人工IV族半導体の形成と光・電子物性制御

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11232202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 白木 靖寛 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00206286)
• 研究分担者: 宇佐美 徳隆 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20262107) ; 黄 晋二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (50323663) ; 尾鍋 研太郎 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (50204227) ; 中川 清和 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 教授 (40324181) ; 末光 眞希 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (00134057)
• キーワード: 人工IV族半導体 / シリコンゲルマニウム / 光エレクトロニクス / 電子物性 / 光物性 / 電界効果型トランジスタ

研究概要

平成15年度の研究成果は、大きく分けて次の3つの項目に分けられる。(1)良質な緩和SiGe疑似基板作製に関する研究、(2)歪みSiおよびGeチャネルトランジスタの試作と評価、(3)SiGe量子構造の発光特性の評価、(4)Si中のN原子原子層ドーピング、である。(1)においては、イオン打ちこみを行ったSi基板上のSiGe薄膜エピタキシャル成長について評価し、イオン打ち込みによって、平坦でありながら、薄くかつ緩和率の高いSiGe疑似基板を作製できる技術の確立に成功した。(2)では、歪みSiチャネル素子は高移動度を有しているが、チャネル端の自由表面による応力緩和が素子を微細化することによりチャネル全体に及ぶと考えられるため、微細素子では歪みSi薄膜が示す高キャリア移動度が達成されない懸念がある。我々は、実験的に、メサ構造の両端部近傍では歪み緩和が起こっていること、またメサ構造の歪み分布が素子サイズに大きく依存すること、さらにシミュレーションにより、バンド構造が大きく変化することを見出し、今後の素子設計の基礎データを得た。(3)では、SiGe量子構造と並んでSiベース発光材料として期待されている鉄シリサイドの発光とSiGe量子構造の発光との比較を行った。両者の発光強度および温度特性はほぼ同じであり、化合物半導体の発光強度に比べると3桁から4桁低いことがわかった。実用化を考えた場合、SiGe量子構造および鉄シリサイド材料の更なる改善が必要であることが示された。(4)では、N原子層形成si(100)表面上において、500℃という低温でのCVD法によりSi薄膜がエピタキシャル成長することを見いだし、3nm間隔の多層N原子層ドーピング構造を実現した。また、Si(100)基板非加熱下での低エネルギーECR Arプラズマ支援により、原子層オーダでのSiエピタキシャル成長制御を実現するとともに、Si薄膜の結晶性劣化要因はArイオン打ち込みによるダメージであることを見いだし、Siエピタキシャル薄膜の高品質化を実現した。本研究で得られた成果については、平成16年度の「成果とりまとめ」において、ワークショップおよび成果報告冊子の作成を通してまとめる予定である。

研究成果

• [文献書誌] K.Sawano, S.Koh, Y.Shiraki, N.Usami, K.Nakagawa: "In-plane strain fluctuation in strained-Si/SiGe heterostructures"APPLIED PHYSICS LETTERS. 83. 4339-4341 (2003)
• [文献書誌] K.Sawano, Y.Hirose, Y.Ozawa, Koh, J.Yamanaka, K.Nakagawa, T.Hattori, Y.Shiraki: "Enhancement of strain relaxation of SiGe thin layers by pre-ion-implantation into Si substrates"JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS. 42. L735-L737 (2003)
• [文献書誌] K.Sawano, K.Kawaguchi, S.Koh, Y.Hirose, J.Yamanaka, K.Nakagawa, T.Hattori, Y.Shiraki: "Surface planarization of strain-relaxed SiGe buffer layers by CMP and post cleaning"JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY. 150. G376-G379 (2003)
• [文献書誌] Y.Jeong, M.Sakuraba, J.Murota: "Atomic-Layer Doping in Si by Alternately Supplied NH_3 and SiH_4"Appl.Phys.Lett.. 82. 3472-3474 (2003)
• [文献書誌] M.Sakuraba, D.Muto, T.Seino, J.Murota: "Si Atomic Layer-by-Layer Epitaxial Growth Process Using Alternate Exposure of Si(100) to SiH_4 and to Ar Plasma"Appl.Surf.Sci.. 212-213. 197-200 (2003)
• [文献書誌] Y.Jeong, M.Sakuraba, J.Murota: "Epitaxial Growth of N Delta Doped Si Films on Si(100) by Alternately Supplied NH_3 and SiH_4"Appl.Surf.Sci.. 224. 197-201 (2004)
• [文献書誌] D.Muto, M.Sakuraba, T.Seino, J.Murota: "Ar Plasma Irradiation Effects in Atomically Controlled Si Epitaxial Growth"Appl.Surf.Sci.. 224. 210-214 (2004)
• [文献書誌] Maki Suemitsu, Hideaki Togashi, Toshimi Abe: "Autocatalytic reaction model : A phenomenology for nucleation-coalescence-growth of thin films"Thin Solid Films. 428. 83-86 (2003)
• [文献書誌] Hideki Nakazawa, Maki Suemitsu: "Formation of quasi-single-domain 3C-SiC on nominally on-axis Si(001) substrate using organosilane buffer layer"J.Appl.Phys.. 93. 5282-5286 (2003)
• [文献書誌] 中澤日出樹, 末光眞希, 真下正夫: "有機シランガスを用いたSi基板上シングルドメインSiC薄膜の形成メカニズム"表面科学. 24. 429-433 (2003)
• [文献書誌] K.Senthil, H.Nakazawa, M.Suemitsu: "Adsorption and desorption kinetics of organosilanes at Si(001) surfaces"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 6804-6808 (2003)