2014 Fiscal Year Annual Research Report
Ge-CMOSと混載可能な高性能Ge-光素子実現のための基盤技術開発
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26289090
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
王 冬 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 准教授 (10419616)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中島 寛 九州大学, 産学連携センター, 教授 (70172301)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Ge-光素子 / CMOS / 電子・電気材料 / 金属/半導体コンタクト / 局所歪 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H26年度の研究成果は以下の通りである。
(1) MGeM素子の直流特性を評価した。既存のフォトルミネッセンス（PL）装置で発光強度の電流強度、電極形状及びGe基板不純物濃度の依存性を調査した。さらに、近赤外線レーザー、赤外顕微鏡、対物レンズ、赤外CCDカメラ、XYZステージ、パワーメーター等の光学部品及び電流-電圧測定用ソースメータから成る受光特性評価システムを構築し、暗電流、受光感度および量子効率等を評価した。直流発光・受光特性によって、非対称MGeM素子の発光・受光の物理機構を解明した。
(2) 熱的安定性を有する低電子障壁コンタクトの開発するため、TiN/Ge界面に生じているフェルミレベルピンニング（FLP）変調の発現機構を解明した。TiNを成膜し、電極形成後熱処理（PMA）を行った。電流密度-電圧特性に基づいて、TiN/Ge及びTi/Ge界面近傍を走査型透過電子顕微鏡（STEM）によって観察した。その結果、FLP変調には界面のGeを主成分とする非晶質層とN原子の両方が必要であることが解明した。
(3) Ge表面の保護膜形成技術の開発するため、Al2O3/GeOX/GeゲートスタックにおけるAl-PMA効果について調査を行った。容量-電圧法、電流-電圧法および一定温度過渡容量分光法により、SiO2換算膜厚、周波数分散、フラットバンド電圧、ヒステリシス、絶縁性および界面準位密度を測定し、400℃でのAl-PMAにより，界面準位密度およびスロートラップの低減が可能であることが判明した。
(4) Ge-on-Insulator (GOI) 基板の作製に着手した。原子層堆積によってAl2O3e/Ge構造を形成し、熱酸化によってSiO2/Si構造を形成し、互いを貼合せてGe/Al2O3/SiO2/Si構造のGOI基板を試作した。PLによる直接遷移発光信号を観測し、試作したGOI基板の結晶性を評価した。
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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
平成２６年度の当初計画は、下記の通りであった。(1) 熱的安定性を有する低電子障壁コンタクトの開発、(2) Ge表面の保護膜形成技術の開発、(3) 局所歪み導入による直接遷移化、(4) 直流特性評価システムの構築、である。(1)、(2)及び(4)は順調に進展しているが、(3)は平成２７年度から着手することに変更した。しかし、平成２７年度の研究を順調に進めるため、GOI 基板の試作を行った。以上より、全体的に順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度は下記の研究計画を実施する。
(1) 局所歪みの導入および適正化：Ge光素子表面に形成した保護膜上にSiN膜を堆積し、局所歪み導入の程度を評価する。歪みと欠陥を顕微ラマンと顕微PLで評価する。局所歪み導入および適正化による発光効率の向上を顕微PLで評価する。
(2) 非対称MGeM素子の直流・高周波特性評価：コンタクト形成、保護膜形成、局所歪み導入、基板の不純物濃度を適正化して試作したMGeM素子の直流・高周波特性を評価し、受光・発光性能を明確化する。評価結果を基に、素子寸法・形状の適正化を図る。
(3) GOI基板上への非対称MGeM素子試作の検討：Ge/埋込み酸化膜界面の界面準位密度と固定電荷密度はバックゲートMOSFETを用いて評価する。高品質GOI基板上へ非対称MGeM素子を試作し、電気特性、発光・受光の直流・高周波特性等を評価し、GOI基板上への非対称MGeM素子の形状と寸法を決定する。
(4) GOI層への局所歪み導入および適正化：発光素子では、1.7μm以下の波長が必要なので、0.5％の歪みを目標とする。受光素子では、1.0％の歪みを目標とする。SiNストレッサを配置したGOI- MGeM構造を試作し、受光・発光部に誘起される局所歪みを顕微ラマンで、欠陥を顕微PLにより評価した上で、局所歪みの適正化を図る。
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| Remarks |
http://www.astec.kyushu-u.ac.jp/nakasima/naka_home.htm
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[Presentation] Contact properties of group IV metal-nitrides(TiN, ZrN, HfN) on Ge2014
Author(s)
Hiroshi Nakashima, Keisuke Yamamoto, Dong Wang, Masatoshi Mitsuhara, Ryutaro Noguchi, Keisuke Hiidome, Minoru Nishida
Organizer
JSPS Core-to-Core Program,“Atomically Controlled Processsing for Ultralarge Scale Integration”
Place of Presentation
Leuven, Belgium
Year and Date
2014-11-03
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