本研究では、次世代集積回路に向けた絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の高品質形成およびデバイス実証を目標としている。本年度得られた主な成果を以下にまとめる。 (1) Geとの共晶反応する金属群(Ag、Al、Au、Sn)の中で、Geとの共晶温度が最も低いSn(共晶温度: 231℃)を用いた金属誘起結晶化法を提案し、非晶質Geの結晶化温度を500℃から150℃に低温化できることを明らかにした。加えて、本手法が非晶質Siの低温結晶化に対しても有効なことを見出した。
(2) 絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の更なる高品質形成を目指し、被結晶化膜の極表面のみを局所的に溶融させる水中レーザ結晶化法をGeSn混晶系へと展開した。非晶質Geに2%程度のSnを添加すれば、レーザ照射時に発生するGe膜の損傷/凝集が抑制できることを発見した。強いエネルギーでのレーザ照射が可能となった結果、GeSnの結晶粒径は約0.01μm(Sn添加なし)から約1μm(Sn=2%添加)に増大した。素子サイズに匹敵する大粒径GeSnの低温・高品位形成の同時実現である。大粒径化したGeSn膜は、2軸伸張歪み(約1%)が導入されていること、比較的良好なHall正孔移動度(100 cm2/Vs)を有することも判明した。
(3) 多結晶GeSnの有用性を実証すべく、多結晶GeSnを用いて,ジャンクションレスタイプのFinFETを試作した。Finの幅17 nmの素子でドレイン電流のON/OFF比=5桁を達成した。狭バンドギャップのGeSnで、確実なオフ動作を初めて実証した重要な成果である。
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