エピタキシャルアルミナを用いたヘテロエピタキシャル成長基板とデバイス応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555093
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 石田 誠 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (30126924)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 直樹 山口大学, 工学部, 講師 (70252319) ; 澤田 和明 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (40235461) ; 若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (00230912)
• Keywords: エピタキシャル / アルミナ / Al2O3 / ヘテロエピタキシー / 窒化物半導体 / GaN / 強誘電体メモリ / 基板

Research Abstract

半導体デバイスを開発していく上で、ヘテロエピタキシャル成長を必要とする場合が多い。例えば、現在、化合物半導体の研究・開発のほとんどを占めているとも言える窒化物系半導体(GaN系)は、基板としてサファイアを用い、青色発光素子、レーザーとして実用化されている。酸化物超伝導膜、誘電体薄膜などの酸化物系薄膜成長の基板としてもサファイアは用いられている。しかし、サファイアを用いていることによる多くの問題点(価格,口径、熱伝導、絶縁体など)も存在する。サファイアと同じ単結晶のAl2O3薄膜をシリコン上に高品質に形成し、これをヘテロエピタキシャル成長基板とすることは、上記の点から、将来多くの展望を開くことができる。次世代半導体デバイス用のヘテロエピタキシャル用基板として、シリコンウエハ上に極薄い、サファイアと同じ単結晶Al2O3薄膜を高品質に成長させ、GaN、酸化物薄膜、SOIなどの成長に適したヘテロエピタキシャル成長用基板の特性を解明し、実用化に向けたAl2O3/シリコン基板を開発、研究をすることを目的として、本年度はAl2O3/Si基板上へのGaN薄膜,および強誘電体薄膜の成長を試みた.Al2O3/Si基板上へ成長したGaN薄膜はエピタキシャル成長膜は,サファイア上に成長したものと同程度の発光特性を示し,その有効性が確認できた.強誘電体メモリ応用を目指し,PZT薄膜をAl2O3/Si基板上にゾルゲル法を用いて堆積させた.Al2O3/Si基板上に成長させたPZT薄膜を用いてMFIS型のキャパシタを製作したところ,SiO2およびアモルファスのAl2O3に比べて大きなメモリウィンドが得られた.この結果は,エピタキシャルAl2O3/Si構造がPbに対してブロッキング効果があり,PZT成長用基板として有効であることを示している.

Research Products

• [Publications] A.Wakahara, H.Ohishi, H.Okada, A.Yoshida, M.Ishida: "Organometallic Vapor Phase Epitaxy of GaN on Si(111)with a γ-Al2O3 Epitaxial Intermediate layer"Abstracts of the 13th Int.Conf.on Crystal Growth,11th Int.Conf.on Vapor Growth and Epitaxy(July 30-Aug.4,Kyoto,2001). 308-308 (2001)
• [Publications] A.Wakahara, H.Ohishi, H.Okada, A.Yoshida, Y.Koji, M.Ishida: "Organometallic Vapor Phase Epitaxy of GaN on Si(111)with a γ-Al2O3 Epitaxial Intermediate layer"J.Crystal Growth. (in press). (2002)
• [Publications] A.Wakahara, N.Kawamura, H.Ohishi, H.Okada, A.Yoshida, M.Ishida: "Heteroepitaxial Growth of GaN on γ-Al2O3/Si Substrate by Organometallic Vapor Phase Epitaxy"Sensors and Materials. (accepted for publication). (2002)
• [Publications] M.Shahjahan, N.Takahashi, K.Sawada, M.Ishida: "Fabrication and Electrical Characterization of Ultra Thin Epitaxial γ-Al2O3 Gate Dielectric Films on Si(100)by Molecular Beam Epitaxy(MBE)"Extended Abstracts of International Workshop on Gate Insulator(IWGI). 160-164 (2001)
• [Publications] Daisuke Akai, Kazuaki Sawada, Makoto Ishida: "Highly(100)oriented PZT films on epitaxial Al2O3(100)on Si(100)"Abstracts of the 13th Int.Conf.on Crystal Growth,11th Int.Conf.on Vapor Growth and Epitaxy(July 30-Aug.4,Kyoto,2001). 331-331 (2001)
• [Publications] M.Shahjahan, K.Koji, K.Sawada, M.Ishida: "Fabrication of Resonance Tunnel Diode by γ-Al2O3/Si Multiple Heterostructures"Jpn.J.Appl.Phys. (in press). (2002)