超高速ＭＯＳＦＥＴ実現に向けたゲルマニウムスズ選択成長および局所歪技術の確立

本研究では次世代集積回路の創成に向けて、従来のシリコン(Si)プロセスとの親和性が高いゲルマニウム(Ge)をベースとしたIV族混晶半導体の高品質形成および局所歪制御技術の確立を目指す。最終年度は、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)を用いたin situ リン(P)ドーピングによるGeおよびゲルマニウム-スズ(GeSn)層の不純物制御を検討した。高濃度n型GeおよびGeSnエピタキシャル層を形成し、その結晶性および電気的特性について詳細に調べた。400度以下の低温成長において、Si基板上に高濃度PドープGeエピタキシャル層の形成を実現した。P原料の供給量増加とともに膜中P濃度は増大し、Ge中のPの固溶限の10倍に相当する1E20 atoms/cm3のP濃度が得られた。一方、Ge層のHall電子密度は、成長温度での平衡固溶限と一致する2E19 cm-3程度で飽和する傾向がみられた。また、Ge層の膜中P濃度は、成長温度の低減とともに減少する傾向がみられた。GeおよびPの堆積速度に対する活性化エネルギーはそれぞれ1.0 eV、2.1 eVと見積もられ、Geに比べてPの方が2倍ほど大きな値を示すことが明らかになった。この活性化エネルギー差に起因して、低温化とともに導入P濃度が減少したと考えられるため、MOCVD法におけるGeおよびP原料の組み合わせにはまだ議論の余地があることを示した。さらに、PドープGeSn層のエピタキシャル成長へ展開した。Sn組成1.7%のGeSn層において、Hall電子密度1.3E19 cm-3を有し、また、膜中Pがほとんどすべて電気的に活性化していることがわかった。これらの結果は、MOCVD法を用いた高濃度n型GeおよびGeSn層のエピタキシャル成長を実証するものであり、歪GeチャネルMOSFET実現に向けた不純物制御技術の構築に直結する研究成果である。

本研究では次世代集積回路の創成に向けて、従来のシリコン(Si)プロセスとの親和性が高いゲルマニウム(Ge)をベースとしたIV族混晶半導体の高品質形成および局所歪制御技術の確立を目指す。最終年度は、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)を用いたin situ リン(P)ドーピングによるGeおよびゲルマニウム-スズ(GeSn)層の不純物制御を検討した。高濃度n型GeおよびGeSnエピタキシャル層を形成し、その結晶性および電気的特性について詳細に調べた。400度以下の低温成長において、Si基板上に高濃度PドープGeエピタキシャル層の形成を実現した。P原料の供給量増加とともに膜中P濃度は増大し、Ge中のPの固溶限の10倍に相当する1E20 atoms/cm3のP濃度が得られた。一方、Ge層のHall電子密度は、成長温度での平衡固溶限と一致する2E19 cm-3程度で飽和する傾向がみられた。また、Ge層の膜中P濃度は、成長温度の低減とともに減少する傾向がみられた。GeおよびPの堆積速度に対する活性化エネルギーはそれぞれ1.0 eV、2.1 eVと見積もられ、Geに比べてPの方が2倍ほど大きな値を示すことが明らかになった。この活性化エネルギー差に起因して、低温化とともに導入P濃度が減少したと考えられるため、MOCVD法におけるGeおよびP原料の組み合わせにはまだ議論の余地があることを示した。さらに、PドープGeSn層のエピタキシャル成長へ展開した。Sn組成1.7%のGeSn層において、Hall電子密度1.3E19 cm-3を有し、また、膜中Pがほとんどすべて電気的に活性化していることがわかった。これらの結果は、MOCVD法を用いた高濃度n型GeおよびGeSn層のエピタキシャル成長を実証するものであり、歪GeチャネルMOSFET実現に向けた不純物制御技術の構築に直結する研究成果である。