ヘテロカップリングを用いた電子速度変調効果と赤外検出器及びFETへの応用

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555108
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 永宗 靖 工業技術院, 電子技術総合研究所, 主任研究官 (20218027) ; 秋山 英文 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (40251491) ; 野田 武司 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90251462) ; 高橋 琢二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (20222086)
• Keywords: ヘテロカップリング / 電子速度変調 / 2重量子井戸 / 共鳴 / 非共鳴 / 共鳴散乱 / 非局在状態 / 共鳴結合

Research Abstract

性質の異なる2つの量子井戸間の結合(ヘテロカップリング)による電子速度変調効果を調べるため、片側の量子井戸中央にのみ散乱体として不純物をドープした伝導度の大きく異なる2重量子井戸構造を作製し、その共鳴/非共鳴による速度変調効果を調べた。まず、この構造についての理論計算を行い速度変調効果についての検討を行った。次にこの構造をMBE法により作製し、FET構造を試作した。非共鳴状態では、チャネル中の電子(の波動関数)は各々の量子井戸に独立に存在する。しかし、ゲート圧力Vgを制御すると、共鳴し電子は両チャネル間に広がった非局在状態へ変化する。このとき散乱が強められ、チャネル抵抗Rが急峻に増大する。試作したデバイスでは、低温でVg-R特性に顕著な構造が生じ、ピーク/バレー比が〜3に至る大きな正負両極の伝達コンダクタンス特性を示し、共鳴/非共鳴による速度変調効果を実現した。
さらには、不純物の代わりに周期ポテンシャルを片側の量子井戸に重畳したデバイスについて理論計算を行い、Vgにより電子の有効質量を共鳴的に制御しスイッチング動作が可能であることを指摘した。
次に、2重量子井戸における波動関数の共鳴トンネル結合現象が(1)不純物などの乱雑ポテンシャルや
(2)2重量子井戸と平行に印加された磁場によりどのように影響を受けるかについて調べた。
(1)については、ホール効果の磁場依存性をVgについて系統的に調べ、各々のチャネルの電子移動度を評価した結果、共鳴散乱による移動度変調効果が400%に至ることを実験から明らかにした。また、移動度変調効果を強調するために散乱体の密度を増大させると共鳴結合が不完全になることも示し、理論計算と合わせてデバイス設計の指針を提示した。

Research Products

• [Publications] H. Sakaki et al.: "Transport properties of two-dimensinal electron gas in AlGaAs/GaAs selectively doped heterojunctions with embedded In As quantum dots" Applied Physics Letters′. 67. 3444-3446 (1995)
• [Publications] Y. Ohno, and H. Sakaki: "Gate-controlled modulation of eletronic states and conductance in coupled quantum wells having an in-plane periodic potential" Solid State Electronics. (発表予定). (1996)