專利名稱：光器件、半導(dǎo)體基板、光器件的制造方法、以及半導(dǎo)體基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光器件、半導(dǎo)體基板、光器件的制造方法、以及半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
在專利文獻1中記載了全彩顯示器用的像素，其具備包含下述材料的LED，所述材料為發(fā)射藍、綠、以及紅的光的3個LED堆棧與硅晶格匹配的、形成在硅基板之上的氮化 III-V化合物半導(dǎo)體材料。(專利文獻1)日本特開平8-274376號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題以在半導(dǎo)體基板內(nèi)將大量的數(shù)據(jù)高速地進行通信為目的，要求實現(xiàn)在同一半導(dǎo)體基板內(nèi)的局部光通信的技術(shù)。光通信中的傳輸速度依賴于發(fā)光器件以及感光器件等的光器件的性能。通過由高速地進行動作的晶體管來控制離散類型的光器件，能夠?qū)崿F(xiàn)高速光通但是，由高速地進行動作的晶體管來控制離散類型的光器件時，晶體管與光器件之間的布線變長，因此難以提高光器件的切換速度、以及電路的小型化。通過在高昂的GaAs 等的化合物半導(dǎo)體基板上整體形成光器件以及晶體管，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。但是，無法通過在廉價的硅等的半導(dǎo)體基板上整體形成的光器件以及晶體管來實現(xiàn)適于高速光通信的性能。用于解決問題的方案為了解決上述課題，在本發(fā)明的第1方式中，提供一種光器件，具備基底基板，包含硅；多個種晶，設(shè)置在基底基板上；以及多個3-5族化合物半導(dǎo)體，與多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配，其中，在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個中形成有光電半導(dǎo)體，該光電半導(dǎo)體包含根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體、或者接收光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體，在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個的3-5族化合物半導(dǎo)體中形成有異質(zhì)結(jié)晶體管。異質(zhì)結(jié)晶體管向發(fā)光半導(dǎo)體供給驅(qū)動電流、或者放大光電流。該光器件還具備阻擋層，該阻擋層形成在基底基板的上方，具有露出基底基板的至少一部分的區(qū)域的多個開口，阻擋結(jié)晶生長，多個種晶形成在多個開口的內(nèi)部。多個種晶是(^SiwGedSnhhhi(0 彡 xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl ( 1)，發(fā)光半導(dǎo)體以及感光半導(dǎo)體是3-5族化合物半導(dǎo)體。光電半導(dǎo)體具備 第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示與第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；以及低載流子濃度半導(dǎo)體，形成在第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體之間、載流子濃度比第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體還低。該光器件還具備硅器件，該硅器件形成在基底基板的由硅構(gòu)成的區(qū)域，光電半導(dǎo)體與硅器件電結(jié)合。在光電半導(dǎo)體具有發(fā)光半導(dǎo)體的情況下，硅器件向發(fā)光半導(dǎo)體供給驅(qū)動電流，在光電半導(dǎo)體具有感光半導(dǎo)體的情況下，硅器件放大光電流。光電半導(dǎo)體經(jīng)由異質(zhì)結(jié)晶體管與硅器件電結(jié)合。在光電半導(dǎo)體具有發(fā)光半導(dǎo)體的情況下，硅器件輸出控制異質(zhì)結(jié)晶體管的控制信號，當(dāng)光電半導(dǎo)體具有感光半導(dǎo)體的情況下，硅器件放大異質(zhì)結(jié)晶體管所輸出的電信號。在本發(fā)明的第2的方式中，提供一種半導(dǎo)體基板，具備基底基板，包含硅；多個種晶，設(shè)置在基底基板上；以及多個3-5族化合物半導(dǎo)體，與多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配，其中，多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個是具有包含能夠成為由根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體的半導(dǎo)體、或者能夠成為接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體這樣的半導(dǎo)體的光電半導(dǎo)體的半導(dǎo)體，多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個3-5族化合物半導(dǎo)體是能夠形成異質(zhì)結(jié)晶體管的半導(dǎo)體。異質(zhì)結(jié)晶體管向發(fā)光半導(dǎo)體供給驅(qū)動電流、或者放大光電流。還具備阻擋層，該阻擋層形成在基底基板的上方，具有露出基底基板的至少一部分的區(qū)域的多個開口，阻擋結(jié)晶生長，多個種晶形成在多個開口的內(nèi)部。多個種晶是CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl(0彡xl < 1、 0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1)?；谆迮c多個種晶接觸，接觸于基底基板與多個種晶的界面，在基底基板內(nèi)包含組成為 C^SipGenSnhhhJO 彡 x3<l、0<y3 彡 1、0 彡 z3 彡 1、且 0< x3+y3+z3 彡 1) 的界面區(qū)域，與多個種晶的硅組成y 1相比界面區(qū)域的硅組成y3大。光電半導(dǎo)體具備第 1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示與第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；以及低載流子濃度半導(dǎo)體，形成在第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體之間、載流子濃度比第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體還低。多個3-5族化合物半導(dǎo)體的各個是具有能夠根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體或者能夠接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的光電半導(dǎo)體、以及能夠形成異質(zhì)結(jié)晶體管的半導(dǎo)體。在本申請發(fā)明的第3方式中，提供一種光器件的制造方法，具備如下步驟在包含硅的基底基板上形成多個種晶的步驟；使與多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的多個3-5 族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟；在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個中形成包含根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體或者接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的光電半導(dǎo)體的步驟；在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個3-5族化合物半導(dǎo)體形成異質(zhì)結(jié)晶體管的步驟；以及連接光電半導(dǎo)體和異質(zhì)結(jié)晶體管的步驟。該光器件的制造方法還具備如下步驟在基底基板的由硅構(gòu)成的區(qū)域形成硅器件的步驟；以及將覆蓋硅器件的保護膜形成在基底基板的上方的步驟，在保護膜上形成露出基底基板的至少一部分的開口的步驟，其中，在形成多個種晶的步驟中，在開口的內(nèi)部通過選擇外延生長法來形成組成為CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (O彡xl < 1、0彡yl彡1、0彡zl彡1、 且O < xl+yl+zl ( 1)的多個種晶，在形成光電半導(dǎo)體的步驟以及形成異質(zhì)結(jié)晶體管的步
7驟之后，還具備如下步驟去除保護膜的至少一部分來露出硅器件的至少一部分的步驟； 以及從發(fā)光半導(dǎo)體、感光半導(dǎo)體、以及異質(zhì)結(jié)晶體管中選擇至少一個和硅器件結(jié)合的步驟。在硅器件形成的步驟之后，將硅器件的溫度保持為小于等于600°C。多個種晶是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1)。在形成多個種晶的步驟中，在基底基板上相互分離地形成多個種晶。該光器件的制造方法，還具備對多個種晶進行退火的步驟，在形成多個種晶的步驟、以及對多個種晶進行退火的步驟中，不將基底基板暴露在大氣中來實施。不將基底基板暴露在大氣中來實施對多個種晶進行退火的步驟、以及使多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟。在本申請發(fā)明的第4方式中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備如下步驟在包含硅的基底基板的上方形成多個種晶的步驟；對多個種晶進行退火的步驟；以及使晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于各多個種晶的多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟，在使多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟中，在經(jīng)過退火的多個種晶的各個中使包含 P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長，在多個第1 傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體的各個中使包含顯示與多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長，在多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體的各個中使包含顯示與多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體相同的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第1傳導(dǎo)型第2半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長。該半導(dǎo)體基板的制造方法，在形成多個種晶的步驟之前，還具備在基底基板的上方形成具有露出基底基板的至少一部分的開口的阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟，在形成多個種晶的步驟中，在開口的內(nèi)部選擇性外延生長多個種晶，在使多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟中，選擇外延生長多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體、多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體、以及多個第1傳導(dǎo)型第2半導(dǎo)體。


圖1是表示半導(dǎo)體基板100的截面的一個例子的圖。圖2是表示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例子的圖。圖3是表示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例子的圖。圖4是表示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例子的圖。圖5是表示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例子的圖。圖6是表示光器件600的截面的一個例子的圖。圖7是表示光器件600的制造過程中的截面例子的圖。圖8是表示半導(dǎo)體基板800的截面的一個例子的圖。圖9是表示半導(dǎo)體基板800的制造過程中的截面例子的圖。圖10是表示半導(dǎo)體基板800的制造過程中的截面例子的圖。圖11是表示光器件1100的截面的一個例子的圖。圖12是表示光器件1100的制造過程中的截面例子的圖。圖13是表示光器件1100的制造過程中的截面例子的圖。圖14是表示光器件1400的截面的一個例子的圖。
圖15是表示光器件1400的制造過程中的截面例子的圖。圖16是表示光器件1400的制造過程中的截面例子的圖。圖17是表示光器件1400的制造過程中的截面例子的圖。圖18是表示光器件1800的截面的一個例子的圖。圖19是表示光器件1800的制造過程中的截面例子的圖。圖20是表示光器件1800的制造過程中的截面例子的圖。圖21是表示觀測了向元件POl施加了驅(qū)動電流時的發(fā)光的結(jié)果的圖。圖22是表示觀測了向元件POl入射激光時的光電流的結(jié)果的圖。圖23是表示實施例5的半導(dǎo)體基板中的硅基板/Ge結(jié)晶界面附近的截面SEM照片的圖。圖M是表示圖23的分析區(qū)域中的能量分散型熒光X線分析的結(jié)果的圖。
具體實施例方式圖1表示半導(dǎo)體基板100的截面的一個例子。半導(dǎo)體基板100具備基底基板102、 阻擋層104、種晶106、緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114?；谆?02是包含硅的基板。作為包含硅的基板可舉出表面為硅的基板?；谆?02例如是Si基板、SOI (silicon-on-insulator 絕緣體上硅)基板?；谆?02 可以是單一的基板。半導(dǎo)體基板100也可以在基底基板102之上具有多個種晶106，在該多個種晶106的每個中具備緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114。阻擋層104形成在基底基板102之上。阻擋層104具有露出基底基板102的至少一部分區(qū)域的多個開口 105。阻擋層104阻擋結(jié)晶生長。例如在通過外延生長法來使半導(dǎo)體的結(jié)晶生長的情況下，阻擋半導(dǎo)體的結(jié)晶在阻擋層104的表面進行外延生長，因此半導(dǎo)體的結(jié)晶在開口 105中選擇性地進行外延生成。阻擋層104例如是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或者將它們層疊后的層。阻擋層104的厚度例如是大于等于0. 05、小于等于5 μ m。阻擋層104例如是通過熱氧化法、CVD 法等來形成的。種晶106形成在基底基板102之上。種晶106可以是CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0彡xl < 1、0彡yl彡1、0彡zl彡1、且0 < xl+yl+zl彡1)。種晶106例如是Ge結(jié)晶、SiGe結(jié)晶、或者GeSn結(jié)晶。種晶106提供適于形成在這之上的緩沖層108、半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體 114的結(jié)晶生長的種晶面。種晶106抑制存在于基底基板102的表面的雜質(zhì)對緩沖層108、 半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114的結(jié)晶性帶去壞影響。種晶106可以包含多個層。種晶106也可以代替緩沖層108、或者緩沖層108以及半導(dǎo)體112而兼具其功能。種晶106可與基底基板102接觸而形成。接觸于基底基板102與種晶106的界面， 基底基板102可以包含組成為Cx3Siy3Gez3Sni_x3_y3_z3(0彡x3 < 1、0 < y3彡1、0彡z3彡1、 且0 < X3+y3+z3 ^ 1)的界面區(qū)域。種晶106的硅組成y 1與界面區(qū)域的硅組成y3滿足 y3 > y 1的關(guān)系。種晶106例如是通過外延生長法來形成的。種晶106例如是通過化學(xué)氣相沉積法 (稱為CVD法。)、有機金屬氣相沉積法(稱為MOCVD法。)、分子線外延法(稱為MBE法。)、 或者原子層生長法(稱為ALD法。)來形成的。例如，在基底基板102之上通過熱氧化法來形成阻擋層104，通過蝕刻等的光刻法來使到達基底基板102的表面的開口 105形成在阻擋層104之后，通過CVD法來使種晶106在該開口 105的內(nèi)部選擇性地進行外延生長。優(yōu)選對種晶106進行退火。有時在種晶106的內(nèi)部由于基底基板102與種晶 106的晶格常數(shù)的不同等而產(chǎn)生錯位等的晶格缺陷。例如通過加熱種晶106來實施退火，上述缺陷在種晶106的內(nèi)部進行移動。在種晶106的內(nèi)部進行移動的缺陷被位于種晶106的界面或者種晶106的內(nèi)部的吸集區(qū)等捕捉。即，通過對種晶106實施退火，種晶106的缺陷得到降低，提高種晶106的結(jié)晶性得到提高。也可以對非晶或者多晶的 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 彡 χ 1 < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1)進行退火來形成種晶106。緩沖層108例如是半導(dǎo)體。緩沖層108形成在種晶106之上。緩沖層108是通過單層或者多層的半導(dǎo)體層來構(gòu)成的。例如緩沖層108是通過組成不同的多個半導(dǎo)體層來構(gòu)成的。緩沖層108可以是4族半導(dǎo)體或者3-5族化合物半導(dǎo)體。4族半導(dǎo)體的緩沖層108 能夠兼具種晶106。緩沖層108例如是與種晶106進行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的半導(dǎo)體層。緩沖層 108也可以是作為使形成在上層的半導(dǎo)體層、與基底基板102的晶格間距離進行匹配的緩沖層而發(fā)揮功能的半導(dǎo)體層。緩沖層108進一步降低以殘留在種晶106的缺陷為起因的晶格缺陷等，向形成在這之上的半導(dǎo)體層提供晶格匹配性的良好的結(jié)晶面。緩沖層108能夠防止由于殘留在基底基板102的表面的雜質(zhì)而使形成在基底基板102之上的半導(dǎo)體元件的特性劣化。在本說明書中，“準(zhǔn)晶格匹配”是指如下狀態(tài)雖然不是完整的晶格匹配，但是相互接觸的2個半導(dǎo)體的晶格常數(shù)之差小，能夠在晶格不匹配導(dǎo)致的缺陷的產(chǎn)生不顯著的范圍內(nèi)層疊相互接觸的2個半導(dǎo)體。此時，各半導(dǎo)體的結(jié)晶晶格通過在能夠進行彈性變形的范圍內(nèi)進行變形來吸收上述晶格常數(shù)之差。例如Ge與GaAs、或者Ge與InGaP的晶格緩和界限厚度內(nèi)的層疊狀態(tài)稱作準(zhǔn)晶格匹配。緩沖層108是通過外延生長法來形成的。例如，外延生長法包含CVD法、MOCVD法、 MBE法、以及ALD法。半導(dǎo)體112是包含顯示P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體112 形成在緩沖層108之上。半導(dǎo)體112晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于緩沖層108。即，半導(dǎo)體 112是經(jīng)由緩沖層108來晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于種晶106的半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體112可以是4族半導(dǎo)體或者3-5族化合物半導(dǎo)體。4族的半導(dǎo)體112例如是Ge、SiGe, Ge Sn等。4族的半導(dǎo)體112能夠兼作種晶106以及緩沖層108。半導(dǎo)體112 可以是由組成、摻雜濃度、以及厚度不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的層疊體。半導(dǎo)體114包含顯示與半導(dǎo)體112相反的傳導(dǎo)型的第2傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。例如在半導(dǎo)體112包含P型的雜質(zhì)的情況下，半導(dǎo)體114包含N型的雜質(zhì)。在半導(dǎo)體112包含N型的雜質(zhì)的情況下，半導(dǎo)體114包含P型的雜質(zhì)。半導(dǎo)體114是例如與半導(dǎo)體112接觸而形成。半導(dǎo)體114與半導(dǎo)體112進行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配。半導(dǎo)體112與緩沖層 108進行晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配，因此半導(dǎo)體114經(jīng)由緩沖層108和半導(dǎo)體112來晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于種晶106。半導(dǎo)體114可以是4族半導(dǎo)體或者3-5族化合物半導(dǎo)體。4族的半導(dǎo)體114例如是Ge、SiGe、Ge Sn等。半導(dǎo)體114具有與半導(dǎo)體112不同的傳導(dǎo)型。 半導(dǎo)體114可以是由組成、摻雜濃度、以及厚度不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的層疊體。半導(dǎo)體基板100例如在半導(dǎo)體112與半導(dǎo)體114之間的半導(dǎo)體結(jié)界面122的附近具有包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體。該低載流子濃度半導(dǎo)體的載流子濃度比半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114的載流子濃度還低。作為一個例子，在半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114 的載流子濃度大于等于1. OXlO18cnT3的情況下，該空間電荷區(qū)域是相當(dāng)于電子濃度與空穴濃度之差的有效載流子濃度達到1. OX IO16CnT3以下的耗盡層。具體地說，半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114具有分別不同的傳導(dǎo)型，因此在半導(dǎo)體114 與半導(dǎo)體112之間的半導(dǎo)體結(jié)界面122形成PN結(jié)，在其附近形成耗盡層。當(dāng)向半導(dǎo)體112 以及半導(dǎo)體114所形成的PN結(jié)施加正向電壓時，電子從N型半導(dǎo)體、空穴從P型半導(dǎo)體移動到耗盡層，通過電子和空穴進行再結(jié)合來發(fā)出光。因而，在半導(dǎo)體基板100中包含耗盡層的低載流子濃度半導(dǎo)體成為發(fā)光部。具有該低載流子濃度半導(dǎo)體的半導(dǎo)體基板100能夠用于具有發(fā)光元件的光器件的形成。另一方面，當(dāng)光入射到上述的耗盡層時，結(jié)合在結(jié)晶晶格的電子釋放結(jié)合而成為自由電子，產(chǎn)生自由的電子或者空穴。在這種情況下，包含耗盡層的低載流子濃度半導(dǎo)體成為感光部。具有該低載流子濃度半導(dǎo)體的半導(dǎo)體基板100能夠用于具有感光元件的光器件的形成。半導(dǎo)體基板100也可以在半導(dǎo)體112與半導(dǎo)體114之間具有由組成、摻雜濃度、以及膜厚不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的層疊體。例如，半導(dǎo)體基板100在P型的半導(dǎo)體112與 N型的半導(dǎo)體114之間具有作為低載流子濃度半導(dǎo)體的I型半導(dǎo)體層。通過P型的半導(dǎo)體 112、I型半導(dǎo)體層、以及N型的半導(dǎo)體114來形成PIN結(jié)。半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114是通過外延生長法來形成的。外延生長法例如包含 CVD法、MOCVD法、MBE法、以及ALD法。圖2 圖5表示半導(dǎo)體基板100的制造過程中的截面例子。下面，使用附圖來說明半導(dǎo)體基板100的制造方法。半導(dǎo)體基板100的制造方法具備如下工序形成具有露出基底基板的至少一部分的開口的阻擋層的工序；在基底基板之上形成種晶的工序；對種晶進行退火的工序；形成具有第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體112的工序；以及形成具有與第1傳導(dǎo)型相反的傳導(dǎo)型的第2的傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體114的工序。在半導(dǎo)體112形成的工序與半導(dǎo)體114 形成的工序之間也可以還具備形成低載流子濃度半導(dǎo)體的工序。在阻擋層形成的工序中，如圖2所示，在基底基板102之上形成具有到達基底基板 102的開口 105的阻擋層104。首先通過熱氧化法來在基底基板102的整面形成氧化硅膜。 接著通過蝕刻等光刻法來在氧化硅膜上形成到達基底基板102的表面的開口 105。通過以上的次序來完成阻擋層104。阻擋層104也可以具有多個開口 105。在種晶形成的工序中，如圖3所示，在開口 105的內(nèi)部通過選擇外延生長法來形成種晶 106。種晶 106 是 C^SiwGeuSnhhm (0 彡 xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl ^ 1)。種晶106是例如通過由CVD法使Ge結(jié)晶、SiGe結(jié)晶、或者Ge Sn結(jié)晶外延生長來形成的。在形成具有多個開口 105的阻擋層104的情況下，在多個開口 105的各個的內(nèi)部形成種晶106。在種晶形成的工序中，也可以在基底基板102之上形成種晶106的膜，通過由蝕刻等光刻法來圖案化種晶106，不形成阻擋層104而形成島狀的種晶106。在這種情況下，也可以將種晶106相互分離而島狀地形成多個。在對種晶進行退火的工序中，如圖4所示，加熱種晶106來進行退火。在種晶106 的內(nèi)部中，由于基底基板102與種晶106之間的晶格常數(shù)的不同等而產(chǎn)生的錯位等晶格缺陷通過退火而降低。其結(jié)果是種晶106的結(jié)晶性得到提高。上述種晶形成的工序、以及對種晶進行退火的工序是不將基底基板102暴露在大氣中來實施。例如，也可以在同一裝置的同一腔內(nèi)實施二個工序。在分別不同的腔中實施二個工序，基底基板102的腔間的移送不暴露在大氣中來實施。在對種晶進行退火的工序中，也可以分為多個步驟來對種晶106進行退火。例如在以沒有達到種晶106的熔點的溫度來實施了高溫退火之后，以比高溫退火的溫度低的溫度來實施低溫退火。也可以重復(fù)多次這種2步驟的退火。在種晶106具有SixGei_x(0 ^ x < 1)的情況下，高溫退火的溫度以及時間例如是850 900°C以及2 10分鐘。低溫退火的溫度以及時間例如是650 780V以及2 10分鐘。例如，重復(fù)10次這種2步驟退火。在形成具有第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體112的工序以及形成具有第2的傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體 114的工序中，依次形成半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114。具體地說，首先如圖5所示，在種晶 106之上選擇外延生長緩沖層108。接著，如圖1所示，在緩沖層108之上依次選擇外延生長半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114。在形成了多個種晶106的情況下，也可以在多個種晶106的各個中形成緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114。緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114是晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于種晶106 的半導(dǎo)體層。緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114可以是4族半導(dǎo)體或者3_5族化合物半導(dǎo)體。緩沖層108進一步降低因殘留在種晶106的缺陷導(dǎo)致的晶格缺陷等，向形成在這之上的半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114提供晶格匹配性良好的結(jié)晶面。緩沖層108能夠抑制漏電流。在半導(dǎo)體112與半導(dǎo)體114之間形成PN結(jié)，在半導(dǎo)體112與半導(dǎo)體114之間的半導(dǎo)體結(jié)界面122的附近形成載流子濃度比半導(dǎo)體112以及半導(dǎo)體114的載流子濃度還低的空間電荷區(qū)域。緩沖層108、半導(dǎo)體112、以及半導(dǎo)體114例如是GaAs、AlGaAs, InGaAs, InGaP等 3-5族化合物半導(dǎo)體。3-5族化合物半導(dǎo)體是使用MOCVD法來進行外延生長的。外延生長是例如如下地進行的。首先，在將MOCVD爐內(nèi)用高純度氫氣充分置換之后，開始具有種晶106 的基底基板102的加熱。結(jié)晶生長時的基板溫度可以是450°C 800°C。在基底基板102 穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)臏囟戎笙驙t內(nèi)導(dǎo)入砷原料或者磷原料。接著導(dǎo)入鎵原料、鋁原料或者銦原料來實施外延生長。作為3族元素原料，例如使用三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI) 等，作為5族元素原料氣體例如使用三氫化砷(AsH3)、叔丁基胂((CH3) 3CAsH2)、磷化氫 (PH3)、叔丁基膦((CH3)3CPH2)等。外延生長條件例如是反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. Iatm、生長溫度 650°C、生長速度0. 1 3ym/hr。作為原料的載氣，可以使用高純度氫氣。作為一個例子，外延生長是根據(jù)下面的條件來進行的。以反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. Iatm、生長溫度550°C、生長速度0. 1 Ιμπι/hr的條件來層疊30nm左右的GaAs，暫時中斷。之后， 在維持了砷原料環(huán)境的狀態(tài)下生長溫度升溫到650°C為止，再次以反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. Iatm, 生長溫度650°C、生長速度0. 1 3 μ m/hr的條件進行外延生長。作為原料的載氣，也可以使用高純度氫氣。對種晶進行退火的工序、形成半導(dǎo)體112的工序、以及形成半導(dǎo)體114的工序是不將基底基板102暴露在大氣中來實施。例如在同一裝置的同一腔內(nèi)實施二個工序。也可以在分別不同的腔內(nèi)實施二個工序，不將基底基板102暴露在大氣中來在腔間進行移送。經(jīng)由以上的工序來完成半導(dǎo)體基板100。圖6表示光器件600的截面的一個例子。光器件600是能夠使用半導(dǎo)體基板100 制造的光器件的一個例子。光器件600具備基底基板102、阻擋層104、種晶106、緩沖層 108、半導(dǎo)體112、半導(dǎo)體114、電極632、以及電極634。圖6表示具備一個元件POl的光器件600，但是光器件600可以包含多個元件POl。光器件600在半導(dǎo)體112與半導(dǎo)體114之間的半導(dǎo)體結(jié)界面122的附近具有包含耗盡層等空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體。下面，使用

光器件600，但是省略說明與半導(dǎo)體基板100重復(fù)的結(jié)構(gòu)要素。電極632以及電極634分別與半導(dǎo)體112和半導(dǎo)體114接觸而形成，將半導(dǎo)體112 以及半導(dǎo)體114連接于外部電路。電極632以及電極634是通過導(dǎo)電材料來形成的。電極 632以及電極634是例如通過金屬來形成的。電極632以及電極634的材料例如是AuGe/ Ni/Au、AuSuAuNi、或者AuCr。電極632以及電極6；34可以具有上述導(dǎo)電材料的層疊結(jié)構(gòu)。 電極632以及電極634例如是通過濺射法、真空蒸鍍法來形成的。圖7表示光器件600的制造過程中的截面例子。光器件600是通過使用半導(dǎo)體基板100如圖7所示那樣形成半導(dǎo)體114的臺面之后、如圖6所示那樣形成電極634以及電極632，從而完成的。半導(dǎo)體114的臺面是通過蝕刻等光刻法來形成的。電極634按如下方式形成首先，通過光刻法來形成在應(yīng)該形成電極634的部位具有開口的抗蝕劑掩模。接著，在抗蝕劑掩模之上蒸鍍電極用金屬。最后通過剝離抗蝕劑來完成電極634。電極632也是同樣地形成的。也可以同時形成電極634以及電極632。另外，也可以通過剝離法來將電極634形成在半導(dǎo)體114之上，在通過蝕刻等光刻法來形成了半導(dǎo)體114的臺面之后形成電極632。例如，在半導(dǎo)體114是P型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體112是N型半導(dǎo)體的情況下，在半導(dǎo)體 112與半導(dǎo)體114之間形成PN結(jié)，在其附近形成包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體。 當(dāng)向電極634與電極632之間施加正向電壓時，電子從半導(dǎo)體112、空穴從半導(dǎo)體114移動到該空間電荷區(qū)域，通過再結(jié)合電子和空穴來發(fā)出光。在這種情況下，低載流子濃度半導(dǎo)體成為發(fā)出光的發(fā)光部，光器件600作為發(fā)光元件而發(fā)揮功能。另一方面，通過光入射到空間電荷區(qū)域的附近，結(jié)合在結(jié)晶晶格的電子釋放結(jié)合而成為自由電子，產(chǎn)生自由的電子或者空穴。在這種情況下，低載流子濃度半導(dǎo)體成為生成光電流的感光部，光器件600作為感光元件而發(fā)揮功能。半導(dǎo)體114以及半導(dǎo)體112可以分別是組成、摻雜濃度、以及厚度不同的多個半導(dǎo)體層的層疊體。另外，光器件600也可以在半導(dǎo)體114與半導(dǎo)體112之間具有由具有有限的厚度、組成、摻雜濃度、以及膜厚不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的層疊體。在上述中，說明了具有PN結(jié)的光器件600的一個例子，但是上述發(fā)光部可以是PN 結(jié)LED (發(fā)光二極管)、LD (激光二極管)、VC SEL (垂直共振器面發(fā)光激光)。上述感光部可以是PN 二極管、PIN 二極管、MSM(金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié))二極管、雪崩二極管、CXD或者MOS等光傳感器、或者太陽能電池。
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圖8表示作為其它實施方式的半導(dǎo)體基板800的截面的一個例子。半導(dǎo)體基板 800具備基底基板802、阻擋層804、種晶806、緩沖層808、半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816。半導(dǎo)體基板800的結(jié)構(gòu)要素中的基底基板802與半導(dǎo)體基板100中的基底基板 102與相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。阻擋層804與阻擋層104相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。種晶 806與種晶106相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。緩沖層808與緩沖層108相對應(yīng)，可以具有相同的結(jié)構(gòu)。因而，在半導(dǎo)體基板800中，省略說明與半導(dǎo)體基板100相同的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體基板800可以在單一的基底基板802之上具有多個種晶806。在每個種晶806上設(shè)置有緩沖層808、半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816。緩沖層808、半導(dǎo)體 812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816是通過外延生長法來形成的。外延生長法例如包含CVD 法、MOCVD法、MBE法、以及ALD法。半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816依次形成在緩沖層808之上。半導(dǎo)體812、 半導(dǎo)體814以及半導(dǎo)體816經(jīng)由緩沖層808來晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于種晶806。半導(dǎo)體 812、半導(dǎo)體814以及半導(dǎo)體816可以是4族半導(dǎo)體或者3_5族化合物半導(dǎo)體。該3_5族化合物半導(dǎo)體可以是能夠形成異質(zhì)結(jié)晶體管的3-5族化合物半導(dǎo)體。3-5族化合物半導(dǎo)體例如是 GaP、GaAs、GaAsP、AlGaAs、InGaP、InGaAs，hGaAsP、AHnGaP、GaN、或者 hGaN。上述異質(zhì)結(jié)晶體管可以是HBT (異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管)、HEMT (高電子移動度晶體管)、p-HEMT (準(zhǔn)晶格匹配高電子移動度晶體管)、MISFET (金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等。半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816可以形成具有NPN型結(jié)的異質(zhì)結(jié)晶體管。 另外，半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816可以形成具有PNP型結(jié)的異質(zhì)結(jié)晶體管。半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816也可以在半導(dǎo)體結(jié)界面824以及半導(dǎo)體結(jié)界面擬6 的附近具有低載流子濃度半導(dǎo)體。半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816也可以分別是由組成、摻雜濃度、以及半導(dǎo)體層厚不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成的層疊體。例如，在半導(dǎo)體結(jié)界面8M或者半導(dǎo)體結(jié)界面826中，設(shè)置有層疊體，該層疊體夾在半導(dǎo)體812與半導(dǎo)體814之間、或者半導(dǎo)體814與半導(dǎo)體816之間，由具有有限的厚度、組成、摻雜濃度、以及膜厚不同的多個半導(dǎo)體層構(gòu)成。圖9和圖10表示半導(dǎo)體基板800的制造過程中的截面例子。下面，使用附圖來說明半導(dǎo)體基板800的制造方法。半導(dǎo)體基板800的制造方法與半導(dǎo)體基板100的制造方法同樣地，具備如下工序在基底基板802之上形成具有開口的阻擋層804的工序；在基底基板802之上形成種晶806的工序；對種晶806進行退火的工序；形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體 812的工序；形成與第1傳導(dǎo)型相反的傳導(dǎo)型的第2傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體814的工序；以及形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體816的工序。在形成半導(dǎo)體812的工序與形成半導(dǎo)體814的工序之間、以及形成半導(dǎo)體814的工序與形成半導(dǎo)體816的工序之間，也可以還具備形成低載流子濃度半導(dǎo)體的工序。在下面的說明中，省略與半導(dǎo)體基板100的制造方法相同的工藝的說明。在形成阻擋層804的工序中，如圖9所示，在基底基板802之上形成具有到達基底基板802的多個開口 805的阻擋層804。例如，通過熱氧化法來在基底基板802的整面形成氧化硅膜。通過蝕刻等的光刻法，在氧化硅膜形成到達基底基板802的表面的多個開口 105。在形成種晶806的工序中，在多個開口 105的各自的內(nèi)部通過選擇外延生長法來形成多個種晶 806。種晶 806 是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl (0 ^ xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、 且0 < xl+yl+zl ( 1)。另外，也可以在基底基板802之上形成種晶806的膜，通過由蝕刻等光刻法來圖案化種晶806，不形成阻擋層804而形成相互分離的多個島狀的種晶806。在對種晶806進行退火的工序中，如圖9所示，加熱多個種晶806來進行退火。也可以不將基底基板802暴露在大氣中來實施形成上述種晶的工序、以及對種晶進行退火的工序。也可以分為多個步驟來對種晶806進行退火。在形成半導(dǎo)體812的工序、形成半導(dǎo)體814的工序、以及形成半導(dǎo)體816的工序中，首先如圖10所示那樣在多個種晶806的各個中選擇外延生長緩沖層808、進而如圖8所示那樣在緩沖層808之上依次選擇外延生長半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816。例如緩沖層808、半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816是GaAs、AlGaAs, InGaAs, InGaP等3_5族化合物半導(dǎo)體。在這種情況下，3_5族化合物半導(dǎo)體是使用MOCVD 法來外延生長的。外延生長是例如如下地進行的。在MOCVD爐內(nèi)以高純度氫氣進行充分置換之后，開始具有種晶806的基底基板802的加熱。結(jié)晶生長時的基板溫度可以是450°C 800°C。在基底基板802穩(wěn)定為適當(dāng)?shù)臏囟戎?，向爐內(nèi)導(dǎo)入砷原料或者磷原料。接著導(dǎo)入鎵原料、鋁原料或者銦原料來使3-5族化合物半導(dǎo)體外延生長。作為3族元素原料，例如使用三甲基鎵(TMG)以及三甲基鋁(TMA)、三甲基銦 (TMI)，作為5族元素原料氣體，例如使用三氫化砷(AsH3)、叔丁基胂((CH3) 3CAsH2)、磷化氫 (PH3)、叔丁基膦((CH3)3CPH2)。作為施主雜質(zhì)元素，可以添加Si、S、Se、或者Te。作為受體雜質(zhì)元素，可以添加C、Mg、或者Si。外延生長是例如以反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. latm、生長溫度650°C、生長速度1 3 μ m/hr 的條件來實施的。在其它例子中，外延生長是以反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. Iatm、生長溫度550°C、生長速度0. 1 Ιμπι/hr的條件來實施的，層疊了 30nm左右的GaAs之后，暫且中斷。之后， 也可以維持砷原料環(huán)境且將生長溫度升溫到650°C為止，再次以反應(yīng)爐內(nèi)壓力0. Iatm、生長溫度650°C、生長速度0. 1 3 μ m/hr的條件進行外延生長。作為原料的載氣，例如使用高純度氫氣。也可以不將基底基板802暴露在大氣中來實施對種晶806進行退火的工序、 形成半導(dǎo)體812的工序、形成半導(dǎo)體814的工序、以及形成半導(dǎo)體816的工序。圖11表示作為其它實施方式的光器件1100的截面的一個例子。光器件1100是能夠使用半導(dǎo)體基板800來制造的光器件的一個例子。光器件1100具備晶體管TOl和晶體管T02。晶體管TOl以及晶體管T02可以是異質(zhì)結(jié)晶體管。在本實施方式中，作為晶體管TOl和晶體管T02，說明異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管的例子，但是晶體管TOl和晶體管T02也可以是HEMT (高電子移動度晶體管)、p_HEMT (準(zhǔn)晶格匹配高電子移動度晶體管)、MISFET (金屬-絕緣體-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)等。在下面的說明中，作為晶體管TOl和晶體管T02， 說明NPN型晶體管的例子，但是也可以是PNP型晶體管。晶體管TOl具備基底基板802、阻擋層804、種晶806、緩沖層808、N型半導(dǎo)體812、 P型半導(dǎo)體814、N型半導(dǎo)體816、基極電極1142、發(fā)射極電極1144、以及集電極電極1146。 晶體管TOl在半導(dǎo)體結(jié)界面824以及半導(dǎo)體結(jié)界面826的附近具有低載流子濃度半導(dǎo)體。 例如低載流子濃度半導(dǎo)體包含耗盡層等空間電荷區(qū)域。晶體管TOl可以在N型半導(dǎo)體812與P型半導(dǎo)體814之間具備I型半導(dǎo)體層，也可以在P型半導(dǎo)體814與N型半導(dǎo)體816之間具備I型半導(dǎo)體層。另外，N型半導(dǎo)體816CN 102449785 A
說明書
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也可以是施主雜質(zhì)元素的摻雜濃度不同的多個半導(dǎo)體層的層疊體。晶體管T02可以具有與晶體管TOl相同的結(jié)構(gòu)。因而，在下面的說明中，除了需要與晶體管TOl進行區(qū)別的情況之外，省略關(guān)于晶體管T02的說明。N型半導(dǎo)體812可以形成晶體管TOl的集電極。P型半導(dǎo)體814可以形成晶體管 TOl的基極。N型半導(dǎo)體816可以形成晶體管TOl的發(fā)射極?；鶚O電極1142與作為基極的P型半導(dǎo)體814接觸而形成，將P型半導(dǎo)體814連接于外部電路?；鶚O電極1142是通過具有傳導(dǎo)性的材料來形成的?；鶚O電極1142是通過金屬來形成的?；鶚O電極1142的材料例如是AuZn、CrAu, Ti/Pt、Ti/Pt/Au?；鶚O電極1142 例如是通過濺射法、真空蒸鍍法來形成的。發(fā)射極電極1144是與作為發(fā)射極的N型半導(dǎo)體816接觸而形成的，將N型半導(dǎo)體 816連接于外部電路。發(fā)射極電極1144是通過導(dǎo)電材料來形成的。發(fā)射極電極1144是例如由金屬來形成的。發(fā)射極電極1144的材料例如是AuGe/Ni/Au。發(fā)射極電極1144例如是通過濺射法、真空蒸鍍法來形成的。集電極電極1146與作為集電極的N型半導(dǎo)體812接觸而形成，將N型半導(dǎo)體812 連接于外部電路。集電極電極1146是通過導(dǎo)電材料來形成的。集電極電極1146是例如由金屬來形成的。集電極電極1146的材料例如是AuGe/Ni/Au。集電極電極1146例如是通過濺射法、真空蒸鍍法來形成的。晶體管TOl以及晶體管T02作為通常的HBT，能夠在電路中利用其切換功能或者放大功能等。也能夠使晶體管TOl以及晶體管T02作為包含如下元件的光電半導(dǎo)體而發(fā)揮功能即具有根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體的發(fā)光元件、或者具有接受光的照射而產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的感光元件。具體地說，在作為發(fā)射極的N型半導(dǎo)體816和作為基極的P型半導(dǎo)體814之間的半導(dǎo)體結(jié)界面826中形成PN結(jié)。在半導(dǎo)體結(jié)界面826的附近生成包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體。該空間電荷區(qū)域例如是耗盡層。當(dāng)向形成在N型半導(dǎo)體816與P型半導(dǎo)體814之間的PN結(jié)施加正向電壓時，電子從N型半導(dǎo)體816、空穴從P型半導(dǎo)體814移動到該低載流子濃度半導(dǎo)體，通過電子以及空穴進行再結(jié)合來發(fā)出光。即，N型半導(dǎo)體816、P 型半導(dǎo)體814、以及該低載流子濃度半導(dǎo)體作為根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體而發(fā)揮功能。同樣地，在作為基極的P型半導(dǎo)體814和作為集電極的N型半導(dǎo)體812之間的半導(dǎo)體結(jié)界面824中形成PN結(jié)。在半導(dǎo)體結(jié)界面824的附近形成包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體。該空間電荷區(qū)域例如是耗盡層。通過光入射到該低載流子濃度半導(dǎo)體， 結(jié)合在結(jié)晶晶格的電子釋放結(jié)合而成為自由電子，產(chǎn)生自由的電子或者空穴。即，P型半導(dǎo)體814、N型半導(dǎo)體812、以及該低載流子濃度半導(dǎo)體作為接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體作為而發(fā)揮功能。在作為基極的P型半導(dǎo)體814和作為集電極的N型半導(dǎo)體812 之間，也可以設(shè)置非摻雜的半導(dǎo)體層。在這種情況下，在P型半導(dǎo)體814與N型半導(dǎo)體812 之間形成PIN結(jié)，能作為更高速的感光元件進行利用。如上述那樣，在晶體管TOl以及T02作為發(fā)光元件而發(fā)揮功能的情況下，晶體管 TOl和T02中的一個晶體管的發(fā)射極-基極間的半導(dǎo)體結(jié)界面附近的低載流子濃度半導(dǎo)體是發(fā)光部，另一個晶體管是向該低載流子濃度半導(dǎo)體供給驅(qū)動電流的晶體管。另外，在晶體管TOl以及T02作為感光元件而發(fā)揮功能的情況下，晶體管TOl和T02中的一個晶體管的基極-集電極間的半導(dǎo)體結(jié)界面附近的低載流子濃度半導(dǎo)體是感光部，另一個晶體管是放大從該低載流子濃度半導(dǎo)體生成的光電流的晶體管。圖11所示的光器件1100只包含TOl和T02 二個晶體管，但是也可以包含更多的晶體管。通過將一部分晶體管設(shè)為發(fā)光元件以及感光元件的構(gòu)造，光器件1100能夠通過形成晶體管TOl的一個工序來將發(fā)光元件、感光元件、驅(qū)動用晶體管、放大用晶體管等單片形成在同一基底基板802上。作為結(jié)果，達成光器件的高集成化以及高速化。在圖11所示的光器件1100中，成為如發(fā)光元件那樣的光器件的部分、和成為如晶體管那樣的電子器件的部分是通過構(gòu)成共用的外延半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體 814、以及半導(dǎo)體816來形成的。成為如發(fā)光元件那樣的光器件的部分、和成為如晶體管那樣的電子器件的部分，也可以由形成在同一基底基板802之上的不同的外延層疊結(jié)構(gòu)來形成。例如，也可以在半導(dǎo)體基板800中的半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816之上形成晶體管，在這之上外延生長多個半導(dǎo)體層，在該半導(dǎo)體層形成發(fā)光元件。圖12以及圖13表示光器件1100的制造過程中的截面例子。下面，使用附圖來說明制造光器件1100的方法。使用半導(dǎo)體基板800來與半導(dǎo)體816接觸而形成發(fā)射極電極1144。例如，發(fā)射極電極1144是如下地形成的通過光刻法在半導(dǎo)體816的表面形成在應(yīng)該形成發(fā)射極電極 1144的部位具有開口的抗蝕劑掩模，蒸鍍了電極用金屬，然后，剝離抗蝕劑。如圖12所示， 通過蝕刻等的光刻法來形成發(fā)射極臺面。接著如圖13所示，通過蝕刻等的光刻法來形成集電極臺面，形成基極電極1142。接著如圖11所示，形成集電極電極1146。此外，臺面形成和電極形成的順序不限于上述的順序。例如也可以在形成了發(fā)射極臺面之后形成發(fā)射極電極 1144。以上，說明了將HBT的發(fā)射極-基極結(jié)設(shè)為發(fā)光元件、HBT的基極_集電極結(jié)設(shè)為感光元件的例子，但是也可以是在 p-HEMT (pseudomorphic-HighE 1 ectronMobi 1 ityTransis tor)的緩沖層形成了金屬電極的MSMWetal-Semiconduct-Metal)結(jié)構(gòu)的光探測器。圖14表示作為其它實施方式的光器件1400的截面的一個例子。光器件1400具備基底基板1402、保護膜1404、元件分離絕緣層1472、晶體管T01、晶體管T02、晶體管 T03、晶體管T04、晶體管T11、晶體管T12、晶體管T13、以及晶體管T14。晶體管T01、晶體管 T02、晶體管T03以及晶體管T04與光器件1100中的晶體管TOl相對應(yīng)，可以具有相同的結(jié)構(gòu)。晶體管T11、晶體管T12、晶體管T13以及晶體管T14可以是活性區(qū)域形成在包含在基底基板1402中的硅的硅器件。在本實施方式中，作為硅器件，如T11、T12、T13以及Τ14 那樣例示場效應(yīng)晶體管。除此之外，硅器件可以是包含二極管(包含齊納二極管)、晶體管、 邏輯電路、開關(guān)電路、模擬電路、電容器、電感器等的電子電路、以及包含光導(dǎo)波路、光開關(guān)、 光分波/合波器等光電路?；谆?402與光器件1100中的基底基板802相對應(yīng)，可以具有相同的結(jié)構(gòu)。保護膜1404是保護硅器件Til、Τ12、Τ13以及Τ14的絕緣膜。另外，保護膜1404在形成晶體管Τ01、Τ02、Τ03以及Τ04的工藝中具有阻擋層的效果，具有與光器件1100中的阻擋層804 相同的結(jié)構(gòu)。
晶體管TOl具備基底基板1402、保護膜1404、種晶1406、緩沖層1408、N型半導(dǎo)體1412、P型半導(dǎo)體1414、N型半導(dǎo)體1416、基極電極1442、發(fā)射極電極1444、以及集電極電極1446。種晶1406與光器件1100中的種晶806相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。緩沖層1408 與緩沖層808相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。N型半導(dǎo)體1412、P型半導(dǎo)體1414以及N型半導(dǎo)體1416分別與N型半導(dǎo)體812、P型半導(dǎo)體814以及N型半導(dǎo)體816相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)?；鶚O電極1442、發(fā)射極電極1444以及集電極電極1446分別與基極電極1142、發(fā)射極電極1144以及集電極電極1146相對應(yīng)，具有相同的結(jié)構(gòu)。在本實施方式中，晶體管T01、T02、T03、以及T04例示為異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，但是也可以是異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。另外，也可以是晶體管T01、T02、T03、以及T04的一部分是異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其它是異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管。晶體管Tll具備勢阱1451、源極1452、柵極電極1454、漏極1456、以及柵極絕緣膜1458。在本實施方式的說明中，晶體管Tll例示為具有P型溝道的場效應(yīng)晶體管，但是晶體管Tll也可以是具有N型溝道的場效應(yīng)晶體管。晶體管T12具備勢阱1461、漏極1462、柵極電極1464、源極1466、以及柵極絕緣膜1458。在本實施方式的說明中，晶體管T12例示為具有N型溝道的場效應(yīng)晶體管，但是晶體管T12也可以是具有P型溝道的場效應(yīng)晶體管。晶體管T13具有與晶體管Tll或者晶體管T12相同的結(jié)構(gòu)。晶體管T14具有與晶體管T12或者晶體管Tll相同的結(jié)構(gòu)。晶體管T01、T02、T03、以及Τ04與作為硅器件的晶體管Τ11、Τ12、Τ13以及Τ14整體地形成在同一基底基板1402。晶體管Τ01、Τ02、Τ03、以及Τ04與作為硅器件的晶體管Τ11、 Τ12、Τ13、以及Τ14結(jié)合而形成電路。在光器件1400中，可以是如下發(fā)光半導(dǎo)體晶體管1~01、1102、1103、以及1104中的任一個晶體管的發(fā)射極-基極間的半導(dǎo)體結(jié)界面附近的包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體成為根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光部的發(fā)光半導(dǎo)體。也可以是如下感光半導(dǎo)體晶體管Τ01、Τ02、Τ03、以及Τ04中的任一個晶體管的基極-集電極間的半導(dǎo)體結(jié)界面附近的包含空間電荷區(qū)域的低載流子濃度半導(dǎo)體成為接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光部的發(fā)光半導(dǎo)體。例如，可以是晶體管Τ02的半導(dǎo)體結(jié)合界面1似6附近的空間電荷區(qū)域是發(fā)光部， 晶體管TOl是驅(qū)動該發(fā)光部的開關(guān)。另外，可以是晶體管Τ03的半導(dǎo)體結(jié)合界面14Μ附近的空間電荷區(qū)域是感光部，晶體管Τ04是放大從該感光部供給的信號的放大器。而且，晶體管Τ11、Τ12、Τ13以及Τ14的硅器件可以形成空間電荷區(qū)域的輸入輸出電路，該空間電荷區(qū)域形成發(fā)光部或者感光部。例如，通過晶體管Tll以及晶體管Τ12來形成逆變器電路。包含該逆變器電路的驅(qū)動器電路，可以輸出控制向晶體管Τ02的發(fā)光部供給驅(qū)動電流的晶體管TOl的控制信號。另外，晶體管Τ13以及晶體管Τ14可以是放大從晶體管Τ03的感光部輸出的電信號的電路。在本實施方式中，如上述那樣，具有發(fā)光部的晶體管Τ02、具有感光部的晶體管 Τ03、驅(qū)動用晶體管Τ01、放大用晶體管Τ04、作為硅器件的晶體管Τ11、Τ12、Τ13、以及Τ14整體地形成在同一基底基板1402。其結(jié)果是維持通過異質(zhì)結(jié)化合物半導(dǎo)體形成的光器件的高靈敏度、高速動作的優(yōu)點、且電路的集成度得到提高，實現(xiàn)光器件的小型化。
圖15 圖17表示光器件1400的制造過程中的截面例子。下面，使用附圖來說明光器件1400的制造方法。光器件1400的制造方法具備形成硅器件的工序；形成保護膜以及開口的工序；形成種晶1406的工序；對種晶1406進行退火的工序；形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1412的工序；形成與第1傳導(dǎo)型相反的傳導(dǎo)型的第2傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1414的工序；形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1416的工序；以及形成發(fā)光部、感光部、或者異質(zhì)結(jié)晶體管的工序。 在形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1412的工序與形成第2傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1414的工序之間、以及在形成第2傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1414的工序與形成第1傳導(dǎo)型的半導(dǎo)體1412的工序之間， 也可以還具備形成低載流子濃度半導(dǎo)體的工序。在形成硅器件的工序中，如圖15所示，在包含硅的基底基板1402之上形成作為硅器件的晶體管T11、T12、T13以及Τ14。在該硅器件中，活性區(qū)域形成在硅上。接著，在基底基板1402上形成N勢阱1451、P勢阱1461、以及元件分離絕緣層1472。基底基板1402可以是硅基板。N勢阱1451是如下地形成的。首先，在基底基板1402的表面例如通過熱氧化法來形成氧化硅膜。接著，通過蝕刻等光刻法來在N勢阱形成預(yù)定部的氧化硅膜上形成開口。 通過將該氧化硅膜作為掩模注入磷(P)等的5族元素離子來形成N勢阱1451。P勢阱1461 是通過以與N勢阱相同的方法來注入硼(B)等3族元素離子來形成的。元件分離絕緣層1472的形成如下。在基底基板1402的表面形成氧化硅膜和氮化硅膜。通過蝕刻等光刻法來在形成元件分離絕緣層1472的預(yù)定部分形成氧化膜以及氮化膜的開口。之后，通過干蝕刻來形成溝道。通過CVD法來在溝道堆積氧化硅。通過化學(xué)機械研磨法(有時稱為CMP法。)來消除多余的氧化硅膜，完成元件分離絕緣層1472。接著，在N勢阱1451以及P勢阱1461之上形成柵極絕緣膜1458，形成柵極電極 1454、柵極電極1464。首先，通過熱氧化法來形成氧化硅膜，該氧化硅膜形成柵極絕緣膜 1458。接著，通過CVD法來形成摻雜了磷(P)的多晶硅膜。之后，通過蝕刻等光刻法來形成柵極電極14Μ以及柵極電極1464。接著，形成源極1452、漏極1456、漏極1462、源極1466。P型的源極1452以及漏極1456是首先通過蝕刻等光刻法來在形成P型的源極1452以及漏極1456的預(yù)定部位將具有開口的氧化硅膜作為掩模注入硼(B)等3族元素離子來形成的。N型的漏極1462和源極1466是首先通過蝕刻等光刻法來在形成N型的漏極1462和源極1466的預(yù)定部位將具有開口的氧化硅膜作為掩模注入磷(P)等5族元素離子來形成的。在形成保護膜1404以及開口 1405的工序中，如圖16所示，將覆蓋作為硅器件的晶體管Τ11、Τ12、Τ13、以及Τ14的保護膜1404形成在基底基板1402之上。在保護膜1404 上形成到達基底基板1402的開口 1405。保護膜1404是通過如下來形成的通過熱氧化法來形成氧化硅膜，通過蝕刻等光刻法來在形成種晶1406的預(yù)定的部位形成到達基底基板 1402的表面的開口 1405。在形成種晶1406的工序中，在開口 1405的內(nèi)部通過選擇外延生長法來形成組成為 C^SUGeuSnhh^ (0 彡 xl < 1、0 ^ yl ^ 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl 彡 1)的種晶1406。種晶1406是例如通過外延生長法來形成的。外延生長法例如包含CVD法、MOCVD 法、MBE法、以及ALD法。在保護膜1404的表面中阻擋種晶1406的外延生長，因此種晶1406 在開口 1405的內(nèi)部選擇性地進行外延生成。
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在對種晶1406進行退火的工序中，如圖16所示，加熱種晶1406來進行退火。不將基底基板1402暴露在大氣中來實施上述種晶1406形成的工序、以及對種晶1406進行退火的工序。也可以分為多個步驟來實施對種晶1406進行退火的工序。在形成半導(dǎo)體1412的工序、形成半導(dǎo)體1414的工序、以及形成半導(dǎo)體1416的工序中，首先如圖17所示，在多個種晶1406的各個中選擇外延生長緩沖層1408，進而在緩沖層1408之上依次選擇外延生長半導(dǎo)體1412、半導(dǎo)體1414、以及半導(dǎo)體1416。緩沖層1408、 半導(dǎo)體1412、半導(dǎo)體1414、以及半導(dǎo)體1416可以晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配于已經(jīng)進行過退火的種晶1406。緩沖層1408、半導(dǎo)體1412、半導(dǎo)體1414、以及半導(dǎo)體1416可以是4族半導(dǎo)體或者 3-5族化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體1412、半導(dǎo)體14Hm以及半導(dǎo)體1416在半導(dǎo)體結(jié)界面附近具有空間電荷區(qū)域。外延生長法例如包含CVD法、MOCVD法、MBE法、以及ALD法。在形成發(fā)光部、感光部、或者異質(zhì)結(jié)晶體管的工序中，如圖14所示，形成異質(zhì)結(jié)晶體管T01、T02、T03、以及T04。形成晶體管TOl等的工藝可以是與光器件1100的制造方法相同的工藝。另外，在形成硅器件Tll等的工序之后，可以將硅器件的溫度保持為小于等于 600°C。經(jīng)由以上的工序，完成光器件1400。圖18表示作為其它實施方式的光器件1800的截面的一個例子。圖18表示放大圖 14所示的光器件1400的右邊一半、在光器件1400中形成布線等的例子。例如作為硅器件的晶體管T12的源極1466通過接點1884和布線1886結(jié)合于晶體管TOl的基極電極1442。 在該例子中，TOl的發(fā)射極-基極結(jié)是發(fā)光部，晶體管T12是驅(qū)動其發(fā)光部的開關(guān)。圖19和圖20表示光器件1800的制造過程中的截面例子。下面，使用附圖來說明光器件1800的制造方法。光器件1800的制造方法具有形成鈍化膜1882的工序、露出連接部的工序、以及進行結(jié)合的工序。在形成鈍化膜1882的工序中，如圖19所示，形成鈍化膜1882，通過CMP法來平坦化鈍化膜1882的表面。鈍化膜1882例如是硅氧化膜、硅氮化膜、金屬氧化膜。鈍化膜1882 例如是通過CVD法、濺射法來形成的。在露出連接部的工序中，消除鈍化膜1882以及保護膜1404的至少一部分，如圖20 所示，形成開口 1885，露出結(jié)合在硅器件的連接部。消除鈍化膜1882等的方法例如是蝕刻等光刻法。在進行結(jié)合的工序中，如圖18所示，在開口 1885上形成接點1884，而且形成布線 1886，結(jié)合晶體管TOl和晶體管T12。經(jīng)由以上的工序，完成光器件1800。在以上的工序中，硅器件的溫度保持為小于等于600°C，優(yōu)選是保持為小于等于 450°C。在本實施方式中，形成具有發(fā)光部的發(fā)光元件以及具有感光部的感光元件、驅(qū)動用晶體管、放大用晶體管、以及周邊電路的硅器件整體地形成在同一基板。其結(jié)果是維持通過異質(zhì)結(jié)化合物半導(dǎo)體形成的光器件的高靈敏度、高速動作的優(yōu)點、且整體電路的集成度得到提高，實現(xiàn)光器件的小型化。(實施例1)下面，說明制作了圖8所示的半導(dǎo)體基板800的實施例1。作為基底基板802，準(zhǔn)備了市場銷售的硅晶片。作為阻擋層804，在基底基板802的表面通過熱氧化法來形成了 SiO2層。SiO2層的厚度的平均值是1 μ m。通過光刻法，在作為阻擋層804的SiO2層的一部分中形成開口 805。開口 805的大小是15μπιΧ15μπι。將具有形成了開口 805的阻擋層804的基底基板802設(shè)置在CVD制膜裝置(反應(yīng)爐)內(nèi)。之后，在阻擋層804的開口 805內(nèi)作為種晶806而選擇性地形成了 Ge結(jié)晶層。Ge 結(jié)晶層是以原料氣體為GeH4、反應(yīng)爐內(nèi)壓力為2. 6kPa、生長溫度為400°C的條件來首先成膜到約20nm的厚度為止。之后，將生長溫度升溫到600°C，將Ge結(jié)晶層進一步成膜，成為約 Iym的厚度為止。接著，照射包含與Si結(jié)晶相比更容易被Ge結(jié)晶吸收的波長的紅外線的燈光，選擇性地加熱Ge結(jié)晶，對Ge結(jié)晶進行了退火。退火的條件是800°C、10分鐘。接著，將進行退火的Ge結(jié)晶作為種晶層，在該Ge結(jié)晶之上通過MOCVD法來選擇外延生長3_5族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶。通過3-5族化合物半導(dǎo)體結(jié)晶的選擇外延生長來形成了緩沖層808、N型的半導(dǎo)體812、P型的半導(dǎo)體814以及N型的半導(dǎo)體816。緩沖層808的形成是分為2步來進行的。在反應(yīng)爐內(nèi)壓力為0. Iatm、生長溫度為 550°C、三甲基鎵(TMG)的流量為5cc/分鐘、三氫化砷(AsH3)的流量為500cc/分鐘、高純度氫氣載氣的流量為801/分鐘的條件下，以生長速度1 μ m/hr層疊了 30nm左右的GaAs層。 之后，暫且停止三甲基鎵供給，中斷了 GaAs的結(jié)晶生長。之后，維持三氫化砷/氫氣環(huán)境，將生長溫度升溫到650°C為止，使溫度穩(wěn)定化。之后，再次開始三甲基鎵的供給，形成了 Iym 的厚度的緩沖層808 (非摻雜GaAs層)。作為N型的半導(dǎo)體812，形成了厚度Ιμπι的N型GaAs。通過在用于緩沖層808的生長的氣體中作為雜質(zhì)氣體添加乙硅烷，摻雜作為N型雜質(zhì)元素的Si來形成了 N型GaAs。 在N型GaAs的形成中，過程中變更了乙硅烷供給量。前半的厚度0. 5 μ m的GaAs層的電子濃度是3X 10wcm3，后半的厚度0. 5 μ m的GaAs層的電子濃度是2X 10"cm3。形成了如以上那樣的2層結(jié)構(gòu)的N型GaAs層。作為P型的半導(dǎo)體814，形成厚度為80nm、空穴濃度為2X1019/cm3的P型GaAs。通過在用于緩沖層808的生長的氣體中作為雜質(zhì)氣體添加溴代三氯甲烷(CCl3Br)，作為P型雜質(zhì)元素摻雜C來形成了 P型GaAs。作為N型的半導(dǎo)體816，形成了依次堆積了 NS hGaP、N型GaAs以及N型InGaAs 的層疊體。停止半導(dǎo)體814的形成時供給的三甲基鎵、溴代三氯甲烷以及三氫化砷氣體的供給，以11/分鐘的流量來導(dǎo)入磷化氫(PH3),置換了反應(yīng)爐內(nèi)的環(huán)境。接著，開始三甲基鎵、 三甲基銦以及乙硅烷的供給，形成了厚度40nm、電子濃度2X 1017、πι3的N型InGaP。之后暫且停止全部的原料氣體的供給，重新開始三氫化砷氣體的供給，置換了反應(yīng)爐內(nèi)的環(huán)境。接著，還開始其它原料氣體的供給，形成了厚度200nm、電子濃度2X 10wcm3的N型GaAs。而且，將生長溫度設(shè)為500°C，形成厚度500nm、濃度2 X 1019/cm3的N型InGaAs，制作了半導(dǎo)體基板800。(實施例2)說明使用由實施例1制作的半導(dǎo)體基板800來制作了圖11所示的光器件1100的實施例2。作為包含在光器件1100的晶體管TOl以及晶體管T02，形成了將半導(dǎo)體基板800 的半導(dǎo)體812、半導(dǎo)體814、以及半導(dǎo)體816層分別用作集電極層、基極層、以及發(fā)射極層的 HB T0省略HB T的形成方法的說明。試驗了晶體管TOl以及晶體管T02的動作的結(jié)果，作為lkA/cm2的集電極電流密度中的電流放大率獲得了 165以及175。確認了晶體管TOl以及晶體管T02作為電流放大元件而正常地進行動作。(實施例3)使用由實施例1制作的半導(dǎo)體基板800來將圖6所示的光器件600制作為發(fā)光器件。從形成為N型的半導(dǎo)體816的N型InGaP、N型GaAs、以及N型InGaAs的層疊體，通過蝕刻消除了 N型InGaAs以及N型GaAs。蝕刻后殘留的N型InGaP與圖6中的半導(dǎo)體114 相當(dāng)。P型的半導(dǎo)體814與圖6中的半導(dǎo)體112相當(dāng)。消除了半導(dǎo)體114(N型半導(dǎo)體)的一部分，露出了半導(dǎo)體112(P型半導(dǎo)體)的表面。通過在半導(dǎo)體114上蒸鍍AuGe/Ni/Au并進行加熱來形成了電極634 (N型歐姆電極)。通過在露出的一部分半導(dǎo)體112 (P型半導(dǎo)體) 上蒸鍍AuSi并進行加熱來形成了電極632 (P型歐姆電極)。當(dāng)向具有這樣形成的PN結(jié)的元件POl施加正向偏置電壓時，觀測了波長約860nm 的發(fā)光。由此，確認了作為發(fā)光器件正常地進行動作。圖21表示向元件POl施加了驅(qū)動電流時的發(fā)光的觀測結(jié)果。橫軸表示施加的驅(qū)動電流，縱軸表示光的輸出。如圖21所示，當(dāng)施加20 70mA范圍的驅(qū)動電流時，觀測到大致與施加電流成比例的強度的發(fā)光。
(實施例4)使用由實施例1制作的半導(dǎo)體基板800來將圖6所示的光器件600制作為感光器件。通過由蝕刻來消除作為N型的半導(dǎo)體816來形成的N型InGaAs、N型GaAs、以及N型 InGaP的層疊體所露出的P型GaAs層，相當(dāng)于圖6中的半導(dǎo)體114。由厚度為0. 5 μ m、電子濃度為3 X IO187Cm3的N型GaAs層、以及厚度為0. 5 μ m、電子濃度為2 X 1016/cm3的N型GaAs 層來構(gòu)成的2層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體812相當(dāng)于圖6中的半導(dǎo)體112層。消除半導(dǎo)體114(P型半導(dǎo)體)的一部分，而且還消除半導(dǎo)體112(N型半導(dǎo)體)中的電子濃度為2 X 1016/cm3的N型GaAs層的一部分，暴露了電子濃度為3X 10wcm3的N型 GaAs層的一部分。通過在半導(dǎo)體114之上蒸鍍AuSi并進行加熱，形成了電極634 (P型歐姆電極)。通過在露出一部分的、電子濃度為3X IOwCm3的N型GaAs層的表面蒸鍍AuGe/ Ni/Au并進行加熱，形成了電極632 (N型歐姆電極)。向在具有這樣形成的PN結(jié)的元件POl照射波長633nm的HeNe激光之后，在電極 632以及電極634之間觀測到與照射激光光強度相應(yīng)的光電流。由此，確認了元件POl作為感光器件而正常進行動作。圖22表示向元件POl入射了激光時的光電流的觀測結(jié)果。橫軸表示激光的強度，縱軸表示光電流。如圖22所示，當(dāng)增加照射的激光的強度時，光電流與激光強度成比例地增加。如以上所述，確認了 使用選擇性地形成在單一的硅基板上的半導(dǎo)體結(jié)晶，整體地形成能夠作為發(fā)光器件、感光器件、以及信號放大使用的異質(zhì)結(jié)晶體管。(實施例5)作為基底基板102，準(zhǔn)備了硅基板(硅晶片)。作為阻擋層104，在基底基板102的表面通過熱氧化法形成了 SiO2層。SiO2層的厚度的平均值是0.1 μ m。通過光刻法，在作為阻擋層104的SiO2層的一部分中形成了開口 105。開口 105的大小設(shè)為20 μ mX 20 μ m。將具有形成了開口 105的阻擋層104的基底基板102設(shè)置在CVD制膜裝置(反應(yīng)爐)的內(nèi)部。之后，在阻擋層104的開口 105內(nèi)作為種晶106而選擇性地形成了 Ge結(jié)晶。 Ge結(jié)晶是以與實施例1相同的條件來形成的。將包含與Si結(jié)晶相比更容易被Ge結(jié)晶吸收的波長的紅外線的燈光向基底基板102的整體進行照射，選擇性地加熱Ge結(jié)晶。通過該加熱來對Ge結(jié)晶進行了退火。在將加熱到800°C的第1退火執(zhí)行了 10分鐘之后，將加熱到680°C的第2退火執(zhí)行10分鐘，重復(fù)10次第1退火以及第2退火。退火是在形成了 Ge結(jié)晶之后，不從反應(yīng)爐中取出基底基板102來實施的。圖23是作為基底基板102的硅基板和形成在這之上的Ge結(jié)晶的界面附近中的截面SEM照片。圖M表示圖23的分析區(qū)域中的能量分散型熒光X線分析的結(jié)果。如圖M 所示，與分析區(qū)域是否比硅基板與Ge結(jié)晶的界面更位于硅基板側(cè)無關(guān)，檢測出Ge元素的強信號。雖然沒有圖示，但是在退火前的相同的觀察中，幾乎沒有檢測出Ge元素的信號，大部分是Si元素的信號。從以上的分析結(jié)果能夠確認Ge原子通過退火擴散在硅基板內(nèi)。該分析結(jié)果表示接觸于基底基板102與種晶106的界面，在基底基板102的內(nèi)部包含組成為SiGe的界面區(qū)域。另外，從Ge原子擴散于硅基板的內(nèi)部的結(jié)果中，種晶106的硅組成yl、和上述的界面區(qū)域的硅組成y3滿足y3 > yl的關(guān)系。以上，通過實施方式說明了本發(fā)明，不過，本發(fā)明的技術(shù)范圍不受以上的實施方式記載的范圍所限定。本行業(yè)專業(yè)人員明白，對上述實施例能夠加以多種多樣的改良和變更。 根據(jù)權(quán)利要求的記載可以明確，實施了這樣的變更和改良的實施方式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍之內(nèi)。符號的說明100半導(dǎo)體基板，102基底基板，104阻擋層，105開口，106晶種結(jié)晶，108緩沖器層，112半導(dǎo)體，114半導(dǎo)體，122半導(dǎo)體接合界面，600光器件，632電極，634電極，800半導(dǎo)體基板，802基底基板，804阻擋層，805開口，806晶種結(jié)晶，808緩沖器層，812半導(dǎo)體，814 半導(dǎo)體，816半導(dǎo)體，擬4半導(dǎo)體接合界面，擬6半導(dǎo)體接合界面，1100光器件，1142基底電極，1144發(fā)射極電極，1146收藏家電極，1400光裝置，1402基底基板，1404保護膜，1405開口，1406晶種結(jié)晶，1408緩沖器層，1412半導(dǎo)體，1414半導(dǎo)體，1416半導(dǎo)體，1424半導(dǎo)體接合界面，1426半導(dǎo)體接合界面，1442基極電極，1444發(fā)射器電極，1446集電極電極，1451勢阱，1452源極，1454門電極，1456漏極，1458柵極絕緣膜，1461勢阱，1462漏極，1464柵極電極，1466源極，1472元件分離絕緣層，1800光器件，1882鈍化膜，1884接點，1885開口，1886 布線
權(quán)利要求
1.一種光器件，具備 基底基板，其包含硅；多個種晶，其設(shè)置于所述基底基板上；以及多個3-5族化合物半導(dǎo)體，與所述多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配， 其中，在所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個中形成光電半導(dǎo)體，該光電半導(dǎo)體包含根據(jù)供給的驅(qū)動電流而輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體、或者接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體，在所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有所述光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個3-5族化合物半導(dǎo)體中形成有異質(zhì)結(jié)晶體管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光器件，所述異質(zhì)結(jié)晶體管向所述發(fā)光半導(dǎo)體供給所述驅(qū)動電流、或者放大所述光電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光器件，還具備阻擋層，該阻擋層形成在所述基底基板的上方，具有露出所述基底基板的至少一部分的區(qū)域的多個開口，阻擋結(jié)晶生長，所述多個種晶形成在所述多個開口的內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光器件，所述多個種晶是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl，其中，0 ^ xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0 < xl+yl+zl ( 1，所述發(fā)光半導(dǎo)體以及所述感光半導(dǎo)體是3-5族化合物半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光器件， 所述光電半導(dǎo)體具備第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)； 第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示與所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；以及低載流子濃度半導(dǎo)體，形成在所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及所述第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體之間、 載流子濃度比所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及所述第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體還低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光器件，還具備硅器件，該硅器件形成在所述基底基板的由硅構(gòu)成的區(qū)域， 所述光電半導(dǎo)體與所述硅器件電結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光器件，在所述光電半導(dǎo)體具有所述發(fā)光半導(dǎo)體的情況下，所述硅器件向所述發(fā)光半導(dǎo)體供給所述驅(qū)動電流，在所述光電半導(dǎo)體具有所述感光半導(dǎo)體的情況下，所述硅器件放大所述光電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光器件，所述光電半導(dǎo)體經(jīng)由所述異質(zhì)結(jié)晶體管電結(jié)合于所述硅器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光器件，在所述光電半導(dǎo)體具有所述發(fā)光半導(dǎo)體的情況下，所述硅器件輸出控制所述異質(zhì)結(jié)晶體管的控制信號，當(dāng)所述光電半導(dǎo)體具有所述感光半導(dǎo)體時，所述硅器件放大所述異質(zhì)結(jié)晶體管所輸出的電信號。
10.一種半導(dǎo)體基板，具備基底基板，其包含硅；多個種晶，其設(shè)置于所述基底基板的上方；以及多個3-5族化合物半導(dǎo)體，與所述多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配；其中，所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個為具有光電半導(dǎo)體的半導(dǎo)體，該光電半導(dǎo)體是能夠成為根據(jù)被供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體的半導(dǎo)體、或者是能夠成為接受光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的半導(dǎo)體；所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中，具有所述光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個3-5族化合物半導(dǎo)體是能夠形成異質(zhì)結(jié)晶體管的半導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板，所述異質(zhì)結(jié)晶體管向所述發(fā)光半導(dǎo)體供給所述驅(qū)動電流、或者放大所述光電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板，還具備阻擋層，該阻擋層形成在所述基底基板的上方，具有露出所述基底基板的至少一部分的區(qū)域的多個開口，阻擋結(jié)晶生長，所述多個種晶形成在所述多個開口的內(nèi)部。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板，所述多個種晶是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl，其中，0 ^ xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0<xl+yl+zl ( 1。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板， 所述基底基板與所述多個種晶接觸，在所述基底基板內(nèi)，包含與所述基底基板與所述多個種晶之間的界面相接且組成為 Cx3Siy3Gez3Sni_x3_y3_z3 的界面區(qū)域，其中，0 彡 x3 < 1、0 < y3 彡 1、0 彡 z3 彡 1、且 0<x3+y3+z3 ( 1，與所述多個種晶的硅組成yl相比，所述界面區(qū)域的硅組成y3大。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板， 所述光電半導(dǎo)體具備第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)； 第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體，包含顯示與所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)；以及低載流子濃度半導(dǎo)體，形成在所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及所述第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體之間、 載流子濃度比所述第1傳導(dǎo)型半導(dǎo)體以及所述第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體還低。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體基板，所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體分別為，具有能夠根據(jù)被供給的驅(qū)動電流而輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體或者能夠接受光的照射而產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的光電半導(dǎo)體、以及能夠形成異質(zhì)結(jié)晶體管的半導(dǎo)體。
17.一種光器件的制造方法，具備在包含硅的基底基板上形成多個種晶的步驟；使與所述多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟；在所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個中形成包含根據(jù)供給的驅(qū)動電流而輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體或者接受光的照射而產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體的光電半導(dǎo)體的步驟；在所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有所述光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個3-5族化合物半導(dǎo)體中形成異質(zhì)結(jié)晶體管的步驟；以及連接所述光電半導(dǎo)體和所述異質(zhì)結(jié)晶體管的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光器件的制造方法，還具備如下步驟 在所述基底基板的由所述硅構(gòu)成的區(qū)域中形成硅器件；以及將覆蓋所述硅器件的保護膜形成在所述基底基板的上方，在所述保護膜中形成具有露出所述基底基板的至少一部分的開口，其中，在形成所述多個種晶的步驟中，在所述開口的內(nèi)部通過選擇性外延生長法來形成組成為CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl的多個種晶，其中，0 ^ xl < 1、0彡yl彡1、0彡zl彡1、且0<xl+yl+zl ( 1，在形成所述光電半導(dǎo)體的步驟以及形成所述異質(zhì)結(jié)晶體管的步驟之后，還具備如下步驟去除所述保護膜的至少一部分來露出所述硅器件的至少一部分的步驟；以及將從所述發(fā)光半導(dǎo)體、所述感光半導(dǎo)體、以及所述異質(zhì)結(jié)晶體管中選擇的至少一個結(jié)合于所述硅器件的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光器件的制造方法，在所述硅器件形成的步驟之后，將所述硅器件的溫度保持為600°C以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光器件的制造方法，所述多個種晶是 CxlSiylGezlSni_xl_yl_zl，其中，0 ^ xl < 1、0 彡 yl 彡 1、0 彡 zl 彡 1、且 0<xl+yl+zl ( 1。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光器件的制造方法，在形成所述多個種晶的步驟中，是在所述基底基板上相互分離地形成所述多個種晶。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光器件的制造方法， 還具備對所述多個種晶進行退火的步驟，在形成所述多個種晶的步驟、以及對所述多個種晶進行退火的步驟中，以不將所述基底基板暴露在大氣中的方式來實施。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光器件的制造方法，以不將所述基底基板暴露在大氣中的方式來實施對所述多個種晶進行退火的步驟、以及使所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟。
24.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具備在包含硅的基底基板的上方形成多個種晶的步驟； 對所述多個種晶進行退火的步驟；以及使與所述多個種晶分別晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配的多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟； 其中，在使所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟中，在所述退火后的多個種晶的各個中使包含P型或者N型的第1傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第 1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長；在所述多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體的各個中使包含顯示與所述多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體相反的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長；在所述多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體的各個中使包含顯示與所述多個第1傳導(dǎo)型第1半導(dǎo)體相同的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的多個第1傳導(dǎo)型第2半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，在形成所述多個種晶的步驟之前，還具備在所述基底基板的上方形成具有露出所述基底基板的至少一部分的開口、以阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；在形成所述多個種晶的步驟中，在所述開口的內(nèi)部使所述多個種晶選擇性外延生長， 在使所述多個3-5族化合物半導(dǎo)體進行結(jié)晶生長的步驟中，使所述多個第1傳導(dǎo)型第 1半導(dǎo)體、所述多個第2傳導(dǎo)型半導(dǎo)體、以及所述多個第1傳導(dǎo)型第2半導(dǎo)體選擇性外延生長。
全文摘要
提供一種光器件，具備基底基板，包含硅；多個種晶，設(shè)置在基底基板上；以及多個3-5族化合物半導(dǎo)體，與多個種晶晶格匹配或者準(zhǔn)晶格匹配，其中，在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的至少一個中形成有光電半導(dǎo)體，該光電半導(dǎo)體包含根據(jù)供給的驅(qū)動電流來輸出光的發(fā)光半導(dǎo)體、或者接收光的照射來產(chǎn)生光電流的感光半導(dǎo)體，在多個3-5族化合物半導(dǎo)體中的具有光電半導(dǎo)體的3-5族化合物半導(dǎo)體以外的至少一個的3-5族化合物半導(dǎo)體中形成有異質(zhì)結(jié)晶體管。
文檔編號H01L21/8248GK102449785SQ201080023898
公開日2012年5月9日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月5日
發(fā)明者山中貞則, 秦雅彥, 高田朋幸 申請人:住友化學(xué)株式會社