相界面反応制御技術を基軸とした混晶材料の設計と新機能発現

• 研究課題/領域番号: 25246028
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 渡部 平司 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90379115)
• 連携研究者: 志村 考功 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90252600) ; 細井 卓治 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (90452466)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2014年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2013年度: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
• キーワード: 界面物性 / 界面反応 / Ⅳ族混晶半導体 / ゲルマニウム / 光電子融合デバイス / 表面・界面物性

研究成果の概要

ナノ空間溶融結晶化技術を駆使して、無転位単結晶GOI構造ならびにGeSn混晶半導体の作製に成功した。本手法では半導体層への引張り歪み印加や、固溶限を越える高Sn組成のGeSn結晶の液相成長が可能となる。GeやGeSn層とチャネルとして薄膜トランジスタを試作し、高いキャリア移動度を実証し、高性能電子デバイスへの有用性を示した。さらに、高Sn組成引張り歪みGeSnを用いた光デバイスでは、近赤外域の受光感度の増加や、直接遷移発光の飛躍的な増大を達成し、光電子融合デバイス実現に向けた原理実証に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Lightly doped n-type tensile-strained single-crystalline GeSn-on-insulator structures formed by lateral liquid-phase crystallization (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, T. Tomita, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 11 号: 1 ページ: 011304-011304
  • DOI: 10.7567/apex.11.011304
  • NAID: 210000136058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication of tensile-strained single-crystalline GeSn on transparent substrate by nucleation-controlled liquid-phase crystallization (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, T. Amamoto, M. Koyama, Y. Imai, S. Kimura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 号: 3 ページ: 032104-032104
  • DOI: 10.1063/1.4974473
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comprehensive Study and Design of Scaled Metal/High-k/Ge Gate Stacks with Ultrathin Aluminum Oxide Interlayers (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryohei Asahara, Iori Hideshima, Hiroshi Oka, Yuya Minoura, Shingo Ogawa, Akitaka, Yoshigoe, Yuden Teraoka, Takuji Hosoi, Takayoshi Shimura, and Heiji Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 23 ページ: 233503-233503
  • DOI: 10.1063/1.4922447
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of photoluminescence from n-type tensile-strained GeSn wires on an insulator fabricated by lateral liquid-phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, M. Matsue, K. Tominaga, K. Kajimura, T. Amamoto, T. Hosoi, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 22 ページ: 221109-221109
  • DOI: 10.1063/1.4936992
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Insights into thermal diffusion of germanium and oxygen atoms in HfO2/GeO2/Ge gate stacks and their suppressed reaction with atomically thin AlOx interlayers (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Ogawa, R. Asahara, Y. Minoura, H. Sako, N. Kawasaki, I. Yamada, T. Miyamoto, T. Hosoi, T. Shimura and H. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 118 号: 23 ページ: 23704-23704
  • DOI: 10.1063/1.4937573
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Schottky source/drain germanium-based metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with self-aligned NiGe/Ge junction and aggressively scaled high-k gate stack (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Minoura, R. Asahara, H. Oka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 25 ページ: 252104-252104
  • DOI: 10.1063/1.4938397
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mobility characterization of Ge-on-insulator metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with striped Ge channels fabricated by lateral liquid-phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Suzuki, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 号: 17 ページ: 173502-173502
  • DOI: 10.1063/1.4900442
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Understanding and engineering of NiGe/Ge junction formed by phosphorous ion implantation after germanidation (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, Y. Minoura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 号: 6 ページ: 062107-062107
  • DOI: 10.1063/1.4893152
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ge diffusion and bonding state change in metal/high-k/Ge gate stacks and its impact on electrical properties (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, I. Hideshima, R. Tanaka, Y. Minoura, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Microelectronic Engineering 巻: 109 ページ: 137-141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strain-induced direct band gap shrinkage in local Ge-on-insulator structures fabricated by lateral liquid-phase epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Matsue, Y. Yasutake, S. Fukatsu, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 号: 3 ページ: 31106-31106
  • DOI: 10.1063/1.4862890
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and control of Ge-based metal-oxide-semiconductor interfaces for high-mobility field-effect transistors with ultrathin oxynitride gate dielectrics (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minoura, A. Kasuya, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 号: 3 ページ: 33502-33502
  • DOI: 10.1063/1.4813829
  • 査読あり
• [学会発表] 横方向液相エピタキシャル成長により作製した引張歪み高濃度n型Ge細線の低温発光特性と共振器の形成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 冨田 崇史, 岡 博史, 井上 慶太郎, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 電子デバイス界面テクノロジー研究会－材料・プロセス・デバイス特性の物理－
• [学会発表] 石英基板上単結晶GeSn層形成と光電子デバイス応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細井 卓治, 岡 博史, 井上 慶太郎, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 電子デバイス界面テクノロジー研究会－材料・プロセス・デバイス特性の物理－
• [学会発表] High-mobility TFT and enhanced luminescence utilizing ucleation-controlled GeSn growth on transparent substrate for monolithic optoelectronic (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, M. Koyama, T. Tomita, T. Amamoto, K. Tominaga, S. Tanaka, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 関西コロキアム電子デバイスワークショップ
  • 招待講演
• [学会発表] 裏面照射型近赤外イメージセンサーに向けた基板上単結晶GeSnフォトダイオードアレイの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡 博史, 井上慶太郎, Thi Thuy Nguyen, 黒木伸一郎, 細井卓治, 志村考功, 渡部平司
  • 学会等名: 映像情報メディア学会情報センシング研究会
• [学会発表] レーザー溶融結晶化による石英基板上引張歪み単結晶GeSnアレイの作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡 博史, 黒木 伸一郎, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 裏面照射型石英基板上GeSnフォトダイオードの近赤外受光特性評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡 博史, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 横方向液相成長により作製したSb ドープ単結晶GeSn n チャネルTFT (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡 博史, 冨田 崇史, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第64回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 神奈川県横浜市
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 横方向液相エピタキシャル成長による高濃度Sbドープ単結晶Ge細線の作製と光学特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 冨田 崇史, 岡 博史, 小山 真広, 田中 章吾, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 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「電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―」
  • 発表場所: 東レ研修センター, 静岡県三島市
  • 年月日: 2017-01-19
• [学会発表] シードレス液相成長による単結晶GeSn超薄膜形成と電気特性評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小山 真広, 岡 博史, 田中 章吾, 冨田 崇史, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 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「電子デバイス界面テクノロジー研究会―材料・プロセス・デバイス特性の物理―」
  • 発表場所: 東レ研修センター, 静岡県三島市
  • 年月日: 2017-01-19
• [学会発表] Enhancement-mode n-channel TFT and room-temperature near-infrared emission based on n+/p junction in single-crystalline GeSn on transparent substrate (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, M. Koyama, T. Hosoi, T. Shimura and H. Watanabe
  • 学会等名: Symposium on VLSI Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Back-side illuminated GeSn photodiode array on quartz substrate fabricated by laser-induced liquid-phase crystallization for monolithically-integrated NIR imager chip (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, K. Inoue, T. T. Nguyen, S. Kuroki, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: IEEE International Electron Devices Meeting (2017 IEDM)
  • 国際学会
• [学会発表] Single-crystalline GeSn formation on transparent substrate and its optoelectronic applications (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi
  • 学会等名: The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 透明基板上単結晶GeSn n+/p接合フォトダイオードの作製と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡 博史、井上 慶太、冨田 崇史、和田 裕希、細井 卓治、志村 考功、渡部 平司
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Photoluminescence from n-type tensile-strained Ge and GeSn wires on an insulator fabricated by lateral liquid-phase epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, M. Matsue, K. Tominaga, K. Kajimuira, T. Amamoto, T. Hosoi, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Materials
  • 発表場所: Kona, HI, USA
  • 年月日: 2016-11-21
  • 国際学会
• [学会発表] SbドープアモルファスGeの局所溶融横方向液相エピタキシャル成長によるn型Ge細線の作製と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 冨田 崇史, 岡 博史, 小山 真広, 田中 章吾, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第77回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ, 新潟県新潟市
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] High-mobility GeSn p-MOSFETs on Transparent Substrate Utilizing Nucleation-controlled Liquid-phase Crystallization (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, T. Amamoto, T. Hosoi, T. Shimura, H. Watanabe
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2016-06-12
  • 国際学会
• [学会発表] High-mobility GeSn-based MOSFETs on Transparent Substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Watanabe
  • 学会等名: International SiGe Technology and Device Meeting
  • 発表場所: Nagoya, Aichi, JAPAN
  • 年月日: 2016-06-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Engineering of NiGe/Ge Junction by P Ion Implantation after Germanidation for Metal S/D Ge CMOS Technology (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, Y. Minoura, R. Asahara, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 第15回関西コロキアム電子デバイスワークショップ
  • 発表場所: 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-12-15
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of High-quality Ge-on-insulator Structures by Lateral Liquid Phase Epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, Y. Suzuki, M. Matsue, K. Kajimura, K. Tominaga, T. Amamoto, T. Hosoi, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-10-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 横方向液相成長法による石英基板上単結晶GeSn細線の作製と光学特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天本 隆史, 冨永 幸平, 田中 章吾, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第76回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] ゲルマニウム半導体を基盤とした次世代光電子集積デバイスへの展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部平司
  • 学会等名: 日本真空学会関西支部＆日本表面科学会関西支部合同セミナー
  • 発表場所: 大阪府、豊中市
  • 年月日: 2015-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] Schottky barrier height modulation at NiGe/Ge interface by phosphorous ion implantation and its application to Ge-based CMOS devices (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, H. Oka, Y. Minoura, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 15th International Workshop on Junction Technology
  • 発表場所: Kyoto University Kihada Hall (Uji Campus), Kyoto
  • 年月日: 2015-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] 急速加熱処理により作製したGeSn-on-quartz構造のフォトルミネッセンス測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天本隆史, 冨永幸平, 梶村恵子, 細井卓治, 志村考功, 渡部平司
  • 学会等名: 第62回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] 光電子集積回路に向けたGeデバイス技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 細井卓治
  • 学会等名: 応用物理学会関西支部 支部セミナー「フォトニック信号処理セミナー」
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-03-11
  • 招待講演
• [学会発表] 横方向液相エピタキシャル成長によって作製した絶縁体上GeSnワイヤのフォトルミネッセンス測定によるバンドギャップ変調技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天本隆史, 冨永幸平, 梶村恵子, 松江将博, 細井卓治, 志村孝功, 渡部平司
  • 学会等名: 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」
  • 発表場所: 東レ研修センター, 静岡県三島市
  • 年月日: 2015-01-29 – 2015-01-31
• [学会発表] Fabrication of GeSn-on-insulator Structure by Utilizing Lateral Liquid-Phase Epitaxy (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, K. Kajimura, K. Tominaga, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-13
• [学会発表] Engineering of NiGe/Ge Junction by P Ion Implantation after Germanidation for Metal S/D Ge CMOS Technology (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, Y. Minoura, R. Asahara, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: San Diego, CA, USA
  • 年月日: 2014-12-10 – 2014-12-13
• [学会発表] 横方向液相成長法で作製したSi基板上GeSn細線の初期結晶方位とその安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 冨永幸平，梶村恵子，天本隆史，細井卓治，志村考功，渡部平司
  • 学会等名: 第75回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 横方向液相エピタキシャル成長法により形成したGeSn-on-insulator層の電気特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶村恵子，細井卓治，志村考功，渡部平司
  • 学会等名: 第75回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Schottky Barrier Height Reduction of NiGe/Ge Junction by P Ion Implantation for Metal Source/Drain Ge CMOS Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, Y. Minoura, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: International Meeting for Future of Electron Devices, Kansai
  • 発表場所: Ryukoku University Avanti Kyoto Hall, Kyoto
  • 年月日: 2014-06-19 – 2014-06-20
• [学会発表] 極薄EOT high-k/Geゲートスタックの熱安定性及び界面特性改善に向けたプロセス設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 淺原亮平, 細井卓治, 志村考功, 渡部平司
  • 学会等名: 電子情報通信学会 シリコン材料・デバイス(SDM)研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-06-19
• [学会発表] Sub-1-nm EOT Schottky Source/Drain Germanium CMOS Technology with Low-temperature Self-aligned NiGe/Ge Junctions (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Minoura, R. Asahara, H. Oka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: IEEE Silicon Nanoelectronics Workshop
  • 発表場所: Honolulu, HI, USA
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-09
• [学会発表] High-k/Ge Gate Stack with an EOT of 0.56 nm by Controlling Interface Reaction Using Ultrathin AlOx Interlayer (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, I. Hideshima, R. Tanaka, Y. Minoura, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 44th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: Arlington, USA
• [学会発表] Enhanced direct bandgap photoluminescence from local Ge-on-insulator structures fabricated by lateral liquid-phase epitaxy - Material and strain engineering toward CMOS compatible group-IV photonics - (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Matsue, Y. Yasutake, S. Fukatsu, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 44th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
  • 発表場所: Arlington, USA
• [学会発表] Effective Hole Mobility of GOI MOSFET Fabricated by Lateral Liquid-Phase Epitaxiay (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Suzuki, H. Nishikawa, M. Matsue, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 2013 International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices: Science and Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Phosphorous Ion Implantation into NiGe Layer for Ohmic Contact Formation on n-Ge (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minoura, T. Hosoi, J. Matsugaki, S. Kuroki, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 2013 International Workshop on Dielectric Thin Films for Future Electron Devices: Science and Technology
  • 発表場所: Tokyo, Japan
• [学会発表] Ge diffusion and bonding state change in metal/high-k/Ge gate stacks and its impact on electrical properties (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, I. Hideshima, R. Tanaka, Y. Minoura, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 18th Conference of Insulating Films on Semiconductors
  • 発表場所: Cracow, Poland
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/
• [備考] 渡部研究室ホームページ
  • URL: http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/