新しい界面制御技術を用いたInP系超高速・超低消費電力HEMTの試作

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09555092
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋詰 保 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
• 研究分担者: 藤倉 序章 北海道大学, 工学研究科, 助教授 (70271640) ; 関 昇平 沖電気工業(株), 研究開発本部・半導体研究所, グループリーダー(研 ; 呉 南健 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (00250481) ; 赤澤 正道 北海道大学, 工学研究科, 助教授 (30212400) ; 長谷川 英機 北海道大学, 工学研究科, 教授 (60001781)
• キーワード: インジウムリン / ショットキー障壁 / 界面制御 / 電気化学プロセス / シリコン超薄膜制御層 / HEMT

研究概要

本研究では、次世代通信用キーデバイスの実現に向けて、新しい電気化学プロセスによるショットキー界面制御技術とシリコン超薄膜制御層を利用したMIS界面制御技術を用いて、「超高速ショットキーゲートInAlAs/InGaAsHEMT」と、「超低消費電力性と大振幅動作性を有する絶縁ゲートInAlAs/InGaAsHEMT」を試作・開発することを目的とした。得られた成果を以下にまとめる。
(1) エッチングと金属膜堆積を同一の電解液中で行い、さらにパルス波形電圧を利用する「電気化学プロセス」によって、n-InP,n-lnGaAs,n-InAlAsに対して、熱電子放出理論に従った電流輸送特性を有する良好なショットキー接合を形成することが可能となった。
(2) スパッタ法により形成したTi/n-InP構造の界面反応を、オージェ電子分光法、X線電子分光法、X線回折法により詳細に評価し、電気的特性との相関よりオーミック電極形成機構の検討を行った。500℃前後の短時間熱処理によってTi-P化合物相が界面に生成することにより良好なオーミック性を示すことが明らかになった。
(3) n-InPに対して「シリコン超薄膜界面制御技術」を適用することにより、最小界面準位密度2x10^<10>cm^<-2>eV-lの非常に良好なSiN/n-InP界面構造を形成することに成功した。1)まず、数値割尊によってSi界面制御層の膜厚の最適値を設計した。2)次にこの計算結果に基づき、1nmのSi層を分子線エビタキシー法により成長し、その表面を部分窒化し、ナノメートル領域で制御された、SiN/Si/n-InP構造を実現した。
(4) 絶縁ゲート型InGaAs/InAlAsHEMTを試作し、シリコン界面制御技術を適用したHEMTの伝達コンダクタンスは適用しない場合の10倍以上向上し、本プロセスが、絶縁ゲート型超高速・超低消費電力HEMT実現に有望であることが示された。

研究成果

• [文献書誌] H.Takahashi: "Novel InP Metal-Insulator-Semiconductor Structure Having Ultrathin Silicon Interface Control Layer" Appl.Sur.Sci. 123/124. 615-618 (1998)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Surface passivation of GaAs with ultrathin Si_3Ni_4/Si interface control layer formed by MBE and in situ ECR plasma nitridation" Applied Surface Science. 123/124. 599-602 (1998)
• [文献書誌] T.Hashizume: "In-Situ Contactless Characterization of Microscopic and Macroscopic Properties of Si-doped MBE-Grown(2x4)GaAs Surfaces" Jpn.J.Appl.Phys.37. 1626-1630 (1998)
• [文献書誌] S.Chakraborty: "Formation of Ultrathin Oxynitride Layers on(100)Si by Low-Temperature ECR N_2O Plasma Oxynitridation Process" J.Vac.Sci.Technol.B. 16. 2159-2164 (1998)
• [文献書誌] H.Takahashi: "XPS and UHV contactless characterization of novel oxide-free InP passivation process using silicon surface quantum well" Japanese Journal of Applied Physics, in press. 38. (1999)
• [文献書誌] M.B.Takayama: "Interfacial Reaction and Electrical Properties in the sputter-deposited Al/Ti ohmic contact to n-InP" Japanese Journal of Applied Physics, in press. 38. (1999)
• [文献書誌] H.Hasegawa: "Properties of Metal-Semiconductor Interfaces Formed on n-type GaN" Japanese Journal of Applied Physics, in press. 38. (1999)
• [文献書誌] Y.Koyama: "Formation Processes and Properties of Schottky and Ohmic Contacts on n-type GaN for Field Effect Transistor Applications" Solid-State Electron,, in press. 43. (1999)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Capacitance-voltage characterization of AIN/GaN MIS syructures grown on sapphire substrate by MOCVD" Applied Physics Letters, in press. 74. (1999)