SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の性能指数の1つである負性抵抗領域の電流の山対谷比(PVCR)は、1988年の最初の発表以来2.2以下であったが、研究代表者は、1998年に、理論的予測からSiGe系RTDに初めて電子トンネルと3重障壁を適用し、PVCRをおよそ7.6に高めた。その後、RTDの中核技術であるバッファー層について、アニールした薄化2層構造バッファーを提案して結晶性の改善を図り、PVCRを室温下で180に高めることに成功した。この値は先行するIII-V系RTDの性能に匹敵する。本研究では、これらの成果に立脚し、再現性の良いSiGe系RTDの実現を図るため、作製プロセスの制御に注力し、先の多重障壁電子トンネル型のRTDを基本構造として、RTD作製の中核技術である歪緩和バッファーの作製法とその構造制御技術について検討した。歪緩和バッファーとして、薄化2層構造バッファーについて解析し、上方界面より下方界面の応力が大きくなるように応力バランスを制御して成長することで、下方界面に不整合欠陥を集中し、貫通転位の表出を抑制した結晶性の高いバッファー層が得られることを明らかにし、その作製原理を明確にした。また、このバッファー層の表面にSi極薄膜を設けアニールすることで、結晶性を保ったまま緩和率を向上できることを示した。さらに、極薄の高濃度層を前記薄化2層構造バッファーと基板との間に挿入する3層構造バッファーを提案し、転移導入位置制御を図った。この結果、3層構造バッファーを用いることでも下方界面に多くの不整合欠陥を導入できた。この3層構造バッファーを用いたRTDは高い負性抵抗効果を示し、非弾性散乱の少ない高い結晶性を有することを示した。 以上、室温下で高い性能を得るための電子トンネル型RTDの基本構造として重要なバッファーの構成と作成法の指針をを明らかにし、SiGe RTDの基盤技術を与えた。
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