[发明专利]红外发光元件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外发光元件的制造方法。

背景技术

以硅(Si)为基材的大规模集成电路(LSI：Large Scale Integration)的内部配线使用铜线等，由此配线延迟和焦耳热的发生导致的温度上升等的问题存在。

因而，近年来，出于抑制配线延迟等的目的，在内部配线中利用光学互接的光电积体电路的开发进行。

在光电积体电路的实现中，必须在LSI芯片上，同时制作互补型金属氧化膜半导体场效应晶体管(CMOS：互补型金属氧化物半导体，Complementary Metal Oxide Semiconductor)等的现有元件和发光元件等的光元件。

因此，上述光元件优选能够由以Si作为基材的材料制作。

另外，为了抑制通信时的数据损失，光通信所使用的波长优选处于作为光纤的最低损失波长区域的1.55μm附近，发光元件所要求的性能是具有1.55μm附近的发光波长。

根据上述背景，最近，面向利用了从使稀土类元素、特别是铒(Er)添加后的Si发生的1.53μm的发光的发光元件的实用化的研究正在推进。公知着所添加的Er的3价离子与Si中的氧(O)原子结合而发光的技术，例如，G.Franzo等成功观测到来自共同添加有Er和O的材料的室温电致发光(参照非专利文献1)。

另一方面，利用了来自在Si中所形成的结晶缺陷的发光的发光元件的开发也被推进。例如，S.G.Cloutier等确认到，由离子轰击而发生的置换碳(C)原子和晶格间Si原子所构成的点缺陷为发光中心的、具有1.28μm的波长的发光的光增益/受激发射(参照非专利文献2)。

【先行技术文献】

【非专利文献】

【非专利文献1】G.Franzo，F.Priolo，S.Coffa，A.Polmanand A.Carnera，Appl.Phys.Lett.64，2235(1994)

【非专利文献2】S.G.Cloutier，P.A.Kossyrev and J.Xu，Nature Mater.4，887(2005)

【非专利文献3】J.M.Trombetta and G.D.Wat kins，Appl.Phys.Lett.51，1103(1987)

使用Er等稀土类元素时，因其自然界的埋藏量与Si等相比少，所以将来能不能稳定地供給还不清楚。

另外，添加Er时，点缺陷、线缺陷、环缺陷、位错等的缺陷就容易生成，因此发光效率降低成为问题。

此外，Er对于CMOS等的现有元件来说，是污染物成分，被认为兼用含制造装置在内的扩散线困难。

因此，加上添加Er的工序过程，就需要追加专用的制造线和制造装置，因此认为与目前相比，制造成本变高。

另外，从现有的利用Si中的结晶缺陷的发光元件材料出发，得到在1.55μm附近(1.50～1.60μm)具有锐利线幅的发光困难，其结果，发光强度受其他的波长区域的发光限制就成为问题。

发明内容

鉴于上述背景，本发明提供一种红外发光元件的制造方法，该红外发光元件由以Si为基材并可以在Si基板上形成的膜构成，其不使用Er等稀土类元素，而使用现有的半导体器件制造工艺、CMOS形成用的制造线和制造装置便可以形成，以由晶格间C和晶格间O构成的点缺陷为发光中心(以下，记述为C中心)，仅在作为C中心特有的发光波长的1.57μm附近具有发光波长。

本发明涉及红外发光元件的制造方法，其特征在于，在添加有C的Si基板上形成有SiO₂膜，在含氧气氛中进行RTA处理的工序，或者，在注入杂质离子后在含氧气氛中进行RTA处理。

根据本发明，能够直接应用在LSI的制作中所使用的现有的半导体器件制造工艺，因此不需要导入新的特殊的装置、或考虑工艺的相容性，能够简便且低成本地制造1.57μm附近的光源。

附图说明

图1是表示本发明的发光元件的构造的图。

图2是表示本发明的发光元件的制造方法的流程图。

图3是表示本发明的实施例1的发光元件的发光光谱的图。

图4是表示本发明的发光元件所含的As的注入特性曲线的图。

图5是表示本发明的实施例2的发光元件的发光光谱的图。

图6是表示本发明的实施例3的发光线强度的SiO₂膜厚依存性的图。

图7是表示发光线强度的热处理气氛中所含的氧浓度依存性的图。