Si/SiGe系多重障壁共鳴トンネルダイオードと集積化技術

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350179
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 須田 良幸 東京農工大学, 総合情報メディアセンター, 教授 (10226582)
• Keywords: SiGe / 共鳴トンネルデバイス / RTD / 高速デバイス / 歪緩和 / 量子井戸 / PVCR / 多重障壁

Research Abstract

SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の性能指数の1つである負性抵抗領域の電流の山対谷比(PVCR)は、1988年の最初の発表以来2.2以下であったが、研究代表者は、1998年に、理論的予測からSiGe系RTDに初めて電子トンネルと3重障壁を適用し、PVCRを従来比4倍のおよそ7.6に高めた。その後、RTDの中核技術であるバッファー層の作成法を検討し、アニールした薄化2層バッファーを提案して結晶性の改善を図った。その結果、PVCRを室温下で180と従来のおよそ90倍に高めることに成功した。この値は先行するIII-V系RTDの性能に匹敵する。本研究では、これらの成果に立脚し、再現性の良いSiGe系RTDの現実を図るため、作製プロセスの制御に注力し、先の多重障壁電子トンネル型のRTDを基本構造として、RTD作製の中核技術であり当研究室で提案してきた薄化2層構造(Si_<1-x>Ge_x/Si/<1-y>Ge_y)バッファーの作製原理の導出とその構造制御技術を検討した。詳細に検討した結果、高い障壁を得る観点から好ましいx=0.3以上では、Si_<0.7>Ge_<0.3)(600Å)/Si_<0.79>Ge_<0.21>(1200Å)近傍の組み合わせの薄化2層にSiのキャプ層を成膜した後アニールする、構造と方法を用いることで、主に基板とバッファー層の一層目との界面(下方界面)に不整合欠陥を集中でき、バッファー層表面への欠陥の表出を抑制できることが分かった。すなわち、低欠陥でコヒーレントに成長した薄化2層とSiのキャプ層を組み合わせることで、上方界面より下方界面の応力が大きくなるように応力バランスを制御し、アニールによって、下方界面に不整合欠陥を集中させるという、2層構造バッファーの形成原理を明確にし、その作製条件の最適化を達成した。さらに、作成法とRTDの性能との相関を調べ、上記の最適化したバッファーを用いることで、最も高い負性抵抗効果の得られることを示した。以上、室温下で高い性能を得るためのRTDの基本構造を明らかにし、さらに作製プロセス制御機構を明確にした。

Research Products

• [Publications] Y.Suda: "Si1-xGex/Si Triple Barrier RTD with a High Peak-to-Valley Ratio of ≧ 180 at RT,"Elctrochemical Society Proceedings Volume. PV 2002-9. 47-60 (2002)
• [Publications] Y.Suda, A.Meguro, H.Maekawa: "High PVCR Si1-xGex/Si Electron-Tunneling RTD Using Multiple-Well and Annealed Thin Double-Layer Buffer"Electrochemical Society Proceedings Volume. (in press). (2002)
• [Publications] Y.Suda, N.Hosoya, D.Shiratori: "New Si Atomic-Layer-Controlled Growth Technique with Thermally-Cracked Hydride Molecule"Journal of Crystal Growth. Vol.237-239. 1404-1409 (2002)
• [Publications] Y.Suda, N.Hosoya, K.Miki: "Si Submonolayer and Monolayer Digital Growth Operation Technique Using Si_2H_6 as Atomically Controlled Growth Nanotechnology"Applied Surface Science. (in press). (2003)
• [Publications] K.Yamamura, Y.Suda: "Novel Single Electron Logic Circuits Using Charge-Induced Signal Transmission (CIST) Structufres"IEEE Transaction on Nanotechnolog. Vol.2,no.2. 1-10 (2003)
• [Publications] N.Hosoya, K.Miki, Y.Suda: "Ordered 1x1 SiH_2 Monolayer Adsorption on Si(001) from Cracked Si_2H_6 and Its Application to ALE Growth Operation"Extended Abstracts of International Conference on Solid State Devices and Materials. 488-489 (2002)