2012 Fiscal Year Annual Research Report
III‐V族ｐチャネルＭＯＳＦＥＴのための価電子帯エンジニアリングと界面双極子制御
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24246058
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
安田 哲二 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究員(部門付) (90220152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 辰郎 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (40357984)
大竹 晃浩 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料, 主幹研究員 (30267398)
奈良 純 独立行政法人物質・材料研究機構, 理論計算科学ユニット, 主任研究員 (30354145)
宮田 典幸 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究グループ長 (40358130)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 電子・電気材料 / 表面・界面物性 / エピタキシャル成長 / マイクロ・ナノデバイス / 半導体物性 |
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| Research Abstract |
界面双極子制御に関して、当初はGaAsについての検討を予定したが、p-MOS動作のために有望なGaSbのウエハ入手の目途がついたことから、GaSb上のMOS特性について主に検討した。MBEにより調整したc(2x6)再配列表面上にHfO2絶縁膜を電子線蒸着したMOSキャパシタのC-V測定から、この構造ではバンドギャップの上側の界面準位が抑制されることが示唆された。電極形成後に熱処理を施すと、界面双極子強度の変化によると考えられる1V以上のフラットバンド電圧(Vfb)シフトの変化が観測された。MOCVDによりGaAs上にヘテロエピしたGaSbについては、Al2O3絶縁膜をALDにより堆積し、MOS評価を行った。Al2O3堆積前に熱処理を施すとVfb付近での界面準位は減少するが蓄積領域での周波数分散は大きく、SbとGaOが200℃付近で熱脱離する昇温脱離ガス分析の結果と対応した。
GaSb系のデバイス特性向上のためには高品質エピ層が必要であるが、MOCVD-GaSbについてはAFMとホール測定により高い平坦性と電子移動度を確認した。また、MBEを用いてSi(100)上へのナノコンタクトヘテロエピタキシー法の検討を開始し、アンチフェイズドメインの抑制が課題であることを明らかにした。
価電子帯エンジニアリングに関しては、オーダリングによる価電子帯構造の変化予測に用いる第一原理計算プログラムに依って結果がどの程度影響を受けるかを検討した。また、低温成長InGaAsについての反射率差分光測定より、オーダリングが誘起する誘電率異方性を抽出した。オーダリングがデバイス特性に与える影響を実験的に評価するために必要な貼り合わせ試料を効率よく作成するためのプラズマ処理装置の立ち上げを完了し、MBEにIII-V半導体のオーダリングや表面再配列評価に用いる低速電子線回折を導入し成長実験において活用を開始した。
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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
InGaAsのカチオンオーダリング等を利用した価電子帯エンジニアリングについては、予定よりやや遅れているが、GaSbのMOS界面制御、界面双極子制御については順調に実験データが積み上がってきている。また、GaSbのエピタキシャル層高品質化についても、GaAsウエハ上のMOCVD成長とSiウエハ上のナノコンタクトヘテロエピタキシー成長の双方のアプローチにおいて、今後に期待の持てる良好な結果が得られている。以上より、全体としては、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度の結果および最近の国内外の研究報告から、pMOSFETとnMOSFETの両方の動作が可能にするIII-V半導体としてはGaSbが有望と考えられることから、今後は、GaSbチャネルのエピタキシャル成長およびMOS界面特性検討を中心に研究を進めることとする。
界面双極子制御に関しては、H24年度に引き続き、GaSb(001)基板上にMOSキャパシタを作製し、GaSb表面構造や表面処理が界面の電荷分布、界面準位密度、および界面双極子形成に及ぼす影響を詳細に検討する。デバイス特性の検討を加速するため、H25年度より、東京理科大学の藤代博記教授を研究分担者として追加し、量子輸送と縮退効果を考慮した量子補正フルバンドモンテカルロシミュレーションによるデバイス構造設計と特性解析を進めることを予定している。
GaSbエピ層の高品質化は、H24年度に引き続き、MBEおよびMOCVDの両方により検討を進める。ナノコンタクトヘテロエピタキシー法については、これまでの検討においてアンチフェイズドメインの抑制が課題であることが明らかとなったので、Si(001)面のオフ基板を用いることでその抑制を試みる。
価電子帯エンジニアリングに関して、InGaAs合金層におけるカチオンのオーダリングがバンド構造に与える影響に関して、第一原理計算による検討を進める。また、オーダリングがデバイス特性に与える影響の検討を進める。
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