コヒーレントホットエレクトロン生成とその超高速デバイス応用に関する基礎研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05402040
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 古屋 一仁 東京工業大学, 工学部, 教授 (40092572)
• 研究分担者: 須原 理彦 東京工業大学, 工学部, 助手 (80251635) ; 宮本 恭幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40209953)
• キーワード: ホットエレクトロン / 電子波コヒーレンス / 電子波回折 / 量子サイズ構造形成 / GaInAs / InP有機金属気相成長法 / 電子ビームマーク検出 / 電子波グレーティング / 共鳴トンネルダイオード

研究概要

半導体結晶中でのバリスティックホットエレクトロンのコヒーレンス特性の理論的および実験的解明を進め、GaInAs/InP二重障壁トンネルダイオード(RTD)を有機金属気相成長法により作製し、電圧電流特性の測定と理論解析結果との比較よりGnInAs中のエネルギー100meVのホットエレクトロンの位相コヒーレンス長が80-120nm以上あることを明らかにした。
位相コヒーレンス長の上限値を明らかにするためには上記評価において構造不均一の影響を除去する必要がある。このために微細面積エミッタをもつRTDを用いることを考案し、理論解析を行い、コヒーレンス評価するために条件を解明した。微細エミッタRTD作製プロセスを開発し、エミッタサイズ400nmまでの微細化を達成した。
さらに、コヒーレンス長の温度依存性を実験的に求めるために高温での測定を可能にする三重障壁RTDによる評価法を考案し、理論解析から150Kまでの高温評価の可能性を明らかにした。
結晶内に量子サイズ構造を形成し、これにコヒーレントホットエレクトロンを入射させて干渉・回折現象を生じさせこれを観測することを目指して量子サイズ構造形成技術を開発した。これまでの最小値40nmピッチの埋め込みGaInAs/InPグレーティング構造形成を達成した。さらにOMVPE埋め込み成長前後での微細構造同士の超精密位置合わせ技術を開発した。電子ビームによるマーク検出のために白金(Pt)を用い、埋め込みグレーティングとCr/Au微細ストライプ電極の位置合わせを40nm精度で実現した。
以上、コヒーレントホットエレクトロンの生成とデバイ応用を目指して、コヒーレンスの実験的解明および電子波回折観測のための超微細構造形成技術の基礎を築いた。

研究成果

• [文献書誌] K.Furuya,N.Machida and Y.C.Kang: "Analysis of phase breaking effect in resonant tunneling diodes using correlation function" Jpn.J.Appl.Phys.33. 2511-2512 (1994)
• [文献書誌] Y.C.Kang,K.Furuya,M.Suhara and Y.Miyamoto: "Estimation of Phase Coherent Length of Hot Electrons in GaInAs using Resonant Tunneling Diodes" Jpn.J.Appl.Phys.33. 6491-6495 (1994)
• [文献書誌] M.Gault,H.Matsuura,K.Furuya and P.Mawby: "Coherent properties of electron emission from a single barrier" Journal of Applied Physics. 76. 395-402 (1994)
• [文献書誌] M.Gault,P.Mawby,M.S.Towers and A.R.Adams: "Numerical simulation of buried heterostructure lasers" IEEE Journal of Quantum Electronics. 30. 1691-1700 (1994)
• [文献書誌] H.Hongo,Y.Miyamoto,J.Suzuki,M.Funayama,and K.Furuva: "Ultrafine fabrication technique for hot electron interference/diffraction devices" Jpn.J.Appl.Phys.33. 925-928 (1994)
• [文献書誌] M.Suhara,Y.Miyamoto,H.Hongo,J.Suzuki and K.Furuva: "GaInAs/InP organometallic vapor phase epitaxy regrowth for ultrafine buried heterostructures with 50 nm pitch toward electron wave devices" J.Cryst.Growth. 145. 698-701 (1994)
• [文献書誌] M.Gault,H.Matsuura,K.Furuya,P.Mawby and M.S.Towers: "A new quantum effect device for coherent electron emission" 9th International Conference on InP and related compounds. (1994)
• [文献書誌] Y.Miyamoto,M.Suhara,H.Hongo,J.Suzuki and K.Furuva: "GaInAs/InP OMVPE Regrowth for Ultrafine Buried Heterostructure with 50nm Pitch toward Electron Wave Devices" Conference Digest of 7th International Conference on Metalorganic Vapor Phase Epitaxy ICMOVPE VII. 1994.