(57)【要約】【目的】同一のシリコン基板の上に電子デバイスと光デバイスとを混載した電子−光融合デバイスの製造に適した単結晶窒化ガリウム局在基板を提供する。【構成】シリコン基板１００の上に炭化シリコン２００を形成し、前記炭化シリコン２００の上に局所的に単結晶窒化ガリウム４１０を形成することで、シリコン基板１００の上に局所的に単結晶窒化ガリウム４１０を成長させた領域を有する。前記単結晶窒化ガリウム４１０を形成させる際のマスクとしては、窒化シリコン２２０を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板上に局所的に単結晶窒化ガリウムを成長させた領域を有することを特徴とする単結晶窒化ガリウム局在基板。
【請求項２】
前記単結晶窒化ガリウムは、単結晶シリコン基板上に形成された炭化シリコンの上に成長されたものであることを特徴とする請求項１記載の単結晶窒化ガリウム局在基板。
【請求項３】
前記単結晶窒化ガリウムは、窒化シリコンをマスクとして使用して成長されていることを特徴とする請求項１又は２記載の単結晶窒化ガリウム局在基板。
【請求項４】
前記単結晶窒化ガリウムは、酸化シリコンをマスクとして使用して成長されていることを特徴とする請求項１又は２記載の単結晶窒化ガリウム局在基板。
【請求項５】
前記単結晶シリコン基板は、ＳＯＩ基板であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の単結晶窒化ガリウム局在基板。
【請求項６】
単結晶シリコン基板上に炭化シリコンを形成する工程と、前記炭化シリコンの上に局所的に単結晶窒化ガリウムを形成する工程とを具備しており、前記単結晶窒化ガリウムを形成させる際のマスクとして窒化シリコン又は酸化シリコンを用いることを特徴とする単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶シリコン基板上に単結晶窒化ガリウムを成長させた領域が局所的に存在する単結晶窒化ガリウム局在基板と、その製造方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、ＬＥＤやレーザダイオードに代表される青色系発光素子の材料として広く使用されている。従来では、主にサファイアが基板として用いられ、その上にＭＯＣＶＤ法によって窒化ガリウムを成長させている。
【０００３】
従来、ＬＳＩに代表される電子デバイスは、シリコン基板上に形成されており、その信号入出力はパッケージの周囲に配置された電極又はパッケージの裏面にアレイ状に配置された電極を介して行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
昨今、電子デバイスの扱うデータ量、要求される演算能力は増加の一途をたどっており、電子デバイス側の信号伝送に対する広帯域化、高速化への要求は増す一方である。しかしながら、電子デバイス間での金属配線による信号遅延、伝送線路間に発生する寄生容量等の問題により、現状では性能向上には限界が見え始めている。
【０００５】
上記の解決策として、電子デバイスと光デバイスとを同一基板上に貼り合わせて集積する方法や、複数の電子デバイス間を光学デバイスによって接続する方法等が提案されている。しかし、前者の方法には、貼り合わせた電子デバイスと光デバイスとの間の接続が電気的に行われるため信号遅延の問題が避けられないという問題があり、後者の方法には、光学デバイスの小形化が困難である等の問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、同一のシリコン基板の上に電子デバイスと光デバイスとを混載した電子−光融合デバイスの製造に適した単結晶窒化ガリウム局在基板及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る単結晶窒化ガリウム局在基板は、単結晶シリコン基板上に局所的に単結晶窒化ガリウムを成長させた領域を有している。
【０００８】
また、本発明に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法は、単結晶シリコン基板上に炭化シリコンを形成する工程と、前記炭化シリコンの上に局所的に単結晶窒化ガリウムを形成する工程とを備えており、前記単結晶窒化ガリウムを形成させる際のマスクとして窒化シリコン又は酸化シリコンを用いている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法の工程を示す概略的説明図、図２は本発明の第２の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法の工程を示す概略的説明図である。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板は、以下のようにして製造される。
まず、面方位（１１１）である成膜用のシリコン基板１００の全面に、ＣＶＤ法により薄膜である窒化シリコン（Ｓｉ３  Ｎ４  ）２００を成長させる（図１（Ａ）参照）。この窒化シリコン２００は、窒化ガリウム４００を成長させる際のマスクとして機能する。すなわち、窒化シリコン２００が形成されている部分には、窒化ガリウム４００が成長しない（結果として残らない）のである。
【００１１】
次に、窒化シリコン２００の上にフォトレジスト５００を塗布し、窒化ガリウム４００を成長させたくない箇所にフォトマスク６００を重ね合わせ、フォトリソグラフィー技術によってマスクパターンを転写する（図１（Ｂ）参照）。
【００１２】
現像したフォトレジスト５００をマスクとして、フォトレジスト５００がない部分の窒化シリコン２００をエッチングで除去する（図１（Ｃ）参照）。現像したフォトレジスト５００を剥離して、窒化シリコン２００が存在しない部分２１０と島状の窒化シリコン島２２０とを露出させる（図１（Ｄ）参照）。なお、窒化シリコン２００が存在しない部分２１０には、初期材料であるシリコン基板１００の表面が露出することになる。
【００１３】
この後、窒化シリコン２００が存在しない部分２１０のシリコンを立方晶の単結晶炭化シリコン３００に変成させる（図１（Ｅ）参照）。このとき変成された単結晶炭化シリコン３００の面方位は、初期材料であるシリコン基板１００と同様で（１１１）である。
【００１４】
なお、シリコンの単結晶炭化シリコン３００への変成は、シリコン基板１００を成膜室の内部に設置し、水素ガスを流しながら、炭化水素系ガスをキャリアガスとしての水素ガスに対して１〜５体積％の割合で流しつつ、成膜室の内部の雰囲気温度を１２００℃〜１４０５℃に加熱することによって行う。また、成膜室の内部は大気圧としておく。なお、炭化水素系ガスとしては、プロパンガス、メタンガス、エチレンガス、プタンガス等があるが、メタンガスやエチレンガスと比較すると、炭素原子の含有量が多いという点、現時点では最も安価であるという点からプロパンガスが最もすぐれているといえよう。
【００１５】
続けて、シリコン基板１００の全面にＭＯＣＶＤ法によって窒化ガリウム４００をエピタキシャル成長させる（図１（Ｆ）参照）。このとき、成長する窒化ガリウム４００の面方位は（０００１）である。前記単結晶炭化シリコン３００の上に成長させた窒化ガリウム４１０と、窒化シリコン島２２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０とでは、結晶性に違いがある。単結晶炭化シリコン３００の上に成長させた窒化ガリウム４１０の方が良好な結晶性を有している。これは、単結晶炭化シリコン３００の（１１１）面と、窒化ガリウム４００の（０００１）面の格子定数が近いことに起因している。一方、窒化シリコン島２２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０は多結晶となり、多量の結晶欠陥を含み、化学的に不安定な構造となっている。
【００１６】
前記窒化シリコン島２２０は、窒化ガリウム４００を成長させたくない箇所に設けられている。従って、この窒化シリコン島２２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０は除去する必要がある。
【００１７】
この窒化ガリウム４２０の除去は以下のようにして行う。エッチング液として例えば水酸化カリウムを用い、試料全体をこのエッチング液に浸す。このエッチング液は、単結晶炭化シリコン３００の上に成長された窒化ガリウム４１０をも溶解させうるが、窒化シリコン島２２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０は化学的に不安定なため、エッチング速度が窒化ガリウム４１０より速く、結果として窒化シリコン島２２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０が選択的にエッチングされることになる。これにより、選択性良く不要な窒化ガリウム４２０を除去することができる（図１（Ｇ）参照）。
【００１８】
次に、不要な窒化ガリウム４２０が除去されて後も表面に残留している窒化シリコン島２２０を加熱したリン酸でエッチングし、単結晶窒化ガリウム４１０が局所的に存在する単結晶窒化ガリウム局在基板を得ることができる（図１（Ｈ）参照）。
【００１９】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
この製造方法は、面方位が（１１１）である成膜用のシリコン基板１００の表面を熱酸化させ、薄膜である酸化シリコン（ＳｉＯ２  ）７００を形成する（図２（Ａ）参照）。この酸化シリコン７００は、窒化ガリウム４００を成長させる際のマスクとして機能する。すなわち、酸化シリコン７００が形成されている部分には、窒化ガリウム４００が成長しない（結果として残らない）のである。
【００２０】
次に、酸化シリコン７００の上にフォトレジスト５００を塗布し、窒化ガリウム４００を成長させたくない部分にフォトマスク６００を重ね合わせ、フォトリソグラフィー技術によってマスクパターンを転写する（図２（Ｂ）参照）。
【００２１】
現像したフォトレジスト５００をマスクとして、フォトレジスト５００がない部分の酸化シリコン７００をエッチングで除去する（図２（Ｃ）参照）。現像したフォトレジスト５００を剥離して、酸化シリコン７００が存在しない部分７１０と島状の酸化シリコン島７２０とを露出させる（図２（Ｄ）参照）。なお、酸化シリコン７００が存在しない部分７１０には、初期材料であるシリコン基板１００の表面が露出することになる。
【００２２】
この後、第１の実施の形態において説明したのと同じ方法によって酸化シリコン７００が存在しない部分に露出しているシリコン基板１００のシリコンを立方晶の単結晶酸化シリコン３００に変成させる（図２（Ｅ）参照）。なお、シリコンの単結晶炭化シリコン３００への変成は、上述した方法と同じである。すなわちシリコン基板１００を成膜室の内部に設置し、水素ガスを流しながら、プロパンガス、メタンガス、エチレンガス、ブタンガス等の炭化水素系ガスをキャリアガスとしての水素ガスに対して１〜５体積％の割合で流しつつ、成膜室の内部の雰囲気温度を１２００℃〜１４０５℃に加熱することによって行う。また、成膜室の内部は大気圧としておく。
【００２３】
変成された単結晶炭化シリコン３００の面方位も、元のシリコン基板１００と同じく（１１１）である。
【００２４】
次に、シリコン基板１００の全体にＭＯＣＶＤ法によって窒化ガリウム４００をエピタキシャル成長させる（図２（Ｆ）参照）。このとき、成長する窒化ガリウム４００の面方位は（０００１）である。前記単結晶炭化シリコン３００の上に成長された窒化ガリウム４１０と、酸化シリコン島７２０の上に最長された窒化ガリウム４２０とでは、結晶性に違いがある。単結晶炭化シリコン３００の上に成長させた窒化ガリウム４１０の方が良好な結晶性を有している。これは、単結晶炭化シリコン３００の（１１１）面と、窒化ガリウム４００の（０００１）面の格子定数が近いことに起因している。一方、酸化シリコン島７２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０の内部には、多量の結晶欠陥を含み、化学的に不安定な構造となっている。
【００２５】
酸化シリコン島７２０は、窒化ガリウム４００を成長させたくない部分に設けられているため、酸化シリコン島７２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０は除去する必要がある。
【００２６】
この窒化ガリウム４２０の除去は以下のようにして行う。エッチング液として例えば水酸化カリウムを用い、試料全体をこのエッチング液に浸す。このエッチング液は、単結晶炭化シリコン３００の上に成長された窒化ガリウム４１０をも溶解させうるが、酸化シリコン島７２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０は化学的に不安定なため、エッチング速度が窒化ガリウム４１０より速く、結果として酸化シリコン島７２０の上に成長させた窒化ガリウム４２０が選択的にエッチングされることになる。これにより、選択性良く不要な窒化ガリウム４２０を除去することができる。
【００２７】
次に、表面に残留している酸化シリコン島７２０を加熱した弗酸系エッチング液によってエッチングし（図２（Ｇ）参照）、単結晶窒化ガリウム４１０が局所的に存在する単結晶窒化ガリウム局在基板を得ることができる（図２（Ｈ）参照）。
【００２８】
なお、上述した２つの実施の形態では、初期材料としてシリコン基板１００を用いているが、ＳＯＩ基板でも同様の工程をへ経ることによって同等の単結晶窒化ガリウム局在基板を製造することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る単結晶窒化ガリウム局在基板は、単結晶シリコン基板上に局所的に単結晶窒化ガリウムを成長させた領域を有するものである。
【００３０】
かかる単結晶窒化ガリウム局在基板であると、単結晶窒化ガリウムが形成された部分に例えばＬＥＤやレーザダイオード等の光デバイスを、単結晶窒化ガリウムが形成されていない部分に電子デバイスをそれぞれ形成することによって、従来の電子デバイスと光デバイスとを貼り合わせる手法によって製造されたものと比較して、信号遅延の問題が生じない。また、電子デバイス間を光学デバイスによって接続するものにあっては、光学デバイスの小形化という問題が生じるが、かかる問題も解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法の工程を示す概略的説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム局在基板の製造方法の工程を示す概略的説明図である。
【符号の説明】
１００    シリコン基板
２００    窒化シリコン
３００    炭化シリコン
４００    窒化ガリウム
５００    フォトレジスト
６００    フォトマスク
７００    酸化シリコン
【図１】
2004179242.tif 000003
【図２】
2004179242.tif 000004