2017 Fiscal Year Research-status Report
半金属（金属）を媒介したⅣ族半導体ナノ構造の形成と次世代デバイス要素技術への応用
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17K06338
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
岡本 浩 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (00513342)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠田 義晴 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20232986)
伊高 健治 弘前大学, 北日本新エネルギー研究所, 教授 (40422399)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 半導体ナノ構造 / Ge / Bi / GeSn / 量子ドット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は申請者がこれまでに独自に開拓したビスマス（Bi）を媒介材料としたナノドット形成技術において、そのユニークなナノドットの形成機構と結晶化過程を明らかにし、小粒径かつ高密度のGeナノドットを実現すること、同検討結果をGeSnナノ構造の形成手法にも活用し、さらにSnの自己触媒効果を利用してGeSnナノドットの結晶化温度の低減を図ること、及びこれらの検討によるGe、GeSnナノドットを次世代メモリ素子やGe-MISFET (金属/絶縁物/半導体電界効果トランジスタ)で必要とされる基本構造に導入し、それらの基本特性を確認することを目的としている。
平成29年度は上記Biを媒介材料としたGeナノドットの形成機構と結晶化過程の解明に向けた検討を進め、また、新たにSnを媒介材料としたGeSnナノドットの形成を試みた。その結果、Bi媒介Geナノドット形成に関しては形成初期においてBiとGeの層交換と思われる現象が発現していること、並びに400℃のアニールによってBiが排出、昇華する過程を経て結晶Geナノドットが形成されることが確認された。また、Sn媒介GeSnナノドット形成に関しては結晶GeSnナノドットがGeドットよりもさらに低温で形成されるという結果が新たに得られ、さらにこの形成メカニズムの解明につながると思われる知見が得られつつある（未発表）。なお、前者の製造方法に関しては2014年にNTTと共同出願した特許が2017年に成立した。デバイス応用に向けた基礎検討としてはGe-MIS構造の作製と評価に関する検討を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成29年度当初の計画に対し、Geナノドットに関する検討はほぼ予定通り進捗し、GeSnナノドットの検討に関しては前述の通り新たに低温形成が確認されると共にこの形成メカニズムの解明につながると思われる知見が得られ、当初の計画を上回る進捗があった。しかしながらデバイス応用に関する検討については当初の計画に比べやや進捗が遅れ気味となった。
上記を総合し、「おおむね順調に進展している」という評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本的には当初の計画に沿って研究を行うが、具体的な進め方について一部変更を加える。前述の通り平成29年度にはSn媒介GeSnナノドットがGeドットよりもさらに低温で形成されるという結果が得られ、この形成メカニズムの解明につながると思われる知見も得られつつある。今後Sn組成の高いGeSnナノドットが得られればGeSnが直接遷移の特性に変化することから、Siフォトニクスにおける発光素子の実現というインパクトの大きな研究に発展する可能性もある。この状況を踏まえ、平成30年度はGeSnナノドットの形成メカニズム解明のための検討と平成31年度に計画しているGeSnナノドットの光学的特性評価に向けたキャップ層形成の検討に注力することとする。このキャップ層形成はドットとの混晶化などの困難な状況が予想されるため、デバイス応用に向けた検討は優先順位を下げることとする。
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