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

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650384
• 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 / MESFET / MOSFET / 耐環境電子デバイス / 論理回路 / マイクロ波プラズマCVD / シリコンカーバイト

研究概要

1)同軸マイクロ波プラズマ発生源の開発:
同軸マイクロ波プラズマ発生源(設備備品)を開発し、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。
2)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可能となった。
3)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。ソースおよびドレインのためのオーミック電極にはAuを、ゲートにはAl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現在最も高い7-8mS/mmを得ている。この値はホモエピタキシャル成長層の最高値の1/2-2/3に匹敵し、ヘテロエピタキシャル成長層での高い正孔移動度を反映したものである。
4)NAND回路、NOR回路、R-Sフリップフロップ回路の動作確認:
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15mS/mm以上のMOSFET動作がダイヤモンドで初めて確認され(酸化膜にはSiO_2を使用)、室温から350℃まで同一特性を示した。これらは世界で最も進んだ結果であり、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った。

研究成果

• [文献書誌] T.Suesada,N.Nakamura,H.Nagasawa,and H.Kawarada: "Initial Grocoth of Heteroepitaxial Diamond on Si (001) Substrates via β-SiC Buffer Layer" Jpn.J.Appl.Phys.34巻9A号. 4898-4904 (1995)
• [文献書誌] M.Itoh and H.Kawarada: "Fabrication and Characterization of Metal-Semiconduitor Field-Effect Transistor Urilizing Diamond Surface-Conductive Layer" Jpn.J.Appl.Phys.34巻9A. 4677-4681 (1995)
• [文献書誌] H.Kawarada,M.Itoh,and A.Hokazono: "Electrically Isolated Metal-Semiconductor Field Effect Transistors and Logic Circuits on Homoepitaxial Diamonds" Jpn.J.Appl.Phys.35巻9B. L1165-L1168 (1996)
• [文献書誌] H.Kawarada: "Hydrogen-terminated Diamond Surfaces and Interfaces" Sarface Science Reports. 26巻7号. 205-260 (1996)
• [文献書誌] Y.Mizuochi and H.Kawarada: "Surface Characterization of Smooth Heteroepitaxial Diamond Layers on β-SiC(001)" Diam.Rel.Mat.(印刷中). (1997)
• [文献書誌] A.Hokazono and H.Kawarada: "Enhancement / Depletion MESFETS of Diamond and their Logic Circuits" Diam.Rel.Mat.(印刷中). (1997)