超高移動度一軸歪みゲルマニウム・チャネルデバイスの開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26286044
• 研究機関: 東京都市大学
• 研究代表者: 澤野 憲太郎 東京都市大学, 工学部, 教授 (90409376)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 結晶工学 / 歪み制御 / 歪みゲルマニウム / 一軸歪み

研究実績の概要

選択的イオン注入手法によって、一軸歪みGe膜を形成し、歪み状態のパターン幅依存性を調べた。線幅を数μm程度に小さくしていくことで、イオン注入領域と非注入領域のラマンシフトの差が小さくなっていくことが確認され、両領域の歪み状態が互いに影響し、歪みの一軸性が強くなることが明らかとなった。液浸ラマン分光法や放射光XPS解析によってもこれは確認された。
また、一軸歪みGOI作製プロセスとして重要となるいくつかの要素技術を確立した。まずGOIの薄膜化のために、SiGeエッチングストップ層を導入する手法を開発し、条件の最適化によって50nmと薄膜かつ面内均一なGOI形成に成功した。また、一軸歪み導入後に貼り合わせを行う新手法を検討した。そのために、SiGe層成長後に、SiGeの上からSi/SiGeヘテロ界面に欠陥を導入する方法を新たに試みた。ラマン分光法によって詳細に評価した結果、本手法においても歪み分布制御が可能であることが分かった。さらに、貼り合わせを行う前に、SiGeおよびGeをパターニングすることで、Siのエッチング溶液を直接Si/SiGe界面に注入することを可能とし、Si基板を切り離す手法に成功した。これにより、Si基板を全て研磨エッチングする工程を省略でき、さらに一軸性歪みSiGeのプロセスと融合することが可能となった。
一軸歪みGOI-MOSFETデバイスに向けて、最重要となるゲート絶縁膜形成について、原子層堆積法（ALD）による高品質Al2O3膜形成を検討した。特に、MBEチャンバーを改造することで、エピタキシャル成長後、ALD装置に基板を直接真空中搬送し、そのままALDを行った。その結果、界面が完全に清浄な状態でAl2O3膜を堆積することが可能となり、成長膜厚の正確な制御、電気特性の向上が確認された。これにより、高移動度化へ向けた最適プロセスが示されたと言える。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28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] Light emission enhancement from Ge quantum dots with phosphorous δ-doped neighboring confinement structures (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Sawano, T. Nakama, K. Mizutani, N. Harada, X. Xu, T. Maruizumi
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2017.03.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] TEM Observation of Si0.99C0.01 Thin Films with Arsenic-Ion-, Boron-Ion-, and Silicon-Ion-Implantation Followed by Rapid Thermal Annealing (2017)
  • 著者名/発表者名: Junji Yamanaka, Shigenori Inoue, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Kentarou Sawano, Yasuhiro Shiraki, Atsushi Moriya, Yasuhiro Inokuchi, Yasuo Kunii
  • 雑誌名: Journal of Materials Science and Chemical Engineering 巻: 5 ページ: 15-25
  • DOI: 10.4236/msce.2017.51003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly n-doped germanium-on-insulator microdisks with circular Bragg gratings (2017)
  • 著者名/発表者名: Xuejun Xu, Hideaki Hashimoto, Kentarou Sawano, and Takuya Maruizumi
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 ページ: 6550-6560
  • DOI: 10.1364/OE.25.006550
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal stability of compressively strained Si/relaxed Si1-xCx heterostructures formed on Ar ion implanted Si (100) substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: You Arisawa, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Chiaya Yamamoto, Noritaka Usami
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2016.11.024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Study on ion implantation conditions in fabricating compressively strained Si/relaxed Si1−xCx heterostructures using the defect control by ion implantation technique (2017)
  • 著者名/発表者名: You Arisawa, Kentarou Sawano, Noritaka Usami
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.12.065
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Straining of Group IV Semiconductor Materials for Bandgap and Mobility Engineering (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano, Xuejun Xu, Shiori Konoshima, Nayuta Shitara, Takeshi Ohno, and Takuya Maruizumi
  • 雑誌名: ECS transaction 巻: 75 ページ: 191-197
  • DOI: 10.1149/07504.0191ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Anisotropic Strain Introduction into Si/Ge Hetero Structures (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano, Shiori Konoshima, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, and Kiyokazu Nakagawa
  • 雑誌名: ECS transaction 巻: 75 ページ: 563-569
  • DOI: 10.1149/07508.0563ecst
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppression of segregation of the phosphorus δ-doping layer in germanium by incorporation of carbon (2016)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Yamada, Kentarou Sawano, Masashi Uematsu, Yasuo Shimizu, Koji Inoue, Yasuyoshi Nagai, and Kohei M. Itoh
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 031304-1~5
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.031304
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced light emission from germanium microdisks on silicon by surface passivation through thermal oxidation (2016)
  • 著者名/発表者名: Xuejun Xu, Hideaki Hashimoto, Kentarou Sawano, Hiroshi Nohira, and Takuya Maruizumi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 ページ: 052101-1~4
  • DOI: 10.7567/APEX.9.052101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Anisotropic strain engineering of Si/Ge heterostructures (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano
  • 学会等名: 2016 Global Research Efforts on Energy and Nanomaterials (GREEN 2016)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2016-12-24 – 2016-12-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Straining of Group IV Semiconductor Materials for Bandgap and Mobility Engineering (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2016)
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-10-02 – 2016-10-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Anisotropic Strain Introduction into Si/Ge Hetero Structures (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2016)
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-10-02 – 2016-10-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Enhanced Light Emission from N-Doped Ge Microdisks by Thermal Oxidation (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hashimoto, X. Xu, K. Sawano, T. Maruizumi
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2016)
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-10-02 – 2016-10-07
  • 国際学会
• [学会発表] Light Emission Enhancement from Ge Quantum Dots with Phosphorous delta-Doping (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sawano, K. Mizutani, K. Watanabe, X. Xu, T. Maruizumi
  • 学会等名: 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE 2016)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of high-quality strain relaxed SiGe(110) films by controlling defects via ion implantation (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Kato, T. Murakami, K. Arimoto, J. Yamanaka, K. Nakagawa, K, Sawano
  • 学会等名: 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE 2016)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Highly N-doped Ge Microdisks with Circular Bragg Gratings on Ge-on-Insulator (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Hashimoto, X. Xu, K. Sawano, T. Maruizumi
  • 学会等名: 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE 2016)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-09
  • 国際学会
• [学会発表] Study on ion implantation conditions in fabricating compressively strained Si/relaxed Si1-xCx heterostructures using the defect control by ion implantation technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Y.Arisawa, K. Sawano and N. Usami
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center (Aichi)
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Influences of Phosphorous δ-Doping at Ge Quantum Dots / Si Interface on Photoluminescence Properties and Dot Formation (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Sawano, K. Watanabe, K. Mizutani, X. Xu, T. Maruizumi
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center (Aichi)
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of uniaxially strained Ge by selective ion implantation technique (2016)
  • 著者名/発表者名: Shiori Konoshima, Eisuke Yonekura, Kentarou Sawano
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center (Aichi)
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Hole Mobility in Strained Si/SiGe/Vicinal Si(110) Grown by Gas Source MBE (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Arimoto, S. Yagi, J. Yamanaka, K. Nakagawa, N. Usami, K. Sawano
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: Nagoya Congress Center (Aichi)
  • 年月日: 2016-08-07 – 2016-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] Strained Ge-on-Insulator Substrates toward Optoelectronic Integrated Circuits (2016)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sawano
  • 学会等名: The International Conference on Small Science (ICSS 2016)
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2016-06-25 – 2016-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Thermal Stability of Compressively Strained Si/Relaxed Si1-xCx Heterostructures Formed on Ar Ion Implanted Si (100) Substrates (2016)
  • 著者名/発表者名: You Arisawa, Yusuke Hoshi, Kentarou Sawano, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Chiaya Yamamoto, Noritaka Usami
  • 学会等名: International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016)
  • 発表場所: Nagoya University (Aichi)
  • 年月日: 2016-06-07 – 2016-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] Formation of Strained Ge-on-Insulator (GOI) Substrates using SiGe Etching Stop Layers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Yajima, Yuta Ariyama, Kentarou Sawano
  • 学会等名: International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016)
  • 発表場所: Nagoya University (Aichi)
  • 年月日: 2016-06-07 – 2016-06-11
  • 国際学会
• [学会発表] Control of Electrical Properties in Heusler-Alloy/Ge Schottky Tunnel Contacts formed by Phosphorous δ-Doping with Si-Layer Insertion (2016)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Yamada, Yuichi Fujita, Shinya Yamada, Kentarou Sawano, Kohei Hamaya
  • 学会等名: International SiGe Technology and Device Meeting 2016 (ISTDM2016)
  • 発表場所: Nagoya University (Aichi)
  • 年月日: 2016-06-07 – 2016-06-11
  • 国際学会