2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of diamond electron device using III-nitride nanolaminate singularity structure
| Project Area | Materials Science and Advanced Elecronics created by singularity |
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| Project/Area Number |
16H06419
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小出 康夫 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 技術開発・共用部門, 部門長/理事 (70195650)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井村 将隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80465971)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / ナノラミネート構造 / ＩＩＩ族窒化物 / ヘテロ接合 / トランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では窒化物半導体のナノラミネート薄膜特異構造（膜厚１ｎｍ 以下に制御した極薄膜2次元多層膜特異構造）を作製しダイヤモンド電界効果トランジスタ(ＦＥＴ)のゲート絶縁膜に応用し大電流のスイッチング動作を実現することを目指す。具体的には絶縁体ＡｌＮ（ｉ－ＡｌＮ）と導電体ＧａＮ(ｃ－ＧａＮ)を用いたｉ－ＡｌＮ／ｃ－ＧａＮ ナノラミネート特異構造を形成し、その微細構造及び電気的特性を評価するとともにダイヤモンドＦＥＴのゲート絶縁膜に応用する。平成２８年度は申請設備であったガスソース原子層堆積装置を購入するとともに立ち上げることが第一目標であり導入することができた。研究成果は以下の通りである。
（１）グループとしてこれまでに進めてきたスパッタリング法および原子層堆積法によるＡｌＮ/Ａｌ２Ｏ３積層膜をゲート構造に用いたキャパシタおよびＦＥＴを開発し、酸化膜ゲートＭＯＳＦＥＴに較べて同等なドレイン電流を得られることを実証した。Ａｒおよび窒素を含む化成スパッタリング法によるＡｌＮ堆積条件の最適化が鍵となった。
（２）有機金属化合物成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて水素終端ダイヤモンド表面上にＡｌＮをエピタキシャル成長させ、単一ドメイン単結晶ＡｌＮ薄膜を直接成長させることに成功した。
（３）およびＡｌ２Ｏ３/ＨｆＯ２ナノラミネート薄膜をゲート絶縁膜としたダイヤモンドＦＥＴを試作したが、ゲート酸化膜のキャパシタンスの向上は得られかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に計画した提案する特異構造を作製する装置を予定通り購入し設置することができ次年度以降への実験に進むことができる。更に窒化物半導体とダイヤモンドのハイブリッド電子デバイスの試作を進め性能向上を達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２８年度に購入した成長装置を利用して計画したＩＩＩ族窒化物ナノラミネート薄膜をまず作製し、成長条件を確立させる。同時に既存設備である原子層堆積装置を用いてＡｌ２Ｏ３／ＴｉＯ２ナノラミネート構造を作製しスーパキャパシタ特性を確認するとともにダイヤモンドに適用する。酸化物ナノラミネート作製は国際共同研究によって作製することも試みる予定である。
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