The lowest energetic configurations of metal impurities in 4throw (Sc - Zn), 5throw (Y - Cd) and 6throw (Hf - Hg) elements in Ge crystals were determined with density functional theory calculations. It was found that the substitutional site is the lowest energetic configuration for most of the calculated metals in Ge. The most stable configurations of dopant (Ga, Sb) - metal complexes in Ge crystals were also investigated. Following results were obtained. (1) For Ga dopant, 1st neighbor T-site is the most stable for metals in group 3 to 7 elements while substitutional site next to Ga atom is the most stable for metals in group 8 to 12 elements. (2) For Sb dopant, substitutional site next to Sb atom is the most stable for all calculated metals. Binding energies of the interstitial metalMiwith the substitutional dopantDswere obtained by the calculated total energies. The calculated results for Ge were compared with those for Si.

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【緒言】近年，LSI デバイスの小型化，高性能 化が急速に発展している． この技術動向におい て，Si よりもキャリア移動度が大きい Ge を Ge 薄膜/Si 基盤構造で利用する試みが始まって いる．Si 中において，不純物の制御技術はほ ぼ確立されているが，Ge 中において，不純物 の挙動に関する報告は少ない．また，これまで は Cu，Ni，Fe などがゲッタリングの対象であ ったが，デバイスの高性能化に伴い，Ti，Mo， Co，Ta，Pt などの新しい金属材料が用いられ るようになり,これらもゲッタリングの対象と なっている．以上の技術背景から，本研究では 第四～第五周期の金属について，Ge 中のドー パントとの相互作用を第一原理計算法により 解析した． 【計算方法】図 1 に示す 64 原子からなる Ge 結晶の計算セルにおいて，中心の Ge 原子 1 個 をドーパント(Ga，Sb)と置換し，2 つの格子間 サイト(T，H-site)あるいは Ge 原子の置換位 置に金属原子を配置して構造最適化を行い， 全 エネルギーを求めた．さらに，ドーパントと金 属の結合エネルギーE b を計算することで，ド ーパントと金属の相互作用について調べた． Fig.1 Metal positions in diamond structure. 【結果】 各金属原子の最安定位置と結合エネル ギーE b を図 2 と 3 にそれぞれ示す． p 型ドーパントの Ga では，3，4 族の金属原 子は T②サイト (ドーパントの最近接の T サイ ト) ，5~7 族は T サイト，8~12 族は置換位置が 最安定である. 一方，n 型ドーパントの Sb では，すべての 金属原子は置換位置が最安定である． また，3~5 族の金属原子は Ga と結合しやす く，Ag を除く 6~12 族の金属原子は Sb と結合 しやすいこともわかった． Fig.2 Most stable position of metal in Ge.Fig.3 Calculated binding energy E b of dopant and metal in Ge.