半導体量子位相デバイス

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06238104
• 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: 奥村 次徳 東京都立大学, 工学部, 教授 (00117699) ; 蒲生 健次 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029445) ; 榊 裕之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90013226) ; 平本 俊郎 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20192718) ; 生駒 俊明 テキサスインスツルメント, 研究員
• キーワード: 共鳴トンネルダイオード / コヒーレンス長 / エッジ量子細線 / 電子波方向性結合デバイス / 金属ショットキーゲート / 電気化学走査型トンネル顕微鏡 / ドライエッチング

研究概要

共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたコヒーレンス長評価法を提案しGaInAs中のコヒーレンス長は70〜110nm以上であることを実験的に明らかにした。有機金属気相成長(OMVPE)、電子ビーム露光(EB)、化学エッチングの組み合わせにより40nm間隔のスリットとこれの埋め込み後に40nmの精度で位置合わせした70nm周期微細電極の形成を達成した。(古屋)
エッジ量子細線についてサブバンド構造の解析と実験的検証を進めた。特に、幅100nm程の細線では、ドナーの引力の作用で、細線のコーナー部分に電子密度が集中した状態を作ること、幅50nmの細線では、電子準位の分裂を示唆する磁気抵抗を見いだした。また井戸幅8から5nmの量子井戸を交差させたT字型細線では、励起子が閉じ込められて、その空間的拡がりの極めて小さくなることを示した。(榊)
AlGaAs/GaAs系二重量子井戸構造を用いて電子波方向性結合デバイスのプロトタイプを試作した。ゲート電極で量子井戸中の電子の位相を制御することにより、2つの量子井戸間にトンネル電流が流れることを実験的に明らかにした。一方、この構造の電子波方向性結合デバイスをモデル化し、トンネル確率をシミュレーションすることにより、本デバイスがスイッチングデバイスとして有用であることを明らかにした。(生駒、平本)
金属ショットキーゲートを用いた結合量子細線の結合の強さを数値計算によって明らかにし中央のゲートに隙間をあける構造を提案した。MBE-FIB真空一貫装置を用いて作製する埋め込み型結合量子細線構造の閉じ込めポテンシャルの強さやスイッチング特性についての数値計算を行い、デバイス構造を設計した。真空一貫装置における成長中断の影響を実験的に調べた。その場加工のための定エネルギー集束イオンビーム装置を完成させた。(蒲生)
電気化学反応を利用したGaAs表面のエッチングとその上へ金属を析出する連続プロセスを開発した。この方法で形成した金属-半導体界面は理想ダイオード特性を示し、原子オーダで急峻であることがわかった。次に、このプロセスをメソスコピック構造の作成に適用するための第一歩として、電気化学走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて電界中でのGaAs表面状態をその場観察した。(奥村)
極低しきい値動作レーザ実現に向けて、GaInAsP/InP量子井戸構造に電子ビーム描画とドライエッチングにより周期70nm、幅16nmの垂直な周期溝構造作製を達成した。量子井戸構造からの発光特性を調べることにより加工および加工表面を原因とする結晶特性の劣化が少ないことを確認した。(荒井)

研究成果

• [文献書誌] H.Hongo,Y.Miyamoto,J.Suzuki M.Funayama,T.Motrita and K.Furuva: "Ultrafine fabrication techniquefor hot electron interference/diffraction devices" Jpn.J.Appl.Phys.33. 925-928 (1994)
• [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 GalnAs using resonant tunneling diodes" Jpn.J.Appl.Phys.33. 6491-6495 (1994)
• [文献書誌] T.Saito,Y.Hashimoto and T.Ikoma: "Band discontinuity in GaAs/AlAs superlattices with InAs strained insertionlayers" The 7th International Conference on Superlattices,Microstructures and Microdevices. (1994)
• [文献書誌] Y.Hashimoto,N.Sakamoto,K.Agawa,T.Saito and T.Ikoma: "Artificial control of heterojunction band discontinuities by two delta dopings" 21st International Symposium on Compound Semiconductors. (1994)
• [文献書誌] Y.Nakamura,M.Tsuchiya,S.Koshiba,H.Noge and H.Sakaki: "Modukation of one-dimensional electron density in n-AlGaAs/GaAs edge quanm wiretransistor" Appl.Phys.Lett. 64(19). (1994)
• [文献書誌] S.Koshiba,H.Noge H.Ichinose,H.Aklyama,Y.Nakamura,T.Nakamura T.Inoshita,T.Someya,K.Wada,A.Shimizu and H.Sakaki: "MBE growth of GaAs nanometer-scale ridge quantum wire structures and their structural and optical characterizations" Soild-State Electronics. 37. 729-732 (1994)
• [文献書誌] Y.Ohno and H.Sakaki: "Quenching of resonance-induced resistance in double-quantum wells in the presence of in-plane magnetic fields" Physical Review B. 49. 49 (1994)
• [文献書誌] F.Wakaya,K.Umeda,J.Yanagisawa,Y.Yuba,S.Takaoka,K.Murase and K.Gamo: "Investigation of in situ process for GaAs/AlGaAs byried quantum wires" Jpn.J.Appl.Phys.33. 7223-7227 (1994)
• [文献書誌] J.Takhara,Y.Ochiai,S.Matsui,S.Takaoka,K.Murase and K.Gamo: "Fabrication and Magnetotransport of one-dimensional lateral surface superlattice fabricated by low-energy ion irradiation" Jpn.J.Appl.Phys.33. 7184-7189 (1994)
• [文献書誌] C.Kaneshiro,M.Shimura and T.Okumura: "Electrical Abruptness of Ni/GaAs interfaces fabricated by in situ photoelectrochemical process" Control of Semiconductor Interfaces(Elsevier,Amsterdam). 181-186 (1994)
• [文献書誌] T.Okumura,C.Kaneshiro,M.Shimura,S-l.Yamamoto: "Photoelectrochemical process for fabrication of abrupt metal-GaAs irterfaces" Extended abstruct of 186th ECS meeting Miami Beach. 94-2. 54-549 (1994)
• [文献書誌] K.Kudo,Y.Nagashima M.Tamura,S.Tamura A.Ubukata and S.Arai: "Fabrication of GalnAs/GalnAsP/lnP multi-quantum-wires and-boxes by substratepotential-controlled electron cyclotron resonance reactive ion beam etching" Jpn.J.Appl.Phys. 33. 1383-1385 (1994)
• [文献書誌] M.Tamura,Y.Nagashima K.C.Shin,S.Tamura A.Ubukata and S.Arai: "Investigation of surface damage in GalnAs/GalnAsP/lnP wire structures by lowenergy-reactive-ion assisted radical etching" The 12th int.conf.on Solid State Devices and Materials. 199-201 (1994)
• [文献書誌] T.Takizawa,S.Arai and M.Nakahara: "Fabrication of vertical and uniform-size porous lnP structure by electrochemical anodization" Jpn.J.Appl.Phys.33. 643-645 (1994)