IV族半導体原子層制御による電子帯変調と量子トンネル構造形成

2006 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16360002
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 櫻庭 政夫 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (30271993)
• 研究分担者: 室田 淳一 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70182144)
• キーワード: IV族半導体 / 原子層制御 / 電子帯変調 / 量子効果 / 共鳴トンネル

研究概要

本研究は、原子層制御法を用いてIV族半導体結晶中への異種元素原子層の導入をおこない、電子帯変調を調べるとともに共鳴トンネルダイオード等の量子トンネル構造を形成し、電子帯変調による新規半導体物性の創生を行うことを目的とする。本年度はその最終年度として、表面異種原子層が拡散・凝集しないような表面反応制御による原子層ドーピング構造形成とその電気的特性について調べ、si_2H_6ガスによるキャッピングSi成長時のPの表面偏析現象を抑制したP原子層ドープSiエピタキシャル薄膜において、多くのP原子はヘテロ界面付近の厚さ2mm以下の極薄領域に分布し、局所P濃度が3x10^<21>cm^<-3>(原子密度6%)に達する超高濃度ドーピングに成功した。さらに、このP原子層ドープSi薄膜においては、従来知られていた高濃度PドープSiより高いHall移動度を示すことも見いだした。Arプラズマ照射下でのSiH_4反応により実現した高平坦歪緩和Ge上へのナノオーダ高度歪Siエピタキシャル薄膜において、500℃以上の熱処理により歪緩和が生じることを見いだし、ナノメータオーダの高度歪導入IV族半導体ヘテロ構造形成において500℃以下の低温プロセスが不可欠であることを明らかにした。歪Si_<1-x>Ge_x/Siヘテロ構造を用いたp型共鳴トンネルダイオードの試作においては、量子井戸とスペーサの一部に極薄高Ge比率層(x=0.3、3nm厚)を導入することにより、170-190Kの高温域でも負性抵抗特性が発現することを見いだし、IV族半導体負性抵抗デバイスの室温動作実現のために高Ge比率の推進が有効であることを明らかにした。以上のように、電子帯変調による新規半導体物性の創生において重要な成果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Carbon doping effect on strain relaxation during Si_<1-x-y>Ge_xC_y epitaxial growth on Si(100) at 500℃ (2007)
  • 著者名/発表者名: H.Nitta, et al.
  • 雑誌名: Semicond. Sci. Technol. 22 ページ: S5-S8
• [雑誌論文] Strain control and electrical properties of stripe patterned Si/Si_<1-x>Ge_x/Si(100) heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: J.Uhm, et al.
  • 雑誌名: Semicond. Sci. Technol. 22 ページ: S5-S8
• [雑誌論文] Hole tunneling properties in resonant tunneling diodes with Si/Strained Si_<0.8>Ge_<0.2> heterostructures grown on Si(100) by low-temperature ultraclean LPCVD (2007)
  • 著者名/発表者名: R.Ito, et al.
  • 雑誌名: Semicond. Sci. Technol. 22 ページ: S38-S41
• [雑誌論文] Epitaxial growth of P atomic layer doped Si film by alternate surface reaction of PH_3 and Si_2H_6 on strained Si_<1-x>Ge_x/Si(100) in ultraclean low pressure CVD (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Chiba, et al.
  • 雑誌名: Semicond. Sci. Technol. 22 ページ: S118-S112
• [雑誌論文] Atomically Controlled Processing for Group IV Semiconductors by Chemical Vapor Deposition (Invited Review Paper) (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Murota, et al.
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.45 No.9A ページ: 6767-6785
• [雑誌論文] Strain and Conductivity Behavior of Stripe Patterned Si/Si_<1-x>Ge_x/Si(100) Heterostructures (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Uhm, et al.
  • 雑誌名: Abstracts of 2nd Int. Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Tohoku Univ., Sendai, Japan, Oct. 2-3, 2006) ページ: 9-10
• [雑誌論文] B Atomic Layer Formation on Si_<1-x>Ge_x(100) by Ultraclean LPCVD System (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ishibashi, et al.
  • 雑誌名: Abstracts of 2nd Int. Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Tohoku Univ., Sendai, Japan, Oct. 2-3, 2006) ページ: 51-52
• [雑誌論文] P atomic Layer Doping at Heterointerface of Epitaxial Si Layer and Si_<1-x>Ge_x(100) Substrate by Alternate Surface Reaction of PH_3 and Si_2H_6 in Ultraclean LPCVD (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Chiba, et al.
  • 雑誌名: Abstracts of 2nd Int. Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Tohoku Univ., Sendai, Japan, Oct. 2-3, 2006) ページ: 73-74
• [雑誌論文] Thermal Stability of Nitrided Si Atomic Layer on Ge(100) Using Low Pressure CVD (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Akiyama, et al.
  • 雑誌名: Abstracts of 2nd Int. Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Tohoku Univ., Sendai, Japan, Oct. 2-3, 2006) ページ: 75-76
• [雑誌論文] Electrical Characteristics of Hole Resonant Tunneling Diodes with High Ge Fraction Si/Strained Si_<1-x>Ge_x Heterostructures on Si(100) Grown by Low-Temperature Ultraclean LPCVD (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Seo, et al.
  • 雑誌名: Abstracts of 2nd Int. Workshop on New Group IV Semiconductor Nanoelectronics (Tohoku Univ., Sendai, Japan, Oct. 2-3, 2006) ページ: 77-78
• [雑誌論文] Strain Control of Stripe Patterned Si/Si_<1-x>Ge_x/Si Heterostructures (2006)
  • 著者名/発表者名: J.Uhm, et al.
  • 雑誌名: ECS Trans. Vol.3 No.7 ページ: 421-427
• [雑誌論文] A Study on B Atomic Layer Formation for B-Doped Si_<1-x>Ge_x(l00) Epitaxial Growth Using Ultraclean LPCVD System (2006)
  • 著者名/発表者名: K.Ishibashi, et al.
  • 雑誌名: ECS Trans. Vol.3 No.7 ページ: 861-866
• [雑誌論文] Atomic-Order Thermal Nitridation of Si_<1-x>Ge_x(100) at Low Temperatures by NH_3 (2006)
  • 著者名/発表者名: N.Akiyama, et al.
  • 雑誌名: ECS Trans. Vol.3 No.7 ページ: 1205-1210