量子半導体プロセス技術

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06238106
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 中島 尚男 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (20198071)
• 研究分担者: 浅田 雅洋 東京工業大学, 工学部, 助教授 (30167887) ; 福井 孝志 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 教授 (30240641) ; 冷水 佐壽 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (50201728) ; 白木 靖寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (00206286) ; 小間 篤 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00010950)
• キーワード: MBE / MOCVD / ファンデァワールス成長 / 量子細線 / 量子ドット / ルミネセンス / ワイス振動 / 層状物質

研究概要

平成6年度の研究実験をまとめると以下の通りである。
(1)巨大ステップをもつ微傾斜GaAs(110)面上に自然にAlGaAs量子細線を分子線成長法で形成し、その構造をTEM、EDX、AFMで確認した。この量子細線から強く偏光したフォトルミネセンスが観測され、キャリアの一次元構造への閉じ込めが分かった。
(2)ファンデルワールス界面を利用した、新しいナノ構造形成手法を開発した。層状物質基板上に格子間隔の異なる他の層状物質の超薄膜をヘテロ成長させた系では、量子井戸アレイの形成の可能性を見出した。層状物質の劈界面上にファンデルワールス力のみで吸着したアルカリ金属原子の系では、局在した電子状態が形成されることをSTMにより観測した。
(3)量子構造における歪み効果を実験的に明らかにするため、基板表面に作製した微細なグリッド状ストレッサ構造が内部に作り出す歪みポテンシャル場の様子を、ルミネッサンスと二次元伝導チャネルのワイス振動をプローブとして実験的に検討した。
(4)GaAs[100]リッジ基板を用いた場合は、リッジの両側に形成される平坦な{100}サイドファセットを利用してGaAs/AlAs量子細線を作製した。また(111)Bファセット上にT字形の量子細線を作製するために斜入射、MBE成長時のGa原子の表面マイグレーションの成長温度依存性を調べた。
(5)MOCVD結晶成長により選択的に立体量子構造を形成した。すなわち微傾斜基板上のマルチステップを利用して量子細線を形成し、断面TEMとPLにより確認した。選択成長により、ピラミッド構造を作製し、その頂上に量子ドットを作製した。加工を施したGaAs基板上に量子井戸を作製し、溝底部に量子ドットを形成した。
(6)顕著な量子効果が期待できる金属/絶縁体極微細量子構造の形成とデバイス応用を目的とし、シリコン基板上の絶縁体GaF_2層中にシリコンおよびコバルトシリサイドの量子箱を、CaF_2とSi、またはCaF_2、Si、Coの同時蒸着により形成した。その結果、平均直径7nm程度のシリサイド微粒子が得られた。

研究成果

• [文献書誌] 中島尚男: "AlGaAs量子細線構造の作製と評価" 学術月報. 47. 928-933 (1995)
• [文献書誌] 井上恒一: "Compositional Modulation in Quantum Wire Structures on Vicinal(110)GaAs Studied by Photoluminescence" Jpn.J.Appl.Phys.(発表予定).
• [文献書誌] 武内道一: "Structural Analysis of AlGaAs Quantum Wires on Vicinal (110)GaAs by Transmission Electron Microscopy and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy." J.of Crystal Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 山本秀樹: "Improved Heteroepitaxial Growth of Layerd NbSe_2 on GaAs(111)B" J.Vac.Sci.Technol.A12. 125-129 (1994)
• [文献書誌] 上野啓司: "Van der Waals Epitaxy on Hydrogen teeminates Si(111)Surfaces and Inrestigations of Its Growth Mechanism by Atomic Force Microscope" J.Crystal Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 劉翊: "Highly uniform GaAs/AlAs quantum wire grown on [001]ridges of GaAs(100)patterned substrates by molecular beam epitaxy" Jpn.J.Appl.Phys.33. 7199- (1994)
• [文献書誌] 田中充浩: "TEM observation of GaAs/Al_<0.3>Ga_<0.7>As T-shaped quantum well structure fabricated by glancing angle MBE on GaAs(100)reverse-mesa etched substrates" J.Cryst.Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 劉翊: "In_xGa_<1-x>As/GaAs quantum wire structures grown on GaAs(100)patterned substrates with [001]ridges" J.Cryst.Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 熊倉一英: "Dynamics of Selective MOVPE Growth for GaAs/AlGaAs Micro-Pyramids" J.Cryst.Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 原真二郎: "Formation and Photoluminescence Characterization of Quantum Well Wires using Multiatomic Steps Grown by MOVPE" J.Cryst.Growth. (発表予定).
• [文献書誌] 本久順一: "Fabrication of GaAs/AlGaAs Quantum Dots by MOVPE on Patterned GaAs Substrates" Jpn.J.Appl.Phys.34. 1098-1101 (1995)
• [文献書誌] 末益崇: "Interference of Electron Wave in Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2)Resonant Hot Electron Transistor Structure" Jpn.J.Appl.Phys.33. L1762-L1765 (1994)
• [文献書誌] 末益崇: "Different Characteristics of Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2)Resonant Tunneling Transistors Depending on Base Quantum Well Layer" IEICE Trans.Electron.E77-C. 1450-1454 (1994)
• [文献書誌] 浅田雅洋: "Epitaxial Growth of Metal(CoSi_2)/Insulator(CaF_2)Nanometer-Thick Heterostructure and Its Application to Quantum-Effect Devices" J.Vac.Sci.Tech.A. (発表予定).