2019 Fiscal Year Research-status Report
急速溶融結晶化によるSn濃縮添加法を用いた直接遷移型IV族混晶創製と電子物性評価
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19K15035
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
岡 博史 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, 研究員 (10828007)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ゲルマニウムスズ / フラッシュランプアニール / 固相結晶化 / CMOS / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Geに同じくIV族元素のSnを添加することで電子物性が大きく変化し、移動度が劇的に向上することが予測されている。GeSnトランジスタ開発の課題は、Ge中のSnの熱平衡固溶限が1%以下と極めて低いことである。そのため、分子線エピタキシー（MBE）や化学気相成長（CVD）などを用いた低温エピタキシャル成長が広く研究されているが、GeSnトランジスタの性能は現時点では動作実証レベルに留まっている。これはSn拡散抑制のため低温で成長させるため、結晶品質の低下が避けられないことに起因している。
本研究では、低温エピタキシャル成長とは異なるアプローチでの高Sn組成GeSn薄膜の形成とトランジスタへの応用を目指した。高濃度Sn添加は非平衡状態でなければ実現できないが、結晶品質は高温であるほど改善される。本実験ではこれらを両立する結晶化技術として、フラッシュランプアニール（FLA）法を用いた非平衡固相結晶化を提案した。これは高濃度のSnを含有した非晶質のGeSn薄膜にミリ秒の瞬間的高温加熱を行い、Snの拡散が進行する前に基板からのエピタキシャル成長を促すものである。通常の熱処理法（RTA法）とFLA法で作製した固相結晶化GeSnの組成を評価したところ、RTA法では予想通り膜中のSnの大部分が基板側へ拡散するのに対して、FLA法ではSnが一切拡散せずに結晶化することがわかった。FLA法で作製したSn組成13%のGeSnをチャネルとしてn型トランジスタを作製したところ、RTA法で作製したトランジスタに対してオン/オフ電流比で2桁以上の向上が見られ、またSubthreshold swingは95 mV/decとこれまでに報告されているGeSn n型トランジスタで最も優れた性能が得られた。これはFLA法で形成したGeSn薄膜が高濃度のSnを添加可能な上、良好な結晶品質を有していることを示唆している。
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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
今年度は高Sn組成GeSn薄膜形成技術として、フラッシュランプアニール法による非平衡固相結晶化を提案した。物理分析手法により固溶限を遥かに超える10%以上のSnを添加可能であることを確認し、試作したn型トランジスタで高い性能を実証しており、当初の実験計画に沿った成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はフラッシュランプアニール法を用いて、GeSn n型トランジスタに続いてp型トランジスタ及び相補型MOS（metal-oxide-semiconductor）トランジスタの開発とその電子物性評価を目指す。
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