エピタキシャルアルミナを用いたヘテロエピタキシャル成長用基板とデバイス応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555093
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30126924)
• 研究分担者: 大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319) ; 澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (40235461) ; 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (00230912)
• キーワード: エピタキシャル成長 / アルミナ / 単結晶絶縁膜 / ヘテロエピタキシー / 窒化物半導体 / 強誘電体薄膜 / メモリー素子 / ヘテロ成長用基盤

研究概要

次世代半導体デバイス用のヘテロエピタキシャル用基板として、また、シリコン表面との反応抑制用バッファ層として、シリコンウェハ上に極薄い、サファイアと同じ安定な単結晶Al_2O_3薄膜を高品質に成長させ、GaN、強誘電体薄膜、SOIなどの成長に適したヘテロエピタキシャル成長用基板の特性及びヘテロ成長膜の特性を解明し、種々の実用化に向けたAl2O3/シリコン基板を開発、研究している。サファイア基板に取って代わることのできるAl2O3/Si基板を研究開発するもので、そのため、4インチウエハを使用して、その後のデバイス評価と実用化視野に入れたものである。4インチウエハ用MBE装置を利用し、極薄膜の自然酸化膜とAl膜を利用する我々の提案している方法で、1nmのAl2O3が得ている。さらに厚く成長させる場合は、MBE法でその基板上に行った。(1)超高真空チャンバーの改良:4インチウエハを、超高真空化で、金属アルミを1nmの厚さに制御できるKセルを導入し、チャンバーに取り付け、成長条件を確立できた。(2)Al原子層堆積法に示すように、4インチウエハ上にシリコン保護酸化膜を形成後、金属アルミを堆積し、熱処理により固相成長させる条件を確立。(3)Si(111)とSi(100)基板上へのAl2O3固相成長膜条件を確立することができた。(4)必要なAl2O3膜厚は、既設のAl2O3成長チャンバーにおいて、必要な膜厚に成長を行ことができるように、MBEとCVDのハイブリッド成長の良さを確立できた。これらにより、各種4インチヘテロエピタキシャル基板作製の目途がつき、GaN、GaAs、強誘電体膜、金属膜への応用を検討を続けている。

研究成果

• [文献書誌] M.Shahjahan, Y.Koji, K.Sawada, M.Ishida: "Fabrication of Resonance Tunnel Diode by g-Al_2O_3/SiMultiple Heterostructures"Japanese Journal of Applied Physics Part 1. 41・4B. 2602-2605 (2002)
• [文献書誌] M.Shahjahan, N.Takahashi, K.Sawada, M.Ishida: "Fabrication and Electrical characterization of Ultrathin Crystalline Al_2O_3 Gate Dielectrics on Si(100) and Si(111) by Molecular Beam Epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics Part 2. 41・12B. L1474-L1477 (2002)
• [文献書誌] A.Wakahara, N.Kawamura, H.Oishi, H.Okada, A.Yoshida, M.Ishida: "Heteroepitaxial Growth of GaN on γ-A1203/Si Substrate by Organometallic Vapor Phase Epitaxy"Sensors and Materials. Vol.14, No.5. 263-270 (2002)
• [文献書誌] N.Ohshima, S.Okamoto, K.Shibata, Y.Orihashi, S.Kageyama, M.Ishida, T.Yazawa, Gomes Camargo: "Epitaxial Growth of GaN by Gas Source Morecular Beam Epitaxy Using NH3"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 27(2). 475-478 (2002)
• [文献書誌] M.Shahjahan.R.Ito, K.Sawada, M.Ishida: "Dependence of Peak to Valley Current Ratio on the Well thickness of a Double Barrier Resonant Tunneling Diode Fabricated by epi-Si / g-Al203 Heterostructures"Extended Abstracts (The 63rd Autumn Meeting, 2002) ; The Japan Society of Applied Physics. No.3. 1203 (2002)
• [文献書誌] D.Akai, K.Sawada, M.lshida: "Preparation and Characterization of SrBi2Ta209 thin film on gamma-Al203(100)/Si(100) substrate"Extended Abstracts (The 63rd Autumn Meeting, 2002) ; The Japan Society of Applied Physics. No.2. 444 (2002)