2017 Fiscal Year Annual Research Report
超高速・省エネ動作を目指したゲルマニウムスズ・ナノワイヤＭＯＳＦＥＴの創製
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17H04919
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
黒澤 昌志 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (40715439)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ゲルマニウムスズ / MOSFET |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、既存のSi-ULSIプロセスと親和性が高い直接遷移型Ge1-xSnxを用いて、Si-ULSI融合型Ge1-xSnxナノワイヤーMOSFETを創製すると共に、Ge1-xSnx物性を系統的に理解・制御し、超高速・省エネ動作を実証することを目的としている。初年度に得られた研究成果を以下に示す。
（１）基板非加熱・高濃度n型ドーピング技術の開発
水中パルスレーザーアニール法を用いたドーピング技術の基礎を確立すべく、Ge1-xSnx薄膜に対してドーパント種（B,Al,Ga,In,P,As,Sb）依存性を調査した。レーザー照射後に膜中に残存しやすいドーパント（Sb,As）とそうでない場合があることを見出した。酸素のケミカルポテンシャルが低い(即ち酸化しやすい)ドーパントほど残存しにくい傾向が見られるため、本プロセスではSb、As等の酸化されにくいドーパントを選択すること、あるいは、酸素のケミカルポテンシャルがより低いアセトンを水の代わりに使用することが望ましいと結論づけられる。
（２）絶縁膜上Ge1-xSnx薄膜の高品質形成
SiGeミキシング誘起溶融成長法をGe1-xSnx細線に適用した場合の課題を明らかにすべく、実験を行なった。具体的には、開口部（シード領域）を有するSiN膜を形成し、その上に非晶質Ge1-xSnx膜を堆積しウエットエッチングにより細線加工した。SiO2層堆積後Ge1-xSnxの融点以上で1秒熱処理しシードから成長を誘起した。シードからの距離（d）が150 um以下ではSi拡散が生じていたこと、細線長軸方向を軸とした回転を伴っていたことなどが判明した。d>150 umでは、Sn組成傾斜したGe1-xSnx薄膜が形成されたことも判明した。シードからのSi拡散抑制に加え、Si拡散と回転成長との相関やエピタキシャル成長の可否を明確化することが今後の課題となる。
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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
当初計画の通り、水中レーザーアニール法を用いることで、基板非加熱・高濃度n型ドーピング技術の構築に成功した。本手法がp型ドーピングにも適用可能であること、n型とp型両方のドーピング技術が必要なデバイス応用例として熱電素子試作も行なった。また、SiGeミキシング誘起溶融成長法をGe1-xSnx細線に適用した場合の課題を顕在化することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績（２）に記載した課題（シードからのSi拡散抑制に加え、Si拡散と回転成長との相関やエピタキシャル成長の可否を明確化すること）の解決に向け、結晶成長プロセスの高度化を実施する。シードからのSi拡散抑制には、Ge1-xSnx溶融時間の短時間化、Siシードの薄膜化、あるいはシードにSiを用いないことが望ましい。今後は、これらの推測を元にGe1-xSnxに適した溶融結晶成長プロセスを構築し、Ge1-xSnxの基礎的な電子物性（欠陥密度、キャリア移動度）や光学物性（バンドギャップなど）を明らかにする。
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