量子集積回路の実現に向けた高性能ナノショットキーゲート電極の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750223
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 佐藤 威友 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50343009)
• Keywords: ガリウムヒソ / ナノショットキー接触 / 分子線エピタキシャル成長 / 選択成長法 / 量子ナノ構造 / 量子集積回路 / 計算機シミュレーション / フェルミ準位ピンニング

Research Abstract

本研究課題では、微細ゲート電極形成技術および量子集積構造作製技術といった、量子集積回路の実現に向けた量子集積プロセスの開発を目的としている。平成15年度の研究成果は、以下のようにまとめられる。
1.MBE選択成長法を用いて、量子集積回路の基本構造として有望なヘキサゴナル量子ナノ細線ネットワーク構造の作製に成功した。
GaAs(001)加工基板上にMBE選択成長法により、<-110>方向-<510>方向の細線からなるヘキサゴナルGaAs/AlGaAsリッジ細線ネットワークの作製に成功した。細線の位置およびサイズは、成長条件と初期加工基板の設計により精密に制御可能である。また、構造および光学的特性の評価から、1mm四方以上(ヘキサゴナルノードで約1x10^7個分の領域)の広範囲にわたり、エネルギー半値幅20meVの均一な量子閉じこめ構造が形成されていることを確認した。同様に、GaAs(111)B加工基板を用いて、三回対称性を利用したヘキサゴナル細線ネットワークを形成することにも成功した。達成したヘキサゴナルノードの密度は、約10^9cm^<-2>であり、量子デバイスの高密度化に非常に有望な結果を得た。
2.MBE選択成長法により作製した量子ナノ構造をベースに、量子細線トランジスタ・二分岐スイッチングデバイスの作製に成功した(論文投稿中)。
(001)GaAs加工基板上にMBE選択成長法により、<-110>方向および<510>方向細線を組み合わせたヘキサゴナル細線ネットワークを作製し、SiO_2保護膜およびショットキーゲート電極形成等の周辺プロセスを経て、二分岐スイッチングデバイスを試作した。低温から室温まで、明瞭なパススイッチング動作を確認し、二分決定グラフ方式による量子集積回路を実現するために重要な基礎データを得た。

Research Products

• [Publications] T.Sato, I.Tamai, H.Hasegawa: "Selective MBE growth of GaAs ridge quantum wire arrays on patterned (001) substrates and its growth mechanism"Institute of Physics Conference Series. 174,3. 145-148 (2003)
• [Publications] I.Tamai, T.Sato, H.Hasegawa: "Formation of high-density GaAs hexagonal nano-wrie networks by selective MBE growth on pre-patterned (001) substrate"Physica E. (in press). (2004)
• [Publications] S.Yoshida, I.Tamai, T.Sato, H.Hasegawa: "Selective molecular beam epitaxy growth of GaAs hexagonal nanowire networks on (111)B patterned substrates"Japanese Journal of Applied Physics. (in press). (2004)
• [Publications] T.Sato, I.Tamai, S.Yoshida, H.Hasegawa: "Evolution mechanism of heterointerface cross section during growth of GaAs ridge quantum wires by selective molecular beam epitaxy"Applied Surface Science. (in press). (2004)
• [Publications] 佐藤威友, 玉井功, 吉田崇一, 長谷川英機: "MBE選択成長法によるヘキサゴナルGaAs細線ネットワークの作製と評価"電子情報通信学会技術研究報告. 103, 117. 29-34 (2003)
• [Publications] 吉田崇一, 玉井功, 佐藤威友, 長谷川英機: "(111)B加工基板上へのMBE選択成長によるGaAsヘキサゴナル量子細線ネットワークの形成"電子情報通信学会技術研究報告. 103, 628. 23-28 (2004)