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Ge-On-Insulator基板上への局所歪み導入によるGe-光素子の高性能化

研究課題

研究課題/領域番号 17H03237
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関九州大学

研究代表者

王 冬  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (10419616)

研究分担者 中島 寛  九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (70172301)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
キーワードGe-光素子 / Ge-On-Insulator / Ge/絶縁膜界面 / 横方向発光・受光 / チップ内光配線 / 金属/半導体コンタクト / 金属/半導体コンタクト / 局所歪み
研究成果の概要

本研究は、一般的なスマートカット法を改善し、高品質なGe-On-Insulator(GOI)基板を作製した。過渡容量分光法を用いて、Ge/絶縁膜界面付近のBorderトラップの評価手法を確立し、Borderトラップの密度と空間分布を明らかにした。また、局所歪みの導入も調査した。以上の結果を基に、最適化したプロセスパラメータを抽出し、GOI基板上に発光・受光素子を作製した。さらに、GOI基板上に横方向発光・受光構造を作製し、発光・受光素子間の光通信機能を実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、高品質なGOI基板を自前で試作し、他グループでは決して実現できないGOI基板上の光素子を高度化し、Ge-光素子の性能の飛躍的向上を図った。更に、局所歪み導入・結晶欠陥制御、Ge/絶縁膜界面の理解と制御、デバイス試作等の幅広い見地から研究を推進し、光デバイス工学、半導体工学に大きく寄与したと考えている。開発した高性能GOI発光・受光素子の基盤技術は、超スマート社会の実現に貢献できるものと期待できる。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件) 学会発表 (35件) (うち国際学会 20件、 招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] 中国科学院上海マイクロシステムと情報技術研究所(中国)

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  • [国際共同研究] 中国科学院上海マイクロシステムと情報技術研究所(中国)

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  • [国際共同研究] 中国科学院上海マイクロシステムと情報技術研究所(中国)

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      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] High interfacial quality metal-oxide-semiconductor capacitor on (111) oriented 3C-SiC with Al2O3 interlayer and its internal charge analysis2020

    • 著者名/発表者名
      Oka Ryusei、Yamamoto Keisuke、Akamine Hiroshi、Wang Dong、Nakashima Hiroshi、Hishiki Shigeomi、Kawamura Keisuke
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 号: SG ページ: SGGD17-SGGD17

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ab6862

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conduction Type Control of Ge-on-Insulator: Combination of Smart-Cut(TM) and Defect Elimination2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yamamoto, Kohei Nakae, Hiroshi Akamine, Dong Wang, Hiroshi Nakashima, Md. M Alam, Kentarou Sawano, Zhongying Xue, Miao Zhang, Zengfeng Di
    • 雑誌名

      ECS transactions

      巻: 93 号: 1 ページ: 73-77

    • DOI

      10.1149/09301.0073ecst

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Border-Trap Characterization for Ge Gate Stacks Using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Nakashima, Wei-Chen Wen, Keisuke Yamamoto, Dong Wang
    • 雑誌名

      ECS transactions

      巻: 92 号: 4 ページ: 3-10

    • DOI

      10.1149/09204.0003ecst

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ge field-effect transistor with asymmetric metal source/drain fabricated on Ge-on-Insulator: Schottky tunneling source mode operation and conventional mode operation2019

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto Keisuke、Nakae Kohei、Wang Dong、Nakashima Hiroshi、Xue Zhongying、Zhang Miao、Di Zengfeng
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SB ページ: SBBA14-SBBA14

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab02e3

    • NAID

      210000155626

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of asymmetric metal/Ge/metal diodes with Ge-on-insulator substrate2019

    • 著者名/発表者名
      Maekrua Takayuki、Goto Taiki、Nakae Kohei、Yamamoto Keisuke、Nakashima Hiroshi、Wang Dong
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SB ページ: SBBE05-SBBE05

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aafb5e

    • NAID

      210000135344

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Wide range control of Schottky barrier heights at metal/Ge interfaces with nitrogen-contained amorphous interlayers formed during ZrN sputter deposition2018

    • 著者名/発表者名
      Yamamoto K、Noguchi R、Mitsuhara M、Nishida M、Hara T、Wang D、Nakashima H
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 33 号: 11 ページ: 114011-114011

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aae4bd

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Border trap evaluation for SiO2/GeO2/Ge gate stacks using deep-level transient spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Wen Wei-Chen、Yamamoto Keisuke、Wang Dong、Nakashima Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 124 号: 20

    • DOI

      10.1063/1.5055291

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      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] (Invited) Achievement of Ultralow Contact Resistivity of Metal/n+-Ge Contacts with Zr-N-Ge Amorphous Interlayer2017

    • 著者名/発表者名
      Nakashima Hiroshi、Okamoto Hayato、Yamamoto Keisuke、Wang Dong
    • 雑誌名

      ECS transactions

      巻: 80 号: 4 ページ: 97-106

    • DOI

      10.1149/08004.0097ecst

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      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of n-type doping level on direct band gap electroluminescence intensity for asymmetric metal/Ge/metal diodes2017

    • 著者名/発表者名
      Maekura T、Tanaka K、Motoyama C、Yoneda R、Yamamoto K、Nakashima H、Wang D
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 32 号: 10 ページ: 104001-104001

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aa827f

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Conduction Type Control of Ge-on-Insulator: Combination of Smart-Cut and Defect Elimination2019

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, K. Nakae, H. Akamine, D. Wang, H. Nakashima, Md. M. Alam, K. Sawano, Z. Xue, M. Zhang, Z. Di
    • 学会等名
      2nd Joint ISTDM / ICSI 2019 Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Border Trap Evaluation for Al2O3/GeOX/p-Ge Gate Stacks using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima
    • 学会等名
      2nd Joint ISTDM / ICSI 2019 Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Low temperature (<300oC Fabrication of Ge MOS Structure for Advanced Electronic Devices2019

    • 著者名/発表者名
      K. Iseri, W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Demonstration of n-MOSFET operation and charge analysis of SiO2/Al2O3 gate dielectric on (111) oriented 3C-SiC2019

    • 著者名/発表者名
      R. Oka, K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima, S. Hishiki, K. Kawamura
    • 学会等名
      2019 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 新規電子デバイス応用に向けたGeゲートスタックの低温(<300°C)形成2019

    • 著者名/発表者名
      井芹 健人、温 偉辰、山本 圭介、王 冬、中島 寛
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Border Traps in Al2O3/GeOx/p-Ge Stacks Using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] SiO2/Al2O3絶縁膜を有する3C-SiC n-MOSキャパシタとn-MOSFET動作2019

    • 著者名/発表者名
      山本 圭介、岡 龍誠、王 冬、中島 寛、菱木 繁臣、川村 啓介
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] SiO2/Al2O3絶縁膜を有する3C-SiC n-MOSキャパシタの固定電荷と界面ダイポール解析2019

    • 著者名/発表者名
      岡 龍誠、山本 圭介、王 冬、中島 寛、菱木 繁臣、川村 啓介
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Border-Trap Characterization for Ge Gate Stacks Using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima, W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang
    • 学会等名
      236th ECS meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of direct band gap electroluminescence in asymmetric metal/Ge/metal diodes2019

    • 著者名/発表者名
      D. Wang, T. Maekura, K. Yamamoto, H. Nakashima
    • 学会等名
      TACT 2019 International Thin Film Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study on Position of Border Traps in Al2O3/GeOx/p-Ge Gate Stacks Using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima
    • 学会等名
      8th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Border-Trap Evaluation for SiO2/GeO2/Ge Gate Stacks Using Deep-Level Transient Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima(Invited), W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang
    • 学会等名
      8th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 3C-SiC MOSFETの閾値電圧制御に向けたSiO2/Al2O3ゲートスタック中の固定電荷・界面ダイポールの解析2019

    • 著者名/発表者名
      岡 龍誠、山本 圭介、王 冬、中島 寛、菱木 繁臣、川村 啓介
    • 学会等名
      第11回半導体材料・デバイスフォーラム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ambipolar operation of asymmetric Ge Schottky tunneling source field-effect transistor fabricated on Ge-on-Insulator2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, K. Nakae, D. Wang, H. Nakashima, Z. Xue, M. Zhang, Z. Di
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materiaals (SSDM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and characterization of asymmetric metal/Ge/metal diodes with Ge-on-Insulator substrate2018

    • 著者名/発表者名
      T. Maekura, T. Goto, K. Nakae, K. Yamamoto, H. Nakashima, D. Wang
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materiaals (SSDM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of Al2O3 interlayer for metal-oxide-semiconductor capacitor on (111) oriented 3C-SiC for electronic device application2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, D. Wang, H. Nakashima, S. Hishiki, K. Kawamura
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materiaals (SSDM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GOI基板を用いた非対称ー金属/Ge/金属構造光素子の作製・特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      後藤 太希、前蔵 貴行、仲江 航平、山本 圭介、中島 寛、王 冬、Miao Zhang、Zhongying Xue、Zenfeng Di
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Smart-Cut法を用いて作製したGe-on-Insulatorの極性変化2018

    • 著者名/発表者名
      仲江 航平、薛 飛達、山本 圭介、王 冬、中島 寛、Miao Zhang、Zhongying Xue、Zenfeng Di
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Low-temperature fabrication of Ge MOS capacitors for spintronics and flexible electronics application2018

    • 著者名/発表者名
      Wei-Chen Wen、Keisuke Yamamoto、Dong Wang、Hiroshi Nakashima
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 電子ビーム蒸着によるGe上へのY酸化物系ゲート絶縁膜形成2018

    • 著者名/発表者名
      秋山 健太郎、井芹 健人、温 偉辰、山本 圭介、王 冬、中島 寛
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Border trap characterization using deep-level transient spectroscopy for GeO2/Gegate stacks grown by thermal oxidation and plasma oxidation2018

    • 著者名/発表者名
      Wei-Chen Wen、Keisuke Yamamoto、Dong Wang、Hiroshi Nakashima
    • 学会等名
      シリコン材料の科学と技術フォーラム2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of Ge MOS Capacitor by Metal Yttrium Oxidation2018

    • 著者名/発表者名
      K. Yamamoto, K. Akiyama, K. Iseri, W.-C. Wen, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      12th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Border trap evaluation using deep-level transient spectroscopy for SiO2/GeO2/Ge gate stacks2018

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, K. Yamamoto, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      12th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct band gap electroluminescence and photo detection in asymmetric metal/Ge/metal diodes2018

    • 著者名/発表者名
      D. Wang, T. Maekura, K. Yamamoto, H. Nakashima
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 遷移金属窒化物を用いた金属/Geコンタクトの障壁制御2018

    • 著者名/発表者名
      山本 圭介、光原 昌寿、王 冬、中島 寛
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of border-traps in GeO2/Ge gate stacks grown by thermal oxidation and plasma oxidation2018

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, T. Sakaguchi, K. Yamamoto, D. Wang and H. Nakashima
    • 学会等名
      2018年第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Near-interface border-traps characterization by deep-level transient spectroscopy for GeO2/Ge gate stacks2018

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima, W.-C. Wen, K. Yamamoto and D. Wang
    • 学会等名
      11th International Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Achievement of Ultralow Contact Resistivity of Metal/n+-Ge Contacts with Zr-N-Ge Amorphous Interlayer2017

    • 著者名/発表者名
      H. Nakashima, H. Okamoto, K. Yamamoto, and D. Wang
    • 学会等名
      232nd ECS meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dependence of Channel Mobility on Substrate Impurity Concentration for Metal Source/Drain Ge MOSFETs2017

    • 著者名/発表者名
      T. Sakaguchi, K. Akiyama, K. Yamamoto, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materiaals (SSDM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Characterization of near-interface border-traps in GeO2/Ge gate stacks grown by low and high temperature thermal oxidation using deep-level transient spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      W. -C. Wen, T. Sakaguchi, K. Yamamoto, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materiaals (SSDM2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非晶質Ge界面層とNによるGeコンタクトの外因性準位とSファクターの変調(Ⅱ)2017

    • 著者名/発表者名
      板屋 航、仲江 航平、山本 圭介、王 冬、中島 寛
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] メタルS/D型 Ge n-MOSFET のチャネル移動度の基板濃度依存性2017

    • 著者名/発表者名
      坂口 大成、秋山 健太郎、山本 圭介、王 冬、中島 寛
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Near-interface border traps characterization for GeO2/Ge gate stacks grown by low and high temperature thermal oxidation by using deep-level transient spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      W. -C. Wen, T. Sakaguchi, K. Yamamoto, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      2017年第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Near-interface border-traps characterization by deep-level transient spectroscopy for GeO2/Ge gate stacks2017

    • 著者名/発表者名
      W.-C. Wen, T. Sakaguchi, K. Yamamoto, D. Wang, and H. Nakashima
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of n-type doping level on direct band gap light emission intensity for asymmetric metal/Ge/metal diodes2017

    • 著者名/発表者名
      T. Maekura, C. Motoyama, K. Tanaka, K. Yamamoto, H. Nakashima, and D. Wang
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures
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      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 中島・王研究室

    • URL

      http://www.gic.kyushu-u.ac.jp/nakasima/index.htm

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書 2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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