半導体量子位相デバイス

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06238104
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 古屋 一仁 東京工業大学, 工学部, 教授 (40092572)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥村 次徳 東京都立大学, 工学部, 教授 (00117699) ; 蒲生 健次 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029445) ; 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226) ; 平本 俊郎 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20192718) ; 生駒 俊明 テキサスインスツルメント, 研究員
• Keywords: 電子波コヒーレンス長 / エッジ量子細線 / Si量子細線 / 細線MOSFET / クーロンブロッケード振動 / 電解液中STM

Research Abstract

共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたコヒーレンス長評価法を提案しGaInAs中のコヒーレンス長は70〜110nm以上であることを実験的に明らかにした。有機金属気相成長(OMVPE)、電子ビーム露光(EB)、化学エッチングの組み合わせにより40nm間隔のスリットとこれの埋め込み後に40nmの精度で位置合わせした70nm周期微細電極の形成を達成した。(古屋)
Siにおける量子デバイスをLSIデバイスと集積する目的で,LSIプロセスと互換性のあるプロセスで制御性良く均一なSi量子細線を作製することに成功した.本方法では,結晶面方位による異方性エッチングを用い,リソグラフィ限界より小さい量子細線の作製が可能である.線幅は10nm以下と見積もられる.細線形成後の酸化によりさらに細線を細くすることも可能である。本方法の開発により,Si量子デバイス作製の基礎が固まったといえる.(生駒)
Siにおける量子デバイスを実現する目的で,LSI互換プロセスを用いてSi量子細線MOSFETを作製し,室温において単一電子現象であるクーロンブロッケード振動を観測することに成功した.低温では,この振動は複数のピークに分裂する.理論的考察の結果,細線MOSFETのチャネル部分が複数のドットに分裂していることを明らかにした.本研究により,室温動作Si量子デバイスの実現に一歩近づいたといえる.(平本)
へき開再成長法を用いて5〜10nm寸法のT型GaAs量子細線を作製し、一次元励起子を形成し、その特色を調べた。特に、横方向閉じ込めによって、励起子の束縛エネルギーはバルク値の7倍以上に増大し、その波動関数は横方向に収縮することを見出した。また、幅50〜100nmのエッジ量子細線の伝導特性や電子状態を調べ、観測されたサブバンド間隔(3meV)とほぼ一致するなどの新知見を得た。(榊)
真空一貫プロセスによる埋め込み量子構造の作製をめざして、結晶成長中断およびその場FIB注入の効果を検討している。成長中断界面のデプレーシヨンの量がドープ量に依存している。実験結果が得られ、数値計算によりその現象はバンドエッジ付近の浅い界面準位の影響であることが明らかとなった。低エネルギーFIBをその場注入した構造では、再成長の後800℃でアニールすることによりドーパントを活性化できることが明らかとなった。(蒲生)
電解液中STMを用いて、GaAs表面を5-10nmのスケールで局所的にエッチングを行った。探針材料として種々の金属を電気化学的に比較検討した結果、この目的にはReが最適であることがわかった。また、同様の局所エッチングはNiイオンを含む電解液中でも可能である。この局所的なエッチングは、その基板電位依存性および基板不純物濃度依存性から、STM探針からの正孔注入によるものと考えられる。(奥村)

Research Products

• [Publications] Y. C. Kang, M. Suhara, K. Furuya and R. Koizumi,: "“Evaluation of hot electron coherentlength using well width dependence of the resonancecharacteristics of resonant tunneling diodes"" Jpn. J. Appl. Phys.34. 4417-4419 (1995)
• [Publications] H. Hongo, J. Suziki, M. Suhara, Y. Miyamoto, and K. Furuya,: "“Nanostructurealignment for hot electron interferebce/diffraction devices"" Jpn. J. Appl. Phys.34. 4436-4438 (1995)
• [Publications] M. Suhara, R. Takemura and K. Furuya: "“Possibility of high-temperatureevaluation of phase coherentlength of hot electrons in triple-barrierresonant tunneling diodes"" Jpn. J. Appl. Phys.34. 4452-4454 (1995)
• [Publications] T. Ikoma, T. Hiramoto, and K.Hirakawa,: "“Gap between Microelectronics and Nanoelectronics"" to be published in Inst. Physics Conference Series.(1996)
• [Publications] H. Ishikuro, T. Saraya, T. Hiramoto, and T. Ikoma: "“Extremely Large Amplitude of Random Telegram Signals in a Very Narrow Split-Gate MOSFET at Low Temperatures"" 342-345 (1995)
• [Publications] T. Hiramoto, H. Ishikuro, T. Fuji,T. Saraya, G. Hashiguchi, and T. Ikoma: "“Characterization of Precisely Width-Controlled Si Quantum Wires Fabricated on SOI substrates"" 3rd International Symposium onNew Phenomena in Mesoscopic Structures, Maui, Hawaii. 296-299 (1995)
• [Publications] H. Ishikuro, T. Saraya, T. Hiramoto, and T. Ikoma: "“Extremely Large Amplitude Random Telegraph Signals in a Very Narrow Split-Gate MOSFET at Low Temperatures"" to be published in Japanese Journal of Applied Physics.(1996)
• [Publications] T. Hiramoto, H. Ishikuro, T. Fuji,T. Saraya, G. Hashiguchi, and T.Ikom: "“Characterization of Precisely Width-Controlled Si Quantum Wires Fabricated on SOI substrates"" to be published in Physics B.(1996)
• [Publications] T.Hiramoto(Invited): "“Future Trend of Scaled LSI Devices and Single Electronics"" Proceedings of 1995 International Semiconductor Device Research Symposium, Charlottesville, USA. 801 (1995)
• [Publications] T. Someya, H. Akiyama, and H. Sakai: "Laterally squeezed excitonic wave function in quantum wires," Phys. Rev. Lett.74. 36645 (1994)
• [Publications] T. Someya, H. Akiyama,and H. Sakai: "Spatially resolved photoluminescence study on T-shaped quantum wires,fabricated by cleavededgeovergrowth method," J. Appl. Phys.74. 3664 (1995)
• [Publications] H. Akiyama, T. Someya, and H. Sakai: "Optical anisotropy in 5nm-scale T-shaped Quantum Wires Fabricated by CleavedEdgeOvergrowth Method," to be published in Phys. Rev. B.(1996)
• [Publications] M. Yamauchi, Y. Nakamura, Y. Kadoya, H. Sugawara, and H. Sakai: "Electronic states in edgequantum wires on GaAS/AlGaAs facet structures" to be published in Jpn. J. Appl. Phys.(1996)
• [Publications] J. Yanagisawa, H. Nakayama, F. Wakaya, Y. Yuba, and K. Gamo: "“Formation of Buried Two-Dimensional Electron Gas in GaAs by Si Ion Doping Using MBE-FIB Combined System"" to be published in Mat. Res. Soc. Symp. Proc.(1996)
• [Publications] F. Wakaya, T. Matsubara, J. Yanagisawa, Y. Yuba, S. Takaoka, K. Murase and K. Gamo: "“Investigation of the growth interruption in the UHV total vacuum process for the buried quantum structures" to be published in Microelectronic Engineering.(1996)
• [Publications] F. Wakaya, T. Matsubara, H. Nakayama, J. Yanagisawa, Y. Yuba, S. Takaoka, K. Murase and K. Gamo: "“Effects of grwth interruption and FIB implantation in the UHV total vacuum process for the buried mesoscopic structures"" submitted to Physica B. (1996)
• [Publications] T. Okumura, C. Kaneshiro, M. Shimura, and S. -I. Yamamoto,: "Photoelectrochemical Process for Fabrication of Abrupt Metal-GaAs Interfaces" Electrochemical Microfabrication,ECS Proceedings,. Vol. 94-32,. 374-389 (1995)
• [Publications] C.Kaneshiro,T.Okumura: "“Nanofabrication on n-GaAs Surface by Scanning Tunneling Microscope in Ni-salt Solution,"" 13th International vacuum Congress,9th International Conf. on Solid Surfaces, Yokohama. (1995)
• [Publications] Chinami Kaneshiro, Tsugunori Okumura,: "Structures on n-GaAs Surfaces by Electrochemical Scanning Electron Microscope" 3rd International Symp. New Phenomena in Mesoscopic Structures,Hawaii23GE19:1995.