相界面反応制御技術を基軸とした混晶材料の設計と新機能発現

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25246028
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 渡部 平司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90379115)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 表面・界面物性 / 界面反応

研究実績の概要

研究計画に従って、当該年度では以下の研究成果を得た。①Ge系混晶半導体デバイス作製技術の基礎となるMOS構造形成技術の研究開発において原子層AlOx界面層と真空一貫プロセスを基軸としたゲートスタック形成技術を確立し、界面特性に優れた極薄EOT（0.56nm）Ge-MOS構造を実現した。さらに、その研究成果をApplied Physics Letters誌に発表した。②従来のpn接合をベースとしたMOSFETに対して性能面で有利なGeメタルS/Dトランジスタを完成させ、超高性能Ge-CMOSデバイス実現への要素技術を構築し、その研究成果をApplied Physics Letters誌に発表した。③横方向液相成長法により引張り歪印加n型GeSn半導体微細構造の作製に成功し、バンド構造変調に伴う直接遷移発光を確認した。さらに、その成果をApplied Physics Letters誌に発表した。④当該技術を透明フレキシブル基板に応用し、局所的な温度勾配を利用した石英基板上引張り歪GeSn層の作製に成功した。また、その発光特性ならびに電気特性評価を実施した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Ge系混晶半導体をベースとした光電子ハイブリッドデバイス実現に向けて、電子デバイス製造技術におけるキーテクノロジーを確立すると共に、局所溶融成長を用いた引張り歪印加GeSn半導体の作製においても大きな成果が得られた。さらに、これらの研究成果をトップジャーナル（APL・JAP）を通じてタイムリーに発信できた。

今後の研究の推進方策

局所溶融成長法による引張り歪印加GeSn製造技術を透明フレキシブル基板に本格的に拡張し、研究期間後期では高移動度電子デバイスの作製と、その優位性実証を進めると共に、発光デバイス応用ではキャリア注入による直接遷移発光デバイスの試作へと発展させる。

研究成果

• [雑誌論文] Comprehensive study and design of scaled metal/high-k/Ge gate stacks with ultrathin aluminum oxide interlayers (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Asahara, I. Hideshima, H. Oka, Y. Minoura, S. Ogawa, A. Yoshigoe, Y. Teraoka, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 ページ: 233503
  • DOI: 10.1063/1.4922447
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of photoluminescence from n-type tensile-strained GeSn wires on an insulator fabricated by lateral liquid-phase epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, M. Matsue, K. Tominaga, K. Kajimura, T. Amamoto, T. Hosoi, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 ページ: 221109
  • DOI: 10.1063/1.4936992
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Insights into thermal diffusion of germanium and oxygen atoms in HfO2/GeO2/Ge gate stacks and their suppressed reaction with atomically thin AlOx interlayers (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Ogawa, R. Asahara, Y. Minoura, H. Sako, N. Kawasaki, I. Yamada, T. Miyamoto, T. Hosoi, T. Shimura and H. Watanabe
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 118 ページ: 23704
  • DOI: 10.1063/1.4937573
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Schottky source/drain germanium-based metal-oxide-semiconductor field-effect transistors with self-aligned NiGe/Ge junction and aggressively scaled high-k gate stack (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, Y. Minoura, R. Asahara, H. Oka, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 ページ: 252104
  • DOI: 10.1063/1.4938397
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Engineering of NiGe/Ge Junction by P Ion Implantation after Germanidation for Metal S/D Ge CMOS Technology (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Oka, Y. Minoura, R. Asahara, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: 第15回関西コロキアム電子デバイスワークショップ
  • 発表場所: 大阪府大阪市
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-15
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of High-quality Ge-on-insulator Structures by Lateral Liquid Phase Epitaxy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Shimura, Y. Suzuki, M. Matsue, K. Kajimura, K. Tominaga, T. Amamoto, T. Hosoi, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 228th ECS Meeting
  • 発表場所: Phoenix, Arizona, USA
  • 年月日: 2015-10-11 – 2015-10-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 横方向液相成長法による石英基板上単結晶GeSn細線の作製と光学特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天本 隆史, 冨永 幸平, 田中 章吾, 細井 卓治, 志村 考功, 渡部 平司
  • 学会等名: 第76回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] ゲルマニウム半導体を基盤とした次世代光電子集積デバイスへの展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 渡部平司
  • 学会等名: 日本真空学会関西支部＆日本表面科学会関西支部合同セミナー
  • 発表場所: 大阪府、豊中市
  • 年月日: 2015-07-03 – 2015-07-03
  • 招待講演
• [学会発表] Schottky barrier height modulation at NiGe/Ge interface by phosphorous ion implantation and its application to Ge-based CMOS devices (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hosoi, H. Oka, Y. Minoura, T. Shimura, and H. Watanabe
  • 学会等名: The 15th International Workshop on Junction Technology
  • 発表場所: Kyoto University Kihada Hall (Uji Campus), Kyoto
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-12
  • 国際学会
• [備考] 渡部研究室ホームページ
  • URL: http://www-asf.mls.eng.osaka-u.ac.jp/