Development of Ultra-high Performance InGaSb Channel THz Transistors

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テラヘルツ領域で動作する極限性能トランジスタの開発は様々なテラヘルツ応用技術への道を拓く喫緊の課題である。本研究は、現実的なラフネス散乱と寄生インピーダンスの下で最も遮断周波数が高く、雑音指数が低くなるチャネル構造は何かという「問い」に対し、InGaSbチャネルの導入と歪みバンドエンジニアリングにより、電子有効質量の観点からチャネル構造を最適化設計し、デバイス試作をして特性を実証する。従来の性能を凌駕するテラヘルツ領域極限性能トランジスタの開発を目的とするが、Sb系半導体に限らず全てのナローギャップ半導体においてエネルギーバンド構造が高速性、低雑音性、低電圧性等に及ぼす影響を包括的に解明することがその根本にある更なる「問い」であり、これによりワイドギャップ半導体とは異なるナローギャップ半導体の新たな学術分野を開拓する。これまでに、SPICEシミュレータと量子補正モンテカルロ（QC-MC）シミュレータを統合した寄生インピーダンスを厳密に考慮できるデバイスシミュレータを開発した。また成長初期核と界面の制御に加えAlSb/GaSbバッファ層の構造と成長条件を検討し、貫通転位と積層欠陥が低減し電子移動度μeが向上する条件を見出した。さらにQC-MCシミュレータにより構造設計したチャネルにスケーリングを施したInGaSb HEMTの試作を行い、fT=301 GHzの特性を得た。シミュレーションと実験の両面から遅延時間解析を行い、fTの向上には更なる寄生インピーダンスの低減が必要であることを明らかにした。そこで、寄生インピーダンスを低減するための低選択比エッチャントの開発を行なった。今後は、低選択比エッチャントやダブルリセス構造に最適化したエピ構造、μeをさらに増加させるためのステップバッファ構造やコンポジットチャネル、2次元電子濃度を増加させるためのダブルドープ構造などの検討を行う。