金属と絶縁体のヘテロ接合超格子による光・電子集積化デバイス用高機能材料の研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11555084
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 浅田 雅洋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30167887)
• 研究分担者: 渡辺 正裕 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00251637)
• キーワード: 金属 / 絶縁体 / 半導体ヘテロ接合 / フッ化カルシウム / フッ化カドミウム / 共鳴トンネルダイオード / 極微細デバイス / 量子効果デバイス / イオン化ビーム結晶成長

研究概要

金属/絶縁体/半導体超格子を用いた電子デバイス、光デバイス、およびそれらの融合デバイスをシリコン基板上に形成し高機能集積回路を構成することを目的とし、材料系として、ヘテロ接合のポテンシャル障壁が高く、薄膜において顕著な量子効果が現れるため高機能デバイスに適していると考えられるCaF2/CdF2およびSi/CaF2からなる超格子構造の高精度結晶成長法の研究を行い、この結果に基づいて共鳴トンネル素子を形成するとともに、これらの素子と集積して高機能集積回路を形成するためのトランジスタとして、金属電極からなる極短チャネルショットキー接合MOSFETを作製した。極薄膜結晶成長では、イオン化ビーム結晶成長法を用いて、Si基板上にSiO2をマスクとして形成した数百ナノメートルサイズの微小面積への成長により、成長層の結晶性が大幅に向上することを見出し、これによって得られた結晶成長条件を用いて二重障壁共鳴トンネルダイオードを作製し、室温できわめて再現性・均一性のよい良好な微分負性抵抗特性を得た。また、PtSiを用いたp形ショットキーソース/ドレインSOI-MOSFETおよびErSi2を用いたn形ショットキーソース/ドレインSOI-MOSFETを作製し、いずれも25ナノメートルの極短チャネル素子において室温トランジスタ動作を達成した。またSOI層の薄膜化によりon/off比が大幅に向上することを明らかにした。さらにp形では、共鳴トンネル素子との集積に適した構造として、垂直構造のショットキーMOSFETを作製し、チャネル幅8nm、チャネル長50nmの極微細素子において室温トランジスタ動作を達成した。以上により、シリコン基板上の高機能量子効果素子及び集積回路の基本的要素となる素子の構造作製プロセスと基本動作を得ることができた。

研究成果

• [文献書誌] A.Itoh,M.Saitoh,and M.Asada: "A 25-nm-long channel metal-gate p-type Schottky source/drain metal-oxide-semiconductor field effect transitor on separation-by-implanted-oxygen substrate"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 4757-4758 (2000)
• [文献書誌] M.Watanabe,Y.Iketani,and M.Asada: "Epitaxial growth and electrical characteristics of CaF_2/Si/CaF_2 resonant tunneling diode structures grown on Si(111)1°off substrate"Japanese Journal of Applied Physics. 39. L964-L967 (2000)
• [文献書誌] N.Sashinaka,Y.Oguma,and M.Asada: "Observation of terahertz photon-assisted tunneling in triple-barrier resonant tunneling diodes integrated with patch antenna"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 4899-4903 (2000)
• [文献書誌] M.Asada,Y.Oguma,and N.Sashinaka: "Estimation of interwell terahertz gain by photon-assisted tunneling measurement in triple-barrier resonant tunneling diodes"Applied Physics Letters. 77. 618-622 (2000)
• [文献書誌] M.Watanabe,T.Funayama,T.Teraji,N.Sakamaki: "CaF_2/CdF_2 Double-Barrier Resonant Tunneling Diode with High Room-Temperature Peak-to-Valley Ratio"Japanese Journal of Applied Physics. 39. L716-L719 (2000)
• [文献書誌] M.Watanabe,Y.Maeda,S.Okano: "Epitaxial Growth and Ultraviolet Photoluminescence of CaF_2/ZnO/CaF_2 Heterostructures on Si(111)"Japanese Journal of Applied Physics. 39. L500-L502 (2000)