IV族半導体原子層積層ヘテロ人工結晶の創成

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206031
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70182144)
• 研究分担者: 竹廣 忍 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70344736) ; 櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (30271993)
• キーワード: IV族半導体 / ヘテロ構造 / 原子層積層 / 人工結晶 / CVD / MBE / SiGeC / 立体加工

研究概要

本基盤研究では、申請者らが培ってきたCVDにおけるラングミュア型吸着・反応制御技術を駆使して、Si,Ge,C等の異種(ヘテロ)元素を一層ずつ任意に積層するヘテロ積層技術を開発し、これを駆使した新しいIV族半導体原子層積層ヘテロ人工結晶を創成し、その新規物性を明らかにすることを目的とする。本年度はその第1年目として、原子層積層ヘテロ構造積層と原子層ドーピングの研究を進めた。具体的には、SiGe系IV族半導体表面でのSiH_3CH_3,NH_3,PH_3,B_2H_6,WF_6等の表面吸着・反応、及びその表面でのIV族半導体の低温エピタキシャル成長の研究について研究を進めた。その結果、SiGe系IV族半導体(100)表面でのCやNの原子層オーダ反応制御条件を見いだすと同時に、その上への低温Siエピタキシャル成長条件を見いだし、原子層ドープIV族半導体ヘテロ構造の形成を可能にした。また、本補助金により購入した精密インピーダンスアナライザーを始めとする各種装置を駆使して、製作したヘテロ積層膜の結晶評価と電気物性評価を行い、C原子層導入によりGe表面のSi原子層の熱的安定性が向上する現象を見いだした。また、3x10^<14>cm^<-2>のN原子層の多層ドーピング構造形成において、Siスペーサ層厚さが薄くなるとSi_3N_4構造形成とともに結晶性劣化が起こることを見いだした。また、低エネルギーECR Arプラズマ照射に主るSiH_4反応により、基板加熱なしでの高品質Siエピタキシャル成長とその原子層オーダ制御を実現した。これらのことから、原子層ヘテロ積層膜形成とその高品質化のために不可欠な原子層形成やIV族半導体エピタキシャル成長温度の低温化のための指針を得た。以上のように、新規物性発現のための高品質IV族半導体原子層ヘテロ積層膜の実現において重要な成果を得た。

研究成果

• [文献書誌] Y.Jeong et al.: "Atomic-Layer Doping in Si by Alternately Supplied NH_3 and SiH_4"Appl.Phys.Lett.. Vol.82. 3472-3474 (2003)
• [文献書誌] K.Takahashi et al.: "Si Epitaxial Growth on SiH_3CH_3 Reacted Ge(100) and Intermixing between Si and Ge during Heat Treatment"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 193-196 (2003)
• [文献書誌] M.Sakuraba et al.: "Si Atomic Layer-by-Layer Epitaxial Growth Process Using Alternate Exposure of Si(100) to SiH_4 and to Ar Plasma"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 197-200 (2003)
• [文献書誌] H.Shim et al.: "Work Function of Impurity-Doped Polycrystalline Si_<1-x-y>Ge_xC_y Film Deposited by Ultraclean Low-Pressure CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 209-212 (2003)
• [文献書誌] J.Noh et al.: "Contact Resistivity between Tungsten and Impurity (P and B)-Doped Si_<1-x-y>Ge_xC_y Epitaxial Layer"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 679-683 (2003)
• [文献書誌] T.Kanaya et al.: "W Delta Doping in Si(100) Using Ultraclean Low-Pressure CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.212-213. 684-688 (2003)
• [文献書誌] J.Noh et al.: "Relationship between Impurity (B or P) and Carrier Concentration in SiGe(C) Epitaxial Film Produced by Thermal Treatment"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 77-81 (2003)
• [文献書誌] Y.Jeong et al.: "Epitaxial Growth of N Delta Doped Si Films on Si(100) by Alternately Supplied NH_3 and SiH_4"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 197-201 (2004)
• [文献書誌] Y.Shimamune et al.: "Formation of Heavily P Doped Si Epitaxial Film on Si(100) by Multiple Atomic-Layer Doping Technique"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 202-205 (2004)
• [文献書誌] M.Fujiu et al.: "Effect of Carbon on the Thermal Stability of a Si Atomic Layer on Ge(100)"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 206-209 (2004)
• [文献書誌] D.Muto et al.: "Ar Plasma Irradiation Effects in Atomically Controlled Si Epitaxial Growth"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 210-214 (2004)
• [文献書誌] D.Lee et al.: "Fabrication of 0.12μm SiGe-Channel MOSFET Containing High Ge Fraction with Ultrashallow Source/Drain Formed by Selective B-Doped SiGe CVD"Appl.Surf.Sci.. Vol.224. 254-259 (2004)