電子波デバイスのための極限構造の制御と評価

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02251202
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286)
• 研究分担者: 永宗 靖 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (20218027) ; 深津 晋 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (60199164) ; 尾鍋 研太郎 東京大学, 工学部, 助教授 (50204227) ; 伊藤 良一 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40133102)
• キーワード: 電子波 / メゾスコピック領域 / 超微細構造 / 電子線描画 / AlGaAs / GaAs極微細線 / ウェットエッチング / ブル-シフト / 一次元閉じ込め

研究概要

本研究の目的は、メゾスコピック領域における電子波干渉に関する基礎研究および新しい量子効果を利用した極微電子波デバイスを開発することである。本年度では、(1)電子線描画法による50nm以下の寸法の描画、化学エッチングによる超微細加工、超微細構造の評価、および(2)イオン線リソグラフィによる無機レジストパタ-ニングについての検討を行った。(1)では特に、最小ビ-ム径8nmの電子線を駆使してPMMAによる超微細パタ-ン形成方法の確立を目指した。今回我々は、新たに開発した2段階ウエットエッチング法とGaAsの順・逆メサ異方性エッチング特性を利用して、従来難度が極めて高いとされてきたAlGaAs/GaAs系材料の超微細加工に成功した。これにより、AlGa As/GaAs同量子井戸を基板平面方向に微細化し、線幅30nm程度のAlGaAs/GaAs極微細線のアレイを作製できた。さらに、この極微細線の発光特性をフォトルミネッセンス法で評価したところ、予想どおりに30nmの細線構造において、顕著な発光エネルギ-のブル-シフトが観測された。また、一般的な加工法であるドライエッチングによる細線構造からの発光に比べて、我々のウエットエッチングでは加工損傷による非発光部分が極めて小さく、光の一次元閉じ込めへの発展が期待できることが判った。これにより、当初の目的であったメゾスコピック領域にはいる半導体極限構造の作製制御法の基礎固めはほぼ整ったといえる。
一方、(2)に関しては、Gaの収束イオン線を用いてプラズマ堆積したSiNx系レジストの表面改質と塩素ガスドライエッチングを組み合せた、真空リソグラフィの新たな手法を開発した。この結果、真空一貫プロセスによってメゾスコピック領域に入る超微細構造作製への展望が開けた。

研究成果

• [文献書誌] G.P.Li,L.Guo,T.Katoh,Y.Nagamune,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Fabrication of GaAs Ultrafine gratings by SingleーLayerーMasked SiCl_4 Reactive Ion Etching" Jpn.J.Appl.Phys.29. L1213-L1216 (1990)
• [文献書誌] T.Katoh,Y.Nagamune,G.P.Li,S.Fukatsu,Y.Shiraki ant R.Ito: "Fabrication of ultrafine gratings on GaAs by electron beam lithography and twoーstep wet chemical etching" Appl.Phys.Lett.57. 1212-1214 (1990)
• [文献書誌] E.Ishikawa,K.Onabe,S.Fukatsu,Y.Shiraki,and R.Ito: "Fabrication of guasiーoneーdimensional Al_<0.3>Ga_<0.7>As/GaAs quantum uell wire" Appl.Phys.Lett.(1991)
• [文献書誌] S.Takahashi,M.Ohashi,S.Fukatsu,Y.Shiraki,and R.Ito: "A Novel Vacuum Lithography with SN_2 Resist by Focused Ion Beam Exposure and Dry Etching Development" A.P.C.T.(Advanced Processing and Characterization Technologies)proceedings. (1991)
• [文献書誌] S.Takahashi,M.Ohashi,S.Fukatsu,Y.Shiraki and R.Ito: "Vacuum Lithography by an focused ion beam exposure of SiNx combined with dry etching." Appl.Phys.Lett.(1991)