次世代コンピューティング技術構築に向けた高速サブバンド間遷移不揮発メモリの開発

本研究では、窒化ガリウム系共鳴トンネルダイオード（GaN系RTD）でのサブバンド間遷移現象を用いることで、ピコ秒オーダー動作の高速な不揮発メモリを実現することを目指している。本研究課題では、この実現のために、（１）Siデバイスや他の不揮発メモリとのハイブリット集積化を可能にする結晶成長技術と（２）ナノメートルオーダーまでのメモリ微細化技術を確立することを予定している。令和3年度及び令和4年度は、（１）の結晶成長技術確立に向けて、令和2年度までに開発した窒素キャリアガスとTMInサーファクタントを用いたGaN/AlNヘテロ界面改善技術と、低温成長AlGaN層とAlN層を用いた歪緩和技術を用いることで、良質なGaN/AlN系RTDをSi(111)基板上に作製することを検討した。その結果、ピット状の結晶欠陥や貫通転位密度の少ないGaN/AlNヘテロ界面を形成することに成功し、ON/OFF比＞440、高速書き込み時間＜9 ns（装置時間分解能）などの良好な不揮発メモリ動作を、Si(111)基板上でも実現することに成功した。また、これらの成果を、2022年秋季応用物理学会学術講演会で発表した結果、第20回応用物理学会Poster Awardを受賞することに成功した。また、（２）の微細化技術の確立に向けて、EB描画とICPドライエッチングを用いた直径nmオーダーの微細メサ構造形成技術やSiNを用いた微細メサ構造埋め込み技術などのプロセス基盤技術を構築した。最終年度は、これらの結晶成長技術とプロセス技術を用いることで、Si(111)基板上に微細GaN/AlN系RTDを作製し、良好な不揮発メモリ動作の実現を目指す。

本研究では、窒化ガリウム系共鳴トンネルダイオード（GaN系RTD）でのサブバンド間遷移現象を用いることで、ピコ秒オーダー動作の高速な不揮発メモリを実現することを目指している。本研究課題では、この実現のために、（１）Siデバイスや他の不揮発メモリとのハイブリット集積化を可能にする結晶成長技術と（２）ナノメートルオーダーまでのメモリ微細化技術を確立することを予定している。令和3年度及び令和4年度は、（１）の結晶成長技術確立に向けて、令和2年度までに開発した窒素キャリアガスとTMInサーファクタントを用いたGaN/AlNヘテロ界面改善技術と、低温成長AlGaN層とAlN層を用いた歪緩和技術を用いることで、良質なGaN/AlN系RTDをSi(111)基板上に作製することを検討した。その結果、ピット状の結晶欠陥や貫通転位密度の少ないGaN/AlNヘテロ界面を形成することに成功し、ON/OFF比＞440、高速書き込み時間＜9 ns（装置時間分解能）などの良好な不揮発メモリ動作を、Si(111)基板上でも実現することに成功した。また、これらの成果を、2022年秋季応用物理学会学術講演会で発表した結果、第20回応用物理学会Poster Awardを受賞することに成功した。また、（２）の微細化技術の確立に向けて、EB描画とICPドライエッチングを用いた直径nmオーダーの微細メサ構造形成技術やSiNを用いた微細メサ構造埋め込み技術などのプロセス基盤技術を構築した。最終年度は、これらの結晶成長技術とプロセス技術を用いることで、Si(111)基板上に微細GaN/AlN系RTDを作製し、良好な不揮発メモリ動作の実現を目指す。