Siヘテロ混晶の非熱平衡成長の創出とボンド配列の局在制御による新機能探索研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13025237
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宮尾 正信 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 教授 (60315132)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 権丈 淳 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助手 (20037899) ; 佐道 泰造 九州大学, 大学院・システム情報科学研究院, 助教授 (20274491)
• Keywords: 電子デバイス・機器 / 集積回路 / ディスプレイ / シリコン / 結晶成長

Research Abstract

異種原子のボンド配列を局所制御し絶縁膜等の上でSi系ヘテロ構造半導体を実現するには結晶成長時の空孔挙動を如何にして非熱平衡的に変調するかが鍵となる。そこで本年度は以下の研究を行った。
分子線成長装置を用い、超高真空中で緻密性の高い非晶質(Si, Ge, SiGe)層を絶縁膜上に堆積した。これらの試料に、触媒原子(Ni)導入やパルスイオン線照射を施し、空孔を静的/動的に変調しつつ、300〜900℃で固相成長を誘起した。その後、固相成長層の結晶構造をX線回折法・赤外分光法等で、組成分布をオージェ電子分光法・二次イオン質量分析法で、固相成長の形態を光学干渉顕微鏡・走査型電子顕微鏡で評価した。
その結果、核発生温度、核成長速度、結晶成長形態等は、空孔の変調度に大きく依存することが明らかになった。通常、Si/SiO_2の核発生には700℃以上の熱処理が必要であるが、SiGe(Ge濃度30%)/SiO_2にNiを添加し、空孔を静的に変調することにより、固相成長温度は500℃に低下した。しかし、固相成長は樹枝状に進行し、平坦な結晶膜は得られなかった。同じSiGe/SiO_2試料にイオン線照射を施し、空孔を動的に変調したところ、450℃で固相成長が進行し、平坦な結晶が得られた。
この成果を基に、空孔の変調度を最適化すると共に固相成長層の物性を詳細に評価して行く。

Research Products

• [Publications] M.Miyao et al.: "Ion-beam Stimulated Solid-phase Crystallization of Amorphous Si on SiO_2"Thin Solid Films. Vol.383. 104-106 (2001)
• [Publications] I.Tsunoda et al.: "Influence of Ion Beam Irradiation on Solid-Phase Regrowth of Amorphous Si on SiO_2"Solid State Phenomena. Vol.78-79. 345-348 (2001)
• [Publications] M.Miyao et al.: "Low temperature solid-phase crystallization of a-Si_<1-x>Gex for future TFT"電子情報通信学会技術研究報告(ED2001-71). 101・161. 1-5 (2001)
• [Publications] T.Sadoh et al.: "Enhancement of solid-phase crystallization of a-Si on SiO_2 by Si-Si bond modulation"Abst. of 2001 International Workshop on Active-Matrix Liquid-Crystal Displays. TFTp4-TFTp2 (2001)
• [Publications] I.Tsunoda et al.: "Low-temperature solid-phase crystallization of a-Si_<1-x>Gex ON Si0_2 by ion-beam stimulation"Materials Science and Engineering B. Vol.89. 336-340 (2002)