2015 Fiscal Year Annual Research Report
超高速新型トランジスタ実現に向けた新規酸窒化物半導体の創製
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14J05011
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松島 宏一 九州大学, システム情報科学府, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | エキシトニックトランジスタ / 酸窒化物半導体 / 真空紫外吸収分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．ラジカル計測に基づく精密な膜組成制御
本研究では，真空紫外吸収分光法によりZnInON成膜雰囲気中のO原子およびN原子密度の絶対密度を計測した．O2/N2流量比を0%から15%まで増加させたとき，N原子密度は2.7×1011 cm-3から9.7×1011 cm-3に増加した．一方，O原子密度はO2/N2流量比に依存せず，4.5×1011 cm-3と一定の値を示していた．プラズマ中の発光分光分析を行ったところ，N原子の生成量は変化していないことが分かった．これらの結果はO原子およびN原子のZnInON膜への取込み量が変化していること示している．この結果をもとにZnInON膜を作製することで化学量論組成のZnInON膜を実現した．
2．臨界膜厚の制御によるZnInONからのフォトルミネッセンス発光の観測
本研究ではZnOテンプレート上に化学量論組成のZnInON膜を作製し，成膜温度がZnInON膜の表面モフォロジーに与える影響を調べた．このとき成膜温度はRT-450℃，膜厚は15-100nmとした．膜厚15nmのZnInON膜では，成膜温度を350℃から450℃まで増加させると，ZnInON膜の表面モフォロジーがステップ-テラス構造から3次元島構造に変化した．膜厚を30nm，100nmまで増加させると,それぞれ250℃，150℃までステップ-テラス構造であり，さらに成膜温度を増加させると3次元島構造に変化した．これらの結果は成膜温度増加によりZnInON膜の臨界膜厚が減少することを示している．これは成膜温度増加により膜内に蓄積される歪エネルギーが増加するためと考えられる．従って低温形成により膜内の歪エネルギーを低減し，より大きな臨界膜厚を実現可能である．このRTで作製した膜厚100nmのZnInON膜のフォトルミネッセンス測定を行い，ZnInONからの発光の観測に初めて成功した.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
エキシトニックトランジスタの動作実証のためには，励起レーザによるZnInONからの発光が不可欠である．平成26度は，ZnInON井戸層がZnO障壁層に対してコヒーレント成長している量子井戸では，井戸層内にエキシトンが存在することを示す結果が得られた．しかしながら，量子井戸の層数が少ないため発光強度が弱く，励起レーザによるZnInON井戸層からの発光は確認できなかった．ZnInON井戸層からの発光を観測するため，量子井戸の層数を増加させたが，ZnInON井戸層からの発光は確認できなかった．これはZnInONの化学量論組成(ZnO)x(InN)1-xからのずれにより格子緩和が発生し，非発光中心の欠陥が増加したためであると考えられる．平成27度は，これらの課題を解決し，ZnInONからの発光を観測するため，(i)精密な膜組成制御，(ii) ZnInONがZnOに対してコヒーレント成長する臨界膜厚の制御を行った．その結果，膜厚100nmのコヒーレント成長したZnInON膜のフォトルミネッセンス測定を行い，ZnInONからの発光の観測に初めて成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究において，ZnInONからのフォトルミネッセンス発光の観測に初めて成功した．しかしながら，発光起源の同定には至っていない．まず低温フォトルミネッセンス測定を行い，発光起源の同定を行う．その後，エキシトンの再結合発光を測定し，エキシトン再結合発光の時間分解測定を行い，エキシトンの寿命，移動速度を決定する．また，井戸層幅変調により，ピエゾ電界強度と2次元エキシトンガス濃度及び寿命との相関を明らかにする．ピエゾ電界強度はデバイスシミュレーションにより算出する．その結果をもとに，エキシトニックトランジスタを試作し，室温動作実証を行う．
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Research Products
(7 results)
