無転位III-V-N混晶―シリコン融合システムのデバイスプロセス

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15002007
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
• 研究分担者: 古川 雄三 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (20324486) ; 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (00230912)
• キーワード: III-V-N混晶 / デバイスプロセス / 光学定数 / 伝導度制御 / Si-III-V-N融合システム / Si-GaPN / GaPN / GaP LED / 超並列集積回路

研究概要

本研究の課題は次の三点から成る。(1)III-V-N混晶の光・電子物性の解明と高品質化、(2)Si-III-V-N混晶のデバイスプロセス、(3)光-電子融合システムの検討と単位回路の作製。
(1)については、高速熱処理によって、GaPNの発光効率が向上し、深い準位が減ると共に、キャリアのライフタイムが長くなることがわかった。伝導度制御については、n型ではTeドープによって10^<17>cm^<-3>台の制御が可能になった。しかし、通常の成長温度ではイオン化散乱中心が生成され、キャリア濃度と移動度の低下が生じることがわかった。p型については、Mgドープによって10^<18>cm^<-3>台のキャリア濃度と明るいフォトルミネッセンスが初期データとして得られた。なお、n型ではSi、p型ではBeの活性化率が低いことも明らかになった。InGaPNについては、N組成比7%以下の範囲でGaP基板に格子整合させるための組成制御が可能になった。また、これらの光学定数(屈折率、消衰係数、バンド構造)を分光エリプソ法によって得た。
(2)、(3)については、Si集積回路と同じ長さの工程で製作できる、Si-化合物半導体一体化プロセス技術を考案した。その結果、Si/GaPN/Si基板の基本構造において、MOSトランジスタを作製できる見通しを得た。また、このプロセス条件では、Si-GaPNの相互拡散は10^<18>〜10^<19>cm^<-3>台のレベルでは生じないことがSIMS(二次イオン質量分析)によってわかった。
また、GaPN/GaPダブルヘテロ構造LEDをGaP基板上に作製して、光デバイス特性のN組成比依存性を明らかにした。さらに、生体の網膜機能に学んだ超並列集積回路を作製し、10^5の広い明暗範囲でエッジ検出できることを実証した。さらに改良したCMOSの基本回路を回路シミュレーションによって確認した。

研究成果

• [文献書誌] A.Utsumi, H.Yonezu, Y.Furukawa, K.Momose, K.Kuroki: "Increase in luminescence efficiency of GaPN layers by thermal annealing"Phys.Stat.Sol.(c). Vol.0,No.7. 2741-2744 (2003)
• [文献書誌] K.Momose, H.Yonezu, Y.Furukawa, A.Utsumi, Y.Yoshizumi, S.Shinohara: "Improvement of Crystalline Quality of GaAsyP1-x-yNx Layers with High Nitrogen Compositions at Low-Temperature Growth by Atomic Hydrogen Irradiation"J.Cryst.Growth. Vol.251. 443-448 (2003)
• [文献書誌] K.Nishio, H.Yonezu, M.Ohtani, H.Yamada, Y.Furukawa: "Analog Metal-Oxide-Semiconductor Integrated Circuit Implementation of Approach Detection with Simple-Shape Recognition Based on Visual Systems of Lower Animals"Opt.Rev.. Vol.10,No.2. 96-105 (2003)
• [文献書誌] K.Nishio, H.Yonezu, A.B.Kariyawasam, Y.Yoshikawa, S.Sawa, Y.Furukawa: "Analog Integrated Circuit for Motion Detection against Moving Background Based on the Insect Visual System"Opt.Rev.. Vol.11,No.1. 24-33 (2004)
• [文献書誌] S.Y.Moon, A.Utsumi, H.Yonezu, Y.Furukawa, T.Ikeda, A.Wakahara: "GaPN-GaP Double Heterostructure Light Emitting Diode Grown on GaP Substrate by Solid-Source Molecular Beam Epitaxy"The 5th International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes-2004 (ISBLLED-2004). 262 (2004)
• [文献書誌] Y.Furukawa, H.Yonezu, A.Utsumi, K.Momose, S.Shinohara, Y.Yoshizumi: "Effect of Thermal Annealing on Optical Property of GaPN Alloy"The 15th American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-15) 724. 91 (2003)