1997 Fiscal Year Annual Research Report
10ナノメートル級半導体量子箱の電子状態の解明とメモリー機能の探索
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09450136
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
榊 裕之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90013226)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野田 武司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (90251462)
高橋 琢二 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教授 (20222086)
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| Keywords | InAs量子箱 / 自己形成 / 逆HEMT / メモリー機能 / 光検出器 / 電子状態 / クーロン相互作用 / 容量・電圧分光法 |
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| Research Abstract |
GaAs/n-A IGaAsヘテロ接合の界面に伝導チャネルを設けた(逆)HEMT(高電子移動度トランジスタ)構造において、チャネルとゲートの間に自己形成InAs量子箱を導入した素子構造を形成した。この素子でゲート電圧を0.9V以上にすると、チャネルの電子が量子箱に流入して捕縛されるため、トランジスタの閾値電圧がΔVだけ正方向にシフトしてメモリー機能が達成された。この特性の解析から、各量子箱に捕縛される電子は一個であることが判明した。その原因は荷電したInAs量子箱はクーロン電界の作用で、二個目の電子の流入を防げるとともに、仮に二個目の電子が流入してもそのトンネル放出レートが高いために、元の状態に復帰することによる。このメモリー素子に光を照射し、量子箱内に電子・正孔対を形成すると、正孔一個を捕縛した状態ができ、トランジスタの閾値が負にシフトするため光検出器となることも見出した。
このメモリー素子の電荷保持特性をよりよく制御するために、10nm級のInAs量子箱をAIGaAs中に埋め込んだ構造で、電子や正孔の量子準位をフォトルミネッセンスおよび容量・電圧分光法で調べつつある。その結果、低温で成長したサイズの小さな量子箱では、母体となるAIGaAs中のアルミニウム組成を増すにつれて、電子の量子準位が約200meVまで上昇すること、高温での成長で作られたやや大きめの量子箱では、その効果が小さいことを見出している。
今後は、量子箱への流入・流出のダイナミックスを調べるとともに、量子箱の積層化や超薄膜化、高密度化のための諸方策に検討を加えていく。
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[Publications] G.Yusa: "MBE growth of novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures with embedded InAs quantum traps and their transport characteristics" Journal of Crystal Growth. 175/176. 730-735 (1997)
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[Publications] G.Yusa: "Trapping of photogenerated carriers by InAs quantum dots and persistent phtoconductivity in novel GaAs/n-AlGaAs field-effect transistor structures" Appl.Phys.Lett.70(コ). 345-347 (1997)
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[Publications] T.Inoshita: "Density of States and Phonon-Induced Relaxation of Electrons in Semiconductor Quantum Dots" Physica B. 227. 373-377 (1997)
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[Publications] T.Inoshita: "Electron-Phonon Interaction and the So-Called Phonon Bottleneck in a Semiconductor Quantum dots" Phys.Rev.B56. 4355-4358 (1997)
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[Publications] M.Narihiro: "High Magnetic Fields in the Physics of Semiconductors II" Magneto-tunneling study of zero-dimensional electronic states in self-organized InAs quantum dot, 4 (1997)
