JP5647438B2 - 光デバイス、半導体基板、光デバイスの製造方法、および半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
(特許文献1)特開平8−274376号公報
以下、図8に示す半導体基板800を製作した実施例1を説明する。ベース基板802として、市販のシリコンウエハを準備した。阻害層804として、ベース基板802の表面に熱酸化法によりSiO2層を形成した。SiO2層の厚さの平均値は、1μmであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層804であるSiO2層の一部に、開口805を形成した。開口805の大きさは、15μm×15μmである。
実施例1で製作された半導体基板800を用いて、図11に示す光デバイス1100を製作した実施例2を説明する。光デバイス1100に含まれるトランジスタT01およびトランジスタT02として、半導体基板800の半導体812、半導体814、および半導体816層の各々を、コレクタ層、ベース層、およびエミッタ層として用いたHBTを形成した。HBTの形成方法の説明は省略する。トランジスタT01およびトランジスタT02の動作を試験した結果、1kA/cm2のコレクタ電流密度における電流増幅率として、165および175が得られた。トランジスタT01およびトランジスタT02が電流増幅素子として、正常に動作することが確認された。
実施例1で製作された半導体基板800を用いて、図6に示す光デバイス600を発光デバイスとして製作した。N型の半導体816として形成したN型InGaP、N型GaAs、およびN型InGaAsの積層体から、N型InGaAsおよびN型GaAsをエッチングにより除去した。エッチング後に残されたN型InGaPが、図6における半導体114に相当する。P型の半導体814が、図6における半導体112に相当する。半導体114(N型半導体)の一部を除去し、半導体112(P型半導体)の表面を露出した。半導体114上に、AuGe/Ni/Auを蒸着し、加熱することにより、電極634(N型オーミック電極)を形成した。一部露出された半導体112(P型半導体)上にAuZnを蒸着し、加熱することにより、電極632(P型オーミック電極)を形成した。
実施例1で製作された半導体基板800を用いて、図6に示す光デバイス600を受光デバイスとして製作した。N型の半導体816として形成したN型InGaAs、N型GaAs、およびN型InGaPの積層体をエッチングにより除去することにより露出したP型GaAs層が、図6における半導体114に相当する。厚さが0.5μm、電子濃度が3×1018/cm3であるN型GaAs層と、厚さが0.5μm、電子濃度が2×1016/cm3であるN型GaAs層とによって構成される2層構造の半導体812が、図6における半導体112層に相当する。
ベース基板102として、シリコン基板(シリコンウエハ)を準備した。阻害層104として、ベース基板102の表面に熱酸化法によりSiO2層を形成した。SiO2層の厚さの平均値は、0.1μmであった。フォトリソグラフィ法により、阻害層104であるSiO2層の一部に、開口105を形成した。開口105の大きさは、20μm×20μmとした。
Claims (21)
- シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板上に設けられた複数のシード結晶と、
前記複数のシード結晶に格子整合または擬格子整合する複数の3−5族化合物半導体と
を備え、
前記複数のシード結晶が、前記ベース基板上にエピタキシャル成長法により形成された、C x1 Si y1 Ge z1 Sn 1−x1−y1―z1 (0≦x1<1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、かつ0<x1+y1+z1≦1)であり、
前記複数の3−5族化合物半導体のうちの少なくとも1つに、供給される駆動電流に応じて光を出力する3−5族化合物半導体からなる発光半導体、または光の照射を受けて光電流を発生する3−5族化合物半導体からなる受光半導体を含む光電半導体が形成されており、
前記複数の3−5族化合物半導体のうち、前記光電半導体を有する3−5族化合物半導体以外の少なくとも1つの3−5族化合物半導体にヘテロ接合トランジスタが形成されており、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶とが接しており、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がC x3 Si y3 Ge z3 Sn 1−x3−y3−z3 (0≦x3<1、0<y3≦1、0≦z3≦1、かつ0<x3+y3+z3≦1)である界面領域を含み、
前記複数のシード結晶のシリコン組成y1よりも前記界面領域のシリコン組成y3が大きい
光デバイス。 - 前記ヘテロ接合トランジスタは、前記発光半導体に前記駆動電流を供給するか、または前記光電流を増幅する請求項1に記載の光デバイス。
- 前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する複数の開口を有し、結晶成長を阻害する阻害層をさらに備え、
前記複数のシード結晶が、前記複数の開口の内部に形成されている請求項1または請求項2に記載の光デバイス。 - 前記光電半導体が、
P型またはN型の第1伝導型を示す不純物を含む第1伝導型半導体と、
前記第1伝導型半導体と反対の伝導型を示す不純物を含む第2伝導型半導体と、
前記第1伝導型半導体および前記第2伝導型半導体の間に形成された、前記第1伝導型半導体および前記第2伝導型半導体よりもキャリア濃度が低い低キャリア濃度半導体と
を有する請求項1から請求項3の何れか一項に記載の光デバイス。 - 前記ベース基板のシリコンからなる領域に形成されたシリコンデバイスをさらに備え、
前記光電半導体は、前記シリコンデバイスと電気的に結合されている請求項1から請求項4の何れか一項に記載の光デバイス。 - 前記光電半導体が前記発光半導体を有する場合に、前記シリコンデバイスは、前記発光半導体に前記駆動電流を供給し、前記光電半導体が前記受光半導体を有する場合に、前記シリコンデバイスは、前記光電流を増幅する請求項5に記載の光デバイス。
- 前記光電半導体は、前記ヘテロ接合トランジスタを介して前記シリコンデバイスに電気的に結合されている請求項5に記載の光デバイス。
- 前記光電半導体が前記発光半導体を有する場合に、前記シリコンデバイスは、前記ヘテロ接合トランジスタを制御する制御信号を出力し、前記光電半導体が前記受光半導体を有する場合に、前記シリコンデバイスは、前記ヘテロ接合トランジスタが出力する電気信号を増幅する請求項7に記載の光デバイス。
- シリコンを含むベース基板と、
前記ベース基板の上方に設けられた複数のシード結晶と、
前記複数のシード結晶に格子整合または擬格子整合する複数の3−5族化合物半導体と
を備え、
前記複数のシード結晶が、前記ベース基板上にエピタキシャル成長法により形成された、C x1 Si y1 Ge z1 Sn 1−x1−y1―z1 (0≦x1<1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、かつ0<x1+y1+z1≦1)であり、
前記複数の3−5族化合物半導体のうちの少なくとも1つが、供給される駆動電流に応じて光を出力する3−5族化合物半導体からなる発光半導体となり得る半導体、または光の照射を受けて光電流を発生する3−5族化合物半導体からなる受光半導体となり得る半導体を含む光電半導体を有する半導体であり、
前記複数の3−5族化合物半導体のうち、前記光電半導体を有する3−5族化合物半導体以外の少なくとも1つの3−5族化合物半導体が、ヘテロ接合トランジスタが形成され得る半導体であり、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶とが接しており、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がC x3 Si y3 Ge z3 Sn 1−x3−y3−z3 (0≦x3<1、0<y3≦1、0≦z3≦1、かつ0<x3+y3+z3≦1)である界面領域を含み、
前記複数のシード結晶のシリコン組成y1よりも前記界面領域のシリコン組成y3が大きい
半導体基板。 - 前記ヘテロ接合トランジスタは、前記発光半導体に前記駆動電流を供給するか、または前記光電流を増幅する請求項9に記載の半導体基板。
- 前記ベース基板の上方に形成され、前記ベース基板の少なくとも一部の領域を露出する複数の開口を有し、結晶成長を阻害する阻害層をさらに備え、
前記複数のシード結晶が、前記複数の開口の内部に形成されている請求項9または請求項10に記載の半導体基板。 - 前記光電半導体が、
P型またはN型の第1伝導型を示す不純物を含む第1伝導型半導体と、
前記第1伝導型半導体と反対の伝導型を示す不純物を含む第2伝導型半導体と、
前記第1伝導型半導体および前記第2伝導型半導体の間に形成された、前記第1伝導型半導体および前記第2伝導型半導体よりもキャリア濃度が低い低キャリア濃度半導体と
を有する請求項9から請求項11の何れか一項に記載の半導体基板。 - 前記複数の3−5族化合物半導体のそれぞれが、供給される駆動電流に応じて光を出力し得る発光半導体または光の照射を受けて光電流を発生し得る受光半導体を有する光電半導体、および、ヘテロ接合トランジスタが形成され得る半導体である請求項9から請求項12の何れか一項に記載の半導体基板。
- シリコンを含むベース基板上に、C x1 Si y1 Ge z1 Sn 1−x1−y1―z1 (0≦x1<1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、かつ0<x1+y1+z1≦1)である複数のシード結晶をエピタキシャル成長法により形成する段階と、
前記複数のシード結晶に格子整合または擬格子整合する複数の3−5族化合物半導体を結晶成長させる段階と、
前記複数の3−5族化合物半導体のうちの少なくとも1つに、供給される駆動電流に応じて光を出力する発光半導体または光の照射を受けて光電流を発生する受光半導体を含む光電半導体を形成する段階と、
前記複数の3−5族化合物半導体のうち、前記光電半導体を有する3−5族化合物半導体以外の少なくとも1つの3−5族化合物半導体にヘテロ接合トランジスタを形成する段階と、
前記光電半導体と前記ヘテロ接合トランジスタとを接続する段階と
を備え、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶とが接しており、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がC x3 Si y3 Ge z3 Sn 1−x3−y3−z3 (0≦x3<1、0<y3≦1、0≦z3≦1、かつ0<x3+y3+z3≦1)である界面領域を含み、
前記複数のシード結晶のシリコン組成y1よりも前記界面領域のシリコン組成y3が大きい
光デバイスの製造方法。 - 前記ベース基板の前記シリコンからなる領域にシリコンデバイスを形成する段階と、
前記シリコンデバイスを覆う保護膜を前記ベース基板の上方に形成し、前記保護膜に前記ベース基板の少なくとも一部を露出する開口を形成する段階と
をさらに備え、
前記複数のシード結晶を形成する段階においては、前記開口の内部に、選択エピタキシャル成長法により、組成がCx1Siy1Gez1Sn1−x1−y1―z1(0≦x1<1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、かつ0<x1+y1+z1≦1)である複数のシード結晶を形成し、
前記光電半導体を形成する段階および前記ヘテロ接合トランジスタを形成する段階の後に、
前記保護膜の少なくとも一部を除去して、前記シリコンデバイスの少なくとも一部を露出する段階と、
前記発光半導体、前記受光半導体、および前記ヘテロ接合トランジスタから選択された少なくとも1つと前記シリコンデバイスとを結合する段階と
をさらに備える請求項14に記載の光デバイスの製造方法。 - 前記シリコンデバイスを形成する段階の後において、前記シリコンデバイスの温度を600℃以下に保つ請求項15に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記複数のシード結晶を形成する段階においては、前記ベース基板上に前記複数のシード結晶を互いに離して形成する請求項14から請求項16の何れか一項に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記複数のシード結晶をアニールする段階をさらに備え、
前記複数のシード結晶を形成する段階、および、前記複数のシード結晶をアニールする段階において、前記ベース基板を大気に曝露することなく実施する請求項14から請求項17の何れか一項に記載の光デバイスの製造方法。 - 前記複数のシード結晶をアニールする段階、および、前記複数の3−5族化合物半導体を結晶成長させる段階を、前記ベース基板を大気に曝露することなく実施する請求項18に記載の光デバイスの製造方法。
- シリコンを含むベース基板の上方に、C x1 Si y1 Ge z1 Sn 1−x1−y1―z1 (0≦x1<1、0≦y1≦1、0≦z1≦1、かつ0<x1+y1+z1≦1)である複数のシード結晶をエピタキシャル成長法により形成する段階と、
前記複数のシード結晶をアニールする段階と、
前記複数のシード結晶のそれぞれに格子整合または擬格子整合する複数の3−5族化合物半導体を結晶成長させる段階と
を備え、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶とが接しており、
前記ベース基板と前記複数のシード結晶との界面に接して、前記ベース基板内に、組成がC x3 Si y3 Ge z3 Sn 1−x3−y3−z3 (0≦x3<1、0<y3≦1、0≦z3≦1、かつ0<x3+y3+z3≦1)である界面領域を含み、
前記複数のシード結晶のシリコン組成y1よりも前記界面領域のシリコン組成y3が大きく、
前記複数の3−5族化合物半導体を結晶成長させる段階においては、
前記アニールされた複数のシード結晶のそれぞれに、P型またはN型の第1伝導型の不純物を含む複数の第1伝導型第1半導体を結晶成長させ、
前記複数の第1伝導型第1半導体のそれぞれに、前記複数の第1伝導型第1半導体と反対の伝導型を示す不純物を含む複数の第2伝導型半導体を結晶成長させ、
前記複数の第2伝導型半導体のそれぞれに、前記複数の第1伝導型第1半導体と同じ伝導型を示す不純物を含む複数の第1伝導型第2半導体を結晶成長させる半導体基板の製造方法。 - 前記複数のシード結晶を形成する段階の前に、前記ベース基板の上方に、前記ベース基板の少なくとも一部を露出する開口を有し、結晶成長を阻害する阻害層を形成する段階をさらに備え、
前記複数のシード結晶を形成する段階においては、前記開口の内部で前記複数のシード結晶を選択エピタキシャル成長させ、
前記複数の3−5族化合物半導体を結晶成長させる段階においては、前記複数の第1伝導型第1半導体、前記複数の第2伝導型半導体、および前記複数の第1伝導型第2半導体を選択エピタキシャル成長させる請求項20に記載の半導体基板の製造方法。
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