マイクロ波/ミリ波エレクトロニクスのための非晶質酸化物半導体共鳴トンネル素子

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14252
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 前澤 宏一 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (90301217)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 共鳴トンネル素子 / 酸化物半導体 / 有効質量 / 逐次トンネル / マイクロ波集積回路 / 溶液プロセス

研究実績の概要

本研究の目的は、移動度の小さい非晶質酸化物半導体を用いて高性能な共鳴トンネル素子(RTD) を作製し、マイクロ波/ミリ波エレクトロニクスの基礎を作ることにある。非晶質酸化物半導体は、散乱頻度が高いため、移動度が小さく、高周波トランジスタを作るのは難しい。しかし、有効質量は比較的小さく、量子効果の発現は可能である。特にRTDは、散乱頻度が高くても、逐次トンネルの効果により十分に高性能な素子が作製可能と考えられる。その動作速度は、移動度ではなく、有効質量、及び、それに依存する電流密度で決まるため、高周波動作も可能である。本研究では、非晶質酸化物半導体によるRTDを実現し、その高周波回路への適用性を実証する。
本年は、まず本研究の基盤となる非晶質酸化物半導体の成膜技術について検討を行った。材料としては、比較的有効質量が小さく、大きな量子効果が期待できるIn2O3を用いた。硝酸インジウム溶液の多層スピンコート法による成膜条件を検討し、平坦な半導体薄膜の形成を可能とした。このとき、特に、スピンコート前のオゾンアッシングが表面平坦性に大きな効果があることを見出した。その条件を最適化することにより、一回のスピンコートあたり、7-8nmの平坦な薄膜形成を可能とし、RTD作製のための基本的な条件を明らかにできた。また、これを5層堆積した薄膜（厚さ約40nm）において、TLM測定を行い、シート抵抗650 kΩ/□を得た。これは十分なキャリア濃度を持つことを示しており、RTDのエミッタ、コレクタ層に使用できると考えている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

比較のため、スパッタ法による薄膜体積も予定していたが、そちらは装置の故障により進んでいない。ただし、溶液プロセスに関しては、すでに、バリア層の実験も開始しており、順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

まずは、溶液プロセスに注力し、特にバリア層に関して研究を進める。バリア層としては、同じ酸化物であるGa2O3、及び、自己組織化単分子膜であるHMDSを中心に検討を進める。まずは、バリア1層のninダイオードを試作し、その電子顕微鏡による構造評価や、電流-電圧特性、容量-電圧特性評価を行い、バリア高さや厚さに関する情報を得る。その後、これらを用いた二重量子井戸構造へ展開していく。

次年度使用額が生じた理由

スパッタ装置故障のため、年度途中で研究計画の見直しを行い、液相プロセス主体の研究に切り替えた。その結果、今年度は薄膜形成条件の検討が主となり、プロセス用材料、薬品の購入が必要なくなった。また、成果報告費についても来年度に繰り越した。

次年度使用額の使用計画

来年度以降、本格的にデバイスプロセスを行う予定であり、繰り越した助成金は、このための蒸着材料、レジスト、薬品類、および、測定用備品類などの購入に当てる。また、学会参加費や論文投稿費も見込んでいる。