2017 Fiscal Year Annual Research Report
Control of site selective doping and carrier transport in core-shell heterojunction nanowires
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26246021
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
深田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90302207)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 剛 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (50354147)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | シリコン / ゲルマニウム / ナノワイヤ / ヘテロ接合 / 半導体 / ラマン分光 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
IV族半導体であるSiとGeから構成されるコアシェル構造を1次元ナノワイヤ内部に構築することで、不純物のドーピング領域とキャリアの輸送領域を完全に分離し、不純物散乱を徹底的に抑制できる次世代高移動度トランジスタ用チャネルを実現することを目的として研究を行った。更に、本技術を応用してSiナノワイヤ内部動径方向へのpn接合の形成制御も行った。最終年度は、コアに不純物ドーピングしていないGeナノワイヤ（i-Ge）、Siシェル層にボロン（B）をドーピングした（p-Si）シェルからなる従来のi-Ge/p-Siコアシェルナノワイヤとは逆構造のp-Si/ i-Geコアシェルナノワイヤにおいて構造・界面制御、不純物の位置制御ドーピングを行い、動径ヘテロ接合によるホールガスの分離蓄積実証を行った。超並列計機の京を利用した大規模第一原理計算では、Si/GeおよびGe/Siコアシェルナノワイヤに対する構造最適化計算を実行し、構造とサイズに依存した内部電子状態を明らかにできた。以上の計算で得た知見をコアシェル構造の設計および選択ドーピング実験にフィードバックした。透過電子顕微鏡観察の結果から、ナノワイヤ内部にコアシェル構造が形成できており、コアおよびシェルともに単結晶構造および急峻な界面の形成を実証できた。詳細な3波長可変ラマン分光法により光学フォノンピークに現れるファノ効果を解析することで、実験的に初めてi-Geコア内にホールガスが形成されていることの完全な実証を達成できた。更に、p-Siシェル層のBドーピングの濃度制御によりホールガス濃度の制御に成功した。この位置制御ドーピング技術を利用することで、Siナノワイヤ中にBおよびPの選択ドーピングを行った。これまでの手法に比べてSiナノワイヤ内部動径方向に急峻なpn接合の形成を実現し、ナノワイヤ型の太陽電池セルの特性を向上させることにも成功した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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