界面制御されたInGaAsを用いた高空間分解能撮像デバイスの試作

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03555056
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 長谷川 英機 北海道大学, 工学部, 教授 (60001781)
• 研究分担者: 坪内 夏朗 三菱電機, LSI研究所・LSIプロセス開発・第2部, 部長 ; 飯塚 浩一 北海道大学, 工学部, 助手 (30193147) ; 赤澤 正道 北海道大学, 工学部, 助手 (30212400)
• キーワード: シリコン / インジウムガリウム砒素 / 超薄膜 / 界面制御 / 電荷撮像素子 / MIS構造 / CCD / MISFET

研究概要

本研究の目的は、分子線エピタキシ-(MBE)法によって形成される「シリコン超薄膜界面制御層」を用いる独自の界面制御技術により、化合物半導体InGaAs上に界面準位密度の十分に低減された金属-絶縁体-半導体(MIS)界面を実現し、これとInGaAsのもつユニ-クな材料物性とを電荷転送構造に応用し、Si MOS構造をもちいた電荷転送形固体撮像デバイスを凌駕する空間分解能をもつCCD形固体撮像デバイスを実現することにある。
平成3年度は、InGaAs基本MIS構造、MISFET、1次元電荷転送構造の試作を通じて、界面制御技術の最適化と光検出および電荷転送の基本特性を確立することを目標に研究を進め、次の成果を得た。(1)界面制御技術を利用し、撮像デバイスを作成するプロセスを設計した。それに用いて、基本MIS構造、MISFET、電荷転送構造を試作し、界面制御技術の最適化、ことに、表面処理法およびSi超薄膜界面制御層の形成法の最適化をはかった。(2)試作された基本MIS構造、MISFET、電荷転送構造の電気的特性および光学的特性を評価し、撮像デバイスとしての感度、分光感度、ブル-ミング、スミア、解像度、暗電流特性、雑音、電荷転送効率、転送速度などの基本特性を把握した。(3)界面の構造・組成・結合状態をRHEED、XPS/UPS、X線回折、TEM、RBS法等で評価し、基本MIS構造やMISFETの特性やCCDの基本特性との関わり合いを、総合的に解析し、プロセス条件やデバイス構造とCCD撮像特性の関連を解明した。(4)界面制御技術、デバイス構造、デバイスの基礎特性を、実用的観点から検討し、問題点と改善の方策を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] 長谷川 英機: "化合物半導体ショットキ-障壁の形成機構" 応用物理. Vo:60,No.12. 1214-1222 (1991)
• [文献書誌] H.Hasegawa,M.Akazawa and E.Ohue: "Passivbation Technology Using an Ultrathin Si Interface Control Layer for Air-Exposed InGaAs Surfaces" Prc.of 3rd Int.Conf.on Indium Phoshide and Related Materials(Cardiff,April 1991). 630-633 (1991)
• [文献書誌] H.Hasegawa,H.Ishii and K.Koyanagi: "Formation mechanism of Sshottky barriers on MBE grown GaAs surfaces subjected to various treatments" ICFSI-3(Rome,May 1991).
• [文献書誌] H.Hasegawa,T.Saitoh and H.Iwadate: "Relationship Among Surface State Distribution.Recombination Velocity and Photoluminescence Intensity on Compound Semiconductor Surfaces" ICFSI-3(Rome,May 1991).
• [文献書誌] M.Akazawa,H.Ishii and H.Hasegawa: "Control of GaAs and InGaAs Insulator-Semiconductor and Metal-Semiconductor Interfaces by Ultrathin MBE Si Layers" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3774-3749 (1991)
• [文献書誌] T.Saitoh,H.Iwadate and H.Hasegawa: "In-Situ Surface State Spectroscopy by Photoluminescence and Surface Current Transport for Compound Semiconductors" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3750-3754 (1991)
• [文献書誌] B.X.Yang and H.Hasegawa: "Migration-Enhanced Epitaxy of InP Using Polycrystalline InP as Phosphorus Source" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3782-3787 (1991)
• [文献書誌] S.Goto,K.Higuchi and H.Hasegawa: "Atomic Layer Epitaxy Growth of InAs/GaAs Hetero-stuctures and Quantum Wells" 18th Int.Symp.on GaAs and Related Compounds(Seattle,Sept.1991).
• [文献書誌] H.Fujikura,H.Tomozawa,M.Akazawa and H.Hasegawa: "Atomic-Scale Control of Surface Fermi Level Pinning by Ultrathin Si MBE Layers for InGaAs Quantum Structures" the lst International Symposium on Atomically Controlled Surfaces and Interfaces (ACSI-1),(Tokyo,November 1991).
• [文献書誌] H.Tomozawa,K.Numata and H.Hasegawa: "Interface States at Lattice-Matched and Pseudomorphic Hetero-stractures" presented at the lst International Symposium on Atomically Controlled Surfaces and Interfaces (ACSI-1),(Tokyo,November 1991).
• [文献書誌] H.Hasegawa,M.Akazawa H.Fujikura and H.Hasegawa: "Control of Surface and Interface Fermi Level Pinning for Compound Semiconductor Nanometer Scale Structures" International Workshop on Quantum Effect Phisics,Device and Application (Luxor,Egypt,Jan.1992).
• [文献書誌] T.Saitoh,K.Numata,T.Sawada and H.Hasegawa: "In-Situ Photoluminescence Surface State Spectroscopy for Reacted Surfaces of Compound Semiconductors" International Workshop on Science and Technology for Surface Reaction Process (Tokyo,Jan 1992).