テラヘルツ領域極限性能トランジスタの開発

• 研究課題/領域番号: 16K06316
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 藤代 博記 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 教授 (60339132)
• 研究分担者: 町田 龍人 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 助教 (50806560) ; 藤川 紗千恵 東京電機大学, 工学部, 助教 (90550327)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: テラヘルツ領域 / 高電子移動度トランジスタ / HEMT / InGaSb / 電子有効質量 / 格子歪 / 電子移動度 / 遮断周波数 / 極限性能トランジスタ / InSb / ラフネス散乱 / 量子補正モンテカルロシミュレーション / 電子デバイス・機器 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 低消費電力・高エネルギー密度 / 電子・電気材料

研究成果の概要

電子有効質量me*の最適設計により、界面ラフネス散乱の影響を抑えながら高い電子移動度μeと高い電子濃度Nsを同時に実現するGaInSb量子井戸QWチャネルを作製し、HEMTを試作した。
歪ステップバッファの導入により高いμeを維持しながらNsを高めることに成功し、Ga0.22In0.78Sb QWにおいてμe = 15,500 cm2/Vs、Ns = 2.05×1012 cm-2の特性を得た。Ga0.22In0.78Sb HEMTを作製し、fT = 214 GHzを得た（Lg = 40 nm）。これはGaInSbを用いたトランジスタで報告されている最も高い値であった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

テラヘルツ領域は未踏センシング、次世代通信、極限コンピューティングなどの帯域として工業・情報通信・医療・バイオ・農業・セキュリティなど様々な応用が見込まれている。本研究はテラヘルツ領域での共通の基盤技術の一つとして、テラヘルツ領域で動作するトランジスタの開発を目的とした。本研究で考案した歪ステップバッファは、Sb系QWの高いμeを維持しながらN sを増加できる画期的な方法であり、試作したHEMTで214 GHzを得た。この成果は様々なテラヘルツ応用の発展に貢献するものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] ミリ波・テラヘルツ波帯無線通信用電子デバイスの研究開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 一世,山下 良美,遠藤 聡,原 紳介,笠松 章史, 吉田 智洋,井上 和孝,中田 健,眞壁 勇夫,磯野 恭佑,岡 直希,原田 義彬,竹内 淳,町田 龍人,藤代 博記
  • 雑誌名: 電気学会電子デバイス研究会技術報告 巻: EDD-18
• [雑誌論文] アンチモン系トランジスタの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤代 博記、磯野 恭佑、高橋 択斗、原田 義彬、岡 直希、竹内 淳、藤澤 由衣、藤川 紗千恵、町田 龍人、渡邊 一世、山下 良美、遠藤 聡、原 紳介、笠松 章史
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 117 ページ: 33-36
• [雑誌論文] Comparative study on noise characteristics of As and Sb-based high electron mobility transistors (2017)
  • 著者名/発表者名: T.Takahashi, S.Hatsushiba, S.Fujikawa, H.I.Fujishiro
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A-Applications and Materials Science 巻: 214 号: 3 ページ: 1600599-1600599
  • DOI: 10.1002/pssa.201600599
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Improved Electron Transport Properties of Ga1-xInxSb Quantum Well Channel Using Strained-Al0.40In0.60Sb/Al1-yInySb Stepped Buffer (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Hiraoka, Y. Endoh, K. Osawa, N. Kishimoto, T. Hayashi, R. Machida, A. Endoh, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2019 (CSW2019) (16th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2019) & 31th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2019))
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of Channel Scaling on Electron Transport Properties of Sb-based HEMTs (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Kishimoto, Y. Endoh, T. Hayashi, M. Hiraoka, R. Machida, A. Endoh, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2019 (CSW2019) (16th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2019) & 31th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2019))
  • 国際学会
• [学会発表] GaInSbチャネルHEMT構造のゲート・チャネル間距離パラメータが電気的特性に与える影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岸本 尚之, 遠藤 勇輝, 林 拓也, 平岡 瑞穂, 町田 龍人, 遠藤 聡, 藤代 博記
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Electron Transport Properties of Novel Ga1-xInxSb Quantum Well Structures with Strained Al0.4In0.6Sb/Al0.3In0.7Sb Stepped Buffer (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Osawa, M. Hiraoka, T. Kishi, Y. Endoh, J. Takeuchi, R. Machida and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2018 (CSW2018) (15th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2018) & 30th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2018))
  • 国際学会
• [学会発表] Comprehensive Study on GaxIn1-xSb High Electron Mobility Transistors Considering Interface Roughness Scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, Y. Fujisawa, S. Kawamura, K. Kumasaka, R. Machida, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2018 (CSW2018) (15th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2018) & 30th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2018))
  • 国際学会
• [学会発表] ミリ波・テラヘルツ波帯無線通信用電子デバイスの研究開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 一世,山下 良美,遠藤 聡,原 紳介,笠松 章史, 吉田 智洋,井上 和孝,中田 健,眞壁 勇夫,磯野 恭佑,岡 直希,原田 義彬,竹内 淳,町田 龍人,藤代 博記
  • 学会等名: 電気学会 電子デバイス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] アンチモン系トランジスタの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤代 博記、磯野 恭佑、高橋 択斗、原田 義彬、岡 直希、竹内 淳、藤澤 由衣、藤川 紗千恵、町田 龍人、渡邊 一世、山下 良美、遠藤 聡、原 紳介、笠松 章史
  • 学会等名: 電子デバイス研究会-ミリ波・テラヘルツ波デバイス・システム-
  • 招待講演
• [学会発表] LT-AlSb成長がInSb HEMT構造の電気的特性に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 勇輝, 原田 義彬, 竹内 淳, 岩木 拓也, 町田 龍人, 藤代 博記
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] InSb-based HEMTs fabricated by using two-step-recessed gate procedure (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Oka, K. Isono, Y. Harada, J. Takeuchi, T. Iwaki, Y. Endoh, I. Watanabe, Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, R. Machida, A. Kasamatsu and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 12th Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Transport Properties of InSb/Ga0.35In0.65Sb Composite Channel Structure (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Fujikawa, T. Iwaki, Y. Harada, J.Takeuchi, Y.Endoh, I. Watanabe, Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, and A. Kasamatsu, H. I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2017 (CSW2017) (14th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2017) & 29th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2017))
  • 国際学会
• [学会発表] Monte Carlo Study on Electron Transport Properties of GaxIn1-xSb HEMT Structures Considering Roughness Scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Fujisawa, T. Takahashi, S. Kawamura, S. Fujikawa, and H.I. Fujishiro
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2017 (CSW2017) (14th International Symposium on Compound Simiconductor (ISCS2017) & 29th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM 2017))
  • 国際学会
• [学会発表] Research and development of InP, GaN and InSb-based HEMTs and MMICs for terahertz-wave wireless communications (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Watanabe, Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, A. Kasamatsu, I. Hosako,H. Hamada, T. Kosugi, M. Yaita, A. E. Moutaouakil, H. Matsuzaki, O. Kagami,T. Takahashi, Y. Kawano, Y. Nakasha, N. Hara,D. Tsuji, K. Isono, S. Fujikawa, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 2016 IEEE Compound Semiconductor IC Symposium
  • 発表場所: Doubletree by Hilton, Austin, TX, USA
  • 年月日: 2016-10-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] InSb-based HEMTwith Over 300 GHz-fT using Al0.25In0.75Sb/Al0.15In0.85Sb stepped buffer layer for strain reduction (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Fujikawa, K. Isono, Y. Harada, I. Watanabe, Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, A. Kasamatsu, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2016)
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Electron Transport Properties of InSb/GaInSb Composite Channel (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Fujikawa, J. Takeuchi, Y. Harada, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE2016),
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Electron transport properties of novel InSb/GaInSb composite channel high electron mobility transistor structures (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Takeuchi, S. Fujikawa, Y. Harada and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 35rd Electronic Materials Symposium (EMS35)
  • 発表場所: Laforet Biwako, Shiga
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] InSb HEMT with over 300 GHz-fT using stepped buffer layer for strain reduction (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Fujikawa, K. Isono, Y. Harada, I. Watanabe, Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, A. Kasamatsu, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 35rd Electronic Materials Symposium (EMS35)
  • 発表場所: Laforet Biwako, Shiga
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative Study on Noise Characteristics of As and Sb-based HEMTs (2016)
  • 著者名/発表者名: Takuto Takahashi, Shota Hatsushiba, Sachie Fujikawa, Hiroki I. Fujishiro
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM) 2016
  • 発表場所: Toyama, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] InSb-based HEMT with Over 300 GHz-fT using Evaporated SiOx Film (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Isono, D. Tsuji, T. Taketsuru, S. Fujikawa, I. Watanabe Y. Yamashita, A. Endoh, S. Hara, A. Kasamatsu, and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM) 2016
  • 発表場所: Toyama, Japan
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会