バルク状態,薄膜状態におけるIV族混晶半導体Si_<1-x-y>Ge_xC_yの熱力学的安定性について,経験的原子間ポテンシャルを用いた過剰エネルギー計算とモンテカルロシミュレーションによる系統的な検討を行う.バルク状態においては,Si_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体の過剰エネルギーは全濃度領域にわたって正の値をもつ.この結果は,Si_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体は温度0Kにおいて熱力学的に不安定であることを意味している.さらにC濃度yを一定としてGe濃度xを増加させると,Si_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体の過剰エネルギーは増加して行く.これは,Ge濃度の増加に伴いSi_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体中のひずみエネルギーが増加することに起因している.また薄膜状態においては,基板/薄膜界面での格子拘束の影響により,過剰エネルギーはバルク状態の値に比べ20-30%程度減少する.ただし上記のGe濃度と過剰エネルギーの関係のような定性的傾向については,バルク状態と同様である.これらに加えてモンテカルロシミュレーションにより,Si_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体の熱力学的安定性への表面の影響を検討する.表面の存在は,Ge原子の最表面層への偏析,C原子の第2層への集中的な分布を誘起する.以上の計算結果は,基板/薄膜界面における格子拘束はSi_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体を熱力学的に安定させる傾向にあること,一方,表面の存在はGe原子とC原子の表面近傍への偏析をもたらし,均一なSi_<1-x-y>Ge_xC_y混晶半導体の形成を阻害する傾向にあることを示唆するものである.

抄録全体を表示

MOSFETへの適用でのキャリア移動度を向上が期待できるひずみシリコンチャンネル層を,接合容量の低下による高性能化と同時に実現する構造として,ひずみSi-on-Insulator(ひずみSOI)構造が注目されている.この構造を用いて作成するひずみSOI素子の性能を充分に引き出すためには,Ge濃度が高く,かつ厚さが充分に薄いSiGe on Insulator基板(埋め込み酸化膜上に格子緩和したSiGe層を接合した基板)を用意する必要がある.これらの要求を満たすためのSiGe on Insulator基板作成技術として,SIMOX法の応用に始まり,埋め込み酸化膜上のSiGe層を熱酸化により薄層・高Ge濃度化する酸化濃縮法が開発され,良質で超高性能のひずみSOI-MOSFETの要求に対応できる技術となりつつある.本稿では,主として酸化濃縮法を用いたSiGe on Insulator構造の作成技術を紹介するとともに,酸化濃縮時において重要な役割を果たすと考えられる転位の導入とひずみの緩和の機構の関連に関しても議論する.

抄録全体を表示

次世代デバイス(システムインデイスプレー等)への応用を目的として絶縁膜上におけるSiGe薄膜の低温結晶成長を検討した.触媒金属誘起固相成長法を非晶質SiGeに適用し,低温プロセス(≦550℃)で大面積(〜18μm)多結晶薄膜を実現した.金属フリーの低温成長も検討し,固相成長にイオン線照射を併用する事で結晶成長温度を500℃迄に低下した.非晶質Si薄膜の局所領域にGe原子をドーピングする事で結晶方位を制御する可能性も発現し始めている.今後,高品質SiGe多結晶/ガラスの実現を目指して研究を進展する.

抄録全体を表示

全率固溶型状態図を有するSiGeは,その物理的性質が,組成分布により広範に制御可能であり,ポストSiの電子デバイス用材料や,太陽電池材料として期待が大きい.本稿では,我々が研究に取り組んでいる,均一組成を有するSiGeバルク単結晶,および「ミクロ分散的組成分布を有するSiGe多結晶」について,その成長技術と新しい応用について解説する.

抄録全体を表示

^<28>Siと^<30>Si安定同位体を交互に積層した同位体超格子の,分子線エピタキシー(MBE)法による成長と,2次イオン質量分析(SIMS)とラマン分光による評価を報告する.今回,作製した^<28>Si_n/^<30>Si_n試料はn=8,12,24の3種類である.nは各同位体層の積層数を原子層の単位で表した厚みで,n=1が0.136nmに相当する.同位体超格子の場合,異なる同位体を積層しているとはいえ,化学的には同様のシリコンを積層していることにほかならない.我々の成長条件では,異なる同位体層間の拡散による混じり(界面における相互拡散)は1原子層以下で,その理由は化学的勾配がないためだと思われる.IV族エレクトロニクスの発展に向けて,ナノ領域における成長機構の解明は不可欠である.そのマーカーとして安定同位体が極めて有用であることを本稿では示す.

抄録全体を表示