面方位と異方性歪みを同時制御した革新的ゲルマニウムチャネル開発

• Project/Area Number: 22760011
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 講師 (90409376)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2011: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2010: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ゲルマニウム / 歪み / 面方位 / イオン注入 / MBE

Research Abstract

高品質歪みGe(111)チャネルの実現へ向け、まずガスソースMBEによるSi(111)基板上のSiGeバッファー層、およびGe層の成長について、成長温度、ソースガス流量比などの成長パラメータを調べた。その結果、Si(100)基板上と比較して、成長レートが遅くなる傾向にあることが分かり、成長温度を高くする必要があることが分かった。その上で形成したSiGe層の評価を進め、Si(100)上と比べ、積層欠陥などの面欠陥を伴う歪み緩和が生じることを明らかにした。表面モフォロジーは、通常Si(100)上の成長で生じるクロスハッチパターンが現れず、(111)すべり面に対応した三角形状のラフネスとなることが分かった。最適な成長条件において、表面ラフネスを数nmに抑制させることができた。
続いて、一軸歪みGe(111)チャネル形成に向けて、イオン注入法を初めて(111)基板に適用した。すなわち、Si(111)基板へイオン注入を施し、それによる欠陥導入によって上に成長させるSiGe層の歪み緩和の大幅な促進を目指した。イオン注入ドーズ量を系統的に変化させ、歪み緩和率のドーズ量依存性を得、その結果、5×10^<14>cm^<-2>程度のドーズ量を塊に急激に歪み緩和率が上昇し、イオン注入により導入された欠陥が歪み緩和に寄与することが示された。これは、これまでに(100)基板上に確立してきたイオン注入法が、(111)基板においても非常に有効であることを示している。これを応用し、一軸歪みを得るための選択的イオン注入についての検討も行った。イオン注入をストライプパターン状に施すことで、SiGe(111)の局所的な歪み制御を試み、ラマンマッピング測定により、狙い通りの制御が成功していることが示された。これは一軸歪みが達成されていることを強く示唆しており、今後詳細な歪み状態評価を進める。

Research Products

• [Journal Article] Linewidth of Low-Field Electrically Detected Magnetic Resonance of Phosphorus in Isotopically Controlled Silicon (2011)
  • Author(s): Hiroki Morishita, Eisuke Abe, Waseem Akhtar, Leonid S.Vlasenko, Akira Fujimoto, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Lukas Dreher, Helge Riemann, Nikolai V.Abrosimov, Peter Becker, Hans-J.Pohl, Mike L.W.Thewalt, Martin S.Brandt, Kohei M.Itoh
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 4
  • NAID: 10027782881
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aluminum oxide for an effective gate in Si/SiGe two-dimensional electron gas systems (2011)
  • Author(s): Yun-Sok Shin, Roland Brunner, Akihiro Shibatomi, Toshiaki Obata, Tomohiro Otsuka, Jun Yoneda, Yasuhiro Shiraki, Kentarou Sawano, Yasuhiro Tokura, Yuichi Harada, Koji Ishibashi, Seigo Tarucha
  • Journal Title: Semiconductor Science and Technology Volume: 26
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of increased compressive strain on hole effective mass and scattering mechanisms in strained Ge channels (2011)
  • Author(s): K.Sawano, K.Toyama, R.Masutomi, T.Okamoto, K.Arimoto, K.Nakagawa, N.Usami, Y.Shiraki
  • Journal Title: Microelectronic Engineering Volume: 88 Pages: 465-468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrashallow Ohmic contacts for n-type Ge by Sb δ-doping (2010)
  • Author(s): K.Sawano, Y.Hoshi, K.Kasahara, K.Yamane, K.Hamaya, M.Miyao, Y.Shiraki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 97
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum Transport and Cyclotron Resonance Study of Ge/SiGe Quantum Wells in High Magnetic Fields (2010)
  • Author(s): N.Miura, N.V.Kozlova, K.Dorr, J.Freudenberger, L.Schultz, O.Drachenko, K.Sawano, Y.Shiraki
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: 159 Pages: 222-225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Landau level crossing and pseudospin phase transitions in Si quantum wells (2010)
  • Author(s): Kohei Sasaki, Ryuichi Masutomi, Kiyohiko Toyama, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Tohru Okamoto
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume: 42 Pages: 1018-1021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclotron resonance of two-dimensional electrons in a Si quantum well (2010)
  • Author(s): R.Masutomi, A.Sekine, K.Sasaki, K.Sawano, Y.Shiraki, T.Okamoto
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume: 42 Pages: 1184-1187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical anisotropies of Si grown on step-graded SiGe(110) layers (2010)
  • Author(s): R.E.Balderas-Navarro, L.F.Lastras-Martinez, K.Arimoto, R.Castro-Garcia, O.Villalobos-Aguilar, A.Lastras-Martinez, K.Nakagawa, K.Sawano, Y.Shiraki, N.Usami, K.Nakajima
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion dose, energy, and species dependencies of strain relaxation of SiGe buffer layers fabricated by ion implantation technique (2010)
  • Author(s): Y.Hoshi, K.Sawano, A.Yamada, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of Nonlocal and Local Magnetoresistance Signals in Laterally Fabricated Fe3Si/Si Spin-Valve Devices (2010)
  • Author(s): Yuichiro Ando, Kenji Kasahara, Kazutaka Yamane, Kohei Hamaya, Kentarou Sawano, Takashi Kimura, Masanobu Miyao
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 3
  • NAID: 210000014783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excitonic Aharonov-Bohm effect in isotopically pure 70GeO Si self-assembled type-II quantum dots (2010)
  • Author(s): Satoru Miyamoto, Oussama Moutanabbir, Toyofumi Ishikawa, Mikio Eto, Eugene E.Haller, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Kohei M.Itoh
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 82
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of HfO_2/Si/Strained-Ge/SiGe Using Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Arata Komatsu, Kentarou Nasu, Yusuke Hoshi, Toru Kurebayashi, Kentarou Sawano, Maksym Myronov, Hiroshi Nohira, Yasuhiro Shiraki
  • Journal Title: ECS Transaction Volume: 33 Pages: 467-472
  • NAID: 110008900164
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Study of HfO2/Si/Strained-Ge/SiGe Using Angle Resolved X-ray Photoelectron (2010)
  • Author(s): Arata Komatsu, Kentarou Nasu, Yusuke Hoshi, Toru Kurebayashi, Kentarou Sawano, Maksym Myronov, Hiroshi Nohira, Yasuhiro Shiraki
  • Organizer: 218th Meeting of The Electrochemical Society
  • Place of Presentation: Las Vegas (USA)
  • Year and Date: 2010-10-12
• [Presentation] 角度分解X線光電子分光法によるHfO_2/Si/歪Ge/SiGe構造の評価II (2010)
  • Author(s): 小松新, 那須賢太郎, 星裕介, 榑林徹, 澤野憲太郎, ミロノフマクシム, 野平博司, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] Si/SiGe系2DEGのPdショットゲート制御による結合量子ドットの作製 (2010)
  • Author(s): 福岡佑二, 小寺哲夫, 大塚朋廣, 武田健太, 小幡利顕, 吉田勝治, 澤野憲太郎, 内田建, 白木靖寛, 樽茶清悟, 小田俊理
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] CVDにより作製した歪みGeチャネルの電気伝導特性 (2010)
  • Author(s): 榑林徹, 星裕介, 那須賢太郎, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] (110)面を表面に有する歪みSiの正孔移動度と結晶モフォロジーとの関係 (2010)
  • Author(s): 八木聡介, 有元圭介, 中川清和, 宇佐美徳隆, 中嶋一雄, 澤野憲太郎, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Ar^+およびSi^+イオン注入欠陥がSiGe層の歪緩和に与える影響 (2010)
  • Author(s): 星裕介, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 有元圭介, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] イオン注入法によるSi(111)基板上緩和SiGeバッファ層の作製 (2010)
  • Author(s): 久保智史, 澤野憲太郎, 星裕介, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 選択的イオン注入法により作製される一軸性歪みSiGeの表面構造評価 (2010)
  • Author(s): 永倉壮, 星裕介, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Ge(111)への高濃度Sbデルタドーピングによる低抵抗コンタクト形成 (2010)
  • Author(s): 竹田圭吾, 星裕介, 笠原健司, 山根一高, 澤野憲太郎, 浜屋宏平, 宮尾正信, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Effects of increased compressive strain on hole effective mass and scattering mechanisms in strained Ge channels (2010)
  • Author(s): K.Sawano, K.Toyama, R.Masutomi, T.Okamoto, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Organizer: E-MRS 2010 Spring Meeting, Symposium H
  • Place of Presentation: Strasbourg (France)
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] Effect of line width on uniaxial strain states of SiGe layers fabricated by selective ion implantation (2010)
  • Author(s): Y.Hoshi, K.Sawano, A.Yamada, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Organizer: 5th International SiGe Technology and Device Meeting (ISTDM)
  • Place of Presentation: Stockholm (Sweden)
  • Year and Date: 2010-05-24