2018 Fiscal Year Annual Research Report
High-performance Si/SiGe RTD with fully compressively strained SiGe of high Ge composition ratio formed by sputtering method
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17H03245
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
須田 良幸 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (10226582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塚本 貴広 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (50640942)
広瀬 信光 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所企画室, エキスパート (90212175)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電子デバイス・機器 / 量子エレクトロニクス / 共鳴トンネルダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
29年度は、高いGe組成で完全歪の得られるスパッタエピタキシー法を用いて正孔トンネル型Si/SiGe3重障壁共鳴トンネルダイオード（TB p-RTD）の基本的な作製法を探索した。その結果、204 kA/cm2の世界最大のピーク電流密度を得た。また、高Ge組成比のSiGe量子井戸を用いてSi/SiGe2重障壁（単一量子井戸）p-RTD（DB p-RTD）を試作し、107 kA/cm2の高いピーク電流密度を得た。
30年度は、Si/SiGe DB p-RTDに関し、Ge組成とプロセスをさらに検討し、共鳴トンネルのピーク電流密度のGe組成依存と、ピーク電流密度に与える成膜後のアニールの効果について調べた。アニール効果については特定の傾向はみられなかったが、ピーク電流密度とGe組成には一定の関係が得られた。これらの結果を基に、147 kA/cm2のさらに高いピーク電流密度を得た。また、p+-Si基板上のエミッタ層の層構成を検討し、極薄のi-Si層を挿入することで、エミッタ層の緩和の抑制に効果のあることを見出した。また、挿入するi-Si層の膜厚に、エミッタ層の緩和の抑制を最大にする最適な厚さのあることを見出した。さらに、高電流密度を得るために、エミッタ層およびコレクタ層と低接触抵抗のオーミック接触特性が得られ、高耐熱性の電極金属を検討した。また、その中で、接触抵抗が比較的低く、高耐熱性のWを用いて、電極パターン形成法を検討した。さらに、素子分離用の絶縁膜として絶縁レジストおよびTEOSを用い、それらの製造プロセスと得られる構造について比較し評価を進めた。さらに、高周波特性測定用のパターンの設計を行い。そのパターンを用いて試作を開始した。
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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
研究開発の目標に対応し以下を達成した。(1)開発したシミュレ―ションのためのプログラムを用いて、エミッタ層のドープ濃度と単一量子井戸（二重障壁、DB）Si/Si1-xGex p-RTD のRTD 特性との相関を検討した。（2）低接触抵抗・耐熱性のエミッタおよびコレクタ電極を検討した。電極金属を変えて接触抵抗を調べ、金属の種類・低接触抵抗・耐熱性との関係を把握した。(3)高耐熱性のWを用いて接触抵抗、パターン形成法を検討した。（4）素子分離と電極形成のための絶縁膜として絶縁レジストおよびTEOSを用いて、製造プロセスと得られる構造を比較し、最適な絶縁膜について検討を進めた。(5) 高周波特性測定用のパターンの設計を行い、試作を開始た。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、前年度までに検討した事項を基に、目標とする性能向上への取り組みとして、１) シミュレ―ションによる単一量子井戸（二重障壁、DB）Si/Si1-xGexp-RTD の構造とRTD 特性との相関を調べ、設計への指針を導出する。また、２)素子分離のプロセス技術を最適化し、これまで検討したエミッタ・コレクタ層の低接触抵抗・耐熱性のオーミック電極形成技術を統合し、さらに、３）シミュレーションから得た設計指針を勘案して、構造と製造プロセスの最適化を総合的に進める。また、４)設計した高周波特性用電極パターンを用いて高周波特性の評価を進め、高周波動作を図り、Si 系RTD の基盤形成技術の確立の進展を図る。
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