鈴木研究室 鈴木 寿一 教授

Photo: 鈴木 寿一 教授

〈専門分野〉化合物半導体エレクトロニクス
〈キーワード〉ICTイノベーション、デバイス物理、半導体物性、電子デバイス

超高速エレクトロニクスのための化合物半導体材料・デバイス

研究内容

 現在のエレクトロニクスの主役であるSiデバイスは、微細化の進展によってその性能を向上させ、デジタル集積回路の分野で大活躍しています。一方、化合物半導体の中には、高い電子速度・直接遷移といった特徴を有する材料があり、そのいくつかは、高速エレクトロニクスや光エレクトロニクスの分野でデバイス応用されています。こうした高速エレクトロニクスや光エレクトロニクスのさらなる発展のためには、現在はまだその実力を充分に発揮していないものの、その将来が期待できる化合物半導体材料・デバイスに関する技術の進展が不可欠です。本研究室では、固体中での非常に高い電子速度が期待され、将来の超高速エレクトロニクスにおける高周波電子デバイス応用に有望なナローバンドギャップ半導体(InAs、InSbなど)とワイドバンドギャップ半導体(GaNなど)を対象として研究を進めています。
 これまで実用化されてきた化合物半導体デバイスの殆どは、下地となる基板に対して格子定数をほぼ整合させた結晶成長を利用しています。これは、格子定数の不整合が結晶欠陥をもたらし、デバイス応用上好ましくないためであり、このことが新しい化合物半導体のデバイス応用を制限していました。しかし、今後は、より多様な材料のデバイス応用を実現するために、格子不整結晶成長を上手に利用することが必要となります。本研究室では、分子線エピタキシー法を用いた化合物半導体の格子不整緩和結晶成長(メタモルフィック成長)を行い、この課題に取り組んでいます。この取り組みを通じて、結晶欠陥の密度低減を図るとともに、こうした材料を用いたデバイスの作製と特性計測・解析を行い、欠陥がデバイス特性に与える影響を明らかにしてゆきます。さらに、結晶欠陥密度の低い層だけを分離し、これを別種基板上でデバイス化する異種材料融合集積技術を開拓しています。
 デバイスの優れた高速動作に向けては、電子の走行距離を短縮するために、数十nmスケールの微細加工を用いたデバイス作製技術が必要です。このような技術で作製されたデバイスに対して周波数領域計測を行うことで、デバイス内微小領域での電子の動的挙動を実験的・理論的に解析します。このようにして、トランジスタの微細化限界に関する知見を得るとともに、その限界を打破するため、トンネル現象などを利用した新しい動作原理による超高速デバイスの探索を進めます。

使用装置

分子線エピタキシー結晶成長装置、X線回折装置、原子間力顕微鏡、透過型電子顕微鏡、電子線・紫外線露光装置、半導体パラメータアナライザ、ネットワークアナライザ

過去5年間の主な研究業績

  1. T. Sato, J. Okayasu, M. Takikawa, and T. Suzuki, AlGaN-GaN metal-insulator-semiconductor high-electron -mobility transistors with very high-k oxynitride TaOxNy gate dielectric, IEEE Electron Dev. Lett. 34 375 (2013).
  2. H.-A.Shih, M. Kudo, and T. Suzuki, Analysis of AlN/AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor structure by using capacitance-frequency-temperature mapping, Appl. Phys. Lett. 101 043501 (2012).
  3. C. T. Nguyen, H.-A.Shih, M. Akabori, and T. Suzuki, Electron distribution and scattering in InAs films on low-k flexible substrates, Appl. Phys. Lett. 100 232103 (2012).
  4. T. Suzuki, H. Takita, C. T. Nguyen, and K. Iiyama, Carrier recombination lifetime in InAs thin films bonded on low-k flexible substrates, AIP Advances 2 042105 (2012).
  5. 鈴木寿一、「2013化合物半導体技術大全」第2編 第1章 化合物半導体基板と結晶成長技術 (電子ジャーナル出版 2013).
連絡先

鈴木 寿一/E-mail:tosikazu@jaist.ac.jp TEL:0761-51-1441 FAX:0761-51-1455
URL:http://www.jaist.ac.jp/nmcenter/labs/suzuki-www/

学生の皆さんには、輪講などによって、将来エレクトロニクスの広い分野で活躍してもらうための素地を身に付けてもらうとともに、企業との共同研究を通じて、産業界の問題意識を感じてもらうことを希望しています。今後のエレクトロニクスを担う若い皆さんと力を合わせ、一歩一歩前進してゆきたいと考えています。