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DE3816256A1 - Verfahren zum herstellen einer aus einem ersten halbleitermaterial bestehenden einkristallinen schicht auf einem substrat aus einem andersartigen zweiten halbleitermaterial und verwendung der anordnung zur herstellung von optoelektronischen integrierten schaltungen - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer aus einem ersten halbleitermaterial bestehenden einkristallinen schicht auf einem substrat aus einem andersartigen zweiten halbleitermaterial und verwendung der anordnung zur herstellung von optoelektronischen integrierten schaltungen

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DE3816256A1
DE3816256A1 DE19883816256 DE3816256A DE3816256A1 DE 3816256 A1 DE3816256 A1 DE 3816256A1 DE 19883816256 DE19883816256 DE 19883816256 DE 3816256 A DE3816256 A DE 3816256A DE 3816256 A1 DE3816256 A1 DE 3816256A1
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Germany
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substrate
layer
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semiconducting material
semiconductor material
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Guenter Dr Rer Nat Winstel
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer aus einem ersten Halbleitermaterial bestehenden einkristallinen Schicht auf einem Substrat aus einem andersartigen zweiten Halbleitermaterial sowie die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung von solchen Anordnungen in optoelektronischen integrierten Schaltungen auf der Basis von A III B V-Verbindungen mit Silizium.
Bei der Realisierung eines mehrere Halbleitermaterialien enthaltenden Aufbaus liegt die Schwierigkeit darin, daß verschiedene Halbleitermaterialien im allgemeinen verschie­ dene Gitterkonstanten haben. Durch die mangelnde Gitteran­ passung im Bereich der Grenzfläche zwischen den Halbleiter­ materialien werden Kristallfehler hergerufen, die sich in die Schichten fortsetzen. Die entstehende Kristallschicht genügt dann nicht mehr den Qualitätsanforderungen, die z.B. für optoelektronische Funktionselemente enthaltende inte­ grierte Schaltungen an die Kristallschicht aus z.B. einkri­ stallinen Halbleitern auf der Basis von III-V-Verbindungen gestellt werden.
Bei optoelektronischen Schaltungen und deren Kopplung mit integrierten elektronischen Schaltungen werden Lichtsender, Lichtempfänger und integrierte Schaltkreise zur Signalver­ arbeitung benötigt. Für die Lichtsender werden meist A III B V- Verbindungen verwendet.
Der hohe Entwicklungsstand integrierter Schaltungen in Siliziumsubstraten legt die Verwendung von Silizium für die integrierten elektronischen Schaltungen in optoelektronischen und optoelektronisch gekoppelten integrierten Schaltungen nahe. Integrierte Schaltungen in Siliziumsubstraten und elektrooptische Elemente aus A III B V-Verbindungen werden in hybridem Aufbau miteinander verbunden. Hybridschaltungen haben im Vergleich zu voll integrierten Schaltungen den Nachteil, daß sie eine geringere Zuverlässigkeit aufweisen. Die erreichbare Integrationsdichte ist ebenfalls geringer. Hinzu kommen höhere Fertigungskosten auch bei großen Stückzahlen. Durch den hybriden Aufbau von integrierten Schaltungen mit optoelektronischen Elementen wird daher ein Teil der Vorzüge von integrierten Schaltungen verschenkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an­ zugeben, mit dem eine monolithische Integration von opto­ elektronischen Funktionselementen z.B. auf der Basis von A III B V-Verbindungen mit elektronischen Funktionselementen aus z.B. Silizium ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die Schicht aus dem ersten Halblei­ termaterial zunächst in amorpher oder polykristalliner Form auf dem Substrat aufgebracht wird und anschließend einem lateralen Rekristallisationsprozeß unterworfen wird.
Das Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von optoelektronischen integrierten Schaltungen auf der Basis von A III B V-Verbindungen und Silizium.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung macht sich Erkenntnisse, die in der Silicon­ on-Insulator-(SOI-) Technologie (s. z.B. Electronics Week, Nov. 19, 1985, S. 28) gewonnen wurden, zunutze.
Die Erfindung ermöglicht einen monolithischen Aufbau optoelektronischer integrierter Schaltungen; hier wird monolithisch in dem Sinn gebraucht, daß der Aufbau ein verschiedene Halbleitermaterialien enthaltender Schichtaufbau ist. Im Vergleich zu Hybridschaltungen haben monolithisch integrierte Schaltungen den Vorteil, daß sie in großer Stückzahl kostengünstig herstellbar sind. In monolithisch integrierten Schaltungen wird eine höhere Zuverlässigkeit erzielt. Der Platz- und Leistungsbedarf ist geringer. In monolithisch integrier­ ten Schaltungen ist eine höhere Integrationsdichte mög­ lich.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird.
Auf einem Substrat 1 wird eine Zwischenschicht 2 aufge­ bracht. Das Substrat 1 besteht aus einem ersten Halbleiter­ material hoher Qualität das für optoelektronische Anwen­ dungen geeignet ist, z.B. aus einer A III B V-Verbindung insbesondere Gas. Die Zwischenschicht 2 ist so gestaltet, daß an vorbestimmten Stellen die Oberfläche des Substrats 1 unbedeckt ist. Die Zwischenschicht 2 besteht z.B. aus einem Isolationsoxid. Die Zwischenschicht 2 wird z.B. mit Hilfe einer Fototechnik strukturiert. Auf die Zwischenschicht 2 wird eine Halbleiterschicht 3 so aufgebracht, daß sie die Zwischenschicht 2 und die freigelegte Oberfläche des Substrats 1 ganz bedeckt. Die Halbleiterschicht 3 besteht aus einem zweiten Halbleitermaterial, das für die Herstel­ lung integrierter Schaltungen geeignet ist, z.B. aus Silizium. Die Halbleiterschicht 3 wird als amorphe oder als polykristalline Schicht aufgebracht. Anschließend wird sie durch laterale Rekristallisation in eine einkristalline Schicht verwandelt. Die Rekristallisation erfolgt z.B. durch Licht. Mit einem Laserstrahl 4, der senkrecht auf die Halbleiterschicht 3 gerichtet ist, wird ein Bereich 5 der Halbleiterschicht 3 und der daran angrenzenden Schicht geschmolzen. Durch Bewegen des Laserstrahls parallel zur Oberfläche der Halbleiterschicht 3 wandert der geschmolzene Bereich 5 über die Halbleiterschicht 3. Dabei wird in der Bewegungsrichtung an der Vorderseite des Bereichs 5 neues Halbleitermaterial geschmolzen, während das Halbleiter­ material an der Rückseite des Bereichs 5 rekristallisiert. Auf diese Weise wird die Halbleiterschicht 3 vom polykri­ stallinen bzw. amorphen Zustand in den einkristallinen Zustand gebracht. An den Stellen, an denen die Halbleiter­ schicht 3 direkt auf das Substrat 1 folgt, kommt es an der Grenzfläche in Folge der mangelnden Gitteranpassung zu Kristallfehlern. Diese pflanzen sich jedoch nicht in die Halbleiterschicht 3 fort, so daß die Halbleiterschicht 3 voll den Anforderungen an die Qualität für schnelle Funk­ tionselemente genügt.
Da die unterschiedlichen Halbleitermaterialien nur lokal miteinander Kontakt haben, ist in den Bereichen, in denen schnelle Funktionselemente angeordnet sind, die erforder­ liche Kristallgüte gegeben. Die Berührung der verschiedenen Halbleitermaterialien tritt nur in den Bereichen auf, in denen optoelektronische Funktionen benötigt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen einer aus einem ersten Halbleitermaterial bestehenden einkristallinen Schicht auf einem Substrat aus einem andersartigen zweiten Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) aus dem ersten Halbleitermaterial zunächst in amorpher oder polykristalliner Form auf dem Substrat (1) aufgebracht wird und anschließend einem lateralen Rekristallisationsprozeß unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der laterale Rekristallisationsprozeß durch Licht (4) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der laterale Rekristallisationspro­ zeß mit Hilfe eines Lasers (4) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat (1) verwendet wird, welches Strukturen (2) aus einem isolierenden Material enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einer A III B V- Verbindung bestehendes Substrat (1) verwendet wird, welches mit Strukturen (2) aus Isolationsoxid, die zur Trennung der aktiven Bauelemente der Schaltung dienen, versehen ist, und daß als erste Halbleitermaterialschicht eine Siliziumschicht (3) aufgebracht wird.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Anordnungen in optoelektronischen integrierten Schaltungen auf der Basis von A III B V-Verbin­ dungen und Silizium.
DE19883816256 1988-05-11 1988-05-11 Verfahren zum herstellen einer aus einem ersten halbleitermaterial bestehenden einkristallinen schicht auf einem substrat aus einem andersartigen zweiten halbleitermaterial und verwendung der anordnung zur herstellung von optoelektronischen integrierten schaltungen Ceased DE3816256A1 (de)

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