1998 Fiscal Year Annual Research Report
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09102001
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
福井 孝志 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 教授 (30240641)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本久 順一 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263)
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| Keywords | 有機金属気相成長 / 選択成長 / マスク基板 / 量子ドット / 量子細線 / 単電子素子・回路 / クーロンギャップ / 論理回路 |
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| Research Abstract |
平成10年度は、有機金属気相成長(MOVPE)法において、様々なマスクパターンを施した基板に対して選択成長を行うことにより、InAs量子ドットの位置制御や、また作製された量子ドットの光学的特性を明らかにした。同時に、量子ドットによる単電子トランジスタと量子細線から構成される論理回路(インバータ)を作製し、その電気的特性を評価した。
まず、一辺200nmの正方形のSiNマスクを周期的に配列したマスク基板を作製し、選択成長によりAlGaAsのメッシュ構造を形成する。その後、InAs量子ドットを成長した。その結果、下地となるAlGaAsメッシュ構造およびInAsの成長条件(成長温度、アルシン分圧、成長量等)を適切に制御することにより、メッシュ構造の交点付近、[110]方向に沿って、InAsドットが2個選択的に形成可能であり、またそのサイズが制御可能であることが明らかとなった。一方、円形の窓明けを行ったマスク基板に成長した、GaAsピラミッド構造上のInAs量子ドットの光学特性を、顕微フォトルミネセンス測定により評価した。その結果、半値幅の非常に狭い(0.57meV)、多数の発光ピークが観測され、これは、量子ドットにおける状態密度の0次元性を反映した、個々のInAs量子ドットからの発光に対応すると考えられる。
次に、選択成長により作製される単電子トランジスタの集積化を目的として、複数の電極を付加させたパターン基板に選択成長を行うことにより、単電子トランジスタと、量子細線トランジスタから構成される論理回路の作製を試みた。まず、単電子トランジスタとしての動作、すなわち、ドレイン電流-ゲート電圧特性におけるドレイン電流の振動、およびクーロンギャップのゲート電圧による変調を確認し、本手法により再現性良く単電子トランジスタが実現可能であることを確認した。次に、量子細線トランジスタを負荷抵抗として用いた、抵抗負荷インバータを実現すると同時に、そのインバーター動作を確認した。また、本手法により形成された量子ドットとトンネルバリアの形成メカニズムを明らかにするため、カソ一ドルミネセンス測定により成長膜厚の評価を行った。その結果より、成長膜厚の変調により2つの量子ドットと3つのトンネル障壁が形成されているというモデルを提案した。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] T.Umeda: "InAs Quantum Dot Formaion on GaAs Pyramids by Selctive Area MOVPE" Physica E. 2. 714-719 (1998)
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[Publications] K.Kumakura: "Fabrication and Transport Characterization of GaAs Quantum Dots Connected with Quan-tum Wires fabricated by Selective Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy" Physica E. 2. 809-814 (1998)
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[Publications] K.Kumakura: "Transport Characterization of GaAs Quantum Dots Connected with Quantum Wires Fabri-cated by Selective Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy" Solid State Electronics. 42. 1227-1231 (1998)
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[Publications] J.Motohisa: "Anomalous Excitation Intensity Dependence of Photoluminescence from InAs Self-assembled Quantum Dots" Solid State Electron.42. 1335-1339 (1998)
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[Publications] S.Hara: "Self-Organised InGaAs Quantum Wire Lasers on GaAs Multi-Atomic Steps" Electron.Lett.34. 894-895 (1998)
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[Publications] F.Nakajima: "GaAs Single Electron Transistors Fabricated by Selective Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy and Their Application to Single Electron Logic Circuits" Jpn.J.Appl.Phys. 38. 415-417 (1999)
