人工IV族半導体の形成と光・電子物性制御

人造 IV 族半导体的形成以及光学和电子特性的控制

• 批准号: 11232202
• 负责人: 白木 靖寛
• 金额: $ 160.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11232202/
• 关键词: 人工IV族半導体; シリコンゲルマニウム; 光エレクトロニクス; 電子物性; 光物性; 電界効果型トランジスタ; 電界効果型トランジス; 発光ダイオード; CMP; 低温Si層; SiGe; 変調ドーピング; 電界効果トランジスタ; 島状成長; 自己触媒; リン吸着デジタル制御; 初期酸化

平成15年度の研究成果は、大きく分けて次の3つの項目に分けられる。(1)良質な緩和SiGe疑似基板作製に関する研究、(2)歪みSiおよびGeチャネルトランジスタの試作と評価、(3)SiGe量子構造の発光特性の評価、(4)Si中のN原子原子層ドーピング、である。(1)においては、イオン打ちこみを行ったSi基板上のSiGe薄膜エピタキシャル成長について評価し、イオン打ち込みによって、平坦でありながら、薄くかつ緩和率の高いSiGe疑似基板を作製できる技術の確立に成功した。(2)では、歪みSiチャネル素子は高移動度を有しているが、チャネル端の自由表面による応力緩和が素子を微細化することによりチャネル全体に及ぶと考えられるため、微細素子では歪みSi薄膜が示す高キャリア移動度が達成されない懸念がある。我々は、実験的に、メサ構造の両端部近傍では歪み緩和が起こっていること、またメサ構造の歪み分布が素子サイズに大きく依存すること、さらにシミュレーションにより、バンド構造が大きく変化することを見出し、今後の素子設計の基礎データを得た。(3)では、SiGe量子構造と並んでSiベース発光材料として期待されている鉄シリサイドの発光とSiGe量子構造の発光との比較を行った。両者の発光強度および温度特性はほぼ同じであり、化合物半導体の発光強度に比べると3桁から4桁低いことがわかった。実用化を考えた場合、SiGe量子構造および鉄シリサイド材料の更なる改善が必要であることが示された。(4)では、N原子層形成si(100)表面上において、500℃という低温でのCVD法によりSi薄膜がエピタキシャル成長することを見いだし、3nm間隔の多層N原子層ドーピング構造を実現した。また、Si(100)基板非加熱下での低エネルギーECR Arプラズマ支援により、原子層オーダでのSiエピタキシャル成長制御を実現するとともに、Si薄膜の結晶性劣化要因はArイオン打ち込みによるダメージであることを見いだし、Siエピタキシャル薄膜の高品質化を実現した。本研究で得られた成果については、平成16年度の「成果とりまとめ」において、ワークショップおよび成果報告冊子の作成を通してまとめる予定である。

In the Heisei 15 fiscal year, <s:1> research achievements <e:1>, major く く points けて times <s:1> 3 <s:1> <s:1> projects に points けられる. (1) good quality な ease SiGe suspected substrate for making に masato す る research, (2) the slanting み Si お よ び Ge チ ャ ネ ル ト ラ ン ジ ス タ の attempt と review 価, (3) the SiGe quantum structure の 発 optical properties の review 価, (4) Si の N atoms in atomic layer ド ー ピ ン グ, で あ る. (1) に お い て は, イ オ ン play ち こ み を line っ た Si substrate の SiGe thin film エ ピ タ キ シ ャ ル growth に つ い て review 価 し, イ オ ン play ち 込 み に よ っ て, flat で あ り な が ら, thin く か つ alleviation rate high の い SiGe suspected the substrate を cropping で き る technology の established に success し た. (2) で は, slanting み Si チ ャ ネ ル element son は high degree of mobile を し て い る が, チ ャ ネ ル end の free surface に よ る 応 force easing が element child を ultra-micronization model.the す る こ と に よ り チ ャ ネ ル entire に and ぶ と exam え ら れ る た め, fine grain で は slanting み Si thin film が す indicated high キ ャ リ ア mobile degrees が reached さ れ な い suspense が あ る. I 々 は, be 験 に, メ サ tectonic の struck end nearly alongside で は slanting み ease が up こ っ て い る こ と, ま た メ サ tectonic の slanting み distribution が element child サ イ ズ に big き く dependent す る こ と, さ ら に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り, バ ン ド tectonic が big き く variations change す る こ と を shows し, future の element design based デ の ー タ を た. (3) で と は, SiGe quantum structure and ん で Si ベ ー ス 発 light material と し て expect さ れ て い る iron objects シ リ サ イ ド の 発 light と SiGe quantum structure の 発 light と の is line を っ た. That struck the の 発 light intensity お よ び temperature characteristic は ほ ぼ with じ で あ り, compound semiconductor の 発 light intensity に than べ る と 3 girder か ら 4 low girder い こ と が わ か っ た. Be with the を exam え た occasions, SiGe quantum structure お よ び iron objects シ リ サ イ ド material の more な る improve が necessary で あ る こ と が shown さ れ た. (4) で は, N atomic layer formation of si (100) surface に お い て, 500 ℃ と い う cryogenic で の CVD method に よ り si thin film が エ ピ タ キ シ ャ ル growth す る こ と を see い だ し, 3 nm intervals の multi-layer N atomic layer ド ー ピ ン を グ structure be presently し た. Youdaoplaceholder0, Si(100) substrate under non-heating で <s:1> low エネ ギ ギ ECR Ar プ ラ ズ マ support に よ り, atomic layer オ ー ダ で の Si エ ピ タ キ シ ャ ル growth suppression を be presently す る と と も に, Si film の crystalline degradation by は Ar イ オ ン play ち 込 み に よ る ダ メ ー ジ で あ る こ と を see い だ し, Si エ ピ タ キ シ ャ ル film の high-quality を be presently し た. This study で have ら れ た results に つ い て は, pp.47-53 16 year の "results と り ま と め" に お い て, ワ ー ク シ ョ ッ プ お よ び results report book の made を tong し て ま と め る designated で あ る.

项目成果

Usami N, Azuma Y, Ujihara T, Sazaki G, Miyashita S, Murakami Y, Nakajima K: "Growth of SixGel-x (x=0.15) bulk crystal with uniform composition utilizing in situ monitoring of the crystal-solution interface"JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS. 40(6A). 4141

Usami N、Azuma Y、Ujihara T、Sazaki G、Miyashita S、Murakami Y、Nakajima K：“利用晶体溶液界面的原位监测，生长具有均匀成分的 SixGel-x (x=0.15) 块状晶体”日本期刊

Myronov, M: "Extremely high room-temperature two-dimensional hole gas mobility in Ge/Si0.33Ge0.67/Si(001)p-type modulation-doped heterostructures"Applied Physics Letters. 80. 3117 (2002)

Myronov, M：“Ge/Si0.33Ge0.67/Si(001)p 型调制掺杂异质结构中极高的室温二维空穴气体迁移率”应用物理快报。

S.Koh: "Hole transport properties of B-doped relaxed Si0.7Ge 0.3 epitaxial films grown by MBE"Journal of Crystal Growth. (掲載予定).

S.Koh：“MBE 生长的 B 掺杂弛豫 Si0.7Ge 0.3 外延薄膜的空穴传输特性”《晶体生长杂志》（待出版）。

K.Kawaguchi, S.Koh, Y.Shiraki, J.Zhang: "Fabrication of strain-balanced SiO.73GeO.27/Si distributed Bragg reflectors on Si substrates"Applied Physics Letters. 79. 476-478 (2001)

K.Kawaguchi、S.Koh、Y.Shiraki、J.Zhang：“Si 衬底上应变平衡 SiO.73GeO.27/Si 分布布拉格反射器的制造”应用物理快报。

Y. Shimamune: "Atomic-Layer Adsorption of P on Si(100) and Ge(100) by PH3 Using an Ultraclean Low-Pressure Chemical Vapor Deposition"Appl. Surf. Sci.. (掲載予定).

Y. Shimamune：“使用超净低压化学气相沉积通过 PH3 对 Si(100) 和 Ge(100) 进行原子层吸附”Sci..（即将出版）。