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三次元積層回路の高性能化に向けたゲルマニウム系混晶形成および低温ドーピング技術

Research Project

Project/Area Number 16J10846
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Crystal engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

高橋 恒太  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
KeywordsIV族半導体 / Ge / GeSn / 高濃度ドーピング / レーザアニール / 低温プロセス / n型ドーピング
Outline of Annual Research Achievements

水中PLAによる絶縁膜上多結晶GeSn形成およびドーパント活性化技術について検討し,プロセス温度シミュレーションと共に,多結晶薄膜のキャリア物性を詳細に調査した.紫外レーザのGeに対する短い侵入長および水による冷却効果により,下地基板温度は100度以下に維持されることを明らかにし,低温プロセス技術として有望であることを示した.偏析しやすいSbをドーパントとした場合にも,結晶化後の膜中Sb濃度が高濃度に維持されることを見出し,PLAによる短時間溶融・結晶化過程における偏析抑制効果を示した.また,従来手法に比べ極めて高い活性化率を有することを明らかにし,高濃度n型ドーピングと高い移動度の両立を実証した.
他のp型およびn型ドーパントをそれぞれ導入し,その振る舞いについて系統的に調査した.照射エネルギーの増加に従い,膜中濃度が減少もしくは一定のドーパント種があった.本現象について,水によるドーパントの酸化に注目し,化学ポテンシャルを用いて整理した.酸化されやすいとドーパント濃度が減少し,キャリア濃度が減少することを明らかにした.従って,水中PLAにおける水による酸化抑制の重要性を示した.さらに,レーザ照射回数の低減が酸化抑制に効果的であることを見出し,酸化されやすいGaの場合でも,高移動度かつ高濃度p型ドーピングを実証した.
さらに,水中PLAによる低温ドーピング技術の応用として薄膜熱電発電素子形成に注目し,n型多結晶GeSn薄膜の熱電物性を明らかにすると共に熱電発電素子の形成と動作実証を行なった.n型多結晶GeSn薄膜の室温における熱電物性を評価し,他のIV族薄膜熱電材料と遜色ない性能を有することを示した.絶縁膜上にp型・n型多結晶GeSn薄膜からなる熱電素子の300度以下プロセスでの形成に成功し,熱電発電を観測した.水中PLAを用いた絶縁膜上への低温デバイス形成を実証した.

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Operation of thin-film thermoelectric generator of Ge-rich poly-Ge1-xSnx on SiO2 fabricated by a low thermal budget process2019

    • Author(s)
      K. Takahashi, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, S. Zaima, and M. Kurosawa
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 12 Issue: 5 Pages: 051016-051016

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab1969

    • NAID

      210000155747

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High n-type Sb dopant activation in Ge-rich poly-Ge1-xSnx layers on SiO2 using pulsed laser annealing in flowing water2018

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 112 Issue: 6 Pages: 062104-062104

    • DOI

      10.1063/1.4997369

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dopant behavior in heavily doped polycrystalline Ge1-xSnx layers prepared with pulsed laser annealing in water2018

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 57 Issue: 4S Pages: 04FJ02-04FJ02

    • DOI

      10.7567/jjap.57.04fj02

    • NAID

      210000148950

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多結晶Ge1-xSnx薄膜熱電素子の低温形成2018

    • Author(s)
      高橋恒太, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明, 黒澤昌志
    • Organizer
      第二回フォノンエンジニアリング研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 溶融成長法によるGe1-xSnx細線の形成と電気特性評価2018

    • Author(s)
      高橋恒太, 今井祐太, 西嶋泰樹, 清水智, 黒澤昌志, 角田功, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 次世代半導体デバイスに向けたIV族混晶薄膜の形成と物性制御2018

    • Author(s)
      高橋恒太, 黒澤昌志,坂下満男, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      第10回半導体材料・デバイスフォーラム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Low thermal budget fabrication of poly-Ge1-xSnx thin film thermoelectric generator2018

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      2nd Electron Devices Technology and Manufacturing (EDTM) Conference 2018
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドーパント種が水中パルスレーザアニールによるGe1-xSnx薄膜への高濃度ドーピングに及ぼす効果2018

    • Author(s)
      高橋恒太, 黒澤昌志, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中パルスレーザアニールを用いた多結晶Ge1-xSnxへの高濃度ドーピング2017

    • Author(s)
      高橋恒太, 黒澤昌志, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川)
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of in-situ Sb-doped Ge1-xSnx epitaxial layers for source/drain stressor of strained Ge transistors2017

    • Author(s)
      J. Jeon, A. Suzuki, K. Takahashi, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM 2017)
    • Place of Presentation
      Toyama (Japan)
    • Year and Date
      2017-02-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水中パルスレーザアニールを用いた多結晶Ge1-xSnx層中Sbの高活性化2017

    • Author(s)
      高橋恒太, 黒澤昌志, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      電子デバイス界面テクノロジー研究会(第22回)
    • Place of Presentation
      東レリサーチセンター(静岡)
    • Year and Date
      2017-01-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Formation of heavily Sb and Ga doped poly-Ge1-xSnx layers on insulator using pulsed laser annealing in water2017

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures (ICSI-10)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heavy n- and p-type doping for polycrystalline Ge1-xSnx layers using pulsed laser annealing in water2017

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dopants behavior in polycrystallization of heavily doped Ge1-xSnx layer using pulsed laser annealing in water2017

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials 2017 (SSDM2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水中パルスレーザアニール法により形成した高濃度ドープp型/n型多結晶Ge1-xSnx薄膜の熱電特性2017

    • Author(s)
      高橋恒太, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明, 黒澤昌志
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Formation of heavily Sb doped poly-Ge1-xSnx layer using pulsed laser annealing in water2016

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      JSPS Meeting 2016 : Workshop on "Atomically Controlled Processing for Ultra-large Scale Integration"
    • Place of Presentation
      Jeulich (Germany)
    • Year and Date
      2016-11-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Heavy Sb-doping for poly-GeSn on insulator using pulsed laser annealing in water2016

    • Author(s)
      K. Takahashi, M. Kurosawa, H. Ikenoue, M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials 2016 (SSDM2016)
    • Place of Presentation
      Tsukuba (Japan)
    • Year and Date
      2016-09-26
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水中パルスレーザアニールを用いた多結晶GeSnへの高濃度n型ドーピング2016

    • Author(s)
      高橋恒太, 黒澤昌志, 池上浩, 坂下満男, 中塚理, 財満鎭明
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 財満・中塚研究室ホームページ

    • URL

      http://alice.xtal.nagoya-u.ac.jp/zaimalab/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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