2014 Fiscal Year Annual Research Report
多機能融合・省電力エレクトロニクスのためのSn系Ⅳ族半導体の工学基盤構築
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26220605
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
財満 鎭明 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 教授 (70158947)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹中 充 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20451792)
齋藤 晃 名古屋大学, エコトピア科学研究所, 准教授 (50292280)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体物性 / 結晶工学 / 表面・界面物性 / ゲルマニウム錫 / エネルギーバンド / 結晶成長 / 集積回路 / Ⅳ族半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、省電力デバイスとして注目されるトンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたSn系IV族混晶の結晶成長技術およびエネルギーバンド構造制御技術の開発を行っている。本年度に得られた主要な成果を以下に挙げる。
（1）分子線エピタキシー（MBE）成長時における分子状あるいは原子状水素供給によって、GeSn層の結晶性を改善できることを実証した。特に原子状水素供給によって、GeSn層のX線回折プロファイルの散漫散乱が最も小さくなり、表面平坦性も大きく向上することを見出した。
（2）硬X線光電子分光法および分光エリプソメトリー法を用いて、GeSiSn/Geヘテロ接合構造におけるエネルギーバンド構造を明らかにした。SiおよびSn組成の増加によって、価電子帯端および伝導帯端双方に適切なエネルギーバンドオフセットを有するタイプI型のバンド構造を形成できることを実証した。
（3）有機金属原料を用いた化学気相成長法によって形成したGeO2絶縁膜は、従来の熱酸化により作製したGeO2絶縁膜よりも、化学的に安定な構造を含んでおり、水や他の化学原料への暴露に対する耐性が高く、high-k/Ge構造における界面中間層として期待できることが示された。
（4）ナノビーム電子回折をもちいてGeSn/Geフィン構造の断面試料を作製し、[110]方向（フィンを横切る方向）および[001]方向（基板垂直方向）の歪み分布を計測した。その結果、[110]方向には約0.7％の圧縮歪みが印加され、[001]方向には約0.8%の引っ張り歪みが印加されていることが判明した。
（5）ウェハボンディングによりGe基板を熱酸化Si基板に貼り合せた後、スマートカット手法によりGe基板を剥離することで、Ge-on-Insulator（GOI）基板の作製に成功した。Ge層の残留キャリアは1E16cm-3以下、900cm2/Vs以上のキャリア移動度を達成した。
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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
水素導入MBEによるGeSnエピタキシャル層の結晶性改善や有機原料化学気相成長（MOCVD）法による高い結晶性を有するGeSn層成長の成功など、結晶成長技術の開発は順調に進展している。また、GeSiSn/Ge界面のエネルギーバンド構造がタイプI型であることをはじめて実証するなど、デバイス構造の設計に貢献しうる成果が得られている。
ナノビーム電子回折法をもちいたサブナノメーター分解能での２次元歪み分布の可視化手法を確立し、半導体ナノ構造への適用まで完了しており、概ね順調である。
これまでの手法では、Ge基板薄層化の均一性に問題があったが、ウェハボンディングとスマートカット技術を組み合わせることで、数100 nm程度の膜厚を持つGe層をSi基板上に貼り合せる技術の目途がたった。これにより高品質GOI基板を再現性良く作製可能になりつつあり、順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
n型GeSn層形成のためのSb in-situドーピングの技術を構築し、デバイス構造形成に必要なGeSn層の高品質pn接合形成を実証する。また、GeSiSn/GeSnヘテロ構造における電気伝導特性や光学特性を評価し、TFETや光電デバイス構築に必要な知見を獲得する。特に元素組成やひずみ構造がエネルギーバンドギャップや電子物性に及ぼす効果を検証する。
断面試料作製にともなう試料薄片化で懸念される歪み緩和について、構造異方性に起因する弾性定数の異方性を考慮することにより対処できることが期待される。厚さが異なる断面試料をもちいた歪み緩和の検討を進める。
貼り合せGOI基板のさらなる高品質化に向けた研究を進める。アニール条件やCMP条件などをより最適化することで、バルクGe基板に近い結晶品質を実現する。また、GOI基板上へのGeSn結晶成長の検討を進め、電気的、光学的物性の評価を行う。
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[Presentation] GeO2薄膜の正方晶形成による化学的安定性の向上2015
Author(s)
柴山茂久, 吉田鉄兵, 加藤公彦, 坂下満男, 竹内和歌奈, 田岡紀之, 中塚理, 財満鎭明
Organizer
応用物理学会 薄膜・表面物理分科会、シリコンテクノロジー分科会 共催 特別研究会「ゲートスタック研究会 ―材料・プロセス・評価の物理―」（第20回記念研究会）
Place of Presentation
東レ研修センター
Year and Date
2015-01-30 – 2015-01-31
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[Presentation] Crystal growth of Si1-xSnx alloys with high Sn contents2015
Author(s)
M. Kurosawa, M. Kato, Y. Nagae, T. Yamaha, O. Nakatsuka and S. Zaima
Organizer
8th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics and JSPS Core-to-Core Program Joint Seminar "Atomically Controlled Processing for Ultralarge Scale Integration"
Place of Presentation
Sendai
Year and Date
2015-01-29 – 2015-01-30
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[Presentation] Behaviors of tin related defects in Sb doped n-type germanium2015
Author(s)
W. Takeuchi, N. Taoka, M. Sakashita, O. Nakatsuka and S. Zaima
Organizer
8th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics and JSPS Core-to-Core Program Joint Seminar "Atomically Controlled Processing for Ultralarge Scale Integration"
Place of Presentation
Sendai
Year and Date
2015-01-29 – 2015-01-30
Invited
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[Presentation] Hydrogen Surfactant Epitaxy of Ge1-xSnx Layers2014
Author(s)
T. Asano, N. Taoka, K. Hozaki, W. Takeuchi,M. Sakashita, O. Nakatsuka, and S. Zaima
Organizer
JSPS Core-to-Core Program Workshop "Atomically Controlled Processing for Ultralarge Scale Integration"
Place of Presentation
Belgium
Year and Date
2014-11-13 – 2014-11-14
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