| 研究課題/領域番号 |
18H01496
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| 研究機関 | 富山大学 |
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研究代表者 |
森 雅之 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 准教授 (90303213)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | InSb / GaSb / 低成長レート / 双晶 / 界面準位 |
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| 研究実績の概要 |
非極性のSi上で有極性のGaSbが単結晶成長することは、以前に報告しているが、その理由については明らかになっていない。そこで、GaSb薄膜成長時の字基板温度、成長レートを変化させて、単結晶成長のカギとなるパラメータを調査した。その結果、高温で成長させた場合、成長レートを変化させても、双晶となり、低温の場合には、低成長レートの場合のみ単結晶となることが分かった。この結果、単結晶GaSb薄膜を得るためには、低温かつ低成長レートで成長させる必要があることが分かったが、成長初期段階から原子配列が一方に偏る原因は、明らかではない。そこで、今後STMを用いて、成長初期における原子像を観察し、その原因を明らかにしたいと考えている。
単結晶GaSbをバッファ層とすることで、単結晶のInGaSb、InSbを成長することができる。しかし、単結晶であるものの結晶性があまり良くないことが問題となっている。そこで、Si基板上の再構成構造形成時のIn及びGa原子の堆積割合を変化させ、単結晶成長しつつ、結晶性の良いInSb薄膜が形成できないか検討した。結果として、表面再構成構造形成時にIn原子を吸着させると、Ga原子が吸着されていても双晶になることが明らかになった。
チャネル層のInSb上に直接ゲート絶縁膜のAl2O3膜を形成すると、多くの界面準位が形成され、チャネル内を走行する電子の移動度の低下や、リーク電流の発生などにより、MOSFETの特性の低下を引き起こすという問題があった。そこで、チャネル層のInSb上に薄いGaSb層を堆積し、ゲート絶縁膜がチャネル層に直接触れない構造とし、特性向上が見られるかを検討した。結果として、作製した薄膜の結晶性の問題や、デバイス加工プロセスの問題により、GaSb層なしのデバイスの様が特性が良いという結果となった。今後、成長条件やプロセスを見直し、再評価する予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Si基板上でGaSbが単結晶成長する理由について、解明されつつある。今後のSTM観察により明らかになるものと考えられる。
上記の原因は明らかではないものの、pMOSFET用のGaSb薄膜は作製することは可能であるため、今後、nMOSFETを参考にデバイス作製プロセスの検討に入る予定である。よって新年度中には動作させることができると考えている。
ALD装置におけるゲート酸化膜の作製条件の最適化については、少し遅れているものの遅れは取り戻せる範囲である。
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| 今後の研究の推進方策 |
STMによる表面再構成構造作製時における原子像観察により、Si上のGaSbが低温・低成長レートで堆積させた場合に何故、成長方向が一方に偏るのかを明らかにする。
単結晶GaSb薄膜を用いたpMOSFETの作製のため、デバイスプロセスの検討に入る。
ゲート絶縁膜のAl2O3膜の堆積条件の最適化を行う。
リーク電流低減を目的としたSOI基板の導入や薄膜構造或いはデバイス構造の見直しを進める。
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