革新的ゲルマニウム光電子融合素子の実証とそのシミュレーション技術開発

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21246003
• Research Institution: Tokyo City University
• Principal Investigator: 白木 靖寛 東京都市大学, 総合研究所, 教授 (00206286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸泉 琢也 東京都市大学, 工学部, 教授 (00398893) ; 野平 博司 東京都市大学, 工学部, 准教授 (30241110) ; 瀬戸 謙修 東京都市大学, 工学部, 講師 (10420241) ; 澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 講師 (90409376) ; 徐 学俊 東京都市大学, 総合研究所, ポストドクター (80593334)
• Keywords: ゲルマニウム / フォトニック結晶 / 量子ドット / シミュレーション / 光電子融合デバイス / マイクロディスク / 高誘電率絶縁膜 / 歪み

Research Abstract

歪みGeデバイス開発として、ソースドレイン(SD)コンタクトの極浅化かつ低抵抗化を目指し、不純物のデルタドーピングによるSD形成技術を開発した。不純物の表面偏析現象を系統的に調べることで、基板面方位、結晶成長温度に強く依存した偏析現象を解明し、数nmという非常に急峻なSb不純物原子のドーピングに成功した。これにより、通常オーミック接触を得るのが非常に困難であるn型Geへの、非常に良好なオーミック接触を得ることに成功し、極浅SD実現へ大きな前進となった。また、チャネル構造の開発として、より量産化に適したガスソースMBEによる低温成長を実現し、結晶性の高い歪みGeチャネル形成に成功し、よりデバイス特性に近いドリフト移動度として、Siデバイスをはるかに超え、半導体の正孔移動度としては最高値となる、3120cm^2/Vsという超高移動度を得た。また並行して、更なる移動度向上を可能とする、一軸歪みデバイス実現へ向けて、「選択的イオン注入法」を開発した。基板面内で選択的にイオン注入による欠陥を導入することで、歪み緩和を局所的に生じさせ、その結果非対称な一軸性歪みを誘起する手法である。今年度は、注入領域の幅を系統的に変化させることで、一軸性を高め、より高移動度化を図る指針を得た。さらに、表面構造を詳細に評価することにより、異方的な転位の発生が歪み状態の起源であることを明らかにし、熱的に安定かつ均一な一軸性歪みを導入できていることが示された。
光デバイス開発として、Geドットフォトニック結晶EL素子を開発し、共振EL発光を得た。PL発光特性との比較から、ELデバイス化による発光幅のブロード化が顕著に見られ、プロセスの改良が望まれるものの、各モードに対応した良好なEL発光スペクトルが得られていることは画期的であり、今後のGeドット発光素子実現が大いに期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Linewidth of Low-Field Electrically Detected Magnetic Resonance of Phosphorus in Isotopically Controlled Silicon (2011)
  • Author(s): Hiroki Morishita, Eisuke Abe, Waseem Akhtar, Leonid S.Vlasenko, Akira Fujimoto, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Lukas Dreher, Helge Riemann, Nikolai V.Abrosimov, Peter Becker, Hans-J.Pohl, Mike L.W.Thewalt, Martin S.Brandt, Kohei M.Itoh
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 4 Pages: 021302(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aluminum oxide for an effective gate in Si/SiGe two-dimensional electron gas systems (2011)
  • Author(s): Yun-Sok Shin, Roland Brunner, Akihiro Shibatomi, Toshiaki Obata, Tomohiro Otsuka, Jun Yoneda, Yasuhiro Shiraki, Kentarou Sawano, Yasuhiro Tokura, Yuichi Harada, Koji Ishibashi, Seigo Tarucha
  • Journal Title: Semiconductor Science and Technology Volume: 26 Pages: 055004(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of increased compressive strain on hole effective mass and scattering mechanisms in strained Ge channels (2011)
  • Author(s): K.Sawano, K.Toyama, R.Masutomi, T.Okamoto, K.Arimoto, K.Nakagawa, N.Usami, Y.Shiraki
  • Journal Title: Microelectronic Engineering Volume: 88 Pages: 465-468
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Room-temperature electroluminescence from Si microdisks with Ge quantum dots (2010)
  • Author(s): J. Xia, Y. Takeda, N. Usami, T. Maruizumi, and Y. Shiraki
  • Journal Title: Optics Express Volume: 18 Pages: 13945-13950
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stable position of B_<12> Cluster Near Si(001) Surface and Its STM images (2010)
  • Author(s): T.Maruizumi, S.Ito
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 33 Pages: 253-274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation of dislocation accumulation in ULSI cells of reduced gate length (2010)
  • Author(s): M.Sato, T.Ohashi, K.Aikawa, T.Maruizumi, I.Kitgawa
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 654-656 Pages: 1682-1685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrashallow Ohmic contacts for n-type Ge by Sb δ-doping (2010)
  • Author(s): K.Sawano, Y Hoshi, K.Kasahara, K.Yamane, K.Hamaya, M.Miyao, Y.Shiraki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 97 Pages: 162108(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum Transport and Cyclotron Resonance Study of Ge/SiGe Quantum Wells in High Magnetic Fields (2010)
  • Author(s): N.Miura, N.V.Kozlova, K.Dorr, J.Freudenberger, L.Schultz, O.Drachenko, K.Sawano, Y Shiraki
  • Journal Title: Journal of Low Temperature Physics Volume: 159 Pages: 222-225
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Landau level crossing and pseudospin phase transitions in Si quantum wells (2010)
  • Author(s): Kohei Sasaki, Ryuichi Masutomi, Kiyohiko Toyama, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Tohru Okamoto
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume: 42 Pages: 1018-1021
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclotron resonance of two-dimensional electrons in a Si quantum well (2010)
  • Author(s): R.Masutomi, A.Sekine, K.Sasaki, K.Sawano, Y.Shiraki, T.Okamoto
  • Journal Title: Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures Volume: 42 Pages: 1184-1187
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optical anisotropies of Si grown on step-graded SiGe(110) layers (2010)
  • Author(s): R.E.Balderas-Navarro, L.F.Lastras-Martinez, K.Arimoto, R.Castro-Garcia, O.Villalobos-Aguilar, A.Lastras-Martinez, K.Nakagawa, K.Sawano, Y.Shiraki, N.Usami, K.Nakajima
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 96 Pages: 091904(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion dose, energy, and species dependencies of strain relaxation of SiGe buffer layers fabricated by ion implantation technique (2010)
  • Author(s): Y.Hoshi, K.Sawano, A.Yamada, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 107 Pages: 103509(1-5)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of Nonlocal and Local Magnetoresistance Signals in Laterally Fabricated Fe3Si/Si Spin-Valye Devices (2010)
  • Author(s): Yuichiro Ando, Kenji Kasahara, Kazutaka Yamane, Kohei Hamaya, Kentarou Sawano, Takashi Kimura, Masanobu Miyao
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 3 Pages: 093001(1-3)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Excitonic Aharonov-Bohm effect in isotopically pure 70GeO Si self-assembled type-II quantum dots (2010)
  • Author(s): Satoru Miyamoto, Oussama Moutanabbir, Toyofumi Ishikawa, Mikio Eto, Eugene E.Haller, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Kohei M.Itoh
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 82 Pages: 073306(1-4)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of HfO_2/Si/Strained-Ge/SiGe Using Angle Resolved X-ray Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Arata Komatsu, Kentarou Nasu, Yusuke Hoshi, Toru Kurebayashi, Kentarou Sawano, Maksym Myronov, Hiroshi Nohira, Yasuhiro Shiraki
  • Journal Title: ECS Transaction Volume: 33 Pages: 467-472
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Si微小共振器中Ge量子ドットによる発光素子の開発 (2011)
  • Author(s): 丸泉琢也、夏金松、白木靖寛
  • Organizer: 電子通信情報学会2011年総合大会
  • Place of Presentation: 東京都市大(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-03-14
• [Presentation] Stable position of B_<12> Cluster Near Si(001) Surface and Its STM images (2010)
  • Author(s): T.Maruizumi, S.Ito
  • Organizer: 218th Meeting of The Electrochemical Society
  • Place of Presentation: Las Vegas (USA)
  • Year and Date: 2010-10-12
• [Presentation] Study of HfO2/Si/Strained-Ge/SiGe Using Angle Resolved X-ray Photoelectron (2010)
  • Author(s): Arata Komatsu, Kentarou Nasu, Yusuke Hoshi, Toru Kurebayashi, Kentarou Sawano, Maksym Myronov, Hiroshi Nohira, Yasuhiro Shiraki
  • Organizer: 218th Meeting of The Electrochemical Society
  • Place of Presentation: Las Vegas (USA)
  • Year and Date: 2010-10-12
• [Presentation] Ge量子ドットを有する1次元フォトニック結晶微小共振器による1,3μm帯での単一ピーク発光 (2010)
  • Author(s): 小林正人、夏金松、武田雄貴、宇佐美徳隆、丸泉琢也、白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] フォトニック結晶微小共振器を用いたSi系発光デバイスのエレクトロルミネッセンス (2010)
  • Author(s): 坪井俊紀、夏金松、深水聖司、宇佐美徳隆、丸泉琢也、白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-16
• [Presentation] 角度分解X線光電子分光法によるHfO_2/Si/歪Ge/SiGe構造の評価II (2010)
  • Author(s): 小松新, 那須賢太郎, 星裕介, 榑林徹, 澤野憲太郎, ミロノフマクシム, 野平博司, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-15
• [Presentation] Si表面近傍におけるボロンクラスタの安定位置とそのSTM像(3) (2010)
  • Author(s): 伊藤俊祐、丸泉琢也、諏訪雄二
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] HfO_2中への元素添加の第一原理計算 (2010)
  • Author(s): 中山利紀、丸泉琢也
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Si/SiGe系2DEGのPdショットゲート制御による結合量子ドットの作製 (2010)
  • Author(s): 福岡佑二, 小寺哲夫, 大塚朋廣, 武田健太, 小幡利顕, 吉田勝治, 澤野憲太郎, 内田 建, 白木靖寛, 樽茶清悟, 小田俊理
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] CVDにより作製した歪みGeチャネルの電気伝導特性 (2010)
  • Author(s): 榑林徹, 星裕介, 那須賢太郎, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] (110)面を表面に有する歪みSiの正孔移動度と結晶モフォロジーとの関係 (2010)
  • Author(s): 八木聡介, 有元圭介, 中川清和, 宇佐美徳隆, 中嶋一雄, 澤野憲太郎, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Ar^+およびSi^+イオン注入欠陥がSiGe層の歪緩和に与える影響 (2010)
  • Author(s): 星裕介, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 有元圭介, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] イオン注入法によるSi(111)基板上緩和SiGeバッファ層の作製 (2010)
  • Author(s): 久保智史, 澤野憲太郎, 星裕介, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 選択的イオン注入法により作製される一軸性歪みSiGeの表面構造評価 (2010)
  • Author(s): 永倉壮, 星裕介, 澤野憲太郎, 宇佐美徳隆, 中川清和, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Ge(111)への高濃度Sbデルタドーピングによる低抵抗コンタクト形成 (2010)
  • Author(s): 竹田圭吾, 星裕介, 笠原健司, 山根一高, 澤野憲太郎, 浜屋宏平, 宮尾正信, 白木靖寛
  • Organizer: 2010年秋季<第71回>応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎大学(長崎県)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Effects of increased compressive strain on hole effective mass and scattering mechanisms in strained Ge channels (2010)
  • Author(s): K.Sawano, K.Toyama, R.Masutomi, T.Okamoto, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Organizer: E-MRS 2010 Spring Meeting, Symposium H
  • Place of Presentation: Strasbourg (France)
  • Year and Date: 2010-06-10
• [Presentation] Stable position of a boron cluster near Si surface (2010)
  • Author(s): S.Ito, T.Maruizumi
  • Organizer: 18th International Conference on Ion Implantation Technology
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2010-06-08
• [Presentation] First-principles Examination of As 3d5/2 X-ray Photoelectron Spectrum for Heavily Doped Arsenic Shallow Junctions Prepared by Plasma Doping (2010)
  • Author(s): K.Ban-I, T.Maruizumi
  • Organizer: 18th International Conference on Ion Implantation Technology
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2010-06-07
• [Presentation] Effect of line width on uniasial strain states of SiGe layers fabricated by selective ion implantation (2010)
  • Author(s): Y.Hoshi, K.Sawano, A.Yamada, N.Usami, K.Arimoto, K.Nakagawa, Y.Shiraki
  • Organizer: 5th International SiGe Technology and Device Meeting (ISTDM)
  • Place of Presentation: Stockholm (Sweden)
  • Year and Date: 2010-05-24
• [Book] 量子ドット-エレクトロニクス最前線(分担執筆) (2011)
  • Author(s): 丸泉琢也、夏金松, 他
  • Total Pages: 275-284
  • Publisher: エヌティーエス社