無ひずみシリコン系ヘテロ接合の新しい作成手法とその超高速素子への応用

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02452075
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 古川 静二郎 東京工業大学, 大学院総理工, 教授 (60016318)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 公洋 東京工業大学, 大学院総理工, 助手 (40162359) ; 石原 宏 東京工業大学精密工学研究所, 教授 (60016657)
• Keywords: イオン注入 / 固相エピタキシャル成長 / SiGe / ヘテロ接合 / ひずみ成長 / 無ひずみ / シリコン系ヘテロ接合 / HBT

Research Abstract

B,Geを注入量を変えてSi基板にイオン注入し、固相エピタキシャル成長させたSiGeB混晶の格子定数をX線回折ピ-クにより求めたところ、その格子定数はB添加によりSiGe単体の格子定数からSiの格子定数に接近することが観測され、B原子による格子定数可変性が裏づけられた。同時にRBS測定を行いSiGeB混晶の結晶性がB原子導入により改善されることが確認された。またB原子の結合半径として閉殻構造イオン半径を用いることによりGe:B比が20:1のときSiGeB混晶がSiと格子整合することが理論的検討からも示され、実験結果とよい一致を得た。この格子整合条件がほぼ満たされた場合B原子はSiGeB混晶中で4配位結合をし、安定に存在し、かつBの活性化率は向上すると考えられる。そこでホ-ル測定によりキャリア濃度を求め、導入したB原子の4配位結合割合をキャリアの活性化率として評価した結果、B添加量に最適値があることが示され、このB濃度近傍で基板Siと最も格子整合がとれていることが実証された。しかし、SiGeB/Sip^+nヘテロ接合の電気的特性は十分ではなかった。これはイオン注入損傷が600℃の固相成長温度では完全に回復していないためであると予想し、さらに850℃の追加アニ-ルを行った結果、約2桁逆方向リ-ク電流が減少することが確認された。
CVD法によるSiGeの結晶成長(次年度研究計画)を一部開始し、ジシランガスの還元作用によりSi基板表面の自然酸化膜除去が800℃程度の基板か熱で可能であること、Si基板上にSiGe膜がひずみ成長することが分かった。この結果からB添加により無ひずみSiGeB混晶を形成できるものと期待されるので、研究を続ける予定である。

Research Products

• [Publications] 坂野 順一,古川 静二郎: "高濃度B^+イオン注入層へのGe導入による歪補償効果とその電気的特性" 第13回イオン工学シンポジウム「イオン源とイオンを基礎とした応用技術」:特別セミナ-. 199-201 (1990)
• [Publications] K.Ohta,J.Sakano and S.Furukawa: "Formation of HighーCrystallineーQuality SiGe Layer by Ge and B CoーImplantation" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B41. (1991)
• [Publications] 太田 謙,古川 静二郎: "MBE成長Si_<1ーX>Gex/Si層への多量B注入による格子不整歪制御" 第51回応用物理学会学術講演会予稿集. 240 (1990)
• [Publications] 太田 謙,古川 静二郎: "再結晶化Si_<1ーX>Gex/Si構造での小径原子導入による格子不整補償の最適条件" 第38回応用物理学関係連合講演会予稿. (1991)
• [Publications] 木原 広己,太田 謙,古川 静二郎: "減圧CVD法によるSiGe結晶成長と臨界膜厚" 第38回応用物理学関係連合講演会予稿. (1991)