研究課題
本研究では、絶縁体、半導体および金属をも包含する異種材料同士をナノメートル層厚でエピタキシャル積層した人工ヘテロ構造(≡超ヘテロナノ結晶)を次世代の新機能エレクトロニクス材料と位置付け、シリコン基板上にエピタキシャル成長可能な弗化物系絶縁物、半導体シリコン、およびシリサド系金属のエピタキシャル超格子の形成技法と、その量子効果デバイスへの応用を目指した研究を行い、下記の研究成果を得た。1)フッ化カドミウム・フッ化カルシウムヘテロ超格子構造を、原子レベルで均一に形成するための基板平坦化技術を開発し、その技術を用いて近赤外波長領域で発光することが期待される量子井戸サブバンド間遷移発光素子を設計・製作したところ、波長1.6μm付近の発光を室温観測することに初めて成功した。また、今回の成果をレーザ発振へ結びつけるための光導波路構造形成プロセスを、ドライエッチングとフォトリソグラフィーを用いて開発した。今後多層超格子を形成し、レーザ素子の評価を行う。2)LSI集積技術の中核となるシリコン(100)基板上に、本研究で提案する微小孔結晶成長法と、成長後のアニール技術を併用することにより、高い微分負性抵抗(>10^5)を有するフッ化カドミウム・フッ化カルシウム共鳴トンネルダイオード(RTD)構造のデモンストレーションに初めて成功した。この成果を受けて、今回実現したRTDをMOSトランジスタと集積する新不揮発メモリを提案するとともに、その作製プロセスの要素技術を確立した。今後、トランジスタ構造の作製と特性の評価を進める予定である。3)シリコン基板に格子整合する可能性を有するベリリウム・亜鉛・セレン化合物ヘテロ構造をガリウム燐基板上に結晶成長する技術を開発し、紫外線(波長〜325nm)の光励起レーザ発振を初めて達成した。
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