炭化シリコン超薄膜を正孔障壁層に用いる新しいエミッタ構造の研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07650394
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 佐々木 公洋 金沢大学, 工学部, 助教授 (40162359)
• 研究分担者: 畑 朋延 金沢大学, 工学部, 教授 (50019767)
• キーワード: ヘテロ接合 / バイポーラトランジスタ / 非晶質Si / エピタキシャル成長 / SiGe / SiC / ECR / イオンビームスパッタ

研究概要

トランジスタのエミッタに、ベースよりバンドギャップの広い材料を用いることにより、従来のトランジスタに比べベースの不純物濃度を高く設定でき、ベース抵抗を低減できる。これにより、素子の動作速度を高めることができる。このエミッタ材料として、非晶質SiCと微結晶Siを提案し、実際にこれらを組み合わせてトランジスタを試作した。まず、微結晶Siのみを用いると結晶成長が生じ、バンドギャップ差を作り出すことができず、低い電流増幅率した得られなかった。そこで、まずSiC超薄膜を形成し、その上に微結晶Siを堆積したところ、従来の20〜30倍も大きい電流増幅率を持つものができた。しかし、エミッタ抵抗が大きく、高周波測定をしたところ、それによる遅延が比較的大きいことが判明した。このトランジスタの本質的な性能を発揮させるには、エミッタ抵抗を削減しなければならない。
次に、ベースのバンドギャップをエミッタのそれより狭くして、バンドギャップ差を作ることを検討した。Siよりバンドギャップの狭い材料としてSiGeを選択し、SiとGeをイオンビームでスパッタすることによりそれを作製した。SiにGeが加わるとエピタキシャル温度が低下し、Si_<0.75>Ge_<0.25>では400℃程度の低温でもエピタキシャル成長が可能であることが分かった。
さらにECR(電子サイクロトロン共鳴)法を用いて水素プラズマを励起し、それにSiH_4ガスを接触分解させ、Siのエピタキシャル成長を行った。この水素プラズマは、SiH_4ガスの分解だけでなく、堆積したSi膜の一部をエッチングしていることおよびその作用がエピタキシャル成長を促進していることや過度のエッチングは結晶欠陥を引き起こすことが明らかになった。一方、適当な堆積条件を設定すれば、SiO_2基板上にはSi膜は成長せず、Si基板のみにSiのエピタキシャル成長を起こすことができる、いわゆる選択エピタキシャル成長が可能であることが見いだされた。

研究成果

• [文献書誌] K.Sasaki,T.Hikichi,S.Furukawa: "High Frequency Characteristics of Si Based Heterojunction Bipolan Transistors with True Amorphous Emitter" Ext.Abs.of International Electron Devices Symposia. Symp.B. 41-44 (1996)
• [文献書誌] K.Sasaki,T.Hata: "Epitaxial Growth of SiGe Thin Films by Ion Beam Sputtering" Abs.of 8th International Conference on Solid Films and Surface. 36 (1996)
• [文献書誌] K.Sasaki,K.Nakata T.Hata: "Epitaxial Growth of SiGe Thin Films by Ion Beam Sputtering" Appl.Surface Science. (to be published). (1997)
• [文献書誌] 佐々木公洋、中田圭一、畑朋延: "IBSによるSiGeエピタキシャル成長の基礎特性" 信学技報. CPM96-110. 43-48 (1996)
• [文献書誌] 佐々木公洋、供田英之、畑朋延: "ECRプラズマCVD法によるSi低温エピタキシャル成長" 信学技報. ED96-38. 57-62 (1996)
• [文献書誌] K.Sasaki,H.Nagai,T.Nabetani,T.Hata: "Preparation of SiGe Epitaxial Films by Ion Beam Sputtering of Multi-Target" Proc.of 4th International Symposium on Sputtering and Plasma Process. (掲載予定). (1997)