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DE3816256A1 - METHOD FOR PRODUCING A SINGLE-CRYSTALLINE LAYER CONSTRUCTING FROM A FIRST SEMICONDUCTOR MATERIAL ON A SUBSTRATE FROM ANOTHER DIFFERENT SEMICONDUCTOR MATERIAL, AND USING THE ARRANGEMENT FOR PRODUCING OPTOELECTRONICALLY INTEGRATED - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING A SINGLE-CRYSTALLINE LAYER CONSTRUCTING FROM A FIRST SEMICONDUCTOR MATERIAL ON A SUBSTRATE FROM ANOTHER DIFFERENT SEMICONDUCTOR MATERIAL, AND USING THE ARRANGEMENT FOR PRODUCING OPTOELECTRONICALLY INTEGRATED

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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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silicon
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Abstract

In order to prepare a monocrystallline layer (3), consisting of a first semiconducting material, e.g. silicon, on a substrate (1) of a different type of second semiconductor material, e.g. of an AIIIBV compound, the layer (3) of the first semiconductor material is first applied in amorphous or polycrystalline form to the substrate (1) and is then transformed, with the aid of a lateral recrystallisation process, e.g. by laser light (4), into a monocrystalline layer (3). In this process, the substrate (1) may contain patterns of insulating material (2), e.g. insulation oxides (2) for separating (segregating) the active components. The method is suitable for fabricating optoelectronic integrated circuits on the basis of AIIIBV compounds in combination with silicon. <IMAGE>

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.The invention relates to a method for producing a single-crystal layer consisting of a first semiconductor material on a substrate made of a different type of second semiconductor material, and to the use of the method for producing such arrangements in optoelectronic integrated circuits based on A III B V compounds with silicon.

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.When realizing one of several semiconductor materials containing construction, the difficulty is that different semiconductor materials in general have lattice constants. Due to the lack of grid fit in the area of the interface between the semiconductors materials are called crystal defects, which can be found in continue the shifts. The resulting crystal layer Then the quality requirements that e.g. for inte. containing for optoelectronic functional elements circuits on the crystal layer from e.g. single stallinen semiconductors based on III-V compounds be put.

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. With optoelectronic circuits and their coupling with integrated electronic circuits, light transmitters, light receivers and integrated circuits are required for signal processing. A III B V connections are mostly used for the light transmitters.

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.The high level of development of integrated circuits in silicon substrates suggests the use of silicon for the integrated electronic circuits in optoelectronic and optoelectronically coupled integrated circuits. Integrated circuits in silicon substrates and electro-optical elements from A III B V connections are connected to each other in a hybrid structure. Compared to fully integrated circuits, hybrid circuits have the disadvantage that they are less reliable. The integration density that can be achieved is also lower. In addition, there are higher production costs even with large quantities. The hybrid structure of integrated circuits with optoelectronic elements means that some of the advantages of integrated circuits are given away.

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.The invention has for its object to provide a method with which a monolithic integration of opto-electronic functional elements, for example on the basis of A III B V connections with electronic functional elements made of silicon, for example, is made possible.

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.According to the invention, this object is achieved by a method of the type mentioned, which ge is characterized in that the layer from the first half lead Term material first in amorphous or polycrystalline form is applied to the substrate and then one is subjected to lateral recrystallization process.

Das Verfahren ist besonders geeignet zur Herstellung von optoelektronischen integrierten Schaltungen auf der Basis von A III B V-Verbindungen und Silizium.The method is particularly suitable for the production of optoelectronic integrated circuits based on A III B V compounds and silicon.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor. Further refinements of the invention result from the other claims.  

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.The invention makes knowledge in the silicone on-insulator (SOI) technology (see e.g. Electronics Week, Nov. 19, 1985, p. 28).

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.The invention enables a monolithic structure optoelectronic integrated circuits; here will used monolithically in the sense that the structure a containing various semiconductor materials Layer structure is. Compared to hybrid circuits monolithic integrated circuits have the advantage that they can be produced inexpensively in large numbers are. In monolithically integrated circuits achieved higher reliability. The place and The power requirement is lower. Integrated in monolithic A higher integration density is possible in th circuits Lich.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird.In the figure is an embodiment of the invention shown, which is explained in more detail below.

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.On a substrate 1 , an intermediate layer 2 is brought up. The substrate 1 consists of a first semiconductor material of high quality which is suitable for optoelectronic applications, for example from an A III B V connection, in particular gas. The intermediate layer 2 is designed such that the surface of the substrate 1 is uncovered at predetermined locations. The intermediate layer 2 consists, for example, of an insulation oxide. The intermediate layer 2 is structured using a photo technique, for example. A semiconductor layer 3 is applied to the intermediate layer 2 such that it completely covers the intermediate layer 2 and the exposed surface of the substrate 1 . The semiconductor layer 3 consists of a second semiconductor material which is suitable for the manufacture of integrated circuits, for example of silicon. The semiconductor layer 3 is applied as an amorphous or as a polycrystalline layer. It is then transformed into a single-crystalline layer by lateral recrystallization. The recrystallization is carried out, for example, by light. With a laser beam 4, which is directed perpendicular to the semiconductor layer 3, an area is melted 5 of the semiconductor layer 3 and the layer adjacent thereto. By moving the laser beam parallel to the surface of the semiconductor layer 3 , the molten region 5 migrates over the semiconductor layer 3 . New semiconductor material is melted in the direction of movement on the front side of area 5 , while the semiconductor material recrystallizes on the back side of area 5 . In this way, the semiconductor layer 3 is brought from the polycrystalline or amorphous state into the single-crystal state. At the points where the semiconductor layer 3 directly follows the substrate 1 , crystal defects occur at the interface as a result of the lack of lattice matching. However, these do not reproduce in the semiconductor layer 3 , so that the semiconductor layer 3 fully meets the quality requirements for fast func tion elements.

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.Because the different semiconductor materials are only local is in the areas where fast functional elements are arranged, the required given crystal quality. The touch of the different Semiconductor materials only occur in the areas where where optoelectronic functions are required.

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.1. A method for producing a single-crystal layer consisting of a first semiconductor material on a substrate made of a different type of second semiconductor material, characterized in that the layer ( 3 ) made of the first semiconductor material is first applied in amorphous or polycrystalline form on the substrate ( 1 ) and is then subjected to a lateral recrystallization process. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der laterale Rekristallisationsprozeß durch Licht (4) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the lateral recrystallization process is carried out by light ( 4 ). 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der laterale Rekristallisationspro­ zeß mit Hilfe eines Lasers (4) erfolgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the lateral recrystallization process takes place with the aid of a laser ( 4 ). 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.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a substrate ( 1 ) is used which contains structures ( 2 ) made of an insulating material. 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.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a substrate consisting of an A III B V connection ( 1 ) is used, which has structures ( 2 ) made of insulation oxide, which serve to separate the active components of the circuit , is provided, and that a silicon layer ( 3 ) is applied as the first semiconductor material layer. 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.6. Use of the method according to one of claims 1 to 5 for the production of arrangements in optoelectronic integrated circuits based on A III B V connections and silicon.
DE19883816256 1988-05-11 1988-05-11 METHOD FOR PRODUCING A SINGLE-CRYSTALLINE LAYER CONSTRUCTING FROM A FIRST SEMICONDUCTOR MATERIAL ON A SUBSTRATE FROM ANOTHER DIFFERENT SEMICONDUCTOR MATERIAL, AND USING THE ARRANGEMENT FOR PRODUCING OPTOELECTRONICALLY INTEGRATED Ceased DE3816256A1 (en)

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