格子準整合形ヘテロ構造の電子的挙動と低電力・超高速素子への応用に関する研究

• 研究課題/領域番号: 59060002
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 古川 静二郎 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 教授 (60016318)
• 研究分担者: 浅野 種正 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助手 (50126306) ; 石原 宏 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 助教授 (60016657) ; 小間 篤 東京大学, 理学部, 教授 (00010950)
• 研究期間 (年度): 1984 – 1987
• 研究課題ステータス: 完了 (1987年度)
• 配分額: 271,600千円 (直接経費: 271,600千円); 1987年度: 26,000千円 (直接経費: 26,000千円); 1986年度: 75,000千円 (直接経費: 75,000千円); 1985年度: 115,000千円 (直接経費: 115,000千円); 1984年度: 55,600千円 (直接経費: 55,600千円)
• キーワード: ヘテロエピタキシー / SOI / MISデバイス / GaAs / Ge / 弗化物 / ヘテロ構造 / ひ化ガリウム / ゲルマニウム / EBEIピタキシー / CMISトランジスタ / 砒化ガリウム / 弗化物薄膜エピタキシャル成長

研究概要

本研究は, アルカリ土類金属弗化物単結晶絶縁物とGe,GaAsなどの半導体とを組み合せたヘテロ構造で低消費電力, 超高速の集積回路を実現することを最終目的として行なったものである. 具体的には, (a)SOI構造形成技術の確立, (b)ヘテロエピタキシャル成長の物理的機構の解明および(c)MISデバイスの実現という3つの目標を設定し, 研究を進めた.
(a)に関しては (1)Si,Ge,GaAs上に単結晶弗化物膜を形成する条件を確立した. (2)Si上にGaAsのSOI構造を形成する場合のように, 格子不整合系SOI構造を形成するのに要求される特性を満足する弗化物の構造(格子整合条件等)および成長法を確立した. (3)弗化物上に半導体膜を成長させる際, 薄い非晶質層で弗化物評論を予め覆う方法が有効であることを示した. (4)弗化物表面に例えば電子線照射して表層改質した後, 単導体膜を成長する手法(EBEエピタキシー法と名付けた)を開発した. (5)弗化物表面を平坦化する手法を確立するとともにオフ基板の採用により逆相ドメイン欠陥のないGaAs層を形成する方法を確立した. これらを基に, SOIデバイスを試作し, 実用性があることを示した. (b)に関しては (6)結合性の異なる物質どうしをヘテロエピタキシャル成長させる際の表層改質の必要性と意義を明らかにした. (7)成長界面への非晶質層の導入及び格子整合条件の具体的効果を明らかにし, 種々のヘテロ構造に応用可能な知見を与えた. (c)に関しては, (8)弗化物を用いることにより, 従来にない真に実用性のあるGaAsMISFETを実現できる可能性を示した.

研究成果

• [文献書誌] K.Tsutsui; T.Nakazawa; T.Asano; H.Ishiwara; S.Furukawa: IEEE Electron Device Letters. EDL-8. 227-279 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Saiki; T.Tokoto; A.Koma: Japanese Journal of Applied Physics. 26. L974-L977 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] H.C.Lee; H.Ishiwara; S.Kanemaru; S.Furukawa: Japanese Journal of Applied Physics. 26. L1834-L1836 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Saiki; Y.Sato; K.Ando; A.Koma;: @surface Science. 192. 1-10 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Ando; K.Saiki; Y.Sato; A.Koma; T.Asano; H.Ishiwara; S.Furukawa: Japanese Journal of Applied Physics. 27. (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Asano;H.Ishiwara: "Epitaxial growth of Si films on CaF_2/Si structures with thin Si layers predeposited at room tepmerature" Journal of Applied Physics. 55. 3566-35670 (1984)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Ishiwara;N.Kaifu;T.Asano: "Ion channeling studies of preferentially (111) oriented BaF_2 films on amorphous SiO2 substrates" Applied Physics Letters. 15. 1872-1873 (1984)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Ishiwara;T.Asano;K.Tsutsui;S.Furukawa: "Epitaxial relations in lattice-matched (Ca,Sr)F_2 films grown on GaAs(111) and Ge(111) substrates" Japanese Journal of Applied Physics. 23. L803-L805 (1984)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.Ishiwara;T.Asano;S.Kanemaru;S.Furukawa: "Control of crystal orientations in lattice-matched SrF_2 films" Japanese Journal of Applied Physics. 24. L56-L58 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Asano;H.Ishiwara;H.C.Lee;K.Tsutsui;S.Furukawa: "Formation of GaAs-on insulator structures on Si substrates by heteroepitaxial growth of CaF_2 and GaAs" Japanese Journal of Applied Physics. 25. L139-L141 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Asano;Y.Kuriyama;H.Ishiwara: "Fabrication of MOSFETs in Si/CaF_2/Si heteroepitaxial structures" Electronics Letters. 21. 386-387 (1985)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Tsutsui;H.Ishiwara;S.Furukawa: "Lattice matching at elevated substrate temperature for growth of GaAs films with good electrical properites on Ca_x Sr_1-_xF_2/GaAs(100) structures" Applied Physics Letters. 48. 587-589 (1986)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.C.Lee;H.Ishiwara;T.Asano;S.Furukawa: "Optimization of the growth condition of heteroepitaxial GaAs films on CaF_2/Si structures" Japanese Journal of Applied Physics. 25. L585-L587 (1986)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Kanemaru;T.Asano;H.Ishiwara;S.Furukawa: "Improvement of the quality of Ge films on CaF_2/Si(111) structures by predeposited thin Ge layers" Surface Science. 174. 666-670 (1986)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Fukada;S.Furukawa;T.Asano;H.Ishiwara: "Formation of ohnic contacts to n-GaAs by solid phase epitaxy of evaporated and ion implanted Ge films" Japanese Journal of Applied Physics. 26. 117-121 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Tsutsui;H.Ishiwara;S.Furukawa: "Antiphase disorder in epitaxial GaAs films grown on Ca_x Sr_1-_xF_2(100) with higher crystallographic system" Applied Physics Letters. 49. 1705-1707 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Kanemaru;T.Asano;H.Ishiwara;S.Furukawa: "Growth and characterization of compositionally graded (Ca,Sr)F_2 layers on Si(111) substrates" Japanese Journal of Applied Physics. 26. 848-851 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Tsutsui;T.Nakazawa;T.Asano;H.Ishiwara;S.Furukawa: "MESFET' on a GaAs-on-insulator structure" IEEE Electron Device Letters. EDL-8. 227-279 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Saiki;T.Tokoro;A.Koma: "Low-energy electron energy loss spectroscopy on CaF_2 (111) surfaces" Japanese Journal of Applied Physics. 26. L974-L977 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] H.C.Lee;S.Kanemaru;H.Ishiwara;S.Furukawa: "A novel electron-beam exposure epitaxy for growing GaAs films on fluoride/Si structures" Japanese Journal of Applied Physics. 26. L1834-L1836 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Saiki;K.Ando;Y.Sato;A.Koma: "In-situ observation of deffect formaton in CaF_2 (111) surfaces induced by low energy clectron bombardment" Surface Science. 192. 1-10 (1987)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Ando;K.Saiki;S.Furukawa;Y.Sato;A.Koma;T.Asano;H.Ishiwara: "Characterization of CaF2 films heteroepitaxial grown on Si(111) surface" Japanese Journal of Applied Physics. 27. (1988)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] S.Kanemaru: Surface Science. 174. 666-670 (1986)
• [文献書誌] H.C.Lee: Jpn.J.Appl.Phys.25. L595-L597 (1986)
• [文献書誌] S.Kanemaru: Ext.Abs.18th(1986 Int'l)Conf.Solid State Devices and Materials. 581-584 (1986)
• [文献書誌] K.Tsutsui: Ext.Abs 18th(1986 Int'l)Conf.Solid State Devices and Materials. 391-394 (1986)
• [文献書誌] T.Asano: Proc.Int'l Conf.High Speed Electronics. 177-181 (1986)
• [文献書誌] H.Ishiwara: Material Research Society Proc.Ser."Heteroepitaxy on Si Technology". 67. 105-114 (1986)
• [文献書誌] K.Tsutsui: Tec.Dig.1986 Int.Electron Device Meeting. 755-758 (1986)
• [文献書誌] K.Tsutsui: Appl.Phys.Lett.49. 1705-1707 (1986)
• [文献書誌] T.Fukada: Jpn.J.Appl.Phys.26. 117-121 (1987)
• [文献書誌] Ext.Abs.17th Conf.Solid state Devices and Materials. (1985)
• [文献書誌] Proc.10th Int.Symp.GaAs and Related Compounds. (1985)
• [文献書誌] Surface Science. (1986)
• [文献書誌] Japanese Journal of Applied Pysics. 25-2. (1986)
• [文献書誌] Applied Physics Letters. 47-5. (1986)