AFM陽極酸化法によるInAs量子ドット位置制御法の開発およびSETへの応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13450124
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小長井 誠 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40111653)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 明 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 助教授 (40220363)
• Keywords: ヒ化インジウム / III-V族化合物半導体 / 単一電子デバイス / 原子間力顕微鏡 / ナノ加工 / 量子ドット

Research Abstract

本研究の目的は、基板および量子ドットの材料固有の格子定数の差による歪を利用した、Stranski-Krastanov成長モードによるInAs量子ドット作製技術を確立するとともに、これまで本研究室で行ってきたGaAsの原子間力顕微鏡(AFM)による陽極酸化加工技術を組み合わせることにより量子ドット一つ一つの位置を制御し、これを単一電子デバイスの形成へ応用することである。
InAs量子ドットの作製技術を確立するにあたり、位置制御を視野に入れた、量子ドットの低密度化を目指し成長条件を検討した。また、AFM陽極酸化加工技術のさらなる改良のために、印加電圧にパルス電圧を用い、酸化物のアスペクト比の改善を試みた。以下に本研究で得られた成果をまとめる。
1.InAs量子ドットは、基板温度530℃と比較的高温での成長時に低密度になることを確認した。
2.InAs量子ドットを基板温度480℃で作製した後、その場で530℃のアニール処理を施すことによっても低密度になることが分かった。また、量子ドットが[11^^-0]方向に移動しやすいとの知見も得られた。
3.パルス電圧印加加工が酸化物のアスペクト比改善に有効であることを示した。加工条件の最適化および酸化物の選択エッチングを行った結果、幅40nm深さ方向のアスペクト比0.15を有する溝構造を形成した。
今後は、InAs量子ドットの位置制御に向けた製膜技術開発を行う。これには、フォトリソグラフィ技術を用いてあらかじめ半絶縁性GaAs基板上に人工的な段差を[110]方向もしくは[11^^-0]方向に形成し、この基板を用いてInAs量子ドットの作製およびアニール処理を行い、量子ドットの形状等を評価する。また、AFM陽極酸化加工技術の確立のためにDFM(ノンコンタクトモードAFM)陽極酸化加工を試み、幅10nm、深さ2〜4nm、アスペクト比0.2〜0.4の酸化物を形成する。