(57)【要約】【課題】ゲルマニウム内に存在する貫通転位を効率良く低減すること。【解決手段】照射制御方法は、実施形態の一例において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程を含む。また、照射制御方法は、実施形態の一例において、レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程を含む。また、照射制御方法は、実施形態の一例において、例えば、基板を室温以上５００℃以下の温度に加熱しつつ、ゲルマニウムに前記レーザを照射することでゲルマニウムを加熱する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、
前記レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程と
を含むことを特徴とする照射制御方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記基板を室温以上５００℃以下の温度に加熱しつつ、前記ゲルマニウムに前記レーザを照射することで前記ゲルマニウムを加熱することを特徴とする請求項１に記載の照射制御方法。
【請求項３】
前記基板の前記任意の面のうち、前記ゲルマニウムが設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられるものであって、
前記加熱工程では、前記基板の任意の面のうち、前記ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射することを特徴とする請求項１に記載の照射制御方法。
【請求項４】
前記レーザの波長は、７００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の照射制御方法。
【請求項５】
前記加熱工程は、前記レーザを１回辺り１０ｎ秒以上１秒以下照射することを特徴とする請求項１に記載の照射制御方法。
【請求項６】
基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、前記レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する制御部
を備えることを特徴とする照射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、照射制御方法及び照射制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、長距離通信に使われていた光通信技術が、近年、サーバ間のデータ通信や基地局のベースバンド部とRF部間の通信などにも使われ始めている。通信量の増大に伴い電気信号による通信では消費電力が大きくなり、その冷却にデータセンタ全体の消費電力の８割が使われており、低消費電力での通信技術が必要になったことが、光通信技術が使われる理由である。また、光通信を使うと伝送帯域が広くなり、レイテンシの問題の解決になることも、光通信技術が使われる理由の一つである。
【０００３】
さらにマルチコア・メニーコアとＣＰＵ（Central  Processing  Unit）の構成が複雑になり、且つ、メモリとの通信速度が速くなりＩ／Ｏピン数の物理的限界とレイテンシの問題から、近い将来、チップ間通信にも光通信技術が使われることが予想される。
【０００４】
従来の光通信用デバイスは、石英系材料がベースで、光回路の曲げ半径がｍｍからｃｍオーダとなり、チップ間通信には不向きであった。しかし屈折率の大きいＳｉをベースとした光回路であれば、曲げ半径がμｍオーダにまで小さくできる結果、チップ間光通信が可能になる。ここで、Ｓｉをベースに光回路を作る技術は、シリコンフォトニクスと呼ばれる。Ｓｉをベースにしているので、製造工程はＣＭＯＳデバイス製造工程と整合性が高く、大量生産によるコスト低減も同時に期待できる。
【０００５】
ここで、ＣＭＯＳ（シーモス、Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor；相補型金属酸化膜半導体）デバイスや電界効果トランジスタの製造において、ゲルマニウムやシリコン・ゲルマニウムが完全に溶ける温度で加熱して再結晶化することで、単結晶のゲルマニウム又はシリコン・ゲルマニウムをトレンチ中に形成する技術がある。また、シリコン上のゲルマニウムを加熱することで貫通転位の密度を低減する手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１４６６８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｈｓｉｎ−Ｃｈｉａｏ  Ｌｕａｎ  ｅｔ  ａｌ．、Ｈｉｇｈ−ｑｕａｌｉｔｙ  Ｇｅ  ｅｐｉｌａｙｅｒｓ  ｏｎ  Ｓｉ  ｗｉｔｈ  ｌｏｗ  ｔｈｒｅａｄｉｎｇ−ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ８，  １９９９、Ｖｏｌｕｍｅ：７５，  Ｉｓｓｕｅ：１９、Ｐａｇｅｓ：２９０９−２９１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した技術では、ゲルマニウム内に存在する貫通転位を効率良く低減できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示する照射制御方法及び照射制御装置は、１つの実施態様において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、前記レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程とを含む。
【発明の効果】
【００１０】
開示する照射制御方法及び照射制御装置の１つの態様によれば、ゲルマニウムに存在する貫通転位を効率良く低減可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。
【図２】図２は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。
【図３】図３は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。
【図４】図４は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。
【図５】図５は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。
【図６】図６は、ゲルマニウム、結晶シリコン、ＳｉＯ２に対して種々の波長のレーザを用いてレーザアニールを行った場合における吸収効率を示す図である。
【図７】図７は、１０７０ｎｍの波長を用いた場合と、９７０ｎｍの波長を用いた場合、８００ｎｍの波長を用いた場合の値を以下に示す表である。
【図８】図８は、レーザアニールを繰り返し行う点について示す図である。
【図９】図９は、実施例１〜実施例６の結果を示す図である。
【図１０】図１０は、実施例１〜実施例６の結果を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例７の結果を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。
【図１３】図１３は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。
【図１４】図１４は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。
【図１５】図１５は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。
【図１６】図１６は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、開示する照射制御方法及び照射制御装置の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施例により開示する発明が限定されるものではない。各実施例は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態における照射制御方法は、１つの実施形態において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する加熱工程と、レーザの照射が繰り返されるように制御する制御工程とを含む。
【００１４】
また、第１の実施形態における照射制御方法では、例えば、１つの実施形態において、加熱工程は、基板を室温以上５００℃以下の温度に加熱しつつ、ゲルマニウムにレーザを照射することでゲルマニウムを加熱する。
【００１５】
また、第１の実施形態における照射制御方法では、例えば、１つの実施形態において、基板の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられる。また、加熱工程では、基板の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射する。
【００１６】
また、第１の実施形態における照射制御方法では、例えば、１つの実施形態において、レーザの波長が、７００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である。
【００１７】
また、第１の実施形態における照射制御方法では、例えば、１つの実施形態において、加熱工程は、レーザを１回辺り１０ｎ秒以上１秒以下照射する。
【００１８】
また、第１の実施形態における照射制御装置は、１つの実施形態において、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する。
【００１９】
（第１の実施形態に係る照射制御方法）
図１は、第１の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。図１の（１）〜（４）のうち、図１の（１）〜（３）は、第１の実施形態に係る照射制御方法の前に先だって行われる。第１の実施形態に係る照射制御方法は、図１の（４）において実行される。以下では、図１の（１）〜（３）の処理は、従来の公知の手法を用いて良く、以下では、
簡単に説明する。
【００２０】
図１の（１）に示すように、所定のパターンを有するマスク層２０をシリコン基板１０上に設ける。マスク層２０は、例えば、ＳｉＯ２である。例えば、シリコン基板１０の面の全面にマスク層を形成し、ゲルマニウムを設ける箇所をエッチングしてシリコン基板１０を露出させることで、所定のパターンを有するマスク層２０を形成する。言い換えると、シリコン基板１０の面のうち所定のパターンの箇所を露出させるマスク層２０を形成する。この結果、後述するように、シリコン基板１０の面のうち、マスク層２０が設けられていない箇所にゲルマニウムを含むゲルマニウム層５０が設けられる。以下では、シリコン基板１０とマスク層２０とにより形成され、図１の（１）の矢印３０示す溝又は穴を「トレンチ」「ホール」とも称する。
【００２１】
そして、図１の（２）に示すように、シリコン基板１０の面のうち露出している箇所にバッファ層４０を形成する。言い換えると、トレンチの底にバッファ層４０を形成する。そして、図１の（３）に示すように、トレンチにゲルマニウム層５０を形成する。例えば、ゲルマニウム層５０は、化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）技術を用いてトレンチやホールに形成される。なお、例えば、シリコン基板１０とゲルマニウム層５０との間にスズなどの添加物が含まれても良く、シリコン基板１０の内部にスズなどの添加物が添加されていても良い。また、バッファ層４０は、省略しても良い。
【００２２】
その後、図１の（４）に示すように、シリコン基板１０の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムを融点より低い任意の温度に加熱する。例えば、レーザアニールにより、ゲルマニウム層５０の温度をゲルマニウムの融点となる９３８．２℃より低い温度になるまで加熱する。
【００２３】
例えば、近赤外レーザ光によるゲルマニウム層５０の選択熱処理を繰り返す。より詳細な一例を上げて説明すると、シリコンウエハまたはＳＯＩウエハ上にゲルマニウムデバイスを作製する際、ゲルマニウム薄膜を堆積させた後、光子エネルギーが０．７７−１．８ｅＶ（波長７００−１６００ｎｍ）の範囲で発振するレーザ光を１０ｎ秒から１秒の時間範囲でゲルマニウム薄膜へ照射し、照射工程を繰り返す。
【００２４】
また、例えば、シリコンウエハまたはＳＯＩウエハ上にシリコン・ゲルマニウム・スズデバイスを作製する技術において、シリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜を成長させた後、光子エネルギーがシリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜のバンドギャップより大きく、かつシリコンで光吸収の小さい１．８ｅＶ以下（波長７００ｎｍ以上）の範囲で発振するレーザ光を１０ｎ秒から１秒の時間範囲でシリコン・ゲルマニウム・スズ薄膜へ照射し、照射工程を繰り返す。
【００２５】
このように、レーザアニールを行うことで、ゲルマニウム中の貫通転位が加熱により移動し、貫通転位同士の相互作用により消滅する。よって、貫通転位密度が低減可能となる。なお、貫通転位が多いと、例えば、暗電流が高くなったり、Ｓ／Ｎ比の劣化や待機時電力が多くなったりする。言い換えると、第１の実施形態によれば、例えば、暗電流が高くなることの抑制、Ｓ／Ｎ比の向上、待機時電力の低下が可能となる。
【００２６】
近年、シリコンウエハあるいはシリコン酸化膜などの絶縁体上にシリコン薄膜が形成されたＳｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＳＯＩ）ウエハを用いて、光・電子回路をモノリシックに集積するシリコンフォトニクスが、通信用光部品の低価格化や低電力化、ＬＳＩの情報処理速度の超高速化の観点から注目されている。シリコンは光通信波長域の１．３〜１．６ｕｍで光吸収のない透明な材料であるため、光信号をチップ上で伝搬する光導波路材料として利用できる。ゲルマニウムは、シリコンと同じＩＶ族半導体である。光通信波長域の１．３〜１．６ｕｍの近赤外光を吸収するため、この波長域の受光素子材料として利用できる。化学気相成長法などのエピタキシャル成長技術を利用してシリコン上にゲルマニウム結晶薄膜を形成し、ｐｉｎ構造などのダイオードを作製することで、シリコン上の近赤外受光器として機能する。シリコン光導波路と集積化された受光器として一部市販化もされている。ただし、微弱な光信号を受光するためには、暗電流の小さな受光器を実現する必要がある。ゲルマニウムはシリコンに比べて、格子定数が大きく、ゲルマニウム結晶の成長過程において格子欠陥が生じ、受光器の暗電流低減の妨げとなっている。また、ゲルマニウムは光通信波長域で動作する光変調器やレーザ光源などの光能動デバイスとしての応用が期待されているが、デバイスの性能向上にゲルマニウム中の格子欠陥低減が共通の課題となっている。従来は、結晶成長後に電気炉やランプ炉を用いた高温熱処理により欠陥の低減がなされてきた。しかし、ゲルマニウムデバイスとともに集積されるシリコン電子・光デバイスは、高温熱処理により動作不良や性能劣化を起こす。従って、ゲルマニウムのみを選択的に熱処理する必要がある。
【００２７】
このような状況下において、第１の実施形態によれば、ゲルマニウム以外が高温になることを回避し、ゲルマニウム結晶層中の格子欠陥を効果的に低減する熱処理を実現可能となる。
【００２８】
また、シリコンウエハあるいはＳＯＩウエハ上へ貫通転位密度の低いゲルマニウム結晶層を低温形成することは困難であるため、ゲルマニウム成長後の高温熱処理は必須である。近赤外レーザ光を１０ｎ秒から１秒の時間照射する工程を繰り返すことにより、ゲルマニウムの選択的な繰り返し熱処理が可能となり、シリコンに熱的損傷を与えることなく、ゲルマニウム中の貫通転位・結晶欠陥を低減できる。第１の実施形態によれば、シリコンデバイス形成後にシリコンデバイスを劣化させることなくゲルマニウム光デバイスを作製することが可能となるため、産業応用上の問題をクリアできる。
【００２９】
ここで、レーザアニールを行う場合には、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱することが可能であれば、任意の波長のレーザを用いて良い。例えば、６５０ｎｍ以上１６５０ｎｍの波長のレーザを用いて良く、より好ましくは、７００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長のレーザを用いる。
【００３０】
また、レーザアニールを行う場合には、任意のレーザ源を用いて良く、例えば、ＹＢ  ｆｉｂｅｒや、ＹＶＯ４（Yttrium  Vanadate）、ＹＡＧ（Yttrium  Aluminum  Garnet）などを用いて良い。また、レーザアニールを行う場合には、例えば、レーザを１回辺り５ｎ秒以上２秒以下照射し、より好ましくは、レーザを１回辺り１０ｎ秒以上１秒以下照射する。ここで、レーザ光の照射時間を、例えば、１０ｎ秒以上１秒以下の範囲に制限することで、ゲルマニウムを急速に昇降温可能となる。また、昇降温時にゲルマニウムに印加される応力により、貫通転位の移動が促進され、貫通転位密度の低減が促進されると考えられる。この結果、例えば、１０ｎ秒以上１秒以下の範囲に時間範囲に制限されたレーザ光照射を繰り返すことで、容易に繰り返し熱処理ができ、効果的に貫通転位密度を低減可能となる。
【００３１】
また、シリコン基板１０の任意の面のうち、ゲルマニウム層５０が設けられていない箇所には、任意のデバイスや配線が設けられる。このことを踏まえ、レーザアニールを用いることで、シリコン基板１０の任意の面のうち、ゲルマニウムが設けられた箇所に選択的にレーザを照射する。言い換えると、任意のデバイスや配線については加熱せず、ゲルマニウム層５０を選択的に加熱することで、任意のデバイスや配線については影響を与えることなく、ゲルマニウム層５０を加熱可能となる。また、シリコンの加熱はゲルマニウムからの熱伝導の影響のみに抑制できるため、他のデバイスへの影響を少なくできる。
【００３２】
また、レーザアニールを行う際、併せて、シリコン基板１０を加熱しても良い。具体的には、シリコン基板１０上に搭載される任意のデバイスや配線に影響を与えない温度に加熱しつつ、例えば、シリコン基板１０を室温（２２℃）以上５００℃以下の温度に加熱しつつ、ゲルマニウム層５０にレーザを照射することでゲルマニウムを加熱しても良い。この結果、シリコン基板１０を加熱していることで、レーザアニールを行う前のゲルマニウム層５０の温度を室温より高くすることができ、ゲルマニウム層５０を加熱する時間を短くすることが可能となる。ゲルマニウム層５０を「９００℃」まで加熱する場合を例に説明する。この場合、シリコン基板１０を加熱しない場合には、室温から「９００℃」まで加熱することになるのに対して、シリコン基板１０を５００℃に加熱しておくことで、ゲルマニウム層５０についても「５００℃」程度まで加熱されることになり、「５００℃」から「９００℃」まで加熱すれば良くなる。この結果、加熱時間を短くすることが可能となり、加熱を繰り返す場合であったとしても、シリコン基板１０を加熱しない手法と比較して加熱に要する時間を短縮可能となる。
【００３３】
図２は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図２に示す例では、レーザ照射装置１００は、レーザを生成するレーザユニット１１０と、レーザユニット１１０において生成されたレーザを用いてレーザアニールを行う光学系ユニット１２０とを有する。レーザユニット１１０と光学系ユニット１２０とは、レーザユニット１１０にて生成されたレーザを光学系ユニット１２０に伝送するレーザ伝送ファイバー１４０で接続される。光学系ユニット１２０は、レーザユニット１１０にて生成されたレーザを受信するビーム形成ユニット１２１と、レーザの出力や照射パルス数、照射位置などを制御するモニタユニット１２２と、１個以上のミラーを使用してレーザを操作するためのガルバノスキャナ１２３と、レーザ操作用のレンズとなるＦθレンズ１２４とを有する。なお、図２に示す例では、ヒータステージ２００上にウエハ２１０が設けられる場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、ヒータステージ２００を用いることなく、ヒータ機能を有さないステージを用いても良い。また、ヒータステージ２００は、レーザ照射装置１００とは別の装置であっても良く、レーザ照射装置１００の一部であっても良い。
【００３４】
図２に示すレーザ照射装置１００では、光学系ユニット１２０又はヒータステージ２００をＸＹ平面上において移動させることで、ウエハ２１０に対してレーザアニールを行う。なお、ウエハ２１０は、上述のシリコン基板１０等に対応する。なお、レーザユニット１１０、光学系ユニット１２０は、ソフトウェア制御されても良い。また、レーザユニット１１０と光学系ユニット１２０とを１つのユニットとしても良い。
【００３５】
図２に示すレーザ照射装置１００では、基板の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱する際に、前記レーザの照射が繰り返されるようにレーザ照射装置を制御する。例えば、光学系ユニット１２０が、ウエハ２１０の任意の面に設けられたゲルマニウムにレーザを照射することで、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱し、その際、レーザの照射が繰り返されるように制御する。なお、レーザ照射装置と、レーザ照射装置によるレーザの照射を制御する装置とは、別装置であっても良い。
【００３６】
図３は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図３に示すレーザ照射装置１００ａでは、図２に示すレーザ照射装置１００の光学系ユニット１２０とは異なり、光学系ユニット１２０ａが、光路折り返しユニット１２５と、露光パターン作成ユニット１２６と、縮小光学ユニット１２７とを有する。なお、露光パターン作成ユニット１２６とは、例えば、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）やＬＣＯＳ−ＳＬＭ（光位相変調）である。
【００３７】
図３に示す光学系ユニット１２０ａでは、光路折り返しユニット１２５は、モニタユニット１２２からのレーザを受け取ると、露光パターン作成ユニット１２６に送る。そして、露光パターン作成ユニット１２６は、レーザを照射するパターンにレーザを形成して光路折り返しユニット１２５に戻す。そして、光路折り返しユニット１２５は、露光パターン作成ユニット１２６からのレーザを縮小光学ユニット１２７に送り、縮小光学ユニット１２７が所定のパターンに形成されたレーザをウエハ２１０に照射する。
【００３８】
図４は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図４に示す例では、レーザ照射装置１００ｂでは、図２に示すレーザ照射装置１００の光学系ユニット１２０とは異なり、光学系ユニット１２０ｂが、光学マスク１２８と、縮小光学ユニット１２７とを有する。
【００３９】
図４に示すレーザ照射装置１００ｂでは、モニタユニット１２２からのレーザは、光学マスク１２８により所定のパターンのレーザとなり、縮小光学ユニット１２７が光学マスク１２８により所定のパターンに形成されたレーザをウエハ２１０に照射する。
【００４０】
図５は、レーザアニールを行うレーザ照射装置の構成例の一例を示す図である。図５に示す例では、レーザ照射装置１００ｃでは、図２に示すレーザ照射装置１００の光学系ユニット１２０とは異なり、メタルマスク１２９を有する。
【００４１】
図５に示すレーザ照射装置１００ｃでは、光学系ユニット１２０ｃのモニタユニット１２２からのレーザは、メタルマスク１２９を介してウエハ２１０に照射されることで、ウエハ２１０のうち、メタルマスク１２９に形成された所定のパターンに対応する位置に選択的にレーザが照射されることになる。
【００４２】
図６は、ゲルマニウム、結晶シリコン、ＳｉＯ２に対して種々の波長のレーザを用いてレーザアニールを行った場合における吸収効率を示す図である。図６に示すデータは、“Palik,  Edward  D.  Handbook  of  the  Optical  Constants  of  Solids.  Academic  Press,  1985.”より取得した。図６において、「Ｇｅ」はゲルマニウムに行った結果を示し、「ｃ−Ｓｉ」は結晶シリコンに行った結果を示し、「ＳｉＯ２」は、ＳｉＯ２に行った結果を示す。すなわち、「Ｇｅ」、「ｃ−Ｓｉ」及び「ＳｉＯ２」は、それぞれ、図１におけるゲルマニウム層５０、シリコン基板１０、及びマスク層２０それぞれに対応する。なお、図７は、１０７０ｎｍの波長を用いた場合と、９７０ｎｍの波長を用いた場合、８００ｎｍの波長を用いた場合の値を以下に示す表である。
【００４３】
図６に示すように、ＳｉＯ２は、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長を用いた場合、レーザアニールを行った場合における吸収効率は「０」に近い値を示す。また、結晶シリコンは、７００ｎｍ付近以上２０００ｎｍ以下の波長を用いた場合、吸収効率は「０」に近い値を示す。一方、ゲルマニウムは、１６００ｎｍ以下の波長を用いることで、吸収効率が「ｃ−Ｓｉ」及び「ＳｉＯ２」より高い値を示す。
【００４４】
すなわち、シリコンは波長が０．７ｕｍよりも長い近赤外光の吸収が小さいが、ゲルマニウムは０．７ｎｍ以上１．６ｕｍ以下の近赤外光をよく吸収する。この結果、波長０．７ｕｍ以上１．６ｕｍ以下の間で発振するレーザ光を用いることで、ゲルマニウムで選択的に光吸収が発生させることが可能となる。ここで、吸収されたレーザ光のエネルギーが熱エネルギーに変わる結果、ゲルマニウムを選択的に加熱可能となる。
【００４５】
この結果、上述したように、例えば、６５０ｎｍ以上１６５０ｎｍの波長のレーザを用いることで、より好ましくは、７００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の波長のレーザを用いることで、シリコン基板やマスク層を加熱することなく、ゲルマニウムを選択的に加熱可能となる。
【実施例】
【００４６】
以下、開示する照射制御方法について、実施例をあげて更に詳細に説明する。ただし、開示する照射制御方法は、下記の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
（実施例１）〜（実施例６）
ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、以下の条件を用いて、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱するレーザアニールを繰り返し行った。その後、ゲルマニウムの表面より２００ｎｍ下にある部分において貫通転位の密度を測定した。
レーザのパワー（Power）
実施例１〜実施例３：１５０Ｗ
実施例４〜実施例６：６５Ｗ
レーザースポット：１．５ｍｍ
基板温度：４００℃
雰囲気：Ｎ２  １５Ｔｏｒｒ
照射時間(Pulse  Length)
実施例１            ：９ｍ秒
実施例２及び実施例３：８ｍ秒
実施例４            ：４５ｍ秒
実施例５及び実施例６：４０ｍ秒
繰り返し回数(Cycle)
実施例１及び実施例２：５回
実施例３            ：５０回
実施例４及び実施例５：５回
実施例６            ：５０回
【００４８】
ここで、レーザアニールを繰り返し行う点について補足する。図８は、レーザアニールを繰り返し行う点について示す図である。図８に示す例では、横軸が時間軸を示し、縦軸が温度を示す。説明の便宜上、ゲルマニウムの融点となる９３８℃を示す線を併せて示した。図８に示すように、実施例１〜実施例６では、加熱時間レーザアニールを行うことで、ゲルマニウムの温度はゲルマニウムの融点より低い温度まで加熱され、その後、レーザアニールが停止することで、温度がレーザアニール前の温度へと戻る。実施例１から実施例６では、レーザアニールによる加熱とのその後の冷却が繰り返される。なお、図８に示す例では、基板を４００℃に加熱している結果、ゲルマニウムの温度も４００℃である場合を例に示したが、これに限定されるものではない。
【００４９】
図９は、実施例１〜実施例６の結果を示す図である。図９では、説明の便宜上、実験条件のうち、レーザのパワーと、照射時間と、繰り返し回数との組み合わせに対応付けて、貫通転位の密度を併せて示した。また、図９の「Ａｓ  ｇｒｏｗｎ」に示すように、レーザアニール前における貫通転位の密度も併せて示した。図９に示すように、レーザアニールを繰り返すことで貫通転位の密度が低減した。
【００５０】
図１０は、実施例１〜実施例６の結果を示す図である。図１０では、レーザアニールが実行されたゲルマニウムの断面を３８０００倍にしたＴＥＭ（透過型電子顕微鏡、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；）写真である。図１０では、ゲルマニウム層中に見られる線が、貫通転位を示す。なお、図１０に示す例では、説明の便宜上、また、図１０の「Ａｓ  ｇｒｏｗｎ」に示すように、レーザアニール前における写真も併せて示した。
【００５１】
図１０に示されているように、レーザアニールを行わない場合と比較して、レーザアニールを行うことで、貫通転位の密度が減少しているのがわかった。特に、シリコン基板上に設けられるゲルマニウムは、ゲルマニウムの上面から１５０ｎｍから２００ｎｍ下の部分が使用されることが多い。ここで、図１０に示されるように、ゲルマニウムの上面付近において、特に、貫通転位の密度が減少しているのがわかった。また、このように、ゲルマニウムを選択的に加熱して貫通転位密度を減少可能にでき、繰り返し回数の増加により貫通低位密度を低減可能となる結果、レーザ光の照射回数により、容易に繰り返し熱処理を実施可能となる。
【００５２】
（実施例７）
ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、ゲルマニウムの融点より低い任意の温度に加熱するレーザアニールを行う前に２００ｎｍ下にある部分において貫通転位の密度を測定し、その後、以下の条件を用いてレーザアニールを繰り返し行い、貫通転位の密度を測定した。また、レーザアニールは、ゲルマニウムの温度が８５０度になるまで加熱を行った。
レーザの波長：１０７０ｎｍ
レーザのパワー：２７０Ｗ
レーザースポット：２ｍｍ
基板温度：２５℃
雰囲気：大気
照射時間    ：４０ｍ秒
繰り返し回数：５０回
【００５３】
図１１は、実施例７の結果を示す図である。図１１では、実施例７によりレーザアニールが実行されたゲルマニウムの断面を３８０００倍にしたＴＥＭ（透過型電子顕微鏡、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；）写真である。図１１に示す例では、レーザアニール前と後とを並べて示した。また、図１１では、ゲルマニウムの上面から１５０ｎｍから２００ｎｍ下の部分に貫通転位がある位置に矢印を示した。図１１に示すよう、レーザアニールを行うことで、レーザアニールを繰り返すことで貫通転位の密度が低減した。なお、図１１の［Initial］がレーザアニール前を示し、［Laser  anneal］がレーザアニール後を示す。
【００５４】
（比較例１）及び（比較例２）
ゲルマニウム層が形成されたシリコン基板に対して、以下の条件を用いて、ゲルマニウムの融点以上の温度に加熱するレーザアニールを行った。具体的には、レーザアニールにより、比較例１においては、ゲルマニウムを９８０℃まで加熱し、比較例２においては、ゲルマニウムを１５００℃まで加熱した。
レーザのパワー
比較例１：１４Ｗ
比較例２：２３Ｗ
レーザースポット：０．３５ｍｍ
基板温度：２５℃
雰囲気：大気
照射時間
比較例１：５０ｎ秒
比較例２：５０ｎ秒
繰り返し回数
比較例１：１０
比較例２：１０
パルスエネルギー
比較例１：０．４８ｍＪ
比較例２：０．７７ｍＪ
【００５５】
図１２〜図１６は、比較例１及び比較例２についての結果を示す図である。図１2〜図１６では、説明の便宜上、レーザアニールを行っていない場合についても、「Ａｓ  ｇｒｏｗｎ」として併せて示した。
【００５６】
図１２は、比較例１及び比較例２の全体像を示す。矢印に示されているように、ＳｉＯ２上にゲルマニウムが流れ出しているのがわかる。図１３は、比較例１及び比較例２について、ＥＤＸ（Energy  Dispersive  X-ray  Spectroscopy）を行った結果を示す。また、図１３では、説明の便宜上、ＳＥＭ写真についても併せて示した。図１３の「Ｇｅ」に示すように、比較例１及び比較例２では、ゲルマニウムが溶解し、ＳｉＯ２上に流れ出した。また、図１３の「ＳＥＭ」に示されるＳＥＭ写真や「Ｓｉ」、「Ｇｅ」に示されるように、比較例２では、ゲルマニウムとシリコン基板との界面がゲル化した。また、図１４〜図１６は、断面を９９００倍にしたＴＥＭである。図１４〜図１６に示すように、比較例１及び比較例２では、「Ａｓ  ｇｒｏｗｎ」と比較して、ゲルマニウムが溶解した結果、ゲルマニウムの形状が変化した。
【符号の説明】
【００５７】
１０        シリコン基板
２０        マスク層
４０        バッファ層
５０        ゲルマニウム層
【図１】
2014194962.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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