低コストのGe-on-Si半導��基���\術を東洋アルミが開発、GaAs半導��を�W価に
Si基���屬�Ge層を�](m└i)時間で�W価に作��する��(sh┫)法を東洋アルミニウムが開発した。Ge層の厚さを�O�y(t┓ng)に変えられるだけではなく、ストイキオメトリ（化学組成）も�U(ku┛)御できる。今のところ高価なGaAs�U半導��向けの基��としての�O(p┴ng)を提案している。�W価な�陵枦澱咾�Siフォトニクス、スピントロニクスなどの基��材料への応��を狙っている。
図1 Geの格子定数はGaAsとほぼ同じ 出�Z：東洋アルミニウム
SiGeの半導��をそのまま作れて�陵枦澱咾鮑���できるだけではなく、もっと高い効率を�{求するなら、GaAs�U半導��をエピ成長で作ることもできる。Si�屬�Geの格子定数は、GaAsや、AlAs、ZenSeと格子定数を合わせることができるからだ（図1）。
Si�屬�Geを�W価に作��できるのは、スクリーン印刷法で作れるからである。その��(sh┫)法は実に�~単であり、同社は動画でその作り��(sh┫)を紹介している。
まず、東洋アルミの��(d┛ng)みであるAlにGeを混ぜたペーストを�C��(sh┫)位(111)�CのSiウェーハ���Cにスクリーン印刷で塗る（図2）。100°Cで10分、�|燥させた後、800°Cの炉に入れ下地のSiと反応させる。アニール炉の中で、最初は基��のSiとAl-Ge�|燥ペーストが反応し、AIとGeとSiの混合��の層ができる。その後冷却するとSiウェーハ�屬� SiGe�T晶層がエピタキシャル成長によってでき、その�屬�Al+Si+Geの混合��ができる。この��(c┬)��で、SiウェーハとAl-Si-Geの溶融層ができて、それがエピタキシャル成長するらしい。この混合��をエッチングとCMP（Chemical Mechanical Polishing）研磨などで削除すると、Siウェーハ�屬�SiGe層が形成された��(d┣)�Cウェーハが完成する。
図2 Ge形成プロセスは�~単 出�Z：東洋アルミニウム
この��(sh┫)法は、MOCVD（�~機金�鏖蹴愿�気相成長）やMBE（分子ビームエピタキシー）と違って真空炉を使わずにSiGe�T晶層を形成できるという��長がある。しかも10~20µm厚さでも�](m└i)時間で形成できる。さらに下地のウェーハはどのようなサイズでも使うことができる。東洋アルミが試しに、n型の(111)�Cシリコン基���屬�SiGe層を作り、表�Cに残るAl+Si+Ge混合層を残したまま、模��(d┌o)�陵杆�を当てたところ、�陵枦澱���性が�u(p┴ng)られた。SiGe層にはわずかなAl原子が残っているためp型のSiGeが�O��に出来ている。このため、pn接合ができていることを��(j┤)している。
�陵枦澱咾���性としては、開放電圧が0.4Vと低く、電��変換効率がさほど高くないため、このままでは使えない。効率を�屬欧訃豺腓砲魯┘優襯�ーバンドギャップの広いGaAsやAlGa Pなどの化合�馮焼���をGe�屬忘���すればよい。��来のGaAs�Uの�陵枦澱咾慮�率は20~30%と極めて高いが、基��コストが高く、宇宙ﾅ星向けなど���zな����しか使われてこなかった。今�vのSi�屬�Ge基��だと�W価であるためGaAs�Uの�陵枦澱咾�?y┐n)��]できるようになる。これまでの実�xでは2インチSiウェーハを��いてきたが、実��化に向け8インチウェーハを使う予定になっている。
東洋アルミは、化合�馮焼���の成長を�噞�\術総合研�|所に依頼しており、�旟研は成長�]度の�]いHVPE（ハライド気相エピタキシャル成長）法を使ってIII-V���Uの�陵枦澱咾鮖邵遒靴討い�。ここでは、SiGeの成分を徐々に変えられるため、Si含�~量を��(f┫)らしGe層をバッファ層として化合�馮焼���をエピタキシャル成長させることができる。
また、�D流ダイオードとしての����も開発している（図3）。個別半導��のNexperia社はn型Si�屬�p型のSiGeを形成した�D流ダイオードの��性がSiショットキーダイオードの��失よりも少ないことを発表している。�k般にショットキーダイオードはpnダイオードよりも順��(sh┫)向電圧が低いが、逆バイアス電流が�Hい。n型Siとp型Geのpnダイオードは順��(sh┫)向法電圧が低く、かつショットキーダイオードよりも逆バイアス電流は小さいため、��失は少ないというメリットがある。
図3 ショットキー�D流ダイオードよりも��失が少ない 出�Z：東洋アルミニウム
さらに、SiGe層の成分を変えることで、光の屈折率を変えられるため、導�S路としても使える（図4）。実際にSi基���屬�Siよりも屈折率の高いGeを導�S路として��い、そのそば（間隔240nm）に共振�_(d│)リングを作��しても�J渉が見られなかったという優れた�T果を�u(p┴ng)ている。
図4 シリコンフォトニクスの導�S路として使えそう 出�Z：東洋アルミニウム
この�\術を開発した東洋アルミのシニアスペシャリストのダムリン・マルワン（Marwan Dhamrin）��(hu━)は、2012�Qに東洋アルミに入社、2020�Qに�j(lu┛)阪�j(lu┛)学に東洋アルミとの半導��共同研�|講座を�eち、��任教�bとしてこれらの研�|をしている。イエメン出身のマルワン��(hu━)によると、Si基��とSiGeとの�c�Cではミスフィット転位などの�L(f┘ng)陥がないことをスウェーデン工科�j(lu┛)学の研�|機関SINTEFに送り確認したという。今�vの�\術は、2023�Q7月からNEDOプロジェクトの「単�T晶SiGe/Si基��のスクリーン印刷による形成�\術」として2�Q間の�мqが認められている。
