2014 Fiscal Year Research-status Report
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26870261
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
竹内 和歌奈 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90569386)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | GeSn / 欠陥評価 / ゲルマニウムースズ / DLTS測定 / 水素成長 / 水素の効果 / ドーパント不活性化抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ge1-xSnxはSn組成によってエネルギーバンド構造を変調可能であり、8%程度で直接遷移半導体となる材料である。そのため、長波長受発光素子などの光学デバイス、トンネルFETなどの電子デバイスへの応用が期待されている。Ge1-xSnxは欠陥起因の高いキャリア密度を持っており、非ドープでp型である事が知られている。そのため、Ge1-xSnxデバイスの実現に向けて、Ge1-xSnx層のキャリア密度制御及びデバイスの特性を劣化させる深い準位の欠陥制御技術の確立が必要である。
初年度は１．Ge1-xSnx中の深い準位の欠陥評価を実施し、さらに並行して28年度に実施も行った。２．Ge1-xSnx層の低キャリア密度化に向けて、成長中の水素の効果についても調べた。
１．Ge1-xSnx中の深い準位の欠陥評価：Ge中の空孔欠陥とSnの挙動、Snがドーパントに与える効果を調べるために、Ge基板に意図的にSnをイオン注入し、空孔欠陥とSnに起因した欠陥の挙動を明らかにした。その結果、Sn-VとSb-V欠陥を検出し、さらにSnの注入量が増加するとドーパントと空孔に起因したSb-V欠陥が減少した。この結果は、Snを導入することで、ドーパントの不活性化抑制を示唆している。また、これらの点欠陥は300度の窒素雰囲気熱処理により減少できる事が分かった。
２．Ge1-xSnx層の低キャリア密度化：欠陥起因の高いキャリア密度をもつ低温形成Ge1-xSnx層の低キャリア密度化に向けて、結晶性を高めるために、水素を成長中に導入した。水素を導入することで、結晶性が劇的に向上し、キャリア密度を1桁下げることに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Ge1-xSnx中の欠陥評価の基準となる、イオン注入によるGe中のSn関する欠陥評価について順調に研究を遂行している。また、28年度行う予定であった、水素効果によるキャリア密度低減について、並行して行う事ができたため、当初の計画以上に進展することができた。また、28年度予定の結晶成長させたGe1-xSnx膜の電気的評価も一部、合わせて並行して進める事ができた。しかしながら、水素雰囲気成長の結果、欠陥密度の低減はできたが、デバイスに必要な欠陥密度には達成していない。そのため、後処理等の検討が必要である。これについては本年度行う予定である。エピタキシャルGe1-xSnx層とn型Ge基板との接合特性については知見を得る事ができたが、エピタキシャルGe1-xSnx層中の詳細な欠陥評価には至らなかった。そのため、エピタキシャルGe1-xSnx層中の欠陥を正確に評価するためには評価方法の工夫が必要であることが分かった。評価用の構造の最適化を行い、低欠陥密度化した試料で測定を行う必要がある（28年度に実施予定）
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度において水素が成長に与える効果が大きい事が分かった。しかしながら、未だ十分な結晶性には達していないため、今年度は熱処理温度や水素熱処理効果により、成長後の結晶性の改善について調べる必要がある。
それと共に、Ge1-xSnx中の空孔欠陥とドーパントやSnとの複合体だけでなく、成長中に意図せずに混入してしまう不純物（O, H, Cなど)と空孔欠陥やSnとの複合体の欠陥準位が分かっていないため、これを調べ、実際に成長させたGe1-xSnx層の評価に適用する。
最終年度にはGe1-xSnx層の評価用構造の最適化を行い、エピタキシャル成長によって導入した欠陥をデバイス作製に必要なそれぞれの層（低キャリア密度のi層、n型ドープ、p型ドープ層）に対して評価を行う。そして、熱処理による回復過程も同時に調べる。こられの測定から、エピタキシャルGe1-xSnx層中の欠陥の知見を得る。具体的な欠陥評価や結晶性の評価にはDLTS測定やX線回折、PL測定などを用いる。
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| Causes of Carryover |
実験計画を変更し、初年度に3年目に実験する予定であったエピタキシャルGe1-xSnx層の電気特性及び水素による低キャリア密度化を行った。そのため、初年度に購入予定であった装置を次年度で購入することに変更した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度、非ドープGe1-xSnxのP型の起源である、浅い準位の評価をするために、電流DLTSを立ち上げる必要がある。そのため、本年度は電流計を購入する。また、Ge中のSnと空孔欠陥及びドーパントや酸素などの不純物とのコンプレックスとその熱処理による回復過程を調べるため、イオン注入及び2次イオン質量分析を外部に依頼する。
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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
Japan
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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