡｓ基板５１と、Ｓｉ
Ｏ2 膜５２と、ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜（第１酸
化膜）５３と、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜（第２酸
化膜）５４と、面方位〈００１〉のＩｎＰ層５５とから
構成されている。
【０１５６】以下に、本実施形態の半導体装置の製造方
法について、図１２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明
する。図１２（ａ）〜（ｅ）は、第６の実施形態の半導
体装置の製造工程を示す断面図である。
法について、図１２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明
する。図１２（ａ）〜（ｅ）は、第６の実施形態の半導
体装置の製造工程を示す断面図である。
【０１５７】まず、図１２（ａ）に示す工程で、面方位
〈００１〉のＧａＡｓ基板５１の表面を洗浄する。
〈００１〉のＧａＡｓ基板５１の表面を洗浄する。
【０１５８】次に、図１２（ｂ）に示す工程で、ＧａＡ
ｓ基板５１を、真空度が１．３３×１０-5Ｐａ程度であ
るＥＣＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)
装置に導入する。そして、ＧａＡｓ基板５１の温度を３
００℃程度にし、温度が安定するまで１０分間程度放置
する。その後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2 ガスを
２０ｃｍ3 ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ガスを１０ｃｍ3 ／ｍｉ
ｎ供給することにより、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度の
ＳｉＯ2 膜５２を形成する。このＳｉＯ2 膜５２は、Ｇ
ａＡｓ基板５１とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３と
の間の整合性を高める役割を果たす。
ｓ基板５１を、真空度が１．３３×１０-5Ｐａ程度であ
るＥＣＲプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)
装置に導入する。そして、ＧａＡｓ基板５１の温度を３
００℃程度にし、温度が安定するまで１０分間程度放置
する。その後、マイクロ波出力２００Ｗで、Ｏ2 ガスを
２０ｃｍ3 ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ガスを１０ｃｍ3 ／ｍｉ
ｎ供給することにより、厚さ１．５〜２．５ｎｍ程度の
ＳｉＯ2 膜５２を形成する。このＳｉＯ2 膜５２は、Ｇ
ａＡｓ基板５１とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３と
の間の整合性を高める役割を果たす。
【０１５９】次に、図１２（ｃ）に示す工程で、基板を
酸素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３を形成
する。ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３の堆積開始時
の組成比は、Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
酸素ラジカル併用電子ビーム方式の酸化物形成用ＭＢＥ
（Molecular Beam Epitaxy）装置内に導入する。そし
て、基板温度を４００〜６００℃に昇温して、厚さ１０
０ｎｍ程度のＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３を形成
する。ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３の堆積開始時
の組成比は、Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３の
範囲とする。堆積を開始した後、徐々にＢａの組成を増
加させて、堆積終了時には、ＢａＴｉＯ3 とする。
【０１６０】ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜５３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻
密な薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡ
ｓ基板５１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要が
あるので、５００℃程度であることが好ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、基板
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜５３の厚みは、５０〜１００ｎｍ程度であ
ることが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻
密な薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡ
ｓ基板５１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要が
あるので、５００℃程度であることが好ましい。
【０１６１】ここで、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜５３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。
３の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（Metal Organi
c Chemical Vapor Deposition ）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｓｒ／Ｂａ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、ＳｒＴｉＯ3 −Ｂ
ａＴｉＯ3 膜５３は、組成比が異なり，合計層厚が５０
〜１００ｎｍである複数の層からなる。
【０１６２】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【０１６３】次に、図１２（ｄ）に示す工程で、基板温
度を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４を形成する。ＢａＴ
ｉＯ 3 から堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加さ
せて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７
〜０．９の範囲とする。
度を４００〜６００℃に昇温し、厚さ１００ｎｍ程度の
ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４を形成する。ＢａＴ
ｉＯ 3 から堆積を開始し、徐々にＨｆの組成比を増加さ
せて、堆積終了時には、Ｈｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７
〜０．９の範囲とする。
【０１６４】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４の厚み
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜５４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻密な
薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡｓ基
板５１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要がある
ので、５００℃程度であることが好ましい。
は、緻密性を保持できる程度の厚みであり、かつ、下層
との間に働くストレスによって剥離しない程度の厚みで
あることが必要である。この点から、ＢａＴｉＯ3 −Ｂ
ａＨｆＯ3 膜５４の厚みは、５０〜１００ｎｍであるこ
とが望ましい。また、結晶成長時の基板温度は、緻密な
薄膜を形成するためには高温が好ましいが、ＧａＡｓ基
板５１のＡｓが抜けにくい程度に低温である必要がある
ので、５００℃程度であることが好ましい。
【０１６５】ここで、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
４の他の形成方法として、ＲＦスパッタリング装置（出
力５０〜１００Ｗ）あるいはＭＯＣＶＤ（ Metal Organ
ic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、酸素分
圧１０〜５０％で、Ｔｉ／Ｈｆ組成比の変化する複数の
層を形成してもよい。この場合には、複数の層のうち最
上層の組成比をＨｆ／（Ｔｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９
の範囲とする。
【０１６６】また、上記の方法の他に、レーザアブレー
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
ション法（Pulsed Laser Deposition : PLD法）を用い
ても、同様の効果を得ることができる。
【０１６７】次に、図１２（ｅ）に示す工程で、基板を
ガスソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６０
０℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層５５を
形成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎると
リン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶
成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
ガスソースＭＢＥ装置に導入し、基板温度４００〜６０
０℃で、〈００１〉方向に厚さ１μｍのＩｎＰ層５５を
形成する。ここで、ＩｎＰの結晶成長温度が高すぎると
リン（Ｐ）成分が抜けて結晶性の低下につながり、結晶
成長温度が低すぎると良好な品質の結晶が形成できな
い。このことから、結晶成長温度は４５０℃〜５００℃
であることが望ましい。
【０１６８】なお、ＩｎＰ層５５を形成する方法とし
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
て、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor
Phase Epitaxy ）法などを用いても同様の効果を得るこ
とができる。
【０１６９】図１６は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の
格子間隔と、ＧａＡｓの格子定数との関係を示したグラ
フ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ
×√３＝５．６５Åで比定した。また、ＧａＡｓの格子
定数はａ＝５．６４Åである。これにより、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３の下面付近の組成比をＢａ／
（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３とすると、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３の下面とＧａＡｓ基板５１の
（００１）面との整合性を高めることができる。
格子間隔と、ＧａＡｓの格子定数との関係を示したグラ
フ図である。ここで、ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．５２Åで比定し、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ
×√３＝５．６５Åで比定した。また、ＧａＡｓの格子
定数はａ＝５．６４Åである。これにより、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜３３の下面付近の組成比をＢａ／
（Ｓｒ＋Ｂａ）＝０．１〜０．３とすると、ＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３の下面とＧａＡｓ基板５１の
（００１）面との整合性を高めることができる。
【０１７０】図１４は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜５４の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜５４の上面とＩｎＰ層５５の（００１）
面との整合性を高めることができる。
格子間隔とＩｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図
である。ここで、ＢａＴｉＯ3 の格子間隔はａ×√３＝
５．６５Åで比定し、ＢａＨｆＯ3 の格子間隔はａ×√
３＝５．９０Åで比定した。これにより、ＢａＴｉＯ3
−ＢａＨｆＯ3 膜５４の上面付近の組成比をＨｆ／（Ｔ
ｉ＋Ｈｆ）＝０．７〜０．９とすると、ＢａＴｉＯ3 −
ＢａＨｆＯ3 膜５４の上面とＩｎＰ層５５の（００１）
面との整合性を高めることができる。
【０１７１】本実施形態の方法では、ＧａＡｓ基板５１
とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との格子ミスマッ
チ量を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４とＩ
ｎＰ層５５との格子ミスマッチ量を約０％とすることが
できる。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑え
ることにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥
の少ないＩｎＰ層５５を形成することができる。このこ
とから、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層５５を形成す
ることが可能となる。また、ＧａＡｓ基板５１とＳｒＴ
ｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との間にＳｉＯ2 層５２を
介在させることにより、ＧａＡｓ基板５１とＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との間の整合性をさらに高める
ことができる。
とＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との格子ミスマッ
チ量を約０％、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４とＩ
ｎＰ層５５との格子ミスマッチ量を約０％とすることが
できる。このように格子ミスマッチ量を１％以下に抑え
ることにより、ミスフィット転位などの転位や結晶欠陥
の少ないＩｎＰ層５５を形成することができる。このこ
とから、高品質で、膜厚の大きなＩｎＰ層５５を形成す
ることが可能となる。また、ＧａＡｓ基板５１とＳｒＴ
ｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との間にＳｉＯ2 層５２を
介在させることにより、ＧａＡｓ基板５１とＳｒＴｉＯ
3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３との間の整合性をさらに高める
ことができる。
【０１７２】特に、本発明において中間層として用いて
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
いるペロブスカイト系結晶では、近年、半導体基板上に
高品質の結晶を形成可能となってきており、ペロブスカ
イト系結晶の上に格子間隔の近いＩｎＰ結晶を形成する
ことで、より高品質なＩｎＰ結晶を形成することができ
る。
【０１７３】図１７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３お
よびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
装置における格子間隔の変化を示すグラフ図である。本
実施形態では、図１７（ａ）〜（ｄ）におけるペロブス
カイト系酸化膜（ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜５３お
よびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜５４に相当）の格子
間隔を、図１７（ａ）に示すように直線的に変化させて
も、図１７（ｂ）に示すように階段状に変化させても、
図１７（ｃ）に示すように２次関数あるいは指数関数的
に変化させても、図１７（ｄ）に示すように３次関数的
に変化させても、同様の効果を得ることができる。
【０１７４】本実施形態の方法では、ＧａＡｓ基板５１
の上方に高品質なＩｎＰ層５５を形成することができる
ので、より大面積のＩｎＰ層５５を得ることができる。
従って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体
発光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、
高密度集積化が可能となる。
の上方に高品質なＩｎＰ層５５を形成することができる
ので、より大面積のＩｎＰ層５５を得ることができる。
従って、電界効果トランジスタ、半導体レーザ、半導体
発光素子、フォトダイオードなどの素子のコスト削減、
高密度集積化が可能となる。
【０１７５】さらに、ＳｉＯ2 層５２，ＳｒＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜５３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜５４からなる酸化膜に導波路を形成することにより、
基板内で光信号の送受信が可能である光接続機構を備え
た集積型半導体装置を提供することが可能となる。
ＢａＴｉＯ3 膜５３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜５４からなる酸化膜に導波路を形成することにより、
基板内で光信号の送受信が可能である光接続機構を備え
た集積型半導体装置を提供することが可能となる。
【０１７６】なお、本実施形態におけるＳｒＴｉＯ3 −
ＢａＴｉＯ3 膜５３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜５４の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
ＢａＴｉＯ3 膜５３およびＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3
膜５４の成長する面方位の例としては、〈００１〉方向
が挙げられる 。
【０１７７】（第７の実施形態）以下に、本発明のペロ
ブスカイト系酸化膜部分に埋め込み型光導波路を形成し
た場合について、図１８，１９を参照しながら説明す
る。本実施形態は、第１〜第６の実施形態に適用するこ
とができる。
ブスカイト系酸化膜部分に埋め込み型光導波路を形成し
た場合について、図１８，１９を参照しながら説明す
る。本実施形態は、第１〜第６の実施形態に適用するこ
とができる。
【０１７８】図１８，１９は、本発明の酸化膜部分に埋
め込み型光導波路を形成した半導体装置を示す断面図，
斜視図である。本実施形態の半導体装置は、Ｓｉまたは
ＧａＡｓからなる基板６１と、ＳｉＯ2 膜６２と、ペロ
ブスカイト系の酸化膜６３と、ＩｎＰ層６４と、ペロブ
スカイト系の酸化膜６３に埋め込まれている埋め込み型
光導波路６５および埋め込み型光接続用導波路６６と、
ＩｎＰ層６４上に形成されたＨＥＭＴ(High Electron M
obility Transistor) ６７とから構成されている。
め込み型光導波路を形成した半導体装置を示す断面図，
斜視図である。本実施形態の半導体装置は、Ｓｉまたは
ＧａＡｓからなる基板６１と、ＳｉＯ2 膜６２と、ペロ
ブスカイト系の酸化膜６３と、ＩｎＰ層６４と、ペロブ
スカイト系の酸化膜６３に埋め込まれている埋め込み型
光導波路６５および埋め込み型光接続用導波路６６と、
ＩｎＰ層６４上に形成されたＨＥＭＴ(High Electron M
obility Transistor) ６７とから構成されている。
【０１７９】酸化膜６３部分に埋め込み型光導波路６５
を形成する方法としては、ＩｎＰ層６４を形成する前
に、酸化膜６３上にＴｉを蒸着し、５００℃程度で熱拡
散させて形成する方法や、２００〜３８０ｎｍ程度の波
長を持つ紫外レーザ光を照射することによる光誘起屈折
率変化を利用する方法などが適している。
を形成する方法としては、ＩｎＰ層６４を形成する前
に、酸化膜６３上にＴｉを蒸着し、５００℃程度で熱拡
散させて形成する方法や、２００〜３８０ｎｍ程度の波
長を持つ紫外レーザ光を照射することによる光誘起屈折
率変化を利用する方法などが適している。
【０１８０】本実施形態の半導体装置では、ＩｎＰ層６
４上に形成したＨＥＭＴ６７により増幅した信号で、基
板６１とＩｎＰ層６４との間の酸化膜６３に電圧を印加
して、電気光学効果を利用して酸化膜６３の屈折率を変
化させることにより、光スイッチとしての動作が可能と
なる。
４上に形成したＨＥＭＴ６７により増幅した信号で、基
板６１とＩｎＰ層６４との間の酸化膜６３に電圧を印加
して、電気光学効果を利用して酸化膜６３の屈折率を変
化させることにより、光スイッチとしての動作が可能と
なる。
【０１８１】また、基板６１上の発光素子で発生した光
を基板外へ取り出すことが可能となる上に、基板６１内
の素子間において光による信号の送受信を可能とする光
接続機構を備えた集積型半導体装置を提供することが可
能となる。これにより、大容量光通信ネットワークの分
野で必要とされている、光増幅中継器、光分岐挿入装
置、光クロスコネクト装置における信号制御装置と光学
装置とをモノリシックに一体化した構造を提供すること
が可能となる。
を基板外へ取り出すことが可能となる上に、基板６１内
の素子間において光による信号の送受信を可能とする光
接続機構を備えた集積型半導体装置を提供することが可
能となる。これにより、大容量光通信ネットワークの分
野で必要とされている、光増幅中継器、光分岐挿入装
置、光クロスコネクト装置における信号制御装置と光学
装置とをモノリシックに一体化した構造を提供すること
が可能となる。
【０１８２】なお、本実施形態では、ＨＥＭＴ６７の代
わりとして、ＨＢＴやＭＯＳＦＥＴを形成しても、同様
の効果を得ることができる。
わりとして、ＨＢＴやＭＯＳＦＥＴを形成しても、同様
の効果を得ることができる。
【０１８３】（その他の実施形態）なお、第１〜第７の
実施形態では、半導体基板とＩｎＰ層との間にペロブス
カイト系酸化物を介在させる場合について述べたが、本
発明では、ペロブスカイト以外の結晶性物質を用いても
よい。
実施形態では、半導体基板とＩｎＰ層との間にペロブス
カイト系酸化物を介在させる場合について述べたが、本
発明では、ペロブスカイト以外の結晶性物質を用いても
よい。
【０１８４】また、第１〜第７の実施形態では、格子間
隔をａ×√３と比定した場合について述べたが、本発明
においては他の値に比定してもよい。
隔をａ×√３と比定した場合について述べたが、本発明
においては他の値に比定してもよい。
【０１８５】また、本発明においては、基板の上に成長
する酸化膜の成長面が基板に平行ではないように成長し
てもよい。
する酸化膜の成長面が基板に平行ではないように成長し
てもよい。
【０１８６】
【発明の効果】本発明の半導体装置では、基板とＩｎＰ
層との間にペロブスカイト系酸化膜を介在させることに
より、高品質のＩｎＰ層を提供することができる。
層との間にペロブスカイト系酸化膜を介在させることに
より、高品質のＩｎＰ層を提供することができる。
【図１】第１の実施形態の半導体装置を示す断面図であ
る。
る。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
置の製造工程を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態の半導体装置を示す断面図であ
る。
る。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は、第２の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
置の製造工程を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態の半導体装置を示す断面図であ
る。
る。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
置の製造工程を示す断面図である。
【図７】第４の実施形態の半導体装置を示す断面図であ
る。
る。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、第４の実施形態の半導体装
置の製造工程を示す断面図である。
置の製造工程を示す断面図である。
【図９】第５の実施形態の半導体装置を示す断面図であ
る。
る。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は、第５の実施形態の半導体
装置の製造工程を示す断面図である。
装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】第６の実施形態の半導体装置を示す断面図で
ある。
ある。
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、第６の実施形態の半導体
装置の製造工程を示す断面図である。
装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】ＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の格子間隔とＳ
ｉの格子定数との関係を示したグラフ図である。
ｉの格子定数との関係を示したグラフ図である。
【図１４】ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 の格子間隔とＩ
ｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図である。
ｎＰの格子定数との関係を示したグラフ図である。
【図１５】ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 の格子間隔とＳ
ｉの格子定数との関係を示したグラフ図である。
ｉの格子定数との関係を示したグラフ図である。
【図１６】ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 の格子間隔を示
したグラフ図である。
したグラフ図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体装置にお
ける格子間隔の変化を示すグラフ図である。
ける格子間隔の変化を示すグラフ図である。
【図１８】本発明の酸化膜部分に埋め込み型光導波路を
形成した半導体装置を示す断面図である。
形成した半導体装置を示す断面図である。
【図１９】本発明の酸化膜部分に埋め込み型光導波路を
形成した半導体装置を示す斜視図である。
形成した半導体装置を示す斜視図である。
１ Ｓｉ基板
２ ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜
３ ＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜
４ ＩｎＰ層
１１ Ｓｉ基板
１２ ＣａＴｉＯ3 −ＳｒＴｉＯ3 膜
１３ ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜
１４ ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜
１５ ＩｎＰ層
２１ ＧａＡｓ基板
２２ ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜
２３ ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜
２４ ＩｎＰ層
３１ Ｓｉ基板
３２ ＳｉＯ2 膜
３３ ＣａＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜
３４ ＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜
３５ ＩｎＰ層
４１ Ｓｉ基板
４２ ＳｉＯ2 膜
４３ ＣａＴｉＯ3−ＳｒＴｉＯ3 膜
４４ ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3 膜
４５ ＢａＴｉＯ3−ＢａＨｆＯ3 膜
４６ ＩｎＰ層
５１ ＧａＡｓ基板
５２ ＳｉＯ2 膜
５３ ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 膜
５４ ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 膜
５５ ＩｎＰ層
６１ 基板
６２ ＳｉＯ2 膜
６３ 酸化膜
６４ ＩｎＰ層
６５ 埋め込み型光導波路
６６ 埋め込み型光接続用導波路
６７ ＨＥＭＴ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AA19 AB12 AB31 AF03
AF04 BB12 CA10 CA12 DC51
DC52 DC56 DC66
Claims (14)
- 【請求項１】 半導体基板と、 上記半導体基板の上方に形成され，少なくとも２つの酸
化物の組成比が変化する第１酸化膜と、 上記第１酸化膜の上方に形成され，少なくとも２つの酸
化物の組成比が変化する第２酸化膜と、 上記第２酸化膜の上に形成されたＩｎＰ層とを有する半
導体装置であって、 上記第１酸化膜では、上記第２酸化膜に近づく方向に，
基板面に平行な面内で見た格子間隔が上記第２酸化膜の
下面における格子間隔に近づき、 上記第２酸化膜では、上記ＩｎＰ層に近づく方向に，基
板面に平行な面内で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層の格子
間隔に近づくことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体装置であって、 上記半導体基板と上記第１酸化膜との間に、ＳｉＯ2 膜
がさらに介在していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の半導体装置で
あって、 上記半導体基板はＳｉ基板であり、 上記第１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固
溶体であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の半導体装置で
あって、 上記半導体基板はＳｉ基板であり、 上記第１酸化膜はＳｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固
溶体であり、 上記第１酸化膜と上記第２酸化膜との間には、ＣａＴｉ
Ｏ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体からなる第３酸化膜がさらに
介在していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１または２に記載の半導体装置で
あって、 上記半導体基板はＧａＡｓ基板であり、 上記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体
であり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ
3 固溶体であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載
の半導体装置であって、 上記半導体基板と上記ＩｎＰ層との格子ミスマッチは１
％以下であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載
の半導体装置であって、 上記第１酸化膜から上記第２酸化膜までの結晶層内に、
光導波路が形成されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項８】 半導体基板と、少なくとも２つの酸化物
の組成比が変化する第１酸化膜と、少なくとも２つの酸
化物の組成比が変化する第２酸化膜と、ＩｎＰ層とを有
する半導体装置の製造方法であって、 上記半導体基板の上方に、上記第２酸化膜に近づく方向
に，基板面に平行な面内で見た格子間隔が上記第２酸化
膜の下面における格子間隔に近づく上記第１酸化膜を形
成する工程（ａ）と、 上記第１酸化膜の上方に、上記ＩｎＰ層に近づく方向
に，基板面に平行な面内で見た格子間隔が上記ＩｎＰ層
の格子間隔に近づく上記第２酸化膜を形成する工程
（ｂ）と、 上記第２酸化膜の上に、上記ＩｎＰ層を形成する工程
（ｃ）とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項９】 請求項８に記載の半導体装置の製造方法
であって、 上記工程（ａ）の前に、上記半導体基板の上にＳｉＯ2
膜を形成する工程をさらに備え、 上記工程（ａ）では、上記ＳｉＯ2 膜の上に、上記第１
酸化膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１０】 請求項８または９に記載の半導体装置
の製造方法であって、 上記半導体基板はＳｉ基板であり、 上記第１酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体で
あり、上記第２酸化膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固
溶体であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 請求項８または９に記載の半導体装置
の製造方法であって、 上記工程（ａ）の後に、上記第１酸化膜の上に、第２酸
化膜に近づくと，基板面に平行な面内で見た格子間隔が
上記第２酸化膜の格子間隔に近づく第３酸化膜を形成す
る工程をさら備え、 上記半導体基板はＳｉ基板であり、上記第１酸化膜はＳ
ｒＴｉＯ3 −ＣａＴｉＯ3 固溶体であり、上記第２酸化
膜はＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ3 固溶体であり、上記第
３酸化膜はＣａＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体であるこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 請求項８または９に記載の半導体装置
の製造方法であって、 上記半導体基板はＧａＡｓ基板であり、 上記第１酸化膜は、ＳｒＴｉＯ3 −ＢａＴｉＯ3 固溶体
であり、上記第２酸化膜は、ＢａＴｉＯ3 −ＢａＨｆＯ
3 固溶体であることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１３】 請求項８〜１２のうちいずれか１つに
記載の半導体装置の製造方法であって、 上記半導体基板と上記ＩｎＰ層との格子ミスマッチは１
％以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 請求項８〜１３のうちいずれか１つに
記載の半導体装置の製造方法であって、 上記工程（ｂ）の後に、上記第１酸化膜から上記第２酸
化膜までの結晶層内に光導波路を形成する工程をさらに
備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002065797A JP2003264149A (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002065797A JP2003264149A (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003264149A true JP2003264149A (ja) | 2003-09-19 |
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ID=29197930
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|---|---|---|---|
| JP2002065797A Pending JP2003264149A (ja) | 2002-03-11 | 2002-03-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003264149A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008034834A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | シリコン基板上の窒化物単結晶成長方法、これを用いた窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-03-11 JP JP2002065797A patent/JP2003264149A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008034834A (ja) * | 2006-07-25 | 2008-02-14 | Samsung Electro Mech Co Ltd | シリコン基板上の窒化物単結晶成長方法、これを用いた窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
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