省電力ＵＬＳＩ実現に向けたゲルマニウムスズ薄膜の電子物性制御および移動度実証

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14J10698
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 浅野 孝典 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2016-03-31
• キーワード: 半導体 / エピタキシャル成長 / ゲルマニウム / スズ

研究実績の概要

GeSnチャネルトランジスタの実現のためには、Ge(1－x)Sn(x)(エピタキシャル)層の均一な結晶形成と欠陥制御が重要である。
高Sn組成と結晶性とを両立したGeSn層の形成に向けて、成長中における水素導入の効果を詳細に調べた。水素導入によって、Sn組成5%のGeSn層においても表面平坦性を維持して成長でき、3次元島成長に由来する面内方向の面間隔のゆらぎを抑制して均一な結晶を形成できることが明らかとなった。この様な結晶性の向上は、窒素およびヘリウムを導入した場合には観察されず、成長中の水素の効果が裏付けられた。
また、低温成長した非ドープのGeおよびGeSn層中に形成された欠陥への成長雰囲気、Sn組成、および熱処理の影響を、MOSキャパシタの容量-電圧特性を用いて電気的特性を調べた。窒素およびヘリウム雰囲気において成長したSn組成5%のGeSn層中には、多量のアクセプタ準位の欠陥が形成される一方、水素（H2）雰囲気中においては、欠陥密度の小さいGeSn層を形成できる。一方、Sn組成0%から6%の増大は、欠陥密度を2.1E16から2.9E17 cm－3まで増大させる。見積もられた欠陥のエネルギー準位（210および170 meV）より、欠陥構造としてGe中の空孔対および空孔-Sn欠陥との対応が考えられ、Snの導入がそれらの欠陥形成を促進すると考えられる。Sn組成5%のGeSn層中の欠陥密度は400 °Cの熱処理によって3.1E16 cm－3まで低減できるが、450 °Cの熱処理後に8.4E16 cm－3に増大した。450 °Cの熱処理後におけるGeSn層の歪緩和との対応から、膜中の貫通転位もまたアクセプタとして働く可能性が示唆される。このため、転位を導入しない熱処理条件の設計が重要である。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Defect and dislocation structures in low-temperature-grown Ge and Ge1 － xSnx epitaxial layers on Si(110) substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: Shohei Kidowaki, Takanori Asano, Yosuke Shimura, Masashi Kurosawa, Noriyuki Taoka, Osamu Nakatsuka and Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 598 ページ: 72,81
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.11.048
• [雑誌論文] Characterization of Shallow-and Deep-Level Defects in Undoped Ge1－ xSnx Epitaxial Layers by Electrical Measurements (2016)
  • 著者名/発表者名: Wakana Takeuchi, Takanori Asano, Yuki Inuzuka, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. and Technol. 巻: 5 ページ: P3082,P3086
  • DOI: 10.1149/2.0151604jss
• [雑誌論文] Effect of in situ Sb doping on crystalline and electrical characteristics of n-type Ge1－ x Sn x epitaxial layer (2016)
  • 著者名/発表者名: Jihee Jeon, Takanori Asano, Yosuke Shimura, Wakana Takeuchi, Masashi Kurosawa, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 ページ: 04EB13-1,-5
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.04EB13
• [雑誌論文] Experimental observation of type-I energy band alignment in lattice-matched Ge1－x－ySixSny/Ge heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamaha, Shigehisa Shibayama, Takanori Asano, Kimihiko Kato, Mitsuo Sakashita, Wakana Takeuchi, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 108 ページ: 061909
  • DOI: 10.1063/1.4941991
• [雑誌論文] Challenges of Energy Band Engineering with New Sn-Related Group IV Semiconductor Materials for Future Integrated Circuits (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeaki Zaima, Osamu Nakatsuka, Takashi Yamaha, Takanori Asano, Shinichi Ike, Akihiro Suzuki, Masashi Kurosawa, Wakana Takeuchi, and Mitsuo Sakashita
  • 雑誌名: ECS Trans. 巻: 69 ページ: 89,98
  • DOI: 10.1149/06910.0089ecst
• [雑誌論文] Epitaxial Ge1－ xSnx Layers Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Using Tertiary-butyl-germane and Tri-butyl-vinyl-tin (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Inuzuka, Shinichi Ike, Takanori Asano, Wakana Takeuchi, Noriyuki Taoka, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: ECS Solid State Lett. 巻: 4 ページ: 59,61
  • DOI: 10.1149/2.0041508ssl
• [雑誌論文] Characterization of crystallinity of Ge 1－ x Sn x epitaxial layers grown using metal-organic chemical vapor deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Inuzuka, Shinichi Ike, Takanori Asano, Wakana Takeuchi, Osamu Nakatsuka, Shigeaki Zaima
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 602 ページ: 7,12
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.10.043
• [雑誌論文] Ge 1－x Sn x エピタキシャル層中の欠陥へ及ぼす熱処理の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野孝典 , 田岡紀之 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 182 ページ: 60,66
• [学会発表] 歪制御による GeSn 系混晶薄膜 中 Sn 原子の熱的安定化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 志村洋介 , 浅野孝典 , 山羽隆 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 学会等名: 第 63 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] GeSiSn/GeSn/GeSiSn 二重ヘテロ構造の結晶性に対する GeSiSn 層の歪の影 響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田雅大 , 山羽隆 , 浅野孝典 , 藤浪俊介 , 志村洋介 , 黒澤昌志 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 学会等名: 第 63 回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Impact of Atomic Hydrogen Irradiation on Epitaxial Growth of Ge 1－x Sn x and its Crystalline Property (2016)
  • 著者名/発表者名: Syunsuke Fujinami, Takanori Asano, Takeshi Koyama, Masashi Kurosawa,Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, Hideo Kishida, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: ISPlasma2016/IC-PLANTS2016
  • 発表場所: Aichi, Japan
  • 年月日: 2016-03-06 – 2016-03-10
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of GeSn layer sandwiched with strain-controlled GeSiSn layers (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Fukuda, Takashi Yamaha, Takanori Asano, Syunsuke Fujinami, Yosuke Shimura, Masashi Kurosawa, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: 9th International WorkShop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics and JSPS Core-to-Core Program Joint Seminar “Atomically Controlled Processing for Ultralarge Scale Integration”
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-01-11 – 2016-01-12
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of Electrically Active Defects in Epitaxial GeSn/n-Ge Junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: Wakana Takeuchi, Takanori Asano, Yuki Inuzuka, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: International Symposium on EcoTopia Science 2015 (ISETS ’15)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-12-27 – 2015-12-29
  • 国際学会
• [学会発表] 有機金属化学気相成長法による Si および SiO 2 基板上の Ge 選択成長機構の考 察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鷲津智也 , 犬塚雄貴 , 浅野孝典 , 池進一 , 竹内和歌奈 , 志村洋介 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 学会等名: 第 15 回日本表面科学会中部支部・学術講演会
  • 発表場所: 名古屋工業大学 （愛知）
  • 年月日: 2015-12-19 – 2015-12-19
• [学会発表] Challenges of Energy Band Engineering with New Sn-Related Group IV Semiconductor Materials for Future Integrated Circuits (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeaki Zaima, Osamu Nakatsuka, Takashi Yamaha Takanori Asano Shinichi, Akihiro Suzuki, Masashi Kurosawa, Wakana Takeuchi, and Mitsuo Sakashita
  • 学会等名: 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Growth of GeSn-related Group-IV Thin Films for Integrating on Si Nanoelectronics Platform (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Zaima, O. Nakatsuka, T. Asano, T. Yamaha, S. Ike, A. Suzuki, M. Kurosawa, W. Takeuchi, and M. Sakashita
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2015-09-27 – 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of in-situ Sb-Doping on Crystalline and Electrical Characteristics of n-type Ge 1－x Sn x Epitaxial Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Jihee Jeon, Takanori Asano, Wakana Takeuchi, Masashi Kurosawa, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2015)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2015-09-27 – 2015-09-30
  • 国際学会
• [学会発表] Ge 1－x Sn x エピタキシャル層中における欠陥形成に対する Sn 組成の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野孝典、柴山茂久、竹内和歌奈、坂下満男、中塚理、財満鎭明
  • 学会等名: 第 76 回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] 有機金属化学気相成長法を用いた Ge 薄膜選択成長 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鷲津智也 , 犬塚雄貴 , 浅野孝典 , 池進一 , 竹内和歌奈 , 志村洋介 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 学会等名: 第 76 回応用物理学会秋 季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Ge 1－x－y Si x Sn y /Ge 1－x Sn x /Ge 1－x－y Si x Sn y 二重ヘテロ接合の形成および結晶性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田雅大, 山羽隆, 浅野孝典 , 藤浪俊介 , 黒澤昌志 , 中塚理 , 財満鎭明
  • 学会等名: 第 76 回応用物理学会秋 季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Effects of in-situ Sb-Doping on Crystalline and Electrical Characteristics of Ge 1－x Sn x Epitaxial Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Jihee Jeon, Takanori Asano, Yosuke Shimura, Wakana Takeuchi, Masashi Kurosawa, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: 第 76 回応用物理学会秋 季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Characterization of deep-level defects in epitaxial Ge 1－x Sn x /Ge structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Wakana Takeuchi, Yuki Inuzuka, Takanori Asano, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: JSPS International Workshop Core-to-Core Program Atomically Controlled Processing for Ultra-large Scale Integration
  • 発表場所: Marseille, France
  • 年月日: 2015-07-09 – 2015-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] Ge 1－x Sn x エピタキシャル層中の欠陥へ及ぼす熱処理の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浅野孝典、柴山茂久、竹内和歌奈、坂下満男、中塚理、財満鎭明
  • 学会等名: シリコン材料・デバイス研究会 (SDM)
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知）
  • 年月日: 2015-06-19 – 2015-06-19
• [学会発表] Control of Electrically Active Defects in Ge 1－x Sn x Epitaxial Layers (2015)
  • 著者名/発表者名: Takanori Asano, Shigehisa Shibayama, Wakana Takeuchi, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, Shigeaki Zaima
  • 学会等名: 9th International Conference On Silicon Epitaxy And Heterostructures (ICSI-9)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of Crystallinity of GeSn Epitaxial Layers Grown by using Metal Organic-Chemical Vapor Deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: YukiInuzuka, ShinichiIke, Takanori Asano, WakanaTakeuchi, OsamuNakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: 9th International Conference On Silicon Epitaxy And Heterostructures (ICSI-9)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-22
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of type ‐ I energy band alignment of Ge 1－x－y Si x Sn y /Ge hetero structure (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamaha, Kimihiko Kato, Shigehisa Shibayama, Takanori Asano, Mitsuo Sakashita, Osamu Nakatsuka, and Shigeaki Zaima
  • 学会等名: 9th International Conference On Silicon Epitaxy And Heterostructures (ICSI-9)
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-22
  • 国際学会
• [備考] 財満研 発表
  • URL: http://alice.xtal.nagoya-u.ac.jp/zaimalab/presentations.html
• [備考] 財満研 論文
  • URL: http://alice.xtal.nagoya-u.ac.jp/zaimalab/papers.html