Si/SiGe系多重障壁共鳴トンネルダイオードと集積化技術

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14350179
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・機器工学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 須田 良幸 国立大学法人東京農工大学, 総合情報メディアセンター, 教授 (10226582)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• キーワード: SiGe / 共鳴トンネルデバイス / RTD / 高速デバイス / 歪緩和 / 量子井戸 / PVCR / 多重障壁

研究概要

研究代表者は、理論的予測から電子トンネルと多重量子井戸の組み合わせを初めて適用して、1998年に性能指数の1つである電流の山対谷比(PVCR)が7.6以上の高い静特性を示すSi/SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の試作に成功した。さらに、電子トンネル型Si/SiGe系RTDの中核技術として、薄化2層構造歪緩和バッファーを提案し、RTDの結晶性を高めてPVCRを〜180まで高めることに成功した。
本研究では、Si系量子効果超高速デバイスの実現を図るため、これらの成果に立脚して、電子トンネル型Si/SiGe系RTDの構成技術の確立を図り、集積化のための要素技術を検討した。
始めに薄化2層構造バッファーについて、歪緩和機構と作製条件を明確にした。1層目が完全歪で成長するが、Ge濃度の高い2層目を10nm積層しただけで、1層目が緩和し、貫通転位密度は10^5cm^<-2>台と低いままであった。即ち、2層目が1層目の緩和を起こし、且つ転位の表出を抑制していることを明らかにした。この結果を基に、転位の発生位置の制御性の高い薄化3層構造バッファーをさらに提案し、その作成原理と作製条件を明確にして、結晶性と緩和率の高いバッファーを得た。この薄化3層構造バッファーを用いて、室温下で、PVCRが数百を超える、III-V系RTDをはるかに凌ぐI-V静特性を得、SiGe系RTDが、デバイスレベルで有望であることを示した。さらに、集積化の要素技術として、電流密度の制御法および、微細化のため基本技術を得た。
以上、新しいバッファーの形成法の提案と原理の明確化を通じて電子トンネル型Si/SiGe系RTDの構成技術を明らかにし、デバイスレベルでその有効性を示した。また、集積化のための重要な基本要素技術を検討した。今後のSi/SiGe系RTD技術展開の基盤を示したと言える。

研究成果

• [雑誌論文] High PVCR Si/Si_<1-x>Ge_x DW RTD Formed with New Triple-Layer Buffer (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Maekawa, M.Shoji, Y.Suda
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing 8 ページ: 417-421
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ge Dot Array Formation Using Small Convex Position Anchors (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Kitayama, T.Yoshizawa, Y.Suda
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 43 ページ: 3822-3824
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Artificially Size- and Position-Controlled Ge Dot Formation Using Patterned Si (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, S.Kaechi, D.Kitayama, T.Yoshizawa
  • 雑誌名: Thin Solid Films 464-465 ページ: 190-193
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High PVCR Si/Si_<1-x>Ge_x DW RTD Formed with New Triple-Layer Buffer (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Maekawa, M.Shoji, Y.Suda
  • 雑誌名: Materials Science in Semiconductor Processing, vol.8 ページ: 417-421
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ge Dot Array Formation Using Small Convex Position Anchors (2004)
  • 著者名/発表者名: D.Kitayama, T.Yoshizawa, Y.Suda
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. vol.43 ページ: 3822-3824
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Artificially Size-and Position-Controlled Ge Dot Formation Using Patterned Si (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, S.Kaechi, D.Kitayama, T.Yoshizawa
  • 雑誌名: Thin Solid Films vol.464-465 ページ: 190-193
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Si_<1-x>Ge_x Alloy Semiconductor (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda
  • 雑誌名: Functional Materials, Experimental Chemistry Series(ed by T.Osaka, T.Honma and Y.Ito)(Maruzen, Tokyo)(in Japanese) vol.27 ページ: 68-79
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Si Submonolayer and Monolayer Digital Growth Operation Technique Using Si_2H_6 as Atomically Controlled Growth Nanotechnology (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, N.Hosoya, K.Miki
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. 216 ページ: 424-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Si Submonolayer and Monolayer Digital Growth Operation Technique Using Si_2H_6 as Atomically Controlled Growth Nanotechnology (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, N.Hosoya, K.Miki
  • 雑誌名: Appl.Surf.Sci. vol.216 ページ: 424-430
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Si_<1-x>Ge_x/Si Triple Barrier RTD with a High Peak-to-Valley Ratio of ≧ 180 at RT (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda
  • 雑誌名: Elctrochemical Society Proceedings Volume PV2002-9 ページ: 47-60
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] High PVCR Si_<1-x>Ge_x/Si Electron-Tunneling RTD Using Multiple-Well and Annealed Thin Double-Layer Buffer (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, A.Meguro, H.Maekawa
  • 雑誌名: Elctrochemical Society Proceedings Volume PV2002-17 ページ: 118-127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] New Si Atomic-Layer-Controlled Growth Technique with Thermally-Cracked Hydride Molecule (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, N.Hosoya, D.Shiratori
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth Vol.237-239 ページ: 1404-1409
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Si1-xGex/Si Triple Barrier RTD with a High Peak-to-Valley Ratio of ≧ 180 at RT (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda
  • 雑誌名: Electrochemical Society Proceedings Volume vol.PV 2002-9 ページ: 47-60
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] High PVCR Si1-xGex/Si Electron-Tunneling RTD Using Multiple-Well and Annealed Thin Double-Layer Buffer (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, A.Meguro, H.Maekawa
  • 雑誌名: Electrochemical Society Proceedings Volume vol.PV 2002-17 ページ: 118-127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] New Si Atomic-Layer-Controlled Growth Technique with Thermally-Cracked Hydride Molecule (2002)
  • 著者名/発表者名: Y.Suda, N.Hosoya, D.Shiratori
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth vol.237-239 ページ: 1404-1409
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 日本化学会編 実験化学講座 第27巻 (2004)
  • 著者名/発表者名: 須田良幸 他
  • 総ページ数: 465
  • 出版者: 丸善
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 半導体薄膜製造方法 (2004)
  • 発明者名: 須田 良幸
  • 権利者名: 東京農工大学
  • 産業財産権番号: 特願2004-253128
  • 出願年月日: 2004-08-31
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より