名大，安価で無毒なテラヘルツデバイスに知見

名古屋大学の研究グループは，シリコン（Si），ゲルマニウム（Ge），スズ（Sn）というIV族元素のみで構成されるGeSn/GeSiSn二重障壁構造を超高品質に形成する新技術を開発し，テラヘルツ発振に必要な共鳴トンネルダイオード（RTD）を室温で動作させることに世界で初めて成功した（ニュースリリース）。

超高速大容量無線通信の実現に向けて，テラヘルツ波の小型発振器としてRTDが有望視されている。現在のテラヘルツ帯で発振可能な小型RTDはIII-V族化合物半導体で構成されるが，希少かつ有害な元素であるInやAsなどが含まれるため，低コストかつ無毒なIV族半導体による高出力なRTD実現が嘱望されている。

IV族半導体の中でも，Sn含有IV族混晶（GeSn，GeSiSn）からなるGeSn/GeSiSn二重障壁構造で構成されるRTDは，III-V族化合物半導体RTDに匹敵する高出力な発振器実現が期待できる。しかし，GeSn/GeSiSn RTDの動作温度は10Kという低温に留まっており，その動作温度の向上が課題だった。

研究では従来の低温成長に加えて，GeSn/GeSiSn成長中へのH₂ガス導入に注目し，GeSnとGeSiSnの成長中にH₂ガスを導入した場合，GeSnとGeSiSnにH₂ガスを導入しなかった場合，GeSn成長中にのみH₂ガスを導入した場合の3つの試料を作製した。

その結果，GeSn成長中にのみH₂ガスを導入することで，GeSnとGeSiSnが層状成長を維持し，界面での各層のミキシングの発生を抑制できることが分かった。また，GeSiSn層へのH₂ガス導入では，品質劣化を招くことを明らかにした。

今後，導入するH₂ガスの分圧に対するGeSiSn層が層状成長と島状成長の誘起されやすさや，その物理的要因を解明することで，GeSn/GeSiSnのさらなる高品質化も期待できるとする。

GeSn層にのみH₂ガスを導入して作製したGeSn/GeSiSn DBSから，RTDを試作し，電流密度-電圧特性をさまざまな測定温度で評価した結果，10Kだけでなくさまざまな温度で約2Vの電圧位置でNDRの発現を確認し，世界で初めて室温（300K）でのNDR発現に成功した。

この成果は，GeSn/GeSiSn RTDという，オールIV族混晶半導体による高出力・高性能なRTD実現につながるもの。研究グループは，安価で環境に優しいテラヘルツ帯半導体デバイスなどの創出を目指すとしている。