ダイヤモンド・ヘテロエピタキシャル成長層による耐環境電子デバイスの基礎検討

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650384
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 川原田 洋 早稲田大学, 理工学部, 教授 (90161380)
• キーワード: ダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / 耐環境電子デバイス / MESFET / 論理回路

研究概要

1)ヘテロエピタキシャル成長の初期過程の観察:
ヘテロエピタキシャル核形成に必要なSiC表面の構造に関する重要な知見を、初期成長過程の高分解能SEM観察から得ることが出来た。これにより目的とする高い核形成密度による平坦なヘテロエピタキシャル成長が期待される。
2)ヘテロエピタキシャル成長層でのMESFET作製:
ゲート長5μm程度の金属-半導体FET(MESFET)を作製した。p型半導体領域としては水素終端表面を使用した。相互コンダクタンスでヘテロエピタキシャル成長層では最も高い600μS/mmを得ている。ソースおよびドレイン形成のためのオーミック電極にはAuを、ゲート形成のためにはAlを使用している。
3)同軸マイクロ波プラズマ発生源の設置:
同軸マイクロ波プラズマ発生源(設備備品)を設置し、プラズマ発生モードを従来の矩形導波管のTE01モードから同軸管のTEMモードに変更した。この結果、計画どおり、a)プラズマ発生領域が拡大し、b)ヘテロエピタキシャル核形成に必要なイオンの運動エネルギー(20-30eV)の制御性が向上した。c)また、結晶性の向上が期待される200Torr付近でのプラズマ安定性が極めて向上した。
4)NAND回路、NOR回路、R-Sフリップフロップ回路の動作が確認:
ホモエピタキシャル成長層ではあるが、NAND回路、NOR回路、R-Sフリップフロップ回路の動作が確認された。また、相互コンダクタンスが10mS/mm以上のFET動作が確認された。これらは世界でも始めての成果であり、目的とするヘテロエピタキシャル成長層でのデバイス特性向上において重要な指針となる。

研究成果

• [文献書誌] 川原田 洋、末定 剛、水落 祐二: "β-SiCをバッファー層としたSi(001)基板上でのダイヤモンド" 日本結晶成長学会誌. 22. 334-339 (1995)
• [文献書誌] H. Kawarada, M. Itoh: "Electrically isolated metal-semiconductor field effect transistors and the logic circuits on homoepitaxial diamonds" Jpn. J. Applied physics. 35. (1996)
• [文献書誌] N. Jin, H. Sakai, K. Tsugawa and H. Kawarada: "Device modeling of diamond enhancement-mode MESFET utilizing p-type surface semiconductive layers" Proc. of 6th Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials. (1996)
• [文献書誌] M. Itoh, A. Hokazono, H. Noda and H. Kawarada: "Fabrication of Logical Circuits Using Diamond Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor" Proc. of 6th Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials. (1996)
• [文献書誌] A. Sato, S. Yamashita and H. Kawarada: "Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy for studying Hydrogen-Terminated Homoepitaxial Diamond Surfaces" Proc. of 6th Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials. (1996)
• [文献書誌] J. Imamura, T. Tsutsumi, T. Murakami and H. Kawarada: "Observation of dominant free exciton recombination from synthesized diamond by cathodoluminescence measurement" Proc. of 6th Int. Conf. on Silicon Carbide and Related Materials. (1996)