電子波共鳴特性向上のための有機金属気相成長ヘテロ界面の原子オーダ平坦化の研究

本研究では、InP/GaInAs共鳴トンネルダイオードを有機金属気相成長法により作製し、実測したデバイスの電流・電圧特性から結晶成長条件とヘテロ界面の原子オーダとの関係を明らかにした。有機金属気相成長装置により結晶成長を行った。この現有装置では、III族有機金属材料としてトリエチルインジウム、トリエチルガリウムを、V族材料としてフォスフィン、アルシンを用いた。それら材料ガスの流量および切り換え時間を制御することにより、原子オーダで平坦な成長表面、具体的には原子層ステップと均等幅の平坦テラスを実現するための成長速度、成長温度を調べた、。まずInP(100)基板をフォスフィン中において600℃で7分間熱処理し、その後InPを10nmホモ成長し30秒のアニールすることにより元基板上に平坦化面が比較的容易に得られることがわかった。得られた平坦化面上に、種々の成長条件でInP或いは格子整合したGaInAsを成長させ、成長条件と成長モードとの関係を検討した。得られた結果から成長モードの理論解析を行い、ステップフローおよび2次元核成長を生じる条件を明らかにした。成長表面の原子オーダでの凹凸形状の観察には原子間力顕微鏡を用いた。平坦化成長条件を用いてInP/GaInAs共鳴トンネルダイオード元ウエハを作製した。現有のプロセス装置により18μm径のCr/Au電極を形成し、共鳴トンネルダイオードを作製した。試作した共鳴トンネルダイオードの電流-電圧特性の2階微分特性から共鳴エネルギー幅を評価し、ステップフロー成長により、共鳴準位幅が数十meVに狭搾化できることを明らかにした。

本研究では、InP/GaInAs共鳴トンネルダイオードを有機金属気相成長法により作製し、実測したデバイスの電流・電圧特性から結晶成長条件とヘテロ界面の原子オーダとの関係を明らかにした。有機金属気相成長装置により結晶成長を行った。この現有装置では、III族有機金属材料としてトリエチルインジウム、トリエチルガリウムを、V族材料としてフォスフィン、アルシンを用いた。それら材料ガスの流量および切り換え時間を制御することにより、原子オーダで平坦な成長表面、具体的には原子層ステップと均等幅の平坦テラスを実現するための成長速度、成長温度を調べた、。まずInP(100)基板をフォスフィン中において600℃で7分間熱処理し、その後InPを10nmホモ成長し30秒のアニールすることにより元基板上に平坦化面が比較的容易に得られることがわかった。得られた平坦化面上に、種々の成長条件でInP或いは格子整合したGaInAsを成長させ、成長条件と成長モードとの関係を検討した。得られた結果から成長モードの理論解析を行い、ステップフローおよび2次元核成長を生じる条件を明らかにした。成長表面の原子オーダでの凹凸形状の観察には原子間力顕微鏡を用いた。平坦化成長条件を用いてInP/GaInAs共鳴トンネルダイオード元ウエハを作製した。現有のプロセス装置により18μm径のCr/Au電極を形成し、共鳴トンネルダイオードを作製した。試作した共鳴トンネルダイオードの電流-電圧特性の2階微分特性から共鳴エネルギー幅を評価し、ステップフロー成長により、共鳴準位幅が数十meVに狭搾化できることを明らかにした。