JP5943341B2 - Method for producing single crystal GeSn-containing material - Google Patents
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Description
本発明は、単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法および単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板に関する。 The present invention relates to a method for producing a single crystal GeSn-containing material and a single crystal GeSn-containing material substrate.
最先端のＳｉ−ＬＳＩではＭＯＳＦＥＴの微細化によってＳｉ−ＬＳＩの性能向上を達成してきたが、ＭＯＳＦＥＴの微細化の限界のため、キャリアが走行するチャネルに対して高移動度材料（Ｇｅや歪みＧｅ等）を用いる手法が検討されている。また、Ｓｉ−ＬＳＩのスイッチング素子だけでなく、Ｓｉ−ＬＳＩに光配線をチップレベルで導入することが検討されている。光配線の発光素子および受光素子の代表的な材料がＧｅである。Ｓｉ−ＬＳＩの更なる性能向上を実現するためには、Ｇｅ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＧＯＩ）構造が必要だが、ＧＯＩ構造の作製法に問題があり、新しい手法が求められている。 In the most advanced Si-LSI, the performance of Si-LSI has been improved by miniaturization of MOSFET. However, due to the limitation of miniaturization of MOSFET, high mobility materials (Ge and strained Ge) Etc.) are being studied. In addition to Si-LSI switching elements, it has been studied to introduce optical wiring into Si-LSI at the chip level. A typical material for the light emitting element and the light receiving element of the optical wiring is Ge. A Ge-on-insulator (GOI) structure is necessary to realize further performance improvement of Si-LSI, but there is a problem in the method of manufacturing the GOI structure, and a new method is required.
非特許文献１及び非特許文献２には、ＧＯＩ構造の新たな作製法として急速加熱液相エピタキシャル成長に関する技術が開示されている。さらに、特許文献１には、Ｇｅ基板上に薄膜単結晶ＧｅＳｎ層を多層に積み上げることで単結晶ＧｅＳｎ層を形成する技術が開示されている。 Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a technique related to rapid heating liquid phase epitaxial growth as a new method for producing a GOI structure. Further, Patent Document 1 discloses a technique for forming a single crystal GeSn layer by stacking thin single crystal GeSn layers on a Ge substrate in multiple layers.
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２に開示の技術では、Ｇｅの融点（９３８度）以上でＧｅ含有基板を熱処理する必要があった。高温による熱処理のため、採用し得る基板の材料が限定される。例えば樹脂基板やガラス基板は採用し得ない。また、特許文献１に開示の技術では、化学蒸着によって薄膜単結晶ＧｅＳｎ層を多層に積み上げるため、積層速度の高速化に限界があり、さらに作製された単結晶ＧｅＳｎ層には格子欠陥が多く存在する。 However, with the techniques disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, it was necessary to heat treat the Ge-containing substrate at a melting point of Ge (938 degrees) or higher. Substrate materials that can be used are limited because of heat treatment at high temperatures. For example, a resin substrate or a glass substrate cannot be adopted. Further, in the technique disclosed in Patent Document 1, since thin single crystal GeSn layers are stacked in multiple layers by chemical vapor deposition, there is a limit to increasing the stacking speed, and there are many lattice defects in the manufactured single crystal GeSn layer. To do.
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、Ｇｅ層やＳｉＧｅ層にＳｎを添加することでＧｅの歪み量を増加させること、Ｇｅ層やＳｉＧｅ層にＳｎを添加することで単結晶状ＧｅＳｎ含有層の成長温度を下げること、更には、単結晶状ＧｅＳｎ含有層の積層速度を高速化することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and by adding Sn to the Ge layer or SiGe layer, the amount of strain of Ge is increased, and by adding Sn to the Ge layer or SiGe layer, a single crystal form is obtained. The object is to lower the growth temperature of the GeSn-containing layer and to increase the stacking speed of the single crystal GeSn-containing layer.
本発明による単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法は、保持基板に保持されたアモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を用意する用意工程と、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を加熱する加熱工程と前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を冷却する冷却工程とを包含する。 The method for producing a single crystal GeSn-containing material according to the present invention includes a preparation step of preparing an amorphous GeSn-containing material held on a holding substrate, a heating step of heating the amorphous GeSn-containing material, and the amorphous GeSn-containing material. Cooling step.
ある実施形態において、前記加熱工程は、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料の融点温度以上にまで昇温することにより実行される。 In one embodiment, the heating step is performed by raising the temperature of the amorphous GeSn-containing material to a temperature equal to or higher than the melting point temperature of the amorphous GeSn-containing material.
ある実施形態において、前記加熱工程は、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を前記アモルファス状ＧｅＳｎ材料の融点温度未満にまで昇温することにより実行される。 In one embodiment, the heating step is performed by raising the temperature of the amorphous GeSn-containing material to below the melting point temperature of the amorphous GeSn material.
ある実施形態において、前記冷却工程は、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を自然冷却することにより実行される。 In one embodiment, the cooling step is performed by naturally cooling the amorphous GeSn-containing material.
ある実施形態において、前記冷却工程は、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を一定速度で冷却することにより実行される。 In one embodiment, the cooling step is performed by cooling the amorphous GeSn-containing material at a constant rate.
ある実施形態において、前記加熱工程は、不活性ガス雰囲気中で実行される。 In one embodiment, the heating step is performed in an inert gas atmosphere.
ある実施形態において、前記用意工程は、前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料の上にＳｉＯ2層を積層する積層工程を包含する。 In one embodiment, the preparing step includes a stacking step of stacking a SiO 2 layer on the amorphous GeSn-containing material.
ある実施形態において、前記保持基板は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、単結晶Ｇｅ／Ｓｉ基板、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板のうちの１つである。 In one embodiment, the holding substrate is one of a Si substrate, a Ge substrate, a single crystal Ge / Si substrate, and a Si / SiO 2 / Si substrate.
本発明の単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板は、保持基板と、前記保持基板に保持された単結晶状ＧｅＳｎ含有材料であって、上記に記載の単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法によって製造された単結晶状ＧｅＳｎ含有材料とを備える。 The single-crystal GeSn-containing material substrate of the present invention is a holding substrate and the single-crystal GeSn-containing material held on the holding substrate, and is manufactured by the method for manufacturing a single-crystal GeSn-containing material described above. A single crystal GeSn-containing material.
ある実施形態において、前記単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の上にＳｉＯ2層が積層されている。 In one embodiment, a SiO 2 layer is laminated on the single crystal GeSn-containing material.
ある実施形態において、前記保持基板は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、単結晶Ｇｅ／Ｓｉ基板、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板のうちの１つである。 In one embodiment, the holding substrate is one of a Si substrate, a Ge substrate, a single crystal Ge / Si substrate, and a Si / SiO 2 / Si substrate.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
[単結晶状ＧｅＳｎ層]
図１は、本発明の実施形態における単結晶状ＧｅＳｎ層１２０を含む単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の模式図を示す。単結晶状ＧｅＳｎ基板１００は、保持基板１１０と単結晶状ＧｅＳｎ層１２０とＳｉＯ2層１３０とを含む。保持基板１１０は、Ｓｉ基板１１０ａと単結晶Ｇｅ層１１０ｂとを含み、単結晶Ｇｅ層１１０ｂはＳｉ基板１１０ａの上に積層されている。単結晶状ＧｅＳｎ層１２０は単結晶Ｇｅ層１１０ｂの上に積層されている。さらに、ＳｉＯ2層１３０は単結晶状ＧｅＳｎ層１２０の上に積層されている。
[Single-crystal GeSn layer]
FIG. 1 is a schematic diagram of a single crystal GeSn substrate 100 including a single crystal GeSn layer 120 according to an embodiment of the present invention. The single crystal GeSn substrate 100 includes a holding substrate 110, a single crystal GeSn layer 120, and a SiO 2 layer 130. The holding substrate 110 includes a Si substrate 110a and a single crystal Ge layer 110b, and the single crystal Ge layer 110b is stacked on the Si substrate 110a. The single crystal GeSn layer 120 is stacked on the single crystal Ge layer 110b. Further, the SiO 2 layer 130 is stacked on the single crystal GeSn layer 120.
本発明の実施形態において、保持基板１１０はＳｉ基板１１０ａと単結晶Ｇｅ層１１０ｂとを含むことに限定されない。単結晶状ＧｅＳｎ層１２０が保持基板１１０の上に積層され得る限りは、例えば、保持基板１１０は、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板のうちの１つであり得る。Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板においては、Ｓｉ基板の上にＳｉＯ2層が積層され、ＳｉＯ2層の上にＳｉ層が積層される。 In the embodiment of the present invention, the holding substrate 110 is not limited to including the Si substrate 110a and the single crystal Ge layer 110b. As long as the single-crystal GeSn layer 120 can be stacked on the holding substrate 110, for example, the holding substrate 110 can be one of a Si substrate, a Ge substrate, and a Si / SiO 2 / Si substrate. In the Si / SiO 2 / Si substrate, a SiO 2 layer is laminated on the Si substrate, and a Si layer is laminated on the SiO 2 layer.
さらに、本発明の実施形態において、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００は単結晶状ＧｅＳｎ含有層１２０を備えるだけでなく、単結晶状ＧｅＳｎ含有層１２０に代替して単結晶状ＳｉＧｅＳｎ含有層を備え得る。単結晶状ＳｉＧｅＳｎ含有層を備えた基板は、単結晶状ＳｉＧｅＳｎ基板として機能する。 Further, in the embodiment of the present invention, the single crystal GeSn substrate 100 may include not only the single crystal GeSn-containing layer 120 but also a single crystal SiGeSn-containing layer instead of the single crystal GeSn-containing layer 120. The substrate provided with the single crystal SiGeSn-containing layer functions as a single crystal SiGeSn substrate.
さらにまた、本発明の実施形態において、ＳｉＯ2層１３０を含むことに限定されない。保持基板１１０の上に単結晶状ＧｅＳｎ含有層１２０が積層されている限りは、ＳｉＯ2層１３０は必須ではない。更に、保持基板１１０も必須ではない。 Furthermore, the embodiment of the present invention is not limited to including the SiO 2 layer 130. As long as the monocrystalline GeSn-containing layer 120 is laminated on the holding substrate 110, the SiO 2 layer 130 is not essential. Further, the holding substrate 110 is not essential.
[単結晶状ＧｅＳｎ基板製造方法]
図２は、本発明の実施形態における単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ３０２、ステップＳ３０４を実行することによって、アモルファス状ＧｅＳｎ基板２００から単結晶状ＧｅＳｎ基板１００が製造される。アモルファス状ＧｅＳｎ基板２００は、保持基板１１０とアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０とＳｉＯ2層１３０とを含む。アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０は保持基板１１０の上に積層されている。さらに、ＳｉＯ2層１３０はアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の上に積層されている。
[Single Crystal GeSn Substrate Manufacturing Method]
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing the single crystal GeSn substrate 100 in the embodiment of the present invention. By executing step S302 and step S304, the single crystal GeSn substrate 100 is manufactured from the amorphous GeSn substrate 200. The amorphous GeSn substrate 200 includes a holding substrate 110, an amorphous GeSn layer 220, and a SiO 2 layer 130. The amorphous GeSn layer 220 is stacked on the holding substrate 110. Further, the SiO 2 layer 130 is laminated on the amorphous GeSn layer 220.
以下、ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を説明する。 Hereinafter, step S302 and step S304 will be described.
ステップＳ３０２：保持基板１１０に保持されたアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を用意する。 Step S302: An amorphous GeSn layer 220 held on the holding substrate 110 is prepared.
ステップＳ３０２は、アモルファス状ＧｅＳｎ基板２００を用意することで実行し得るが、保持基板１１０の上にアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を積層し、更にアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の上にＳｉＯ2層１３０を積層する工程によっても実行され得る。 Step S302 can be performed by preparing the amorphous GeSn substrate 200, but the amorphous GeSn layer 220 is stacked on the holding substrate 110, and the SiO 2 layer 130 is further stacked on the amorphous GeSn layer 220. It can also be performed by a process.
ステップＳ３０２を実行した後に、ステップＳ３０４を実行する。 After executing step S302, step S304 is executed.
ステップＳ３０４：アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を加熱し、さらに、加熱したアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を冷却する。 Step S304: The amorphous GeSn layer 220 is heated, and further, the heated amorphous GeSn layer 220 is cooled.
アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０への加熱は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０をアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の融点温度以上にまで昇温することにより実行されるが、昇温温度は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の融点温度未満でもあり得る。昇温スピードは特に限定されないが、例えば、一定速度（例えば、２０℃／ｓｅｃ）であり得る。 The heating of the amorphous GeSn layer 220 is performed by raising the temperature of the amorphous GeSn layer 220 to a temperature equal to or higher than the melting point temperature of the amorphous GeSn layer 220. The temperature rising temperature is the melting point temperature of the amorphous GeSn layer 220. Can be less than. The temperature raising speed is not particularly limited, but may be a constant speed (for example, 20 ° C./sec), for example.
加熱したアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０への冷却は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を自然冷却することにより実行されるが、一定速度（例えば、２０℃／ｓｅｃ）で冷却することでも実行され得る。 The cooling to the heated amorphous GeSn layer 220 is performed by naturally cooling the amorphous GeSn layer 220, but can also be performed by cooling at a constant rate (for example, 20 ° C./sec).
アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０をアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の融点温度以上にまで昇温した後、一定時間温度保持した後に、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を冷却し始める。なお、温度保持時間は、例えば１〜２分であるが、温度を一定時間保持することなくアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を冷却し始めることができる。 After the amorphous GeSn layer 220 is heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the amorphous GeSn layer 220, the amorphous GeSn layer 220 starts to be cooled after the temperature is maintained for a certain time. The temperature holding time is, for example, 1 to 2 minutes, but the amorphous GeSn layer 220 can be started to cool without holding the temperature for a certain time.
なお、加熱・冷却は、不活性ガス雰囲気中（例えばＮ2ガス中）で行い得る。 Heating / cooling can be performed in an inert gas atmosphere (for example, in N 2 gas).
ステップＳ３０４を実行することでアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０が単結晶状ＧｅＳｎ層１２０に結晶化され、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の製造が完成する（ステップＳ３０６）。 By executing Step S304, the amorphous GeSn layer 220 is crystallized into the single crystal GeSn layer 120, and the manufacture of the single crystal GeSn substrate 100 is completed (Step S306).
[単結晶状ＧｅＳｎ基板のＴＥＭ像]
図３は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の断面ＴＥＭ像およびエネルギー分散型X線分析（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）結果を示す。図３で示した単結晶状ＧｅＳｎ基板１００として、Ｓｉ基板１１０ａ上に６４ｎｍ厚のＧｅ層１１０ｂをエピタキシャル成長させたものを用いた。分子線エピタキシー装置を用いて、アモルファス状Ｇｅ1-xＳｎx層を室温で８２ｎｍ蒸着し、さらにスパッタ法にてキャップＳｉＯ2層１３０を１００ｎｍ成膜させた。さらに、Ｎ2雰囲気中で８００℃まで加熱し、１分間温度保持した後、室温にまで自然冷却した。初期Ｓｎ組成は６％であった。
[TEM image of single crystal GeSn substrate]
FIG. 3 shows a cross-sectional TEM image and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) result of the single crystal GeSn substrate 100. As the single-crystal GeSn substrate 100 shown in FIG. 3, the one obtained by epitaxially growing a Ge layer 110b having a thickness of 64 nm on a Si substrate 110a was used. Using a molecular beam epitaxy apparatus, an amorphous Ge 1-x Sn x layer was deposited at a thickness of 82 nm at room temperature, and a cap SiO 2 layer 130 was deposited to a thickness of 100 nm by sputtering. Furthermore, after heating to 800 ° C. in an N 2 atmosphere and maintaining the temperature for 1 minute, it was naturally cooled to room temperature. The initial Sn composition was 6%.
図３（ａ）は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の断面ＴＥＭ像を示す。図３（ｂ）は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００の単結晶状ＧｅＳｎ層１２０とＳｉＯ2層１３０との積層部分の断面ＴＥＭ像を示す。図３（ｃ）は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００のＳｉ基板１１０ａとＧｅ層１１０ｂとの積層部分の断面ＴＥＭ像を示す。Ｇｅ1-xＳｎx（ｘ＝０．０６）の融点（９１０℃）よりも十分低い温度（８００℃）での加熱処理にも関わらず、良好な結晶性を持つ単結晶Ｇｅ1-xＳｎx層が形成されていることがわかる。 FIG. 3A shows a cross-sectional TEM image of the single crystal GeSn substrate 100. FIG. 3B shows a cross-sectional TEM image of a stacked portion of the single crystal GeSn layer 120 and the SiO 2 layer 130 of the single crystal GeSn substrate 100. FIG. 3C shows a cross-sectional TEM image of a stacked portion of the Si substrate 110a and the Ge layer 110b of the single crystal GeSn substrate 100. Despite heat treatment at a temperature (800 ° C.) sufficiently lower than the melting point (910 ° C.) of Ge 1-x Sn x (x = 0.06), single crystal Ge 1-x Sn having good crystallinity It can be seen that the x layer is formed.
図３（ｄ）は、単結晶状ＧｅＳｎ層１２０のＥＤＸ結果を示す。ＥＤＸ結果からＧｅ1-xＳｎxのＳｎ組成は２．４％程度であることが確認できた。 FIG. 3D shows an EDX result of the single crystal GeSn layer 120. From the EDX results, it was confirmed that the Sn composition of Ge 1-x Sn x was about 2.4%.
[ＧｅＳｎ層の測定・評価]
単結晶状ＧｅＳｎ基板１００に含まれるＧｅＳｎ層およびアモルファス状ＧｅＳｎ基板２００に含まれるＧｅＳｎ層をＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析、および電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって測定し、評価した。以下、図４〜図１０を参照して、ＧｅＳｎ層の測定・評価の内容を説明する。
[Measurement and evaluation of GeSn layer]
X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis of the GeSn layer included in the single-crystal GeSn substrate 100 and the GeSn layer included in the amorphous GeSn substrate 200, And was measured and evaluated by Electron Backscatter Diffraction (EBSD). Hereinafter, the contents of measurement / evaluation of the GeSn layer will be described with reference to FIGS.
図４は、ＥＢＳＤを説明する図である。測定原理は以下のとおりである。試料１に電子線２を照射すると、試料表面で生じる電子線後方散乱回折により菊池線回折図形すなわちＥＢＳＤパターン３が観測される。得られたＥＢＳＤパターン３を解析することにより結晶方位を測定することができる。試料１の表面を電子線で走査することによって、試料１の表面の結晶方位分布を得る。 FIG. 4 is a diagram for explaining EBSD. The measurement principle is as follows. When the sample 1 is irradiated with the electron beam 2, the Kikuchi line diffraction pattern, that is, the EBSD pattern 3 is observed by electron beam backscatter diffraction generated on the sample surface. By analyzing the obtained EBSD pattern 3, the crystal orientation can be measured. By scanning the surface of the sample 1 with an electron beam, the crystal orientation distribution on the surface of the sample 1 is obtained.
図５は、ＥＢＳＤの測定対象を説明する図である。測定対象は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００に含まれる単結晶状ＧｅＳｎ層１２０である。始めに単結晶状ＧｅＳｎ基板１００を用意した（図５（ａ）参照）。次に、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００からＳｉＯ2層１３０をフッ酸でエッチングし、単結晶状ＧｅＳｎ層１２０を露出させた（図５（ｂ）参照）。次にＥＢＳＤにより単結晶状ＧｅＳｎ層１２０の表面の結晶性を評価した（図５（ｃ）参照）。測定対象（単結晶状ＧｅＳｎ層１２０）から得られたＥＢＳＤパターンを解析することによって、測定対象の結晶方位を測定することができた。 FIG. 5 is a diagram for explaining an EBSD measurement target. The measurement target is the single crystal GeSn layer 120 included in the single crystal GeSn substrate 100. First, a single crystal GeSn substrate 100 was prepared (see FIG. 5A). Next, the SiO 2 layer 130 was etched from the single crystal GeSn substrate 100 with hydrofluoric acid to expose the single crystal GeSn layer 120 (see FIG. 5B). Next, the crystallinity of the surface of the single crystal GeSn layer 120 was evaluated by EBSD (see FIG. 5C). By analyzing the EBSD pattern obtained from the measurement target (single crystal GeSn layer 120), the crystal orientation of the measurement target could be measured.
図６は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００に含まれるＧｅＳｎ層およびアモルファス状ＧｅＳｎ基板２００に含まれるＧｅＳｎ層の分析結果を示す。 FIG. 6 shows the analysis results of the GeSn layer included in the single crystal GeSn substrate 100 and the GeSn layer included in the amorphous GeSn substrate 200.
図６（ａ）は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０に含まれるＧｅＳｎ層の分析結果を示す。図６（ａ１）はＸＲＤ結果を示し、図６（ａ２）はＸＰＳ分析結果を示し、図６（ａ３）はＥＢＳＤ結果を示す。ＸＲＤ結果によれば、単結晶Ｇｅ層のピーク強度がＧｅＳｎ層を積層する前と比べて変化していないということからＧｅＳｎ層がアモルファス状であることが確認できた。ＥＢＳＤ結果によって、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０に含まれるＧｅＳｎ層はアモルファス状であることが確認できた。 FIG. 6A shows the analysis result of the GeSn layer included in the amorphous GeSn layer 220. 6 (a1) shows the XRD result, FIG. 6 (a2) shows the XPS analysis result, and FIG. 6 (a3) shows the EBSD result. According to the XRD results, it was confirmed that the GeSn layer was amorphous because the peak intensity of the single-crystal Ge layer was not changed compared to before the GeSn layer was laminated. From the EBSD results, it was confirmed that the GeSn layer included in the amorphous GeSn layer 220 was amorphous.
図６（ｂ）は、単結晶状ＧｅＳｎ層１２０に含まれるＧｅＳｎ層の分析結果を示す。単結晶状ＧｅＳｎ層１２０は、昇温８００℃、保持時間１分間の処理後の層であり、図３を参照して説明した単結晶状ＧｅＳｎ層１２０と同一対象である。図６（ｂ１）はＸＲＤ結果を示し、図６（ｂ２）はＸＰＳ分析結果を示し、図６（ｂ３）はＥＢＳＤ結果を示す。ＸＲＤ結果によれば、図６（ａ１）と比較して、ピーク強度が強くなっているということからＧｅＳｎ層が単結晶状であることが確認できた。ＥＢＳＤ結果によって、単結晶状ＧｅＳｎ層１２０に含まれるＧｅＳｎ層が単結晶状であることが確認できた。 FIG. 6B shows the analysis result of the GeSn layer included in the single-crystal GeSn layer 120. The single crystal GeSn layer 120 is a layer after treatment at a temperature of 800 ° C. and a holding time of 1 minute, and is the same object as the single crystal GeSn layer 120 described with reference to FIG. FIG. 6 (b1) shows the XRD result, FIG. 6 (b2) shows the XPS analysis result, and FIG. 6 (b3) shows the EBSD result. According to the XRD result, it was confirmed that the GeSn layer was single crystal because the peak intensity was higher than that in FIG. From the EBSD results, it was confirmed that the GeSn layer included in the single crystal GeSn layer 120 was single crystal.
図６（ｂ１）において、ＸＲＤ結果はＸ線逆格子マップで示される。図６（ｂ３）において、ＧｅＳｎ層は（００１）面を有していることが確認できた。なお、図３（ｄ）からＳｎ組成は２．４％程度と見積もることができる。 In FIG. 6 (b1), the XRD result is shown by an X-ray reciprocal lattice map. In FIG. 6B3, it was confirmed that the GeSn layer had a (001) plane. From FIG. 3D, the Sn composition can be estimated to be about 2.4%.
単結晶状ＧｅＳｎ層１２０に含まれるＧｅＳｎ層の分析結果により、Ｇｅ1-xＳｎx（ｘ＝０．０６）の融点は９１０℃であり、融点よりも極めて低い温度での短時間熱処理でエピタキシャル成長を確認することができた。 According to the analysis result of the GeSn layer included in the single-crystal GeSn layer 120, the melting point of Ge 1-x Sn x (x = 0.06) is 910 ° C., and epitaxial growth is performed by short-time heat treatment at a temperature extremely lower than the melting point. I was able to confirm.
図７は、単結晶状ＧｅＳｎ基板１００に含まれた単結晶状ＧｅＳｎ層１２０のＥＢＳＤの測定結果を示す。具体的には、単結晶状Ｇｅ／Ｓｉ基板に含まれたＧｅＳｎ層と単結晶状Ｇｅ基板に含まれたＧｅＳｎ層とを対象として、熱処理前のアモルファス状ＧｅＳｎ層の初期Ｓｎ組成、熱処理温度、熱処理時間及び熱処理後のＧｅＳｎ層の表面の結晶性を示す。 FIG. 7 shows an EBSD measurement result of the single crystal GeSn layer 120 included in the single crystal GeSn substrate 100. Specifically, for the GeSn layer included in the single crystal Ge / Si substrate and the GeSn layer included in the single crystal Ge substrate, the initial Sn composition of the amorphous GeSn layer before the heat treatment, the heat treatment temperature, The crystallinity of the surface of the GeSn layer after heat processing time and heat processing is shown.
図７において、得られた結晶方位分布を色分けして示している。同じ色であるということは同じ結晶方位であることを示しており、図７はモノクロデータであり、黒色は（００１）面であることを示している。エピタキシャルＧｅ／Ｓｉ基板及びＧｅ基板のいずれも（００１）面を有しており、ＧｅＳｎ層で黒色を示しているということはＧｅＳｎ層も基板と同じ（００１）面を有しており、ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶として結晶化したことが確認できる。 In FIG. 7, the obtained crystal orientation distribution is shown in different colors. The same color indicates the same crystal orientation, FIG. 7 shows monochrome data, and black indicates the (001) plane. Both the epitaxial Ge / Si substrate and the Ge substrate have a (001) plane, and the GeSn layer shows black, which means that the GeSn layer also has the same (001) plane as the substrate. Can be confirmed to be crystallized as a single crystal by epitaxial growth.
初期Ｓｎ組成が６％の場合、エピタキシャルＧｅ／Ｓｉ基板及びＧｅ基板のいずれも５５０℃、１ｍｉｎの熱処理でＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長しており、５００℃以下ではアモルファス構造のままであることが確認できる。しかしながら、初期Ｓｎ組成を１３％にすると５００℃、１ｍｉｎの熱処理でもＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長している。これは、初期Ｓｎ組成を増加させることにより、さらに低温でのエピタキシャル成長ができることを示している。 When the initial Sn composition is 6%, it can be confirmed that the GeSn layer is epitaxially grown by heat treatment at 550 ° C. for 1 min on both the epitaxial Ge / Si substrate and the Ge substrate, and the amorphous structure remains at 500 ° C. or lower. However, when the initial Sn composition is 13%, the GeSn layer is epitaxially grown even at 500 ° C. for 1 min. This indicates that epitaxial growth at a lower temperature can be achieved by increasing the initial Sn composition.
図８は、各種基板に積層されたＧｅＳｎ層（又はＳｉＧｅＳｎ層）を対象とするＸＲＤ結果を示す。図８（ａ）は単結晶Ｇｅ／Ｓｉ基板に積層されたＳｉＧｅＳｎ層（８００℃での熱処理）を対象とするＸＲＤ結果であり、図８（ｂ）は、Ｓｉ基板に積層されたＳｉＧｅＳｎ層（８００℃での熱処理）を対象とするＸＲＤ結果であり、図８（ｃ）は、Ｇｅ基板に積層されたＧｅＳｎ層（６００℃での熱処理）を対象とするＸＲＤ結果であり、図８（ｄ）は、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉ基板に積層されたＳｉＧｅＳｎ層（８００℃での熱処理）を対象とするＸＲＤ結果である。ＥＢＳＤの測定結果をも参照して、ＧｅＳｎ層やＳｉＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認した。 FIG. 8 shows XRD results for GeSn layers (or SiGeSn layers) stacked on various substrates. FIG. 8A shows XRD results for a SiGeSn layer (heat treatment at 800 ° C.) laminated on a single crystal Ge / Si substrate, and FIG. 8B shows a SiGeSn layer laminated on a Si substrate ( FIG. 8C shows the XRD result for the GeSn layer (heat treatment at 600 ° C.) stacked on the Ge substrate, and FIG. 8D shows the XRD result for the heat treatment at 800 ° C. ) Is an XRD result for the SiGeSn layer (heat treatment at 800 ° C.) laminated on the Si / SiO 2 / Si substrate. With reference to the measurement result of EBSD, it was confirmed that the GeSn layer and the SiGeSn layer were single-crystallized by epitaxial growth.
図９は、様々な温度で熱処理して形成されたＧｅＳｎ層（又はＳｉＧｅＳｎ層）を対象とするＸＲＤ結果を示す。保持基板は単結晶Ｇｅ／Ｓｉ基板であり、熱処理時における温度保持時間は１分間である。 FIG. 9 shows XRD results for GeSn layers (or SiGeSn layers) formed by heat treatment at various temperatures. The holding substrate is a single crystal Ge / Si substrate, and the temperature holding time during the heat treatment is 1 minute.
図９（ａ）は、９２８℃で熱処理して形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果である。更に、ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＳｉＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 9A shows an XRD result for a SiGeSn layer formed by heat treatment at 928 ° C. FIG. Further, referring to the measurement results of EBSD, the SiGeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図９（ｂ）は、８００℃で熱処理して形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果である。図３を参照して説明した単結晶状ＧｅＳｎ層１２０と同一対象である。図３（ｄ）からＳｎ組成は２．４％程度と見積もることができる。更に、ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＳｉＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 9B shows an XRD result for a SiGeSn layer formed by heat treatment at 800 ° C. FIG. This is the same object as the single crystal GeSn layer 120 described with reference to FIG. From FIG. 3D, the Sn composition can be estimated to be about 2.4%. Further, referring to the measurement results of EBSD, the SiGeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図９（ｃ）は、７００℃で熱処理して形成されたＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果であり、この反射の位置からＳｎ組成は３．０％程度と見積もることができた。更に、ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 9C shows an XRD result for a GeSn layer formed by heat treatment at 700 ° C., and the Sn composition was estimated to be about 3.0% from the position of this reflection. Further, referring to the measurement result of EBSD, the GeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図９（ｄ）は、６００℃で熱処理して形成されたＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果であり、この反射の位置からＳｎ組成は３．２％程度と見積もることができた。更に、ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 9D shows an XRD result for a GeSn layer formed by heat treatment at 600 ° C., and the Sn composition was estimated to be about 3.2% from the position of this reflection. Further, referring to the measurement result of EBSD, the GeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図９（ｅ）は、５５０℃で熱処理して形成されたＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果であり、この反射の位置からＳｎ組成は３．６％程度と見積もることができた。更に、ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 9E shows an XRD result for a GeSn layer formed by heat treatment at 550 ° C., and the Sn composition was estimated to be about 3.6% from the position of this reflection. Further, referring to the measurement result of EBSD, the GeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０への加熱は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０をアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の融点温度以上にまで昇温することにより実行されるが、図９を参照すれば、昇温温度は、アモルファス状ＧｅＳｎ層２２０の融点温度未満でもあり得ることを確認できる。 The amorphous GeSn layer 220 is heated by raising the temperature of the amorphous GeSn layer 220 to a temperature equal to or higher than the melting point temperature of the amorphous GeSn layer 220. Referring to FIG. It can be confirmed that the temperature may be lower than the melting point temperature of the GeSn layer 220.
図１０は、様々な温度保持時間を導入して熱処理形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とする分析結果を示す。保持基板は単結晶Ｇｅ／Ｓｉ基板であり、熱処理温度は９２８度である。 FIG. 10 shows an analysis result for a SiGeSn layer formed by heat treatment by introducing various temperature holding times. The holding substrate is a single crystal Ge / Si substrate, and the heat treatment temperature is 928 degrees.
図１０（ａ１）は、昇温終了後から冷却開始までの温度保持時間が１分間で熱処理形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果であり、図１０（ａ２）は、温度保持時間が１分間で熱処理形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＰＳ結果である。ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＳｉＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 10 (a1) is an XRD result for the SiGeSn layer formed by heat treatment for 1 minute from the end of the temperature rise to the start of cooling. FIG. 10 (a2) shows the temperature hold time of 1 It is the XPS result for the SiGeSn layer formed by heat treatment in minutes. Referring to the measurement result of EBSD as well, the SiGeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図１０（ｂ１）は、昇温終了後から冷却開始までの温度保持時間が０分間（温度保持時間なし）で熱処理形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＲＤ結果であり、図１０（ｂ２）は、温度保持時間が０分間で熱処理形成されたＳｉＧｅＳｎ層を対象とするＸＰＳ結果である。ＥＢＳＤの測定結果をも参照すればＳｉＧｅＳｎ層は（００１）面を有しており、アモルファス状ＧｅＳｎ層がエピタキシャル成長により単結晶化したことを確認できた。 FIG. 10 (b1) is an XRD result for the SiGeSn layer formed by heat treatment with the temperature holding time from the end of the temperature rise to the start of cooling being 0 minutes (no temperature holding time). FIG. 10 (b2) This is an XPS result for a SiGeSn layer formed by heat treatment with a temperature holding time of 0 minutes. Referring to the measurement result of EBSD as well, the SiGeSn layer had a (001) plane, and it was confirmed that the amorphous GeSn layer was single-crystallized by epitaxial growth.
図１０を参照すれば、温度保持時間は、例えば１〜２分であるが、温度保持することなくアモルファス状ＧｅＳｎ層２２０を冷却し始め得ることが確認できる。 Referring to FIG. 10, the temperature holding time is 1 to 2 minutes, for example, but it can be confirmed that the amorphous GeSn layer 220 can be started to cool without holding the temperature.
以上、図１〜図１０を参照して、本発明による単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法および単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板を説明した。本発明による単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法および単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板によれば、Ｇｅ層にＳｎを添加することでＧｅの歪み量を増加させること、Ｇｅ層にＳｎを添加することで単結晶ＧｅＳｎ層の成長温度を下げること、更には、単結晶ＧｅＳｎ層の積層速度を高速化することが可能になる。Ｓｎの融点は２３２℃で、ＳｉやＧｅに混ぜることにより成長の低温化を促進している。また、一般にはＳｉやＧｅに対するＳｎの固溶度は１％以下であるが、室温でアモルファス状態で混ぜることにより高濃度のＧｅＳｎを形成することができ、また、急速加熱処理によりＳｎの析出前に成長を行い得る。 The method for producing a single crystal GeSn-containing material and the single crystal GeSn-containing material substrate according to the present invention have been described above with reference to FIGS. According to the method for producing a single-crystal GeSn-containing material and the single-crystal GeSn-containing material substrate according to the present invention, the amount of strain of Ge is increased by adding Sn to the Ge layer, and Sn is added to the Ge layer. Thus, it is possible to lower the growth temperature of the single crystal GeSn layer and to increase the stacking speed of the single crystal GeSn layer. The melting point of Sn is 232 ° C., and the growth of the Sn is promoted by mixing with Si or Ge. In general, Sn has a solid solubility of 1% or less with respect to Si or Ge. However, high concentration GeSn can be formed by mixing in an amorphous state at room temperature. You can grow up.
本発明はＳｉ層またはＧｅ基板上にＳｎ添加アモルファスＧｅ層を堆積後、急速昇温熱処理により単結晶ＳｉＧｅＳｎまたは単結晶ＧｅＳｎを形成する方法である。Ｓｎを添加することによりＳｉＧｅＳｎやＧｅＳｎの融点以下の熱処理で単結晶層を形成する点が従来技術と比べ新しく、革新的である。 The present invention is a method of forming single-crystal SiGeSn or single-crystal GeSn by rapid thermal annealing after depositing a Sn-added amorphous Ge layer on a Si layer or Ge substrate. The addition of Sn to form a single crystal layer by heat treatment below the melting point of SiGeSn or GeSn is new and innovative compared to the prior art.
なお、本発明において、単結晶状ＧｅＳｎ基板や単結晶状ＳｉＧｅＳｎ基板は、単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板として機能する。また、単結晶状ＧｅＳｎ層や単結晶状ＳｉＧｅＳｎ層は単結晶状ＧｅＳｎ含有材料として機能する。さらに、アモルファス状ＧｅＳｎ層やアモルファス状ＳｉＧｅＳｎ層はアモルファス状ＧｅＳｎ含有材料として機能する。更にまた、単結晶状ＧｅＳｎ基板の製造方法は単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法として機能する。 In the present invention, the single crystal GeSn substrate or the single crystal SiGeSn substrate functions as a single crystal GeSn-containing material substrate. The single crystal GeSn layer and the single crystal SiGeSn layer function as a single crystal GeSn-containing material. Furthermore, the amorphous GeSn layer and the amorphous SiGeSn layer function as an amorphous GeSn-containing material. Furthermore, the method for producing a single crystal GeSn substrate functions as a method for producing a single crystal GeSn-containing material.
本発明は、様々な工業分野に適用可能である。以下、図１１を参照して、本発明の適用例の一部を説明する。 The present invention is applicable to various industrial fields. Hereinafter, a part of application examples of the present invention will be described with reference to FIG.
[適用例１：ＭＯＳＦＥＴの製造]
ＧＯＩ構造の新たな作製法として急速加熱液相エピタキシャル成長に関する技術があるが、Ｇｅの融点（９３８度）以上でＧｅ含有基板を熱処理する必要があった。しかし、本発明の実施形態によれば、７００℃以下でＧｅ含有基板を熱処理し得るという基板処理の低温化が可能となる。
[Application Example 1: Production of MOSFET]
As a new method for producing a GOI structure, there is a technique related to rapid heating liquid phase epitaxial growth, but it is necessary to heat treat a Ge-containing substrate at a melting point of Ge (938 degrees) or higher. However, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the temperature of the substrate processing such that the Ge-containing substrate can be heat-treated at 700 ° C. or lower.
本発明による単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法および単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板は、ＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン（歪みＧｅをチャンネルとする）、あるいは、ＭＯＳＦＥＴのチャンネル自体に適用し得る。 The method for producing a single-crystal GeSn-containing material and the single-crystal GeSn-containing material substrate according to the present invention can be applied to the source / drain of a MOSFET (with strained Ge as a channel) or the MOSFET channel itself.
[適用例２：ＴＦＴの製造]
ディスプレイの大型化、高機能化のため、ディスプレイで用いられるＴＦＴの高性能化が求められている。ガラス基板上に形成したＳｉやＧｅの結晶化のために様々な手法が検討されているが、単結晶化には至っていない。本発明による単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法および単結晶状ＧｅＳｎ含有材料基板によれば、低温化が可能となりガラス基板上に単結晶ＧｅＳｎを形成することが可能でＴＦＴの大幅な高性能化を実現できる。本発明により作製された単結晶状ＧｅＳｎ含有材料は、TFTのソース・ドレインやＴＦＴのチャンネルに適用し得る。
[Application Example 2: Production of TFT]
In order to increase the size and functionality of displays, there is a demand for higher performance TFTs used in displays. Various methods have been studied for crystallization of Si and Ge formed on a glass substrate, but single crystallization has not been achieved. According to the method for producing a single-crystal GeSn-containing material and the single-crystal GeSn-containing material substrate according to the present invention, the temperature can be lowered and the single-crystal GeSn can be formed on the glass substrate. Can be realized. The single-crystal GeSn-containing material produced according to the present invention can be applied to TFT source / drain and TFT channel.
図１１は、本発明によるＴＦＴ製造工程を示す。始めに、ガラス基板４０２上にゲート電極４０４及びゲート絶縁膜４０６を形成する（（ａ）参照）。次に、インプリントによりガラス基板４０２上にｓｅｅｄ４０８を形成する（（ｂ）参照）。次に、アモルファス状ＧｅＳｎ層４１０を積層する（（ｃ）参照）。次に、アモルファス状ＧｅＳｎ層４１０をパターニングする（（ｄ）参照）。次にＳｉＯ2層４１２を積層する。さらに加熱、冷却することでパターニングしたアモルファス状ＧｅＳｎ層４１０から単結晶状ＳｉＧｅＳｎ層４１４（単結晶状ＧｅＳｎ含有材料）を作製する（（ｅ）参照）。最後に、単結晶状ＳｉＧｅＳｎ層４１２からソース電極４１６とドレイン電極４１８とを形成する（（ｆ）参照）。ガラス基板４０２上にｓｅｅｄ４０８を形成し、アモルファス状ＧｅＳｎ層４１０とＳｉＯ2層４１２とを形成後、本発明の急速加熱処理を施すことで、基板面内への結晶成長が促される。 FIG. 11 shows a TFT manufacturing process according to the present invention. First, a gate electrode 404 and a gate insulating film 406 are formed over a glass substrate 402 (see (a)). Next, seed 408 is formed on the glass substrate 402 by imprinting (see (b)). Next, an amorphous GeSn layer 410 is stacked (see (c)). Next, the amorphous GeSn layer 410 is patterned (see (d)). Next, the SiO 2 layer 412 is laminated. Further, a single crystal SiGeSn layer 414 (single crystal GeSn-containing material) is formed from the amorphous GeSn layer 410 patterned by heating and cooling (see (e)). Finally, a source electrode 416 and a drain electrode 418 are formed from the single-crystal SiGeSn layer 412 (see (f)). The seed 408 is formed on the glass substrate 402, the amorphous GeSn layer 410 and the SiO 2 layer 412 are formed, and then the rapid heat treatment of the present invention is performed, thereby promoting crystal growth in the substrate surface.
[適用例３：太陽電池の製造]
本発明により作製された単結晶ＳｉＧｅＳｎ（単結晶状ＧｅＳｎ含有材料）は、太陽電池の光吸収層に適用し得る。例えば、本発明の単結晶ＳｉＧｅＳｎを用いた４層接合型太陽電池は、次の工程を実施することで製造される。４層は、例えば、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓ／ＳｉＧｅＳｎ／Ｇｅである。始めにＧｅ基板上にアモルファス状ＳｉＧｅＳｎを成膜する。次にＳｉＯ2層（キャップ層）を形成後、急速加熱処理により結晶成長を行う。次に、ＳｉＯ2層を剥離し、ＭＯＣＶＤでＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｓを積層する。
[Application Example 3: Production of solar cell]
The single crystal SiGeSn (single crystal GeSn-containing material) produced according to the present invention can be applied to the light absorption layer of a solar cell. For example, a four-layer junction solar cell using single crystal SiGeSn of the present invention is manufactured by performing the following steps. The four layers are, for example, InGaP / InGaAs / SiGeSn / Ge. First, an amorphous SiGeSn film is formed on a Ge substrate. Next, after forming the SiO 2 layer (cap layer), crystal growth is performed by rapid heating treatment. Next, the SiO 2 layer is peeled off, and InGaP / InGaAs is laminated by MOCVD.
本発明によれば、ＭＯＳＦＥＴ、ＴＦＴ、太陽電池などの様々な工業分野に利用可能である。 The present invention can be used in various industrial fields such as MOSFETs, TFTs, and solar cells.
１００ 単結晶状ＧｅＳｎ基板
１１０ 保持基板
１２０ 単結晶状ＧｅＳｎ層
１３０ ＳｉＯ２層
２００ アモルファス状ＧｅＳｎ基板
２２０ アモルファス状ＧｅＳｎ層
100 Single crystal GeSn substrate 110 Holding substrate 120 Single crystal GeSn layer 130 SiO2 layer 200 Amorphous GeSn substrate 220 Amorphous GeSn layer
Claims (9)
物理成膜法により、Ｇｅ及びＳｎ、あるいはＧｅ、Ｓｎ及びＳｉを保持基板上に蒸着させて、前記保持基板にアモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を保持させる用意工程と、
Ｇｅの融点よりも低い所定温度まで前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を昇温する加熱工程と、
前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を冷却する冷却工程と、
を包含し、集光ランプアニール処理を実施することなく、Ｓｎが析出する前に前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料を結晶化して、前記単結晶ＧｅＳｎ含有材料を製造する、単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a single crystal GeSn-containing material,
The physical deposition method, a preparing step of Ge and Sn, or Ge, by depositing on the holding substrate Sn and Si,, to hold the A Amorphous form GeSn containing material on the holding substrate,
A heating step of heating the amorphous GeSn containing material to a predetermined temperature lower than the melting point of Ge,
A cooling step for cooling the amorphous GeSn-containing material;
And manufacturing the single-crystal GeSn-containing material by crystallizing the amorphous GeSn-containing material before Sn is precipitated without performing a condensing lamp annealing process. Method.
前記アモルファス状ＧｅＳｎ含有材料の上にＳｉＯ2層を積層する積層工程を包含する、請求項１〜請求項６のうちの１項に記載の単結晶状ＧｅＳｎ含有材料の製造方法。 The preparation step includes
The method for producing a single-crystal GeSn-containing material according to claim 1, comprising a laminating step of laminating an SiO 2 layer on the amorphous GeSn-containing material.
In the said preparation process, Ge and Sn or Ge, Sn, and Si are vapor-deposited using a molecular beam epitaxy apparatus, The manufacture of the single crystal-like GeSn containing material of any one of Claims 1-8. Way .
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