Ⅲ‐Ⅴ族ｐチャネルＭＯＳＦＥＴのための価電子帯エンジニアリングと界面双極子制御

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24246058
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 安田 哲二 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究部門長 (90220152)
• 研究分担者: 前田 辰郎 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 主任研究員 (40357984) ; 宮田 典幸 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノエレクトロニクス研究部門, 研究グループ長 (40358130) ; 大竹 晃浩 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料研究ユニット, 主幹研究員 (30267398) ; 奈良 純 独立行政法人物質・材料研究機構, 理論計算科学ユニット, 主任研究員 (30354145) ; 藤代 博記 東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (60339132)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 電子・電気材料 / Ⅲ－Ⅴ族化合物半導体 / 表面・界面物性 / MOSFET / エピタキシャル成長

研究実績の概要

MBEによりGaSb上へHfO2成長した試料につき、界面双極子と界面準位に着目した可変温度電気測定を行い、界面Sb-O結合が熱分解すると双極子が消失し、生成したSb原子がバンドギャップの伝導帯側に界面準位を形成する事を示唆する結果を得た。GaSbの表面処理に関して、量産に適した低温水素プラズマ処理により表面荒れを起こさずに清浄GaSb表面を得られることを実証した。この清浄表面に対して窒化処理を行う事により、界面双極子制御や低界面準位化が期待される高純度窒化層の形成が可能であることが分かった。
GaSb pMOSFET試作に関して、(111)A面上のMBE成長中にSiドーピングを行うことによりn型チャネルが得られることを見出した。応用上重要なSi(100)基板上について、ナノコンタクトヘテロエピ法により表面テラス幅が100 nmに達する良質なGaSb層形成に成功した。このGaSb/Si 基板を用いたpMOSFETについては、デバイス特性取得には至らなかったが、要素プロセス開発を完了した。
MOSFETの構造設計と特性解析のために、量子補正モンテカルロ法を用いて、チャネル材料をInGaAs、GaAs、InPとしたダブルゲートMOSFET内で発生する遅延時間の解析を行った。InGaAsではドレイン端でのバンド間遷移のため運動量・エネルギー緩和による遅延が顕著である一方、InPはチャネル内の逆方向散乱が少なく、ドレイン端でバンド間遷移が起こり難いため、全遅延時間が最も小さくなることが判明した。また、第一原理計算を用いて、良好なnMOSFET特性を示すInGaAsをpMOSFETに用いる際の価電子帯エンジニアリングに関してInGaAsのカチオンの並びが異なる構造に着目した検討を行い、有効質量がカチオンの並びによって大きく影響を受けること、及び、異方性はあまり変化しないことを見出した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of HCl treatment and predeposition vacuum annealing on Al2O3/GaSb/GaAs metal–oxide–semiconductor structures (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Gotow, Sachie Fujikawa, Hiroki I. Fujishiro, Mutsuo Ogura, Tetsuji Yasuda, and Tatsuro Maeda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 021201-1～5
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.021201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical characteristics and thermal stability of HfO2 metal-oxide-semiconductor capacitors fabricated on clean reconstructed GaSb surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Miyata, Akihiro Ohtake, Masakazu Ichikawa, Takahiro Mori, and Tetsuji Yasuda
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 ページ: 232104-01～04
  • DOI: 10.1063/1.4882643
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] III-V DG MOSFETにおける遅延時間の発生メカニズムの解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢島悠貴、大濱諒子、藤川紗千恵、藤代博記
  • 雑誌名: 電子情報通信学会技術研究報告 巻: 114 ページ: 25～28
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] GaSb表面の純窒化プロセスの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 後藤高寛、藤川紗千恵、藤代博記、小倉睦郎、安田哲二、前田辰郎
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] Si(111)上でのGaSbヘテロエピタキシーとHfO2/GaSb MOSキャパシタの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大竹晃浩、間野高明、宮田 典幸、森 貴洋、安田 哲二
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Si(100)上のGaSbナノコンタクトへテロエピ成長とHfO2/GaSb MOS特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宮田典幸、大竹晃浩、市川昌和、森貴洋、安田 哲二
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] 窒素プラズマ処理を施したAl2O3/GaSb MOS構造の特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 後藤高寛、藤川紗千恵、藤代博記、小倉睦郎、安田哲二、前田辰郎
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Comparison of delay times in III-V MOSFETs with various channel materials (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Yajima, R. Ohama, S. Fujikawa and H. I. Fujishiro
  • 学会等名: 第34回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: ラフォーレ修善寺（静岡県伊豆市）
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-11
• [学会発表] Analysis of delay times in III-V MOSFETs with various channel materials (2014)
  • 著者名/発表者名: R.Ohama, Y.Yajima, A.Nishida, S.Fujikawa and H.I.Fujishiro
  • 学会等名: 41th International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS 2014)
  • 発表場所: Montpellier (France)
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-15