2004 Fiscal Year Annual Research Report
有機金属気相成長高密度量子ナノ構造による単電子集積エレクトロニクス
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13GS0001
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
福井 孝志 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (30240641)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 英機 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60001781)
雨宮 好仁 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (80250489)
本久 順一 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263)
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
葛西 誠也 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (30312383)
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| Keywords | 有機金属気相成長 / 選択成長 / 量子ナノ構造 / 単電子トランジスタ / 2分岐決定ダイアグラム / カゴメ格子 / フォトニック結晶 |
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| Research Abstract |
平成16年度は、有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法による量子ナノ構造を利用した単電子素子・単電子回路の実現と、高密度量子ナノ構造の周期配列の形成技術の確立を目的として、以下の研究を行った。
1.選択成長により作製したリッジ型量子細線と、自己形成InAs量子ドットを組み合わせた、フローティングゲート型の単電子メモリーの試作とその評価を行った。線状にマスク基板の窓明けを行った基板に対してMOVPE選択成長を行うことにより、リッジ構造の頂上部に選択ドープAlGaAs/GaAsダブルヘテロ構造を形成した後、その上部にInAs量子ドットを成長させる。そして、細線の両端にソースおよびドレイン電極、GaAs細線チャネルとInAsを覆うようにゲート電極を形成する。量子ドットにおける電子の有無によりメモリーの0/1を決定するが、ゲート電圧を制御することにより、量子ドット中の電子の帯電状態を変化させ(書き込み)、その状態をソース・ドレイン間の電流あるいは抵抗により読み出す。試作した素子を温度20Kで評価した結果、ドレイン電流に、ゲート電圧に対する明瞭な時計回りのヒステリシスが観測された。印加するゲート電圧の最大値を変化させる実験、あるいはヒステリシスの幅やしきい値のシフト量およびその温度依存性、さらにゲート電圧を変化させた後の時間応答などの実験結果により、このヒステリシスが、ゲート側から注入された電子が量子ドットに保持されることに起因することが示された。これにより、今回試作した素子が単電子メモリーとしての基本的な機能を有することが示された。
2.単電子素子の高温動作化を目的として、選択成長を用い、新しい種類のナノ構造の作製を試みた。具体的には、円形あるいは6角形のマスク開口部を有するGaAs(111)B基板に対して選択成長を行うことにより、直径50nm、長さは9μmにもおよぶ、GaAsナノワイヤ構造の作製に成功した。そして、このナノワイヤを単電子素子へと応用するプロセス手法を考案した。
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