研究課題
電子機器で使用される半導体素子の消費電力は増大傾向にある。半導体需要が伸びることにより、電子機器での電力消費量の更なる増大が懸念されている。太陽電池などの自然エネルギー源を活用する上でも、消費電力の抑制は必須である。半導体集積回路の電力消費への対策として、高移動度半導体材料の開発は重要な課題である。本研究では、高キャリア移動度を期待できる(110)面歪みSi薄膜の高品質化を目指している。(110)面歪みSi薄膜では、同じく高移動度材料であるGeに迫る高正孔移動度が報告されている。本研究課題では、更なる高正孔移動度を達成するために表面粗さや結晶欠陥の低減による高移動度化を目指している。歪みSi薄膜は、格子定数が大きい歪み緩和SiGe層上に形成する。歪み緩和SiGe層形成時に導入される結晶欠陥は歪みを緩和させるためには必須であるが電気伝導特性には悪影響を及ぼす。このため、結晶欠陥の形態・位置・量を制御することが移動度向上のために重要である。結晶欠陥を制御する方法の一つとして、本研究ではイオン注入歪み緩和法の有効性の検討を進めた。イオン注入歪み緩和法は、基板にイオン注入を施すことにより導入される結晶欠陥をSiGe層の歪み緩和に利用するという方法で、(001)基板では多くの研究が行われたが(110)基板に対しては基礎的知見が不足している。また、SiGe層の形成プロセスも結晶欠陥の形成過程に影響すると考え、傾斜組成法についても研究を行った。傾斜組成法はSiGe層形成時にGe組成を変化させる手法である。Ge組成の膜厚方向分布を制御することで、SiGe層の歪みを十分に緩和させながら表面の粗さを大幅に低減できることが分かって来た。MOSFET等の表面デバイスでは表面粗さは電気特性に大きく影響し、これを低減できたことは移動度向上につながる重要な結果である。
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https://www.inorg.yamanashi.ac.jp/research/12
