弗化物強誘電体のGaAs上への成長と2次元電子ガス制御への応用

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455134
• 研究種目: 一般研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 徳光 永輔 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (10197882)
• 研究分担者: 會澤 康治 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (40222450) ; 石原 宏 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (60016657)
• キーワード: 強誘電体 / GaAs / BaMgF_4 / 高電子移動度トランジスタ(HEMT) / 2次元電子ガス

研究概要

初年度は当初からの研究計画に基づき、弗化物強誘電体をGaAs上に形成するための基礎的な実験を中心とした。試料の作製にはGaAs/AlGaAs半導体ヘテロ構造、BaMgF_4強誘電体薄膜をそれぞれ独立したチャンバで形成する2成長室構成の分子線エピタキシ-(MBE)システムを用いた。まず成長温度によるBaMgF_4薄膜の結晶性・配向性の変化を調べ、結晶性が良好で、かつ強誘電軸(a軸)を含む(140)配向したBaMgF_4を得るためには550℃が最適であることが明らかにした。次に高電子移動度トランジスタ(HEMT)で用いられるAlGaAs/GaAs変調ドープ構造上に強誘電体であるBaMgF_4(140)配向膜を成長し、BaMgF_4薄膜とAlGaAs/GaAs変調ドープ構造界面での相互拡散、非接触法による2次元電子ガスの電子移動度およびフォトルミネッセンス測定を行ったところ、高い成長温度では界面で相互拡散が起こるために、2次元電子ガスの電子移動度が劣化することが明らかとなり、BaMgF_4薄膜の成長温度が550℃において最も優れた特性が得られることを示した。さらに以上の結果を踏まえて、本構造を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)を作製するためのプロセスの検討を行ったところ、BaMgF_4薄膜はフォトリソグラフィー工程で劣化する傾向があることが判明した。従って、BaMgF_4薄膜を最初に金属で保護してからセルフアラインプロセスを用いることにより強誘電体ゲートHEMTを試作し、トランジスタ動作を始めて確認した。

研究成果

• [文献書誌] Shun-ichiro Ohmi, Eisuke Tokumitsu, Hiroshi Ishiwara: "Contactless Measurement of Electron Mobility in Ferroelectric Gate High-Electron-Mobility Transistor Structures" Jpn. J. Appl. Phys.34. L603-L605 (1995)
• [文献書誌] Shun-ichiro Ohmi, Eisuke Tokumitsu, Hiroshi Ishiwara: "Characterization of ferroelectric BaMgF_4 films grown on AlGaAs/GaAs(100) high-electron-mobility transistor structures" JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH. 150. 1104-1107 (1995)
• [文献書誌] Shun-ichiro Ohmi, Makoto Yoshihara, Takeo Okamoto, Eisuke Tokumitsu, and Hiroshi Ishiwara: "Electrical Properties of Ferroelectric Gate HEMT Structures" Reprinted from Extended Abstracts of the 1995 Intern. Conf. on Solid State Devices and Materials. 956-958 (1995)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu, Kensuke Itami, Bum-ki Moon and Hiroshi Ishiwara: "Preparation of Films on Si Substrates Using SrTiO_3 Buffer Layers" Mat. Res. Soc. Symp. Proc.361. 427-432 (1995)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu, Ryo-ichi Nakamura, Kensuke Itami, and Hiroshi Ishiwara: "Film Quality Dependence of Adaptive-Learning Processes in Neurodevices Using Ferroelectric PbZr_xTi_<1-x>O_3(PZT)Films" Jpn. J. Appl. Phys.34. 1061-1065 (1995)
• [文献書誌] Eisuke Tokumitsu, Kensuke Itami, Bum-ki Moon and Hiroshi Ishiwara: "Crystalline Quality and Electrical Properties of PbZr_xTi_<1-x>O_3 Thin Films Preparad on SrTiO_3-Covered Si Substrates" Jpn. J. Appl. Phys.34. 5202-5206 (1995)