強磁性体シリサイド/ゲルマニウム界面の原子層制御によるスピン融合型集積回路の創出

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集積回路の微細化限界打破に向けたポストスケーリング技術としての期待が高まっているSi系スピントランジスタの実現を目指し、本年度は分子線エピタキシー法を用いて、IV族半導体Ge上における強磁性体シリサイドFe_3Siの高品質形成、及びGe、Fe_3Siの多段エピタキシャル成長について検討した。まず始めに、Ge(111)基板上においてFe_3Si層のエピタキシャル成長条件を最適化(130℃成長,化学量論組成)し、非常に良好な結晶性と急峻界面を両有する高品質なFe_3Si/Ge構造を実現した。その後、[Fe_3Si/Ge]_2多層構造の実現を目指し、Fe_3Si上におけるGe成長(200℃)を検討したところ、Ge層のエピタキシャル成長を実現したが、表面に凹凸(〜3nm)が残留し、その上に形成したFe_3Si層に多数の欠陥や多結晶成分が発生する問題が生じた。この現象がGe原子のマイグレーション不足に起因することをつきとめ、その解決のためにFe_3Si上におけるGeの成長温度の効果を検討した。マイグレーション促進に向け、成長温度の高温化(400℃)を行ったところ、Fe_3SiとGeの界面反応を引き起こす結果が得られた。そこで、界面反応を抑制しつつマイグレーションを促進させるため、Ge堆積中に成長温度を上げる傾斜温度堆積法を考案し、下地のFe_3Si層と反応を起こさず、且つ平坦な表面構造を有するGe層の形成を実現した。更にその上にFe_3Si層をエピタキシャル成長させることで、高品質な[Fe_3Si/Ge]_2多層構造を実現し、Ge、Fe_3Siの多段エピタキシャル成長技術の確立に成功した。この結果は、強磁性体シリサイドFe_3Siと高移動度半導体Geを融合させることによりキャリヤ移動度の高いSi系スピントランジスタの創出、及び縦型構造を有するスピントランジスタへの展開を可能とする重要な成果である。