面方位混載型・歪みゲルマニウム超薄膜の創製と超高速トランジスタへの応用

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、次世代集積回路に向けた絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の高品質形成およびデバイス実証を目標としている。本年度得られた主な成果を以下にまとめる。(1) Geとの共晶反応する金属群（Ag、Al、Au、Sn）の中で、Geとの共晶温度が最も低いSn（共晶温度: 231℃）を用いた金属誘起結晶化法を提案し、非晶質Geの結晶化温度を500℃から150℃に低温化できることを明らかにした。加えて、本手法が非晶質Siの低温結晶化に対しても有効なことを見出した。(2) 絶縁膜上におけるGe系IV族半導体の更なる高品質形成を目指し、被結晶化膜の極表面のみを局所的に溶融させる水中レーザ結晶化法をGeSn混晶系へと展開した。非晶質Geに2%程度のSnを添加すれば、レーザ照射時に発生するGe膜の損傷/凝集が抑制できることを発見した。強いエネルギーでのレーザ照射が可能となった結果、GeSnの結晶粒径は約0.01μm（Sn添加なし）から約1μm（Sn=2%添加）に増大した。素子サイズに匹敵する大粒径GeSnの低温・高品位形成の同時実現である。大粒径化したGeSn膜は、２軸伸張歪み（約1%）が導入されていること、比較的良好なHall正孔移動度（100 cm2/Vs）を有することも判明した。(3) 多結晶GeSnの有用性を実証すべく、多結晶GeSnを用いて，ジャンクションレスタイプのFinFETを試作した。Finの幅17 nmの素子でドレイン電流のON/OFF比=５桁を達成した。狭バンドギャップのGeSnで、確実なオフ動作を初めて実証した重要な成果である。