面内超格子ポテンシャル内の2次元および1次元電子の量子状態と電気伝導に関する研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02452145
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター・極小デバイス部門, 教授 (90013226)
• 研究分担者: 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター・極小デバイス部門, 助教授 (30134638) ; 浜崎 襄二 東京大学, 生産技術研究所・第3部, 教授 (00013079)
• キーワード: 多次元量子構造 / 分子線エピタキシ- / 面内超格子 / グリッド挿入型ヘテロ接合 / 高エネルギ-反射電子線回析 / 選択成長

研究概要

面内超格子形成法に関して3つの手法の検討を行った。第一は、エッチング端面(111)面を利用する手法の要素技術である(111)面上の変調ド-プ構造形成のためのMBE成長条件を調べ、As圧と基板温度を適当な条件にすることにより、(111)面基板上に比較的高移動度の変調ド-プ構造作製に成功した。第二は、MBE選択成長を利用した方法を検討した。GaAs(001)基板に形成した逆メサ上にMBE成長を行い、端面に(111)Bファセットを形成し、次にAsビ-ムを(111)Bにあてないように基板を配置して成長すると、(111)B上の膜厚が(001)上の膜厚の1/(30)になることを見出した。さらに、この方法を用いたGaAs/AlAs積層構造の端面形成に成功した。この構造に、ド-ピング層を成長することで面内超格子形成が可能である。第三に、微傾斜基板の周期的原子ステップを利用した局所エピタキシ-法について、RHEEDを用いて、表面上の原子ステップの直線性やテラス幅の均一性に関する評価を行った。その結果、ある成長条件の下、成長中の傾斜基板においては、通常の(100)面よりもステップ密度が少ない。一方成長中断によってステップ密度が減少し傾斜基板のステップの直線性は改善されるが、ステップエッジは完全な直線ではなく、また、平均ステップ間隔が80A^^ﾟの基板において、テラス幅には30%程度の分布のゆらぎが存在することが明らかになった。次に、グリッド挿入型ヘテロ接合面内超格子系における電気伝導特性、特に電子移動度を散乱の観点から理論的に考察した。その結果、周期が160A^^ﾟ程度の構造においては、挿入されたAlAsの分布のゆらぎがその周期よりも小さければ、グリッドに垂直方向の移動度は、最初電子密度Nsと共に増加するが、Nsが2×10^<11>cm^<-2>を越すと減少し、後に増加に転ずる。これはすべて、面内超格子におけるブラッグ反射によるものである。

研究成果

• [文献書誌] M.Tanaka,J.Motohisa,H.Sakaki: "Formation of inーplane superlattice and quantum wire states in gridーinserted heterostructures with period of 80ー160A^^ﾟ:Anisotropy of electronic states" Surface Science. 228. 408-411 (1990)
• [文献書誌] Y.Nakamura,T.Koshiba,M.Tsuchiya,H.Kano,H.Sakaki: "Fabrication of GaAs/AlGaAs edge quantum wire structures on (111)B facets by MBE with controlled Ga and As beams" submitted to Appl.Phys.Lett.
• [文献書誌] T.Noda,M.Tanaka,H.Sakaki: "Correlation length of interface roughness in GaAs/AlAs quantum wells grown by conventional and modified MBE" Proc.of 6th International Conference on Molecular Beam Epitaxy,XAー6. (1990)
• [文献書誌] Y.Kadoya,A.Shimizu,H.Kano,H.Sakaki: "Electrical properties and dopant incorporation mechanisms of Si doped GaAs and (AlGa)As grown on (111)A GaAs surfaces by MBE" Proc.of 6th International Conference on Molecular Beam Epitaxy,. (1990)