半導体材料・デバイスの先端科学技術

• 研究課題/領域番号: 05044206
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 柊元 宏 東京工業大学, 工学部, 教授 (50013488)
• 研究分担者: LIM Kee Youn 全北大学, 助教授 ; CHANG Kee Jo 韓国科学技術院, 助教授 ; MIN Suk Ki 韓国科学技術研究所, 研究員 ; LEE Hyung Ja 全北大学, 教授 ; CHOI Byung D ソウル大学, 教授 ; 竹田 美和 名古屋大学, 工学部, 教授 (20111932) ; 八百 隆文 広島大学, 工学部, 教授 (60230182) ; 吉川 明彦 千葉大学, 工学部, 教授 (20016603) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端研センター, 教授 (00206286)
• 研究期間 (年度): 1993
• 研究課題ステータス: 完了 (1993年度)
• キーワード: 半導体 / 量子構造 / デバイス / プロセス / 評価技術

研究概要

本研究は、半導体材料・デバイスに関する先端科学技術に関して、韓国研究者と共同で研究を行うことで、より効率よくこの分野の発展を図ると共に、日韓相互の学術交流を促進することを目的として行われた。具体的には、各種の半導体の微細構造の基礎物性解明とその応用に関して、各研究者が試料作製、物性評価およびデバイス作製において役割を分担し、親密に情報を交換しながら研究を推進した。本研究で実施された研究活動およびそれによって得られた成果は以下の通りである。
1.まず研究開始当初の日韓の打ち合わせによって、研究の対象とする材料・構造をIV族半導体(SiGe系)、III-V族化合物半導体(AlGaAsおよびGaInPAs系)、II-VI族化合物半導体(ZnSeおよびCdSe)を用いた超格子、量子細線、量子箱構造とした。これらの試料を、分子線エピタキシャル法(MBE)ならびに有機金属気相法(MOVPE)を基にした新しい結晶成長技術および超微細加工技術を開発することによって作製した。同時に、これらの結晶成長における基礎的な表面過程を解明するために、成長のその場観察の手法の開発も試みた。次いで、これらの試料について、光学および電気的な基礎物性の評価を行うと共に、発光素子、光変調素子、電子波素子などへのデバイス応用を試みた。これらの役割分担については研究実施計画の通りであり、微細構造試料の作製およびデバイス加工ついては主に日本側研究者が行い、物性評価および理論的考察については日韓双方で行った。
微細構造の作製に関しては、主にMOVPEが用いられ、(1)微傾斜面上に分数層超格子を作製する方法、(2)SiO_2マスクによる選択成長を利用する方法、および(3)電子線の直接描画によるリソグラフィーと湿式エッチングを組み合わせた方法により進められた。特に、(2)の方法によって作製された量子箱構造においては、フォトルミネッセンスにより大きな量子サイズ効果が観測され、その結果が理論的な考察とよく一致することが確認された。デバイス応用に関しては、(3)の方法によって量子細線レーザが作製され、発振に成功した。また同様の方法によって、電子波干渉デバイス作製のために不可欠なナノサイズの精度を有する微細加工技術の開発において大幅な進展を見た。
試料評価に関しては、作製された微細量子構造について、フォトルミネッセンス、ラマン分光などの光学的評価、およびX線回折、X線吸収微細構造法などによる構造評価がなされ、試料作製へフィードバックを行うと共に、基礎的な量子物性の解明おいて多くの成果を得るに至った。
結晶成長のその場観察に関しては、表面光干渉法を新たに開発し、実際の薄膜成長に応用した。その結果、この方法が表面状態に非常に敏感な観測手法であることを明らかにすると共に、結晶成長の基礎過程について知見を得た。
2.平成5年9月、札幌において「半導体材料・デバイスの先端科学技術」に関する日韓シンポジウムを開催した。このシンポジウムには、本研究の研究代表・分担者を含めて、日本側17名、韓国側9名が参加し、それまでに得られた研究成果について発表ならびに討論を行った。
3.平成5年12月に、日本側研究者4名(研究代表者:柊元、および研究協力者:伊賀、浅田、宮本)が韓国を訪問し、これまでの研究結果についてその成果と課題について討論した。さらに、将来的な日韓の共同研究の方針について意見交換を行った。
これらによって、半導体材料・デバイスに関して、本研究の目的であった日韓相互の学術交流と研究推進が十分に図られたと考える。

研究成果

• [文献書誌] H.Kikimoto: "Doping of Wide Band-Gap II-VI Compounds for Short-Wavelength Visible Light Emitting Devices" Materials Science Forum. 143-147. 385-390 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Shiraki: "Formation of SiGe/Si Quantum Wells and Their Optical Properties" 3rd Japan-Korea Joint Symposium“Advanced Science and Technology of Semiconductor Materials and Devices". 1-6 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Yoshikawa: "A New In-situ Optical Probing Method in Heteroepitaxy:Surface Photo-Interference(SPI)and Its Application to the Study of ZnSe MOMBE Growth Process" 3rd Japan-Korea Joint Symposium“Advanced Science and Technology of Semiconductor Materials and Devices". 50-57 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Yao: "Local Atomic Arrangement on the Al-Absorbed Si(111)-7×7 Surface Observed with STM" 3rd Japan-Korea Joint Symposium“Advanced Science and Technology of Semiconductor Materials and Devices". 64-70 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Takeda: "EXAFS Characterization of Growth Process-Dependent Heterostructures for Quantum Devices" 3rd Japan-Korea Joint Symposium“Advanced Science and Technology of Semiconductor Materials and Devices". 39-43 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.Park: "Origin of the Long-Wavelength-Side Peak in Al_XGa_<1-X>As:Si Light-Emitting Diodes" Jpn.J.Appl.Phys.32. 3197-3198 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.-J.Lee: "Correlation of Optical and Structural Properties of Light Emitting Porous Silicon" Appl.Phys.Lett.62. 855-857 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] S.-I.Kim: "Electrical Characteristics of Carbon-Doped GaAs" J.Appl.Phys.73. 4703-4705 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] C.-H.Park: "Structural and Electronic Properties of GaP-AlP(100)Superlattices" Phys.Rev.B47. 12709-12715 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.-Y.Lim: "Photoluminescence and Raman Scattering Analysis of In_XGa_<1-X>As Epilayers Grown on GaAs by Low-Pressure Metalorganic Chemical Vapor Deposition" 3rd Japan-Korea Joint Symposium“Advanced Science and Technology of Semiconductor Materials and Devices". 58-63 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.J.Lee: "Correlation of Optical and Structural Properties of Light Emitting Porus Silicon" Appl.Phys.Lett.32. 3197-3198 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.I.Kim: "Electrical Characterization of Carbon-Doped GaAs" J.Appl.Phys.73. 4703-4705 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] C.H.Park: "Structural and Electronic Properties of GaP-AlP(100) Superlattices" Phys.Rev.B47. 12709-12715 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Y.Lim: "Photoluminescence and Raman Scattering Analysis of In_xGa_<1-x>As Epilayers Grown on GaAs by Low-Pressure Metalorganic Chemical Vapor Deposition" 3rd Japan-Korea Symposium on Advanced Science and Technology for Semiconductor Materials and Devices. 58-63 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Kukimoto: "Doping of Wide-gap II-VI Compounds for Short-Wavelength Visible Light Emitting Devices" Materials Science Forum. 143-147. 385-390 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Shiraki: "Formation of SiGe/Si Quantum Wells and Their Optical Properties" 3rd Japan-Korea Symposium on Advanced Science and Technology for Semiconductor Materials and Devices. 1-6 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Yoshikawa: "A New In-situ Optical Probing Method in Heteroepitaxy: Surface Photo-Interference(SPI) and Its Application to the Study of ZnSe MOMBE Growth Process" 3rd Japan-Korea Symposium on Advanced Science and Technology for Semiconductor Materials and Devices. 50-57 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Yao: "Local Atomic Arrangement on the Al-Absorbed Si(111)-7x7 Surface Observed with STM" 3rd Japan-Korea Symposium on Advanced Science and Technology for Semiconductor Materials and Devices. 64-70 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Takeda: "EXAFS Characterization of Growth Process-Dependent Heterostructures for Quantum Devices" 3rd Japan-Korea Symposium on Advanced Science and Technology for Semiconductor Materials and Devices. 39-43 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Park: "Origin of the Long-Wavelength-Side Peak in Al_xGa_<1-x>As: Si Light-Emitting Diodes" Jpn.J.Appl.Phys.32. 3197-3198 (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より