化合物半導体ナノワイヤの作製及びデバイス応用に関する研究

化合物半导体纳米线制备及器件应用研究

基本信息

批准号：
09J01820
负责人：
佐藤拓也
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J01820/
关键词：
半導体ナノワイヤ MOVPE選択成長法 MISFET

项目摘要

前年度はInPコア径80nm、InAsシェル膜厚10nmを有する100nm径のInAsチューブチャネル構造の作製を行い、横型ナノワイヤFETの作製に成功した。本年度では前年に引き続きInAsチューブチャネル構造を用いたFETの作製を行い、主に「チューブチャネル構造の最適化」することで更なるデバイス特性の向上を試みた。今回は(1)n-InPコア/InAsシェル構造、(2)InPコア/InAsシェル/InPシェル構造の二種類の構造を作製しそれぞれの特性を評価した。(1)これまではInPコア層をノンドープとしていたが、InP成長中にSiH_4を供給することにより変調ドープを行った。この構造ではInPコアからInAsへのキャリア供給により電流量の増加が期待されon/off比の向上が見込まれる。実際にソース・ドレインの二端子測定において1桁以上の電流量の増加を確認することが出来た。しかしながら、キャリアが増加したことで、ナノワイヤを空乏化させることが難しく良好なFET特性を得ることは出来なかった。(2)次にSスロープ向上のためにInAs/ゲート絶縁膜界面準位の影響を低減するためにInAsチューブ構造の成長後、InPシェルを形成した。InPが最表面であるこの構造ではオーミック形成が困難であったため、InPシェルにSiH_4ドーピングすることによりコンタクト抵抗の低減を試みた。これにより良好なオーミック特性を得た。しかしながらキャリアがナノワイヤ表面に存在しているため横型FET構造では特性の改善が見られなかった。そのため縦型においてサラウンディングゲート構造を形成する必要があると考えられる。ナノワイヤは短チャネル効果の抑制、相互コンダクタンスの上昇といった利点を持つサラウンディングゲートFETへの応用等の観点から、半導体ロードマップ上でも高い評価を受けており、本研究でナノワイヤがFETとして優れた特性を示すことは非常に重要である。更にチューブチャネル構造といった新構造を提案することでナノワイヤの新たな可能性を見出すことが出来る。

去年，我们制作了直径为100nm的InAs管沟道结构，InP核直径为80nm，InAs壳厚度为10nm，并成功制作了横向纳米线FET。今年，继去年之后，我们制作了采用InAs管沟道结构的FET，并主要通过“优化管沟道结构”来尝试进一步改善器件特性。这次，我们制造了两种类型的结构：（1）n-InP核/InAs壳结构和（2）InP核/InAs壳/InP壳结构，并评估了每种结构的特性。 (1) 到目前为止，InP核心层未掺杂，但通过在InP生长期间提供SiH_4来进行调制掺杂。通过这种结构，由于从InP核向InAs提供载流子，电流量预计会增加，并且预计开/关比会得到改善。事实上，在源极和漏极的两端测量中，我们能够确认电流量增加了一位以上。然而，由于载流子的增加，纳米线很难耗尽，无法获得良好的FET特性。 (2)接下来，为了改善S斜率并减少InAs/栅极绝缘体界面态的影响，在生长InAs管结构后形成InP壳。由于在这种以InP为最外表面的结构中欧姆形成很困难，我们尝试通过在InP壳中掺杂SiH_4来降低接触电阻。这导致了良好的欧姆特性。然而，由于载流子存在于纳米线表面，因此在横向FET结构中没有观察到特性的改善。因此，认为有必要形成垂直型的环绕栅结构。从应用于周围栅极FET的角度来看，纳米线在半导体路线图上受到高度评价，其具有抑制短沟道效应和增加互导的优点，而这项研究表明纳米线作为FET具有的优异特性非常重要。那此外，通过提出新的结构（例如管通道结构）可以发现纳米线的新可能性。