(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン基板上に形成した単結晶ゲルマニウム層の結晶性を向上することでキャリア再結合・生成準位を低減し、光学および電気特性の向上が可能なゲルマニウム光素子を提供する。【解決手段】ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）層の側壁に面内で伸張歪を有する単結晶ゲルマニウム８を形成し、ＳＯＩ層と単結晶ゲルマニウムの欠陥含有領域をエッチング除去することで、結晶性の良い単結晶ゲルマニウムからなる半導体光素子と単結晶シリコン３からなる細線導波路を同一基板上に形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に設けられた第１の単結晶半導体層と、
前記絶縁膜上に前記第１の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第１の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層と、
前記第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層との間に設けられた絶縁層を具備し、
前記第２の単結晶半導体層が伸張歪を有し、
前記第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層とは電気的に絶縁されて光学的に結合される半導体光素子。
【請求項２】
請求項１記載の半導体光素子において、前記第１の単結晶半導体が単結晶シリコンであり、前記第２の単結晶半導体が単結晶ゲルマニウムである。
【請求項３】
請求項１記載の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層の少なくとも１つの側壁の面方位が（１００）と等価である。
【請求項４】
請求項１記載の半導体光素子は、さらに前記第２の単結晶半導体層に接して歪印加領域を有する。
【請求項５】
請求項４記載の半導体光素子において、前記歪印加領域が少なくともシリコン窒化膜を含む。
【請求項６】
請求項１記載の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層のうち、前記第１の半導体層と対面する側と前記第１の半導体層と反対側の端部において周期構造を有する。
【請求項７】
請求項４記載の半導体光素子において、前記歪印加領域のうち、前記第１の半導体層と対面する側と前記第１の半導体層と反対側の端部において周期構造を有する。
【請求項８】
請求項１記載の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層が前記第１の半導体層との延長線方向おいて周期構造を有する。
【請求項９】
請求項４記載の半導体光素子において、前記歪印加領域が前記第１の半導体層との延長線方向おいて周期構造を有する。
【請求項１０】
基板上に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に設けられた第1の単結晶半導体層と、
前記絶縁膜上に前記第1の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第1の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層と、
前記絶縁膜上に前記第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第１の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第３の単結晶半導体層と、
を具備し、
前記第２の単結晶半導体層と前記第３の単結晶半導体層が伸張歪を有する半導体光素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体光素子において、前記第３の単結晶半導体層の伸張歪が前記第２の単結晶半導体層の伸張歪よりも大きい。
【請求項１２】
（ａ）基板上に形成された絶縁膜上の第１の単結晶層を部分的にエッチング除去して複数の第１の単結晶半導体層に分離する工程と、
（ｂ）前記第１の単結晶半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、
（ｃ）前記複数の第１の単結晶半導体層のうちの一部の第１の単結晶半導体層の一方の側壁を露出させる工程と、
（ｄ）前記側壁を露出させた第１の単結晶半導体層をエッチング除去して側壁を後退させる工程と、
（ｅ）前記側壁を後退させた第１の単結晶半導体層の側壁に第１の半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層を形成する工程と、
（ｆ）前記第２の単結晶半導体層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、
（ｇ）前記第２の単結晶半導体層と接続された前記第１の単結晶半導体層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、
（ｈ）前記開口部を通して前記第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層のうちの欠陥含有領域を除去する工程と、
を有する半導体光素子の製造方法であって、
前記第２の単結晶半導体層が面内で伸張歪みを有する。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体光素子の製造方法は、さらに、
（ｉ）前記第１の単結晶半導体層の側壁に第１の半導体層よりも格子定数の大きな第３の単結晶半導体層を形成する工程と、
（ｊ）該第３の単結晶半導体層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、
（ｋ）前記第３の単結晶半導体層と接続された前記第１の単結晶半導体層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、
（ｌ）該開口部を通して前期第１の単結晶半導体層と前記第３の単結晶半導体層のうちの欠陥含有領域を除去する工程と、
を有し、
前記第３の単結晶半導体層が面内で伸張歪みを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体光素子に関し、例えば、ゲルマニウムを用いた光素子に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化社会の進展に伴い、サーバーやデータセンタにおける情報処理量やネットワークのデータ伝送量は増加の一途をたどっており、これらを支える情報処理装置の高速化と高機能化への要求もますます高まっている。その中で、光インターコネクションによる大容量化・小型化・低消費電力化が検討されており、ＣＭＯＳプロセスを用いたシリコンフォトニクス技術が注目を集めている。シリコンフォトニクスでは、微細化によるＬＳＩの集積規模上昇に伴って生じる電気配線の遅延や消費電力増大などの課題を克服するため、チップ間およびチップ内配線を光インターコネクションで置き換えることが期待されている。チップ間およびチップ内光インターコネクションを実現する技術として、シリコン（Ｓｉ）基板上に発受光素子，導波路，変調器，合分波器等の光素子を用いた光回路を形成するシリコンフォトニクスが注目されているが、この中でＣＭＯＳプロセスによって実現可能な発光素子を実現することが極めて大きな課題となっている。何故なら、ＣＭＯＳプロセスで通常用いられるシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）は間接遷移型半導体であるため，化合物半導体のレーザと比較して発光強度が非常に低いからである。このような状況の中、近年、ゲルマニウムを用いたレーザ・ダイオードの実現に注目が集まっている。
【０００３】
従来のゲルマニウムを発光層として用いたレーザ・ダイオードは、例えば特許文献１や非特許文献１に記載されている。バルク状態でのゲルマニウムは間接遷移半導体であるため、発光効率が化合物半導体と比べて非常に小さいため、ゲルマニウムに伸張歪みを印加して直接遷移半導体へと特性を変化させる方法が試みられている。シリコン基板上に直接ゲルマニウム層を成長し、熱処理を行うことで、シリコンとゲルマニウムの熱膨張係数の違いによってゲルマニウムに伸張歪みが残留する。歪みによって伝導帯のエネルギーは変化するが、伸張歪みを印可すると伝導体で最もエネルギーの低いＬ点よりもΓ点でのエネルギー低下量が大きいため、ゲルマニウムは直接遷移半導体の特性に近づく。
【０００４】
シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）基板を用いてゲルマニウム発光領域を形成する方法が特許文献２や特許文献３に記載されている。ＳＯＩ層を酸化することで薄層化し、この上に成長したシリコン・ゲルマニウム層を酸化することでゲルマニウム組成比を向上した結果、埋め込み酸化膜上に９０％以上のゲルマニウム組成比を有するシリコン・ゲルマニウム層を形成する。このシリコン・ゲルマニウム層を種結晶としてゲルマニウムを成長することで、埋め込み酸化膜上に単結晶ゲルマニウム層を形成する。単結晶ゲルマニウムではＬ点とΓ点のエネルギー差は０．１３６ｅＶであり、高濃度ｎ型ドーピングによってΓ点にもキャリアが注入され、直接遷移発光が促進できることが特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、従来のゲルマニウムを受光層として用いたフォトダイオードは、例えば非特許文献２に記載されている。電極となるドーピング層を形成したシリコン基板上に受光層となるゲルマニウムを成長し、表面に電極を形成することで縦型ｐｉｎ構造を形成している。さらに別のフォトダイオードは、例えば非特許文献３に記載されている。シリコン基板上に受光層となるゲルマニウムを成長し、左右から電極を形成することで導波路型のフォトダイオードを形成している。縦型ｐｉｎゲルマニウム・フォトダイオードも導波路型ゲルマニウム・フォトダイオードも、共に電極間に逆方向電圧を印加した状態で受光部に光信号を入射させることで、光の吸収によって発生したキャリアが電極に流れることで、光信号を電気信号に変換している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００９−５１４２３１号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０５５７５０号
【特許文献３】特開２００９−０２７１６３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】X. Sun, J. Liu, L. C. Kimerling, J. Michel, オプティクス・レターズ(Optics Letters), Vol.34, No. 8, 2009年, p.1198
【非特許文献２】M. Oehme, J. Werner, E. Kasper, M. Jutzu, M. Berroth, アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters), Vol.89, 2006年, 071117
【非特許文献３】T. Yin, R. Cohen, M. M. Morse, G. Sarid, Y. Chetrit, D. Rubin, M. J. Paniccia, オプティクス・エクスプレス(Optics Express), Vol.15, No. 21, 2007年, p.13965
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したシリコン基板上に直接成長したゲルマニウムを発光部とするレーザ・ダイオードの、真性部分（発光部）における断面構造を図１４に示す。図１４は、本開示に先立って課題を検討するために非特許文献１に基づいて本願発明者らが作成したものではあるが、非特許文献１に開示された図面そのものではない。高濃度ｎ型シリコン基板１０１の表面に開口部を有するシリコン酸化膜１０２を形成し、この開口部内に選択的に高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３を成長する。高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３の表面側には高濃度ｐ型多結晶シリコン層１０４と金属層１０５を積層し、エッチングによって高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３の上部電極を形成している。この、ゲルマニウム層１０３はエピタキシャル成長によってシリコン基板１０１上に直接形成されるが、シリコンとゲルマニウムは格子定数が大きく異なることから、シリコン上にゲルマニウムをエピタキシャル成長すると、歪が緩和して転移が多量に発生する。したがって、高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３の内、高濃度ｎ型シリコン基板１０１との界面付近で歪緩和に伴う結晶欠陥が多数存在する。レーザ・ダイオードでは順方向に電圧を印加して電極からキャリアを注入し、電子とホールが再結合する際に生じる発光プロセスを利用するものであり、欠陥等によって非発光プロセスでキャリアが消滅すると、注入したキャリア量に対する発光強度が低下し、発光の量子効率が低下してしまうという問題がある。また、この欠陥を低減するために、高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３を形成した後に高温の熱処理を行うことも行われるが、高温の熱処理を行うことによって、高濃度ｎ型ゲルマニウム層１０３に含まれるｎ型ドーパントが表面から外方拡散し、ドーピング濃度が低下してしまうことから、キャリア濃度低下による発光強度の悪化が問題となる。
【０００９】
また、前述したＳＯＩ基板上に濃縮酸化法を用いて形成したゲルマニウムを発光部とするレーザ・ダイオードの、真性部分における断面構造を図１５に示す。図１５は、本開示に先立って課題を検討するために、特許文献２に基づいて本願発明者らが作成したものではあるが、特許文献２に開示された図面そのものではない。シリコン基板２０１はＳＯＩ基板の支持基板であり、埋め込み酸化膜２０２上の単結晶シリコン層を部分的に酸化して薄くすると共に単結晶シリコン・ゲルマニウムを選択的に形成する。シリコン・ゲルマニウムを酸化すると、シリコンが選択的に酸化されるため、ゲルマニウムが濃縮されて組成比が上昇する。その結果、埋め込み酸化膜２０２上には、単結晶シリコン薄膜２０５と高いゲルマニウム組成比を有する単結晶シリコン・ゲルマニウム２０６が形成される。表面を絶縁膜２０７で覆い、発光領域のみに開口部を設けて高濃度ｎ型ゲルマニウム２０８を選択成長する。そして、単結晶シリコン層２０５にイオン注入でドーピングを行うことで、ｐ型シリコン電極２０３、ｎ型シリコン電極２０４を形成し、最後に金属層からなるｐ型電極２０９、ｎ型電極２１０を形成する。この濃縮酸化を用いるレーザ・ダイオードの作製方法では、単結晶シリコン上に形成したシリコン・ゲルマニウム層を酸化する過程で、ゲルマニウム組成比が濃縮されるのと同時に面内での圧縮歪が増大する。これは、ゲルマニウムの格子定数がシリコンよりも大きく、シリコンとゲルマニウムの混晶半導体であるシリコン・ゲルマニウムの格子定数も概ねゲルマニウム組成比に応じて変化するため、組成比が高くなるほど格子定数が増大する。従って、濃縮酸化前にシリコンの格子間隔で整列していた原子がゲルマニウムに置き換わることで、面内での圧縮歪みが増大する。さらに酸化を続け、全てのシリコン原子が酸化し終わるとゲルマニウムが酸化され始め、不安定な一酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ）や二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）などが形成される。このとき、格子歪みが緩和して転位が発生するため、結晶のずれを反映したクロスハッチが多数観察される。つまり、特許文献３に記載されているように、結晶性の良い状態を維持するためには、シリコンが完全に酸化されてしまう前に酸化を終了する必要があり、この結果形成されるのは、高いゲルマニウム組成比と圧縮歪みを有した単結晶シリコン・ゲルマニウムとなる。濃縮酸化で形成された圧縮歪を有する単結晶シリコン・ゲルマニウムは、当然のことながらゲルマニウムよりも面内の格子定数が小さいため、この上に形成される高濃度ｎ型ゲルマニウム２０８も面内に圧縮歪を有して成長する。従って、本来ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの量子効率向上のために必要な伸張歪とは逆の歪を有することになり、この場合、Γ点のエネルギーが上昇するため、発光強度が低下してしまうという問題がある。
【００１０】
さらに、ゲルマニウムからなる受光部を有するフォトダイオードの、真性部分における断面構造を図１６に示す。図１６は、本開示に先立って課題を検討するために、非特許文献２に基づいて本願発明者らが作成したものではあるが、非特許文献２に開示された図面そのものではない。シリコン基板３０１はＳＯＩ基板の支持基板であり、埋め込み酸化膜３０２上のシリコン層３０３上にゲルマニウム層３０４を形成し、ゲルマニウム層３０４の表面側にｐ型コンタクト領域３０６とｎ型コンタクト領域３０７を交互に形成する。そしてコンタクト領域の表面側に表面電極３０８をそれぞれ形成する。フォトダイオードでは、接合容量を低減するため、受光部となる単結晶ゲルマニウムにはドーピングを行わないが、単結晶シリコン上に形成したゲルマニウム層の結晶性に関しては、レーザ・ダイオードと同様であり、ゲルマニウム層／シリコン基板界面では、格子定数の違いに応じた欠陥が発生する。フォトダイオードではダイオードに逆方向電圧を印加して、受光部に入射した光によって生成された電子、ホールをそれぞれ電極に引き抜くことで電気信号に変換するものであるが、ダイオードの空乏層内に欠陥が存在すると、光が入射していなくても欠陥に起因したキャリアが発生し、暗電流が流れてしまう。従って、光によって生じたキャリアによる光電流に暗電流が重畳されるため、フォトダイオードの感度が低下するという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、シリコン基板上に形成したゲルマニウム光素子であっても、ゲルマニウム中の結晶欠陥が少なく、特性向上が可能なゲルマニウム光素子やその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した課題を解決するための一実施形態として、基板上に形成された絶縁膜と、 絶縁膜上に設けられた単結晶ゲルマニウム層と単結晶シリコン層を有し、単結晶ゲルマニウム層が伸張歪みを有する半導体光素子とする。
【００１３】
また、基板上に形成された絶縁膜上の単結晶シリコン層を部分的にエッチング除去して複数の単結晶シリコン層に分離する工程と、単結晶シリコン層上に絶縁膜を形成する工程と、一部の単結晶シリコン層の一方の側壁を露出させる工程と、単結晶シリコン層をエッチング除去して側壁を後退させる工程と、単結晶シリコン層の側壁にシリコン層よりも格子定数の大きな単結晶ゲルマニウム層を形成する工程と、単結晶ゲルマニウム層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、単結晶ゲルマニウム層と接続された単結晶シリコン層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、該開口部を通して単結晶シリコン層と単結晶ゲルマニウム層のうちの欠陥含有領域を除去する工程を有する半導体光素子の製造方法であって、単結晶ゲルマニウム層が面内で伸張歪みを有するとする。
【発明の効果】
【００１４】
上記実施形態によれば、絶縁膜上に単結晶シリコンと単結晶ゲルマニウムをそれぞれ形成し、ゲルマニウム層に伸張歪みを印加することにより、ゲルマニウム中の結晶性が良好になると共に、結晶欠陥に起因したキャリア再結合・生成が低減できることから、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光量子効率やフォトダイオードの受光感度が向上する。
【００１５】
また、上記実施形態によれば、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードやゲルマニウム・フォトダイオードとシリコン細線導波路を同一マスクで形成することができることから、光信号の送受信システムにおいて、光素子と導波路の結合損失を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子の概略断面図である。
【図２Ａ】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２Ｂ】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２Ｃ】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２Ｄ】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】第１の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図４】第２の実施例に係るゲルマニウム光素子の概略断面図である。
【図５】第３の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図６】第３の実施例に係るゲルマニウム光素子の概略断面図である。
【図７Ａ】第３の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７Ｂ】第３の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図７Ｃ】第３の実施例に係るゲルマニウム光素子の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図８】第４の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図９】第５の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図１０】第６の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図１１】第７の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図１２】第８の実施例に係るゲルマニウム光素子の概略断面図である。
【図１３】第９の実施例に係るゲルマニウム光素子を表面側から見た平面図である。
【図１４】本開示に先立って検討したゲルマニウム・レーザ・ダイオードの概略断面図である。
【図１５】本開示に先立って検討した発光素子の概略断面図である。
【図１６】本開示に先立って検討した光検出器の概略断面図である。
【図１７Ａ】第１の実施例に係る単結晶ゲルマニウムが成長したときの原子配列のイメージ図である。
【図１７Ｂ】第１の実施例に係る単結晶ゲルマニウムの成長後アニールしたときの原子配列のイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態に係る半導体光素子は、支持基板となるシリコン基板上に形成された絶縁膜上に単結晶シリコン層と伸張歪を有する単結晶ゲルマニウム層をそれぞれ形成するものである。単結晶ゲルマニウム層を単結晶シリコン層と接することなく形成することから、ゲルマニウム層中の結晶欠陥を大幅に低減することができ、単結晶ゲルマニウムを用いた光素子におけるキャリアの非発光再結合・生成プロセスの低減が可能になり、光素子の特性が向上できる。
【００１８】
さらに、レーザ・ダイオードとフォトダイオードと導波路を同一基板上に同一マスクで形成できることから、光送受信回路において光信号のロスを低減することが可能となる。
【００１９】
次に、実施の形態に係る半導体光素子とその製造方法について実施例により、以下詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
第１の実施例について、図１、図２Ａ〜図２Ｄ、図３を用いて説明する。図１は、本実施例に係る半導体光素子の真性部分の断面構造図である。図２Ａ〜図２Ｄは、本実施例の製造方法を工程順に示した断面構造図である。図３は、本実施例に係る半導体光素子の真性部分の上面図である。図１は、図３のＡ−Ａ’断面図（発光素子部分）とＢ−Ｂ’断面図（シリコン細線導波路部分）とを便宜上横に並列して示している。断面図における表記方法は、図２Ａ〜図２Ｄ、実施例２、実施例８についても同様である。
【００２１】
本実施例に係る半導体光素子は、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードと光信号を伝搬させるシリコン細線導波路とから構成されている。まず、本実施例に係る半導体光素子の製造法について、以下に説明する。
【００２２】
（ａ）ＳＯＩ基板の準備
半導体基板１の表面側に絶縁膜２と単結晶シリコン層３の積層構造が形成されたＳＯＩ基板を用いる。ここで、半導体基板１にシリコン基板を使用している。単結晶シリコン層３の膜厚は、後に光導波路として光を伝播させるために５０ｎｍ以上であれば良く、また後の工程でエッチングによって除去する際に面内方向のエッチング幅の均一性を確保するためには２μｍ以下であればよいが、後の単結晶ゲルマニウム層の形成の際に、貫通転位が上下の絶縁膜によって終端されて結晶性が向上できる膜厚として、５００ｎｍ以下であれば好適である。
【００２３】
（ｂ）活性領域および導波路領域の形成
単結晶シリコン層３を部分的にエッチング除去することで、後に発光素子の活性領域となる領域とシリコン細線導波路となる領域を形成し、単結晶シリコン３の表面に絶縁膜４を形成する（図２Ａ）。絶縁膜４の形成方法としては、単結晶シリコン層３を酸化しても良く、または、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によって形成しても良い。
【００２４】
（ｃ）単結晶シリコン層の除去
次に、後に発光素子を形成する領域の単結晶シリコン層３に関し、平面における一方の長辺の側壁において絶縁膜４を除去し、露出した側壁方向から単結晶シリコン層３のエッチングを行う。単結晶シリコン層３のエッチングにはバッファード弗酸や弗硝酸をはじめとするウェットエッチングを用いても良く、塩化水素（ＨＣｌ）や三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等のガスによる気相エッチングを行っても良い。露出した側壁からエッチングすることで平面における短辺方向の幅が減少した単結晶シリコン層３’と、ひさし構造を有する絶縁膜４’を形成する。
【００２５】
（ｄ）単結晶ゲルマニウム層の形成
そして、単結晶シリコン層３’の露出した側壁に単結晶ゲルマニウム層５を形成する。以下に、単結晶ゲルマニウム層５の形成について説明する。
【００２６】
（ｄ１）エピタキシャル成長前の基板の洗浄
ウェットエッチングによって単結晶シリコン層３’の側壁をエッチング除去した場合、単結晶ゲルマニウム層５をエピタキシャル成長前に成長面である単結晶シリコン層３’の側壁に自然酸化膜が形成されると、単結晶ゲルマニウム層５の結晶性が悪化するため、自然酸化膜を除去する必要がある。例えば、自然酸化膜をフッ酸水溶液によって除去した場合、その直後に純水で洗浄することにより、単結晶シリコン層３’の側壁は水素原子で覆われた状態となる。この状態では、側壁の最表面に存在するシリコン原子は水素と結合しているため、洗浄を行ってから成長を開始するまでの間に表面に自然酸化膜が形成されにくくなる。この洗浄による側壁表面の水素終端処理に加え、さらに自然酸化膜が形成されるのを防ぐためには、洗浄を行った後、側壁表面が再び酸化されたり、又は側壁表面に汚染物が付着されたりするのを防ぐため、シリコン基板を清浄な窒素中にて搬送すれば好適である。以下の実施例に関しても、エピタキシャル成長前に行う基板の洗浄と搬送方法に関しては同様である。
【００２７】
（ｄ２）エピタキシャル成長前のクリーニング
次いで、洗浄を行った基板１をエピタキシャル装置のロードロック室内に設置し、ロードロック室の真空排気を開始する。ロードロック室の真空排気が完了した後、シリコン基板１を、搬送室を経由して成長室に搬送する。基板表面に汚染物が付着するのを防ぐため、搬送室及び成長室は清浄な窒素（Ｎ２）や水素（Ｈ２）などを流しておくか、高真空状態もしくは超高真空状態であることが望ましく、真空状態にする場合は、例えば圧力が１×１０−５Ｐａ程度以下であると好適である。また、成長室内で形成した単結晶層中に酸素や炭素が取り込まれることによる結晶欠陥の発生を防ぐため、搬送室や成長室に酸素や水分、または有機系の汚染物を含んだガスの混入を防ぐ必要がある。このことから、シリコン基板１の搬送は常に清浄な窒素（Ｎ２）を供給している状態で行うか、真空で搬送を行う場合はロードロック室の圧力が１×１０−５Ｐａ程度以下になってから行うことが望ましい。単結晶シリコン層３’の側壁表面を水素終端処理しても、搬送中における表面の酸化膜形成や汚染物の付着を完全に防ぐことはできないため、エピタキシャル成長前に表面のクリーニングを行う。クリーニング方法としては、例えば真空中でシリコン基板１を加熱することによってシリコン表面の自然酸化膜を式(１)の反応によって除去することが可能となる。
Ｓｉ＋ＳｉＯ２→２ＳｉＯ↑                          （１）
または、成長室内に清浄な水素を供給した状態でシリコン基板１を加熱することによっても基板表面のクリーニングを行うことが可能である。前に述べた真空中での加熱によるクリーニングでは、基板温度が５００℃程度以上になるとシリコン表面を終端していた水素は脱離し、側壁表面のむき出しになったシリコン原子と成長室内の雰囲気中に含まれる水分や酸素が反応し、側壁表面が再酸化されてしまう。そして、この酸化膜が再び還元されることにより、クリーニングと共に側壁表面の凹凸が増大し、その後行うエピタキシャル成長の均一性や結晶性を悪化させるという問題がある。また、同時に成長室内の雰囲気中に含まれる炭酸ガスや有機系のガスが表面に付着することから、炭素汚染によるエピタキシャル成長層の結晶性の悪化も発生する。一方、水素を基板表面に供給した状態でシリコン基板を加熱した場合、５００℃以上の温度で水素が基板表面から脱離してしまっても、常に清浄な水素ガスが供給されているため、基板表面のシリコンと水素が結合と脱離を繰り返す。その結果、側壁表面のシリコンは再酸化されにくくなり、クリーニング中に表面の凹凸が発生することもなく、清浄な表面状態を得ることが可能となる。
【００２８】
水素雰囲気中でクリーニングを行うため、まず始めに成長室に水素ガスを供給する。このとき、水素ガスを供給する前に基板表面から水素が脱離するのを防ぐため、基板温度を水素の脱離する５００℃より低くすれば好適である。また、水素ガスの流量は制御性良くガスが供給できるように１０ｍｌ／ｍｉｎ以上とし、排気されたガスを安全に処理するためには１００ l／ｍｉｎ以下とすれば好適である。このとき、成長室内の水素ガスの分圧の下限は、基板表面に均一にガスが供給されるように１０Ｐａとし、上限は装置の安全性を保つために大気圧とすればよい。水素ガスが供給された後、シリコン基板をクリーニング温度まで加熱する。このときの加熱方法としては、加熱に際してのシリコン基板への汚染や基板内での極端な温度の違いなどがなければ、どのような機構や構造でも良い。例えばワークコイルに高周波を印加して加熱する誘導加熱や、抵抗ヒータによる加熱などが適用できるほか、特に短時間での温度制御が可能な方法として、ランプからの輻射を利用した加熱方法を用いることができる。この加熱方法はクリーニングに限らず、後述する単結晶の成長に際しての加熱に関しても同様である。
【００２９】
クリーニング温度までシリコン基板を加熱した後、所定の時間基板を加熱することにより側壁表面の自然酸化膜や汚染物が除去できるが、例えばクリーニング温度は、クリーニングの効果が得られる温度として６００℃以上であれば良く、エピタキシャル成長の前に形成されている表面構造へ与える影響を低減するため、クリーニング温度は９００℃以下にする必要がある。また、基板表面の自然酸化膜や汚染物質の除去効率はクリーニング温度によって変化し、温度が高いほど短時間で効果が得られるため、必要以上に熱処理を行わない条件で加熱を行うことが望ましい。クリーニング温度が７００℃の場合、クリーニングの効果が小さいため、クリーニング時間を３０分とする必要があるのに対し、クリーニング時間を９００℃とした場合、クリーニング時間は２分以上であればよい。
【００３０】
また、クリーニング温度の低温化を可能とする方法として、原子状水素を用いたクリーニングを行うこともできる。この方法では、表面に活性な水素原子を照射することにより、基板温度を上げなくても酸素の還元反応を生じさせることが可能となり、室温においてもクリーニング効果は得られる。原子状水素の発生方法としては、高温に加熱したタングステンなどのフィラメントに水素ガスを照射することにより熱的に水素分子を解離させる方法や、水素ガス中でプラズマを発生させて電気的に水素分子を解離させる方法や、紫外線などの照射による原子状水素の発生などが可能である。但しこの場合、フィラメントやプラズマを発生する電極周辺からの金属汚染の発生や、プラズマによる石英部品などからの汚染物の発生などに十分注意をする必要がある。各方法とも、水素原子を大量に発生させるのは非常に困難であるため、水素ガスの中で、ある割合の分子を原子状態に解離させて基板表面に照射することにより、低温化が可能となる。例えば、クリーニング時間を１０分以内とするためには、クリーニング温度を６５０℃とすればよい。
【００３１】
更に、加熱を必要としない化学反応によって表面の自然酸化膜を除去することもできる。例えば、フッ化水素（ＨＦ）ガスを供給することにより、酸化膜がエッチング反応によって除去されるため、室温で表面のクリーニングが可能となる。
【００３２】
以上、エピタキシャル成長前のクリーニングについて説明を行ったが、クリーニング方法に関しては他の実施例に関しても同様である。
【００３３】
（ｄ３）基板温度の安定化
クリーニングが終了した後、エピタキシャル成長を行う温度まで基板温度を下げ、エピタキシャル成長を行う温度で基板温度を安定させる時間を設ける。温度の安定化を行うステップでは、クリーニング後の単結晶シリコン層３’の側壁表面を清浄な状態に保つために水素ガスを供給し続けることが望ましいが、水素ガスは表面を冷却する効果を持っているため、加熱条件が同じであればガスの流量に応じて基板表面温度が変化してしまう。従って、エピタキシャル成長で用いるガスの総流量と大きく異なる流量の水素ガスを供給した状態で温度が安定していても、エピタキシャル成長を開始した時点でガスの流量が変わることにより基板温度が大きく変動してしまう。この現象を防ぐため、基板温度の安定化を行うステップにおいては、その水素流量をエピタキシャル成長で用いるガスの総流量とほぼ同じ値を用いることが望ましい。また、必ずしも基板温度がエピタキシャル成長温度まで下がってから温度安定化を行うステップを設ける必要はなく、基板温度を下げながら水素ガスの流量を調整し、基板温度がエピタキシャル成長温度になった時点で水素ガスの流量が成長ガスの流量と等しくなっていれば好適であり、この場合、基板温度を下げたと同時にエピタキシャル成長を開始できるため、スループットを大幅に向上することができる。
【００３４】
（ｄ４）エピタキシャル成長
次いで、エピタキシャル層の原料ガスを供給することによって単結晶ゲルマニウム層５のエピタキシャル成長を行う。ここで使用する原料ガスとしてはゲルマニウムと水素、塩素、フッ素などからなる化合物を用いることができる。例えば、モノゲルマン（ＧｅＨ４）やジゲルマン（Ｇｅ２Ｈ６）、四塩化ゲルマン（ＧｅＣｌ４）などが挙げられるが、この他のガスに関しても使用方法は同様である。以下、モノゲルマンを原料ガスとして用いた場合に付き、説明する。熱エネルギーによって原料ガスを分解させてエピタキシャル成長を行う場合の温度範囲は、モノゲルマンが基板表面で反応を起こす３００℃以上である。また、ゲルマニウムの融点以下で成長を行う必要があるため、成長温度の上限として９４０℃以下であればよい。この温度範囲で、成長圧力は成長速度が表面での反応で律速される０．１Ｐａ以上で、上限は気相中での反応が起こり始める１００００Ｐａ以下であればよい。プラズマや光といった熱以外のエネルギーを利用して化学反応を起こす成長方法も利用可能であり、その場合の成長温度はゲルマニウムを含んだラジカルが表面を移動してエピタキシャル成長が進行するためには１００℃以上の温度が必要である。また、単結晶ゲルマニウム層５の結晶性を向上するには、原料ガス中のラジカル分子が単結晶ゲルマニウムの成長表面のゲルマニウム原子と共有結合を結びやすい状況にするのが望ましく、表面原子が常に２つの共有結合のダングリングボンドを有する結晶構造として、単結晶シリコン層３’の側壁の面方位が（１００）と等価であれば好適である。この他の代表的な面方位として、（１１１）面や（１１０）面などが挙げられるが、これらの面方位では成長に伴って表面の原子配列が変化するため、適正な表面反応を起こすために成長温度・成長圧力の最適化が必要である。例えば（１１１）面に成長を行う場合、（１００）面よりも成長温度を約５０度高くすればよい。
【００３５】
（ｄ５）選択エピタキシャル成長
さらに、単結晶ゲルマニウム層５が単結晶シリコン層３’の側壁だけでなく絶縁膜２上にも堆積した場合、以降の洗浄工程で異物となり、エッチング工程やフォトリソグラフィー工程での不良の原因となったり、最終的な光素子における光学的、電気的な不良の原因となったりするため、絶縁膜２の表面や絶縁膜４、４’の表面にはゲルマニウムを堆積させず、単結晶シリコン層３’の側壁のみに選択的にエピタキシャル成長すれば好適である。絶縁膜２、４、４’としてシリコン酸化膜を用いた場合、シリコン酸化膜上では、ゲルマニウムの原料ガスと表面分子が反応して以下のような反応が生じる。例えば、ゲルマニウムの原料ガスとしてモノゲルマン（ＧｅＨ４）を用いたとき、
ＧｅＨ４  ＋  ＳｉＯ２  →  ＳｉＯ↑  ＋  ＧｅＯ↑  ＋  ２Ｈ２↑ （２）
といったゲルマンによる還元反応が発生する。上記の還元反応は数多くの反応のうちの一部であり、この他にも原料ガスが分解してエネルギーが高い状態になったラジカル分子とシリコン酸化膜との還元反応なども存在する。その結果、シリコン酸化膜上では上記還元反応によるエッチングと原料ガスが分解して生じる堆積とが同時に進行しており、成長温度及び圧力に依存してエッチングと堆積の大小関係が変化する。また、絶縁膜４、４’としてシリコン窒化膜を用いた場合、上記の還元反応が利用できないため、原料ガスに加えて、塩素ガス（Ｃｌ）や塩化水素ガス（ＨＣｌ）といったハロゲン系のガスを添加して、シリコン層自体のエッチングを行う。その反応の例を挙げると、
Ｇｅ  ＋  ２Ｃｌ２  →  ＧｅＣｌ４↑                           （３）
Ｇｅ  ＋  ２ＨＣｌ  →  ＧｅＣｌ２↑  ＋  Ｈ２                 （４）
Ｇｅ  ＋  ２ＨＣｌ  →  ＧｅＨ２Ｃｌ２↑                       （５）
といったものや、そのほかゲルマニウムの塩化物や水素化物が精製されるエッチング反応がある。ゲルマニウムの成長速度は絶縁膜２、４、４’上よりも単結晶シリコン層３’上の方が大きいため、上記のエッチング反応速度がゲルマニウムの絶縁膜上における成長速度よりも大きく、且つ単結晶シリコン若しくは単結晶ゲルマニウム上の成長速度よりも小さい条件とすることにより、単結晶シリコン層３’の側壁のみに単結晶ゲルマニウム５が成長する選択成長が実現でき、絶縁膜２、４、４’上にゲルマニウムは堆積しない。絶縁膜としてシリコン酸化膜やその他の絶縁材料を用いたときでも、このエッチング反応を利用した選択エピタキシャル成長が可能であることは言うまでもない。
【００３６】
（ｄ６）伸張歪みの印加
さらに、単結晶シリコン層３’の側壁に単結晶ゲルマニウム５を成長すると、単結晶シリコン３’の側壁の原子配列に対して揃おうとして成長する結果、シリコンよりも格子定数の大きなゲルマニウムは単結晶シリコン層３’の側壁面内で圧縮歪を受けて成長する。単結晶ゲルマニウム層５は弾性体と見なすことができるので、単結晶シリコン層３’層の側壁の面内で圧縮された状態になると、その面とは垂直な方向に対しては結晶が伸びるため、伸張歪が発生する。つまり、半導体基板１を基準に見た場合、半導体基板１に対して水平な方向で伸張歪を発生させることができる。単結晶ゲルマニウム層５の歪の様子について図面を用いて説明する。図１７（ａ）に単結晶ゲルマニウムが成長したときの原子配列のイメージ図を示す。図１７（ａ）は図２Ｂに対応した断面図である。単結晶シリコン３’の側壁面１０８の右側に単結晶シリコンの原子１０６が配列しており、左側に単結晶ゲルマニウムの原子１０７が配列している。図１７（ａ）における上下方向の単結晶シリコンの原子１０６の間隔（ｄ１）と単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ１）は同じになっており、単結晶ゲルマニウム５は上下方向で圧縮歪を受ける。図１７（ａ）における左右方向の単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ２）は上下方向の間隔（ｄ１）よりも広くなっており、単結晶ゲルマニウム５は左右方向で伸張歪を受ける。
【００３７】
例えば、成長温度４００℃で単結晶ゲルマニウム層５を成長した場合、単結晶シリコン層３’側壁に垂直な＜１００＞方向の伸長歪みは約０．１５％であった。その結果、図２Ｂに示した断面図において、半導体基板１に対して水平な方向に単結晶ゲルマニウム層５が成長するのに合わせ、同じ方向でゲルマニウム層に伸張歪を印加した結果、この方向の運動量空間では伝導体のΓ点でのエネルギーの低下がＬ点でのエネルギー低下量よりも大きくなるため、相対的にΓ点に注入される電子密度が増大し、直接遷移発光の確率を増大させることができる。
【００３８】
また、単結晶ゲルマニウム層５の成長を複数回に分割し、各成長シーケンスの間にアニールを行うことで、単結晶ゲルマニウム層５の結晶性を向上すると共に伸張歪みをさらに増大させることができる。例えば、単結晶ゲルマニウム層５の成長を２回に分けた場合、一回目の成長で、前述したように単結晶シリコン層３’の側壁に垂直な方向に対して単結晶ゲルマニウム層５に伸張歪みを印加することができる。この状態で高温アニールを行うと、アニール温度に応じて単結晶ゲルマニウム層５とその周辺に存在する単結晶シリコン層３’、絶縁膜２、４’が全て膨張する。膨張する度合いは各材料によって決まっており、その指標となる熱膨張係数が調べられている。ゲルマニウムの熱膨張係数は約６．１×１０−６／℃であり、シリコンの２．６×１０−６／℃、シリコン酸化膜０．５×１０−６／℃と比較して大きな値となっているため、アニール中に同じ温度になっていれば、ゲルマニウムの方がより体積膨張が大きくなる。しかし、本構造の場合、ゲルマニウムは上下方向が絶縁膜２と絶縁膜４’に挟まれており、一方の側壁が単結晶シリコン層３’に接しているため、アニール中の膨張による変形エネルギーを開放するためには、空間的に接しているものがない単結晶シリコン層３’とは反対側である成長方向に歪みを緩和するしかない。この高温状態でゲルマニウム層の歪が緩和すると、アニール終了後に冷却する過程においてシリコン層３’や酸化膜２、４’はあまり縮まないのに対して、単結晶ゲルマニウム５は大きく縮もうとするため、単結晶シリコン３’や酸化膜２，４’と接した部分でそれ以上縮むことができずに伸張歪が残存する。従って、アニールによってエピタキシャル成長によって発生した伸張歪みよりもさらに大きな伸張歪みを単結晶ゲルマニウム層5に印可することができ、さらなる発光強度の向上が可能となる。単結晶ゲルマニウム層５の歪の様子について図面を用いて説明する。図１７（ｂ）に単結晶ゲルマニウムの成長後アニールしたときの原子配列のイメージ図を示す。図１７（ｂ）における上下方向の単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ１）は、図１７（ａ）における上下方向の単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ１）と同じになっている。一方、図１７（ｂ）における左右方向の単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ３）は、図１７（ａ）における左右方向の単結晶ゲルマニウムの原子１０７の間隔（ｄ２）よりも広くなっており、アニールによって単結晶ゲルマニウム５は左右方向で大きな伸張歪を受ける。
【００３９】
例えば、水素雰囲気中において７００℃でアニールを行った場合、単結晶シリコン層３’側壁に垂直な＜１００＞方向の伸長歪みは約０．３％であった。引き続き単結晶ゲルマニウム層５の成長を行う場合、成長表面の格子間隔に揃うように成長が進行するため、一度印可された伸張歪みがそのまま保持された状態で単結晶ゲルマニウム層５の横方向成長を継続することができる。但し、この伸張歪みのエネルギーが大きくなり、歪み成長の臨界膜厚を超えると、格子が緩和してゲルマニウム層５内に転位等の結晶欠陥が発生するため、結晶性と共に歪み量が低下してしまう。従って、歪み緩和する前に再びアニールを行い、その状態で熱膨張を利用した伸張歪みを再度印可することで、格子緩和を回避することが可能となる。
【００４０】
（ｄ７）高濃度ドーピング
前述したように、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光の量子効率を向上するためには、単結晶ゲルマニウム層５への高濃度ドーピングが非常に有効である。単結晶ゲルマニウム層５は、１×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型キャリア濃度となるようにドーピングを行う。エピタキシャル成長と同時にｎ型ドーピングを行う場合、ゲルマニウムの原料ガスに加えてドーピングガスを供給して成長を行う。ｎ型ドーピングガスとして、５族元素と水素、塩素、フッ素などからなる化合物を用いることができ、例えば、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）などが挙げられる。また、単結晶ゲルマニウム層５のエピタキシャル成長後に、イオン注入によってドーピングを行うこともできる。この場合、ｎ型ドーパントとなるＰ、Ａｓ、Ｓｂ等を含むイオンを単結晶ゲルマニウム層５に打ち込み、アニールを行うことでｎ型ドーピングが可能となる。アニールによってｎ型ドーパントがゲルマニウムから抜けてしまうのを抑制するために、アニール温度とアニール時間を最適化する必要がある。アニール温度を高くした場合、アニール時間はドーパントが活性化されるのに必要な最短の時間にした方が良く、例えば８５０℃とした場合、アニール時間は５秒以下とすればよい。また、アニール温度を６００℃とした場合、アニール時間は５分程度とすれば好適である。
【００４１】
以上、伸張歪みの印加と高濃度ｎ型ドーピングを行って単結晶ゲルマニウムを選択成長することで、単結晶シリコン層３’の側壁をエッチングした空隙に単結晶ゲルマニウム層５を形成する（図２Ｂ）。
【００４２】
（ｅ）開口部の形成
次いで、単結晶ゲルマニウム層５の側壁を覆うために、絶縁膜６を表面に形成する。そして、フォトリソグラフィーとエッチングによって単結晶シリコン層３’の上面のみに絶縁膜６と絶縁膜４’の開口部７を形成する。絶縁膜６としては、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を用いる。絶縁膜６，４’のエッチングとしては、ウェットエッチングでも良い。さらにこの絶縁膜６、４’の開口部をマスクとして、単結晶シリコン層３’のエッチングを行う。エッチングの方法としてはウェットエッチングでも良いが、この後のシリコン層の横方向エッチングでの深さ方向の均一性を向上するためには、異方性を有するドライエッチングを用い、垂直に近い開口部を形成すれば好適である（図２Ｃ）。
【００４３】
（ｆ）単結晶シリコン層３’の除去
そして、等方性エッチングによって残りの単結晶シリコン層３’と単結晶ゲルマニウム層５の一部をエッチング除去する。エッチング方法としては、ウェットエッチングも可能であるが、制御性の良い等方性ドライエッチングを用いれば良く、特に塩化水素（ＨＣｌ）や三フッ化塩素（ＣｌＦ３）等のハロゲン系ガスによるエッチングを行うことで、エッチング後の洗浄工程を省略することが可能となる。本工程でのエッチング量としては、単結晶ゲルマニウム層５と単結晶シリコン層３’の界面に存在する結晶欠陥を含有する領域を全てエッチング除去することが望ましい。例えば、単結晶ゲルマニウム層５を成長温度４００℃で成長し、７５０℃でアニールを行った場合、単結晶ゲルマニウム層５の内、単結晶シリコン層３’との界面から約１５０ｎｍの領域では、貫通転位等の結晶欠陥が多数存在するため、エッチング量としてはこの厚さ以上とすればよい（図２Ｄ）。
【００４４】
（ｇ）ゲルマニウム層の再成長
次いで、単結晶ゲルマニウム層の再成長を行い、幅の広い単結晶ゲルマニウム層８を形成する。ゲルマニウム層の再成長の前に絶縁膜６，４’を除去して、単結晶ゲルマニウム層８の上面と側面を露出させて再成長することも可能であるが、絶縁膜６，４’を除去せずに開口部７を通してゲルマニウムを選択成長することで、後に光導波路となる単結晶シリコン層３と膜厚をそろえて、光信号の結合効率を上げることが可能となるだけでなく、単結晶ゲルマニウム層８の上面が絶縁膜４’と接して成長するために、単結晶ゲルマニウム層８の表面の平坦性が維持されることから、ゲルマニウム導波路内の光の散乱損失を低減することが可能となる。また、単結晶ゲルマニウムを再成長した結果、種結晶となる単結晶ゲルマニウム層８には結晶欠陥が少ないため、その側壁に成長するゲルマニウム層も良好な結晶性を有する。また、単結晶ゲルマニウムを再成長した結果、種結晶となる単結晶ゲルマニウム層８には伸張歪があるため、その側壁に成長するゲルマニウム層も伸張歪を有する。また、高濃度ｎ型ドーピングに関しては、前述のゲルマニウム層５のエピタキシャル成長と同様である。
【００４５】
（ｈ）電極の形成
絶縁膜４、４’、６を除去し、絶縁膜９を単結晶シリコン層３および単結晶ゲルマニウム層８の上に形成する。ここで、絶縁膜９としては、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜を用いる。最後に絶縁膜９のみを単結晶ゲルマニウム層８表面に残し、単結晶ゲルマニウム層８の両側を露出させ、ｐ型電極１０、ｎ型電極１１を形成する。ここで、電極としては高濃度ドーピングを行った多結晶シリコンと金属の積層構造や、金属のみによる電極でも良い。ゲルマニウムに金属電極を直接形成する場合、例えば、ニッケル等の電極材料を堆積し、アニールを行うことで金属とゲルマニウムの合金であるジャーマナイドを形成し、接触抵抗の少ない電極形成することができる。また、ゲルマニウムは各種金属とオーミック接触とすることが難しいため、高濃度ｐ型ゲルマニウム層上のみに選択的に高濃度ｐ型シリコン層を形成すれば好適である。この場合、金属と高濃度ｐ型シリコンを反応させて、シリサイドを形成することで金属電極との接触抵抗を低減することができる。
【００４６】
以上により、図１に示したゲルマニウム・レーザ・ダイオードおよびシリコン細線導波路となる。すなわち、絶縁膜２の上に、伸張歪みを有する単結晶ゲルマニウム８とその上面にある絶縁膜９とｐ型電極１０とｎ型電極１１が形成され、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードを構成している。また、絶縁膜２の上に、単結晶シリコン層３が形成され、シリコン細線導波路を構成している。
【００４７】
本実施例で作製したゲルマニウム・レーザ・ダイオードと、光信号を伝搬させるシリコン細線導波路の配置を、図３の上面図に示す。ここでは、最表面（上面）にある絶縁膜９とｐ型電極１０、ｎ型電極１１を図示しているが、絶縁膜９の下部に単結晶ゲルマニウム層８が存在する。電流注入によって発光した光が単結晶ゲルマニウム層８で形成される導波路（ゲルマニウム導波路）の端部１９，２０で反射することで共振してレーザ発振するには、利得を増大させるために単結晶ゲルマニウム層８で形成される導波路は直線状に細長い構造とする必要がある。例えば、幅（図１において左右方向、図３において上下方向）は低次の光学モードが立ちやすい値として、３００ｎｍから５μｍ程度であれば良く、長さ方向（図３において左右方向）には端面の影響が小さくなるように５０μｍ以上で、且つ電流の絶対値が制御できる上限として、１ｍｍ程度以下であればよい。ゲルマニウム・レーザ・ダイオードで発生した光を単結晶シリコン層３からなる導波路（シリコン細線導波路）に結合させるためには、ゲルマニウム導波路とシリコン細線導波路のアライメントを正確に調節する必要がある。本実施例では、ゲルマニウム導波路を形成する位置は、単結晶シリコン層３’からなる導波路構造を形成する位置と、後に側壁をエッチングする量によって制御できる。例えば、ゲルマニウム導波路形成領域およびシリコン細線導波路形成領域のそれぞれの単結晶シリコン層３の幅が５００ｎｍとし、長辺方向の中心線が一致しているとし、次のとおり製造したときは、ゲルマニウム導波路およびシリコン細線導波路のそれぞれの中心線はずれることになる。単結晶シリコン層３’のサイドエッチング量を２００ｎｍとし、単結晶ゲルマニウム層５を２００ｎｍ幅で横方向成長する。次に、エッチングによって単結晶ゲルマニウムの単結晶シリコン層との境界から１００ｎｍ幅で単結晶ゲルマニウム層５をエッチングする。最後に単結晶ゲルマニウムを３００ｎｍ横方向成長することで、幅４００ｎｍの単結晶ゲルマニウム層を形成することができる。このとき、本来の単結晶シリコン層３の長辺方向の中心線と比べて、単結晶ゲルマニウム層の中心線は５０ｎｍずれることになる。したがって、あらかじめこの長さ分をずらした状態でゲルマニウム・レーザ・ダイオード形成領域とシリコン細線導波路のパターンを同一マスク状に形成しておけば、基板の面内方向と垂直な方向でアライメントをとることができ、高効率で光信号をシリコン細線導波路で伝搬させることが可能となる。単結晶シリコン層３の単結晶ゲルマニウム層８に近い領域での面内における長辺方向と単結晶ゲルマニウム層８の面内における長辺方向の角度のずれが５度以内であり、長辺方向での中心線のずれが単結晶シリコン層３と単結晶ゲルマニウム層８の対向部分で１００ｎｍ以内である。また、単結晶ゲルマニウム層８の側面のうち、シリコン細線導波路と対面する側の端部１９，２０の凹凸は、端部での乱反射を低減するため、１００ｎｍ以下であるのが好ましい。ゲルマニウム導波路とシリコン細線導波路とは分離されており、ゲルマニウム導波路とシリコン細線導波路とは、ゲルマニウムより屈折率の低い絶縁層（例えば、空気、シリコン酸化膜、シ��コン窒化膜等）を介して光学的に接続されている。
【００４８】
以上、本実施例によれば、シリコン酸化膜上に、伸張歪みを有する単結晶ゲルマニウムを形成することが可能となることから、結晶性の良い単結晶ゲルマニウムを用いたゲルマニウム・レーザ・ダイオードにおいて、従来の結晶欠陥に依るキャリアの非発光再結合やリーク電流を大幅に低減し、発光強度を著しく向上することができる。また、高精度にアライメントがとれた単結晶シリコンからなる細線導波路を同一基板上に形成することが可能となるため、光信号の結合損失を大幅に低減できることに加え、光送信回路の小型化が実現できる。
【実施例２】
【００４９】
第２の実施例について図４を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００５０】
本実施例と実施例１との違いは単結晶ゲルマニウム層８の上部に歪み印加層１２を形成している点にある。実施例１と同様に単結晶ゲルマニウム層８を形成し、単結晶ゲルマニウム層８の表面にパッシベーションとなる絶縁膜９を形成した後、歪印加層１２を形成する。歪み印加層としては、例えばシリコン窒化膜などを用いることができる。シリコン窒化膜は、膜中に含まれるシリコンと窒素の組成比や水素の量によって膜を堆積した状態で歪んだ状態を作り出すことができ、成長条件によって圧縮歪みになる場合と、伸張歪みになる場合がある。本実施例でシリコン窒化膜を歪み印加層１２として用いる場合、圧縮歪みと伸張歪みのどちらでも良い。シリコン窒化膜が圧縮歪みを持っている場合、シリコン窒化膜と接している領域を圧縮する力が働く。その結果、単結晶ゲルマニウム層８の上面に絶縁膜９がない周辺領域を圧縮する力が働き、単結晶ゲルマニウム層８の上面に絶縁膜９がある領域を引っ張ろうとする力が働く。従って、シリコン窒化膜を単結晶ゲルマニウム層８の上部のみに残すように周辺部分をエッチング除去すると、シリコン窒化膜の直下が伸張歪みを受ける。一方、シリコン窒化膜が伸張歪みを持っている場合、シリコン窒化膜と接している領域を引っ張ろうとする力が働く。その結果、単結晶ゲルマニウム層８の上面に絶縁膜９がない周辺の領域を伸張する力が働き、単結晶ゲルマニウム層８の上面に絶縁膜９がある領域を圧縮する力が働くため、単結晶ゲルマニウム８のシリコン窒化膜の直下における領域は圧縮方向に変形を受けるが、その周辺領域は反対に伸張歪みを受ける。従って、シリコン窒化膜の歪みの方向によって、単結晶ゲルマニウム８の中で伸張歪みを受ける領域は変化するが、必ず伸張歪みを受ける領域が生じる。
【００５１】
本実施例により、実施例１の効果に加え、歪み印加層からの伸張歪みが新たに加わるため、その部分で直接遷移確率が増大し、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光の量子効率をさらに向上することが可能になる。
【実施例３】
【００５２】
第３の実施例について図５、図６、図７Ａ〜Ｃを用いて説明する。図５は、本実施例に係る半導体光素子の真性部分の上面図である。図６は、本実施例に係る半導体光素子の真性部分の断面構造図である。図７Ａ〜Ｃは、本実施例の製造方法を工程順に示した断面構造図である。なお、実施例１又は２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００５３】
本実施例と実施例１の違いは単結晶ゲルマニウム層８の周辺にシリコン窒化膜１３の壁を設けている点にある。図６の断面図に示すように、単結晶ゲルマニウム層８の端部をシリコン窒化膜１３と接するように形成することで、選択成長によって生じた複数の結晶面のファセットの影響を受けずに単結晶ゲルマニウム層８の周辺の形状を垂直にすることが可能となる。
【００５４】
本実施例と実施例１と異なる部分を中心に、本実施例に係る半導体光素子の製造法について、以下に説明する。
【００５５】
実施例１の（ｂ）工程において、単結晶シリコン層３をエッチングにより複数の導波路形状に分割した後、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードを作製する領域の膜厚を、例えばエッチングや酸化によって低減させる。その後、実施例１と同様の方法によって単結晶ゲルマニウム層５を成長すると、単結晶シリコン層３よりも膜厚の小さい単結晶ゲルマニウム層５を形成できる。この状態でシリコン窒化膜を堆積し、異方性エッチングによって平面部分をエッチングすることで、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの領域の周辺のみにシリコン窒化膜１３を形成することができる（図７Ａ）。
【００５６】
絶縁膜６をエッチング除去すると、単結晶ゲルマニウム層５とシリコン窒化膜１３の間には空隙が生じる（図７Ｂ）。また、絶縁膜６の膜厚を大きくしておくことで、シリコン窒化膜１３の高さを単結晶シリコン層３よりも高くすることが可能となる。次いで、単結晶ゲルマニウム層５上に単結晶ゲルマニウムを追加でエピタキシャル成長することにより、単結晶ゲルマニウム層５とシリコン窒化膜１３の空隙を埋めることができる。単結晶ゲルマニウム層８はシリコン窒化膜１３と接して成長するため、シリコン窒化膜１３の垂直性・平坦性と同等の形状を有するため、通常の選択成長時に発生する（１１１）面や（３１１）面などのようなファセットが発生することがない（図７Ｃ）。
【００５７】
本実施例により、単結晶ゲルマニウム層８の周辺形状がシリコン窒化膜１３の垂直性および平坦性で制御できるため、単結晶シリコン層３からなる細線導波路との対面部分での垂直性および平坦性が確保できることから、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードから出射されたレーザ光を効率良く導波路に入射することが可能となる。また、単結晶ゲルマニウム層８からなる導波路の側壁ラフネスがシリコン窒化膜１３の垂直性および平坦性以下に低減することが可能となることから、レーザ・ダイオードの導波路における散乱損失を低減でき、発光の量子効率を向上することが可能となる。
【実施例４】
【００５８】
第４の実施例について図８を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００５９】
本実施例では、実施例１のゲルマニウム・レーザ・ダイオードの導波路となる単結晶ゲルマニウム層８長手方向の両端に周期構造を形成して端面の反射率の向上を可能にしたものである。図８は本実施例に係る半導体光素子の、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードと単結晶シリコン層からなる導波路との結合部分を拡大した上面図を示す。
【００６０】
実施例１の単結晶シリコン層３’を導波路の両端のみで周期的に分離することで、分布反射型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）ゲルマニウム・レーザ・ダイオードのミラー構造（ＤＢＲミラー）１４を形成する。なお、ここでは図示していないが、ゲルマニウム導波路のもう一方の端部にも同様のミラー構造を形成する必要があることは言うまでもない。分離するミラー部分の周期は、ゲルマニウム導波路中の発光波長の１／２の整数倍になるようにすれば良く、それぞれの単結晶シリコン層３’を元にして、実施例と同様に単結晶ゲルマニウム層８を形成する。また、図８には示していないが、ＤＢＲミラー１４によってレーザ発振した状態で光を単結晶シリコン層３からなる細線導波路に導入するため、スポットサイズコンバータなどを利用することもできる。
【００６１】
本実施例により、実施例１と同様の効果を得ることができるのに加え、ＤＢＲミラー１４によって９９％以上の高い反射率を実現できることから、ゲルマニウム導波路中の光を効率よく反射させ、効率よくレーザ発振させることができる。
【実施例５】
【００６２】
第５の実施例について図９を用いて説明する。なお、実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００６３】
本実施例では、実施例４のＤＢＲミラーを有するゲルマニウム・レーザ・ダイオードの周期構造を、単結晶ゲルマニウム層８の上部に形成した歪印加層１２によって形成するものである。図９は本実施例に係る半導体光素子の上面図を示す。
【００６４】
実施例２と同様に単結晶ゲルマニウム層８の上部に歪印加層１２を形成するが、ゲルマニウム導波路の両端部において、歪印加層をゲルマニウム導波路中の発光波長の１／２の整数倍となる周期によって分離もしくは膜厚変化を持たせて形成する。
【００６５】
本実施例により、実施例２の効果に加え、ＤＢＲミラー１５によって９９％以上の高い反射率を実現できることから、ゲルマニウム導波路中の光を効率よく反射させ、効率よくレーザ発振させることができる。
【実施例６】
【００６６】
第６の実施例について図１０を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００６７】
本実施例では、実施例１の半導体光素子と異なるのは、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光層となる単結晶ゲルマニウム層８からなる導波路に周期構造を持たせるものである。図１０は本実施例に係る半導体光素子の上面図を示す。
【００６８】
実施例１のゲルマニウム・レーザ・ダイオードを形成するプロセスにおいて、単結晶ゲルマニウム層８を、ある周期を持った構造に分割するため、単結晶シリコン層３’を事前にエッチングによって分割しておく。このときの周期は、ゲルマニウム導波路中の発光波長の１／２の整数倍になるようにすれば良く、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）構造１６を有するゲルマニウム・レーザ・ダイオードを形成することが可能となる。
【００６９】
本実施例により、実施例１の効果に加え、ゲルマニウム導波路中に周期構造を設けることで波長の選択を行うことができるため、単一モードでのレーザ発振が可能となり、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光効率を向上できる。
【実施例７】
【００７０】
第７の実施例について図１１を用いて説明する。なお、実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
【００７１】
本実施例では、実施例６の半導体光素子と異なるのは、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードのＤＦＢ構造を単結晶ゲルマニウム層８の上部に形成した歪み印加層１２によって形成する点である。図１１は本実施例に係る半導体光素子の上面図を示す。
【００７２】
実施例２と同様に単結晶ゲルマニウム層８の上部に歪印加層１２を形成するが、ゲルマニウム導波路全体にわたって、歪印加層をゲルマニウム導波路中の発光波長の１／２の整数倍となる周期によって分離もしくは膜厚変化を持たせて形成する。
【００７３】
本実施例により、実施例２の効果に加え、歪印加層１２にＤＦＢ構造１７を形成することによって波長の選択を行うことができるため、単一モードでのレーザ発振が可能となり、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光効率を向上できる。
【実施例８】
【００７４】
第８の実施例について図１２を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。本実施例に係る半導体光素子は、ゲルマニウム・フォトダイオードとシリコン細線導波路を構成している。
【００７５】
本実施例と実施例１との違いは単結晶ゲルマニウム層１８をアンドープとしている点にある。実施例１と同様に単結晶シリコン層３’から横方向に単結晶ゲルマニウムを成長し、単結晶シリコン層３’と単結晶ゲルマニウム５の欠陥含有層をエッチング除去する。そして、単結晶ゲルマニウムを再成長し、アンドープ単結晶ゲルマニウム層１８を形成する。ここで、アンドープ単結晶ゲルマニウム層１８の濃度は1×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００７６】
本実施例により、導波路結合型のゲルマニウム・フォトダイオードにおいて、光吸収層である単結晶ゲルマニウム層１８の結晶性が向上するため、ゲルマニウム・フォトダイオードにおいて暗電流が大幅に低減できる。また、単結晶シリコン３からなる細線導波路とのアライメントを高精度に実施できることから、ゲルマニウム・フォトダイオードの受光感度を向上することができる。また、フォトダイオードの接合面積を単結晶ゲルマニウム層１８の厚さで制御できるため、フォトダイオードの寄生容量を大幅に低減することが可能となり、フォトダイオードの高速動作が可能となる。
【実施例９】
【００７７】
第９の実施例について図１３を用いて説明する。なお、実施例１および実施例８に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。図１３は本実施例に係る半導体光素子の、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードと単結晶シリコン層からなる細線導波路とゲルマニウム・フォトダイオードの結合部分を拡大した上面図を示す。
【００７８】
本実施例では、同一基板上にドーピングした単結晶ゲルマニウム層８と単結晶シリコン３からなる細線導波路と、アンドープ単結晶ゲルマニウム層１８から構成される光信号の送受信モジュールを特徴としている。実施例１と同様に単結晶シリコン層３’から横方向に単結晶ゲルマニウムを成長し、単結晶シリコン層３’と単結晶ゲルマニウム５の欠陥含有層をエッチング除去する。そして、単結晶ゲルマニウムを再成長して高濃度ｎ型単結晶ゲルマニウム層８を形成する。更に、実施例８と同様に単結晶シリコン層３’から横方向に単結晶ゲルマニウムを成長し、単結晶シリコン層３’と単結晶ゲルマニウム５の欠陥含有層をエッチング除去する。そして、単結晶ゲルマニウムを再成長してアンドープ単結晶ゲルマニウム層１８を形成する。ここで、高濃度ｎ型ドープゲルマニウム層８とアンドープ単結晶ゲルマニウム層１８を形成するためには、それぞれの領域で単結晶シリコン層３を露出させ、ゲルマニウムの選択成長を行うことで、ドーピング濃度の異なる単結晶ゲルマニウム層８からなるゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光領域と、アンドープ単結晶ゲルマニウム層１８からなるゲルマニウム・フォトダイオードの受光領域を同一基板上に形成することが可能となる。また、ドーピングに対して、アンドープ単結晶ゲルマニウムを形成して置き、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードの発光部分にのみイオン注入でｎ型不純物を導入しても良い。
【００７９】
また、アンドープ単結晶ゲルマニウム層１８の上のみに歪み印加層１２を印加することで、伸張歪みを有するゲルマニウム層をフォトダイオード光吸収層にした場合、エネルギーが低い光、つまり波長の長い光に対しての感度が向上する。その結果、ゲルマニウム・レーザ・ダイオード光通信で一般的に用いられている波長が１．５５μｍの光に対しても十分な受光感度が得られる。
【００８０】
本実施例により、ゲルマニウム・レーザ・ダイオードと導波路結合型のゲルマニウム・フォトダイオードを同一基板上に形成し、その間を単結晶シリコン層からなる導波路で接続できるため、実施例１と実施例８の効果に加え、レーザ・ダイオードおよびフォトダイオードと細線導波路とのアライメントを高精度に実施できることから、光送受信回路の特性を向上する上、寄生容量の大幅な低減により光送受信回路の高速動作が可能となる。
【００８１】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得ることは勿論である。例えば、実施例中では単結晶ゲルマニウム層の場合について説明したが、ゲルマニウム組成比が高い単結晶シリコン・ゲルマニウム層等を用いてよいことは言うまでもない。
【００８２】
以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。  
（１）基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた第1の単結晶半導体層と、前記絶縁膜上に前記第1の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第1の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層からなり、該第２の単結晶半導体層が伸張歪を有する半導体光素子。
【００８３】
（２）上記（１）の半導体光素子において、前記第１の単結晶半導体が単結晶シリコンであり、前記第２の単結晶半導体が単結晶ゲルマニウムである。
【００８４】
（３）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層が１×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型キャリア濃度となるようにドーピングされている。
【００８５】
（４）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層の少なくとも１つの側壁の面方位が（１００）と等価である。
【００８６】
（５）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層の側面のうち、前記第１の単結晶半導体層と対面する側の凹凸が１００ｎｍ以下である。
【００８７】
（６）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層に接して歪印加領域を有する。
【００８８】
（７）上記（６）の半導体光素子において、前記歪印加領域が少なくともシリコン窒化膜を含む。
【００８９】
（８）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層のうち、前記第１の半導体層と対面する側と前記第１の半導体層と反対側の端部において周期構造を有する。
【００９０】
（９）上記（６）の半導体光素子において、前記歪印加領域のうち、前記第１の半導体層と対面する側と前記第１の半導体層と反対側の端部において周期構造を有する。
【００９１】
（１０）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層が前記第１の半導体層との延長線方向おいて周期構造を有する。
【００９２】
（１１）上記（６）の半導体光素子において、前記歪印加領域が前記第１の半導体層との延長線方向おいて周期構造を有する。
【００９３】
（１２）上記（１）の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層のドーピング濃度が1×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００９４】
（１３）上記（１）から上記（１２）のいずれか１つの半導体光素子において、前記第１の単結晶半導体層の前記第２の単結晶半導体層に近い領域での面内における長辺方向と前記第２の単結晶半導体層の面内における長辺方向の角度のずれが５度以内であり、長辺方向での中心線のずれが前記第１の単結晶半導体層と前期第２の単結晶半導体層の対向部分で１００ｎｍ以内である。
【００９５】
（１４）基板上に形成された絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた第1の単結晶半導体層と、前記絶縁膜上に前記第1の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第1の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層と、前記絶縁膜上に前記第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層とは隔てて設けられた前記第１の単結晶半導体層よりも格子定数の大きな第３の単結晶半導体層からなり、前記第２の単結晶半導体層と前記第３の単結晶半導体層が伸張歪を有する半導体光素子。
【００９６】
（１５）上記１４記載の半導体光素子において、前記第２の単結晶半導体層が１×１０１９ｃｍ−３以上のｎ型キャリア濃度となるようにドーピングされており、前記第３の単結晶半導体層のドーピング濃度が1×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００９７】
（１６）上記１４記載の半導体光素子において、前記第３の単結晶半導体層の伸張歪が前記第２の単結晶半導体層の伸張歪よりも大きい。
【００９８】
（１７）上記１４に記載の半導体光素子において、前記第１の単結晶半導体層の前記第２の単結晶半導体層に近い領域での面内における長辺方向と前記第２の単結晶半導体層の面内における長辺方向の角度のずれが５度以内であり、前記第１の単結晶半導体層の前記第２の単結晶半導体層に近い領域での面内における長辺方向と前記第２の単結晶半導体層の面内における長辺方向での中心線のずれが前記第１の単結晶半導体層と前期第２の単結晶半導体層の対向部分で１００ｎｍ以内であり、前記第１の単結晶半導体層の前記第３の単結晶半導体層に近い領域での面内における長辺方向と前記第３の単結晶半導体層の面内における長辺方向の角度のずれが５度以内であり、前記第１の単結晶半導体層の前記第３の単結晶半導体層に近い領域での面内における長辺方向と前記第３の単結晶半導体層の面内における長辺方向での中心線のずれが前記第１の単結晶半導体層と前期第３の単結晶半導体層の対向部分で１００ｎｍ以内である。
【００９９】
（１８）基板上に形成された絶縁膜上の第１の単結晶層を部分的にエッチング除去して複数の単結晶半導体層に分離する工程と、該第１の単結晶半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、一部の単結晶半導体層の一方の側壁を露出させる工程と、第１の単結晶半導体層をエッチング除去して側壁を後退させる工程と、該第１の単結晶半導体層の側壁に第１の半導体層よりも格子定数の大きな第２の単結晶半導体層を形成する工程と、該第２の単結晶半導体層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、前記第２の単結晶半導体層と接続された前記第１の単結晶半導体層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、該開口部を通して前期第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層のうちの欠陥含有領域を除去する工程を有する半導体光素子の製造方法であって、前記第２の単結晶半導体層が面内で伸張歪みを有する。
【０１００】
（１９）基板上に形成された絶縁膜上の第１の単結晶層を部分的にエッチング除去して複数の単結晶半導体層に分離する工程と、該第１の単結晶半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、複数の第１の単結晶半導体層の一方の側壁を露出させる工程と、第１の単結晶半導体層をエッチング除去して側壁を後退させる工程と、該第１の単結晶半導体層の側壁に第１の半導体層よりも格子定数の大きくｎ型ドーピングされた第２の単結晶半導体層を形成する工程と、該第２の単結晶半導体層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、前記第２の単結晶半導体層と接続された前記第１の単結晶半導体層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、該開口部を通して前期第１の単結晶半導体層と前記第２の単結晶半導体層のうちの欠陥含有領域を除去する工程と、前記第１の単結晶半導体層の側壁に第１の半導体層よりも格子定数の大きな第３の単結晶半導体層を形成する工程と、該第３の単結晶半導体層の側壁に絶縁膜を形成する工程と、前記第３の単結晶半導体層と接続された前記第１の単結晶半導体層上の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、該開口部を通して前期第１の単結晶半導体層と前記第３の単結晶半導体層のうちの欠陥含有領域を除去する工程を有する半導体光素子の製造方法であって、前記第２の単結晶半導体層と前記第３の単結晶半導体層が面内で伸張歪みを有している。
【符号の説明】
【０１０１】
１…シリコン基板
２…埋め込み絶縁膜
３、３’…単結晶シリコン
４、４’、６、９…絶縁膜
５、８…高濃度ｎ型単結晶ゲルマニウム
７…開口部
１０…ｐ型電極
１１…ｎ型電極
１２…歪印加層
１３…シリコン窒化膜
１４…ＤＢＲミラー構造単結晶ゲルマニウム
１５…ＤＢＲミラー構造シリコン窒化膜
１６…ＤＦＢ構造単結晶ゲルマニウム
１７…ＤＦＢ構造シリコン窒化膜
１８…アンドープ単結晶ゲルマニウム
１９、２０…単結晶ゲルマニウムの端部
１０１…高濃度ｎ型シリコン基板
１０２…シリコン酸化膜
１０３…高濃度ｎ型ゲルマニウム
１０４…高濃度ｐ型多結晶シリコン
１０５…金属層
２０１…シリコン基板
２０２…埋め込み酸化膜
２０３…ｐ型シリコン電極
２０４…ｎ型シリコン電極
２０５…単結晶シリコン薄膜
２０６…単結晶シリコン・ゲルマニウム
２０７…絶縁膜
２０８…高濃度ｎ型ゲルマニウム
２０９…ｐ型電極
２１０…ｎ型電極
３０１…シリコン基板
３０２…埋め込み酸化膜
３０３…シリコン層
３０４…ゲルマニウム層
３０５…素子分離領域
３０６…ｐ型コンタクト領域
３０７…ｎ型コンタクト領域
３０８…表面電極
【図１】
2014175526.tif 000003
【図２Ａ】
2014175526.tif 000004
【図２Ｂ】
2014175526.tif 000005
【図２Ｃ】
2014175526.tif 000006
【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
2014175526.tif 000009
【図５】
2014175526.tif 000010
【図６】
2014175526.tif 000011
【図７Ａ】
2014175526.tif 000012
【図７Ｂ】
2014175526.tif 000013
【図７Ｃ】
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【図８】
2014175526.tif 000015
【図９】
2014175526.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2014175526.tif 000018
【図１２】
2014175526.tif 000019
【図１３】
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【図１４】
2014175526.tif 000021
【図１５】
2014175526.tif 000022
【図１６】
2014175526.tif 000023
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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