2017 Fiscal Year Research-status Report
最高速ＣＰＵ開発に向けた高品質バルク混晶シリコンゲルマニウム単結晶育成方法の確立
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15K04671
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
荒井 康智 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90371145)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 辰郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究主幹 (40357984)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シリコンゲルマニウム / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、SiGe高品質結晶育成に向けて炭素容器を利用した結晶の分析を実施した。SiGe融液は炭素容器と若干ではあるが反応し、結晶中に炭素が混入するがその形態がSiCであるのか、また結晶中のどのサイトに入っているのかは未確認である。しかし、昨年度実施したSiGe結晶の屈折率測定結果を精査した結果、炭素混入は赤外領域の光吸収率を大幅に低下させることが判明し、次々世代の光電子デバイス基板としての応用には容器形状や原料仕込み方法の工夫など更なる製造手法の工夫が必要であることが判った。同時に、炭素容器はppmレベルでの金属不純物が含まれている素材もありそれらが除去されればさらに高純度な炭素容器も利用すればより高品質なSiGe結晶育成が可能であることが判った。
電子デバイス試作に向けて産総研施設などでSiGe基板上にGeの蒸着が可能な施設調査と実際の加工に向けて試料形状を調査し加工準備を実施した。特に、本研究で目標としている最高速C-MOSで必要となるひずみGeは、Geリッチ側のSiGe結晶組成を利用したGe蒸着が現実的である。Ge70-85％Siで育成した大型結晶育成について、15mm角に結晶を切り出し円板形状への加工を実施した。これらの結晶について面内のGe組成をEPMAで計測した。組成分布は±2％以内であり、SEM反射電子像による簡易的な単結晶-多結晶のグレイン評価では単結晶であることが判った。従って、非常に良質でボロン濃度の低く、蒸着用基板としての評価に利用可能な結晶である。また、これまで知られていなかったSiGe結晶の反射率についても計測し、バンド構造の組成変化について実験的に明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
15mm角以上の大型SiGe結晶を製造可能になっており、高純度化に対するるつぼ及び原料形状工夫も明らかになってきている。更なる改良点としては、結晶製造方法の高速化である。
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| Strategy for Future Research Activity |
高純度炭素坩堝を利用した、SiGe結晶成長の実施とより高品質な結晶育成に必要な原料形状とるつぼ形状の工夫。また、赤外線透過率測定などから結晶中に取り込まれた不純物の同定。
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| Causes of Carryover |
研究計画延長は多忙であったためである。また、高純度の炭素容器を利用したにも関わらず赤外吸収率が大きかった原因の解明に時間がかかった。H30年度は最終年度として超高純度の炭素坩堝と原料形状を工夫し、高品質で高純度なSiGe結晶を育成する。
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