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半導体結晶、その製造方法、及び多層膜構造体 コモンズ

国内特許コード P130009293
整理番号 NU-0500
掲載日 2013年5月30日
出願番号 特願2013-024605
公開番号 特開2014-154765
出願日 平成25年2月12日(2013.2.12)
公開日 平成26年8月25日(2014.8.25)
発明者
  • 黒澤 昌志
  • 田岡 紀之
  • 坂下 満男
  • 中塚 理
  • 財満 鎭明
出願人
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 半導体結晶、その製造方法、及び多層膜構造体 コモンズ
発明の概要 【課題】ガラスやプラスチック等の絶縁膜上においても高品質なIV族半導体結晶を形成することが可能となる半導体結晶、その製造方法、及び多層膜構造体を提供する。
【解決手段】支持基板1と、前記支持基板の一表面側に形成された非晶質半導体膜2と、前記非晶質半導体膜の支持基板と接していない側の面を被膜する拡散促進膜3と、前記拡散促進膜上の全面あるいは一部分に成膜された共晶金属としての錫4とを備えたことを特徴とする積層構造10を作成し、前記積層構造に熱処理を施すことで、錫4から非晶質半導体膜2の結晶成長を誘起し、1~20%の錫濃度を有する半導体結晶20を形成する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



今日の高度情報化社会を根幹から支えているシリコンを主成分とする集積回路や太陽電池の性能向上は、集積回路の基本素子であるMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)の微細化や素子構造の工夫(3次元化、表面テクスチャ等)により成し遂げられていた。しかしながら、シリコン自身の物理的限界が訪れようとしているため、チャネルの材料をシリコンに比べて本質的に移動度や光吸収効率が高い新材料(ゲルマニウム、ゲルマニウム錫、シリコンゲルマニウム錫等)に置き換えるための研究が世界中で行われている(例えば、非特許文献1)。なかでも、共にシリコンと同じIV族元素であるゲルマニウムと錫の合金であるゲルマニウム錫半導体に注目が集まっている。その理由として、ゲルマニウム錫が電子および正孔移動度の両方においてシリコンよりも高い移動度を有していること、錫の原子数組成比が10%程度以上ではバンド構造が間接遷移型から直接遷移型に変調するため大幅な光吸収効率の増大が見込めることが挙げられる(例えば、非特許文献2)。





MOSFETのチャネル材料や太陽電池の光吸収材料をゲルマニウム錫に置き換える場合、いかにして高錫組成のゲルマニウム錫結晶を形成するかが問題となる。非特許文献3に示す技術は、非平衡状態における分子線堆積法を用いることで、平衡固溶限(2.5%)を超える10%以上の錫組成を有するゲルマニウム錫膜の成長を実現している。





ここまで述べてきたゲルマニウム錫の特長を最大限活用するためには、非晶質基板(石英、ガラス、プラスチック等)上における成長も重要である。非特許文献4に示す技術は、熱平衡状態における溶融成長法を用いることで、非晶質(二酸化シリコン)膜で被膜されたシリコン基板上において横方向に錫濃度勾配(錫濃度:0~2.5%、錫濃度勾配:0.1~0.4%/μm)を有するゲルマニウム錫膜の成長を実現している。





また,非晶質基板上における低温結晶成長技術の一例として、特開2003?203864号公報(特許文献1)に開示されている金属誘起固相成長法が挙げられる。金属誘起固相成長法は、半導体の結晶化を誘起する触媒金属(ニッケル等)をシリコンやゲルマニウムで主に構成される非晶質膜と一部接触するように配置し、その後の熱処理により、触媒金属を上記非晶質膜中へ拡散させる。その結果、500℃程度の熱処理において上記触媒金属を中心とした上記非晶質膜の結晶化を実現している。

産業上の利用分野



本発明は、非晶質半導体と金属との共晶反応を用いた半導体材料の結晶化に際し、好適に用いることのできる「錫/拡散促進膜/IV族系非晶質半導体/支持基板」から構成される積層構造の製造工程、および、前記積層構造の熱処理工程とを備えた半導体結晶の作製に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
絶縁膜としての支持基板の上方にIV族元素から選択される1以上の元素からなる非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜の上方に拡散促進膜を形成する工程と、
前記拡散促進膜の上方に、錫から成る錫層を形成する工程と、
熱処理により、前記非晶質半導体膜を構成する元素、及び錫から成る半導体結晶を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体結晶の製造方法。

【請求項2】
前記半導体結晶において、前記非晶質半導体膜を構成する元素に対する錫の比率が1~20%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の半導体結晶の製造方法。

【請求項3】
IV族元素から選択される1以上の元素、及び錫から成る半導体結晶であって、
前記IV族元素から選択される1以上の元素に対する錫の比率が1~20%の範囲内であることを特徴とする半導体結晶。

【請求項4】
請求項3に記載の半導体結晶を備えた多層膜構造体。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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