半導体人工格子による磁性制御

• Project/Area Number: 14655112
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 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)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 善行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70301942) ; 葛西 誠也 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30312383)
• Project Period (FY): 2002 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2003: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2002: ¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: 人工格子 / 人工結晶 / Kagome格子 / 有機金属気相成長 / 選択成長 / 横方向成長 / Kaome格子 / ナノ構造周期配列構造

Research Abstract

平成15年度は、フラットバンド強磁性が実験的に確認できるという理論的予測がされている、周期0.7μmのInAsによるKagome格子を有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法により作製するするため、以下のような実験を行った。
まず、SiO_2膜堆積を堆積したGaAs(111)A基板に対して、電子線リソグラフィ、およびウエットエッチングにより、MOVPE選択成長用のマスク基板を作製した。マスクのパターンは昨年度のものと同様、6角形あるいは3角形のマスクを周期的に配列させたものであるが、今回は、(111)B基板ではなく、(111)A基板を用いている。その後、窓明け部分へ、GaAsおよびInAsを、MOVPE選択成長を行った。
まず、(111)Aプレーナ面では平坦な表面が得られる、温度500Cにおいて格子周期が1〜3μmのマスクパターンに対して、選択成長を行った場合、細線の交点部分にのみ、3次元的にInAsが成長するが、成長温度を下げると、3次元成長モードから2次元成長へと転移することが明らかとなった。この成長モードの転移は、成長温度の低下に伴う表面拡散長の減少によって説明でき、またGaAsとInAsの格子定数の差による歪みは、その成長界面で発生したミスフィット転移により緩和されていると考えられる。この結果、ピットを含み、表面平坦性には問題があるが、垂直{110}ファセットを側壁として有する細線の交差構造である、InAsによるKagome格子が、そのマスクパターンを踏襲して形成可能であることが示された。さらに、表面平坦性を改善するため、アルシン(AsH_3)分圧に対する依存性について調べた。その結果、AsH_3分圧を下げた場合に、表面平坦性に優れ、また横方向成長が抑制され、マスクパターンを踏襲したKagome格子構造が形成されることがわかった。
以上に述べた成長条件の最適化の結果、温度400C・低AsH_3分圧という成長条件で、MOVPE選択成長により、周期0.7μmのInAs Kagome格子の形成に成功した。

Research Products

• [Publications] Premila Mohan: "Fabrication of semiconductor Kagome lattice structure by selective area met-alorganic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. 83・4. 689-691 (2003)
• [Publications] Hiroyuki Takahashi: "Formation and characteristics of 100-nm scale GaAs quantum wires by selective area MOVPE"Applied Surface Science. 216・1-4. 402-406 (2003)
• [Publications] Fumito Nakajima: "Single-electron AND/NAND logic circuits based on a self-organized dot net-work"Applied Physics Letters. 83・13. 2680-2682 (2003)
• [Publications] Masashi Akabori: "InGaAs nano-pillar array formation on partially masked InP (111)B by selective area metal-organic vapour phase epitaxial growth for two-dimensional photonic crystal application"Nanotechnology. 14・10. 1071-1074 (2003)
• [Publications] Masaru Inari: "Selective area MOVPE growth of InP and InGaAs pillar structures for InP-based two-dimensional photonic crystals"Physica E. (to be published). (2004)
• [Publications] Premila Mohan: "Realization of InAs-based two-dimensional artificial lattice by selective area metalorganic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. (to be published). (2004)
• [Publications] Junichi Motohisa: "Fabrication and low-temperature transport properties of selectively grown dual-gated single-electron transistors"Applied Physics Letters. 80・15. 2797-2799 (2002)
• [Publications] Junichiro Takeda: "Formation of Al_xGa_<1-x>As periodic array of micro hexagonal pillars and air holes by selective area MOVPE"Applied Surface Science. 190・1-4. 236-241 (2002)
• [Publications] Junichi Motohisa: "Formation of nanoscale heterointerfaces by selective area metalorganic vapor-phase epitaxy and their applications"Applied Surface Science. 190・1-4. 184-190 (2002)
• [Publications] Junichi Takeda: "Optimization of Gas-flow Sequence during Selective Area MOVPE Growth of Hexagonal Air-hole Arrays on GaAs(111)B for Photonic Crystal Application"Abstracts of the 11th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy. 227 (2002)
• [Publications] Junichi Takeda: "Selective Area MOVPE Growth of InGaAs Hexagonal Nano-pillar Array on InP(111)B Masked Substrates"Extended Abstracts of the 21st Electronic Materials Symposium. 137-138 (2002)
• [Publications] Premila Mohan: "Fabrication of Semiconductor Kagome Lattice Structure by Selective Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy"Applied Physics Letters. (to be published). (2003)