金属間化合物/半導体ヘテロ構造の分子線ユピタキシ-成長とその電子物性

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06805029
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
• 研究分担者: 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• キーワード: ErAs / 半金属 / 半導体ヘテロ構造 / 半金属量子井戸 / 共鳴トンネルダイオード / 室温負性微分抵抗 / 2重障壁構造 / MBE

研究概要

平成7年度は、分子線エピタキシ-(MBE)法による半金属(ErAs)/III-V半導体ヘテロ構造の形成技術の確立をめざし、以下の研究を行った。
(1)半金属(ErAs)/半導体(GaAs/AlAs)ヘテロ構造の形成
高温においても熱的安定性がありAlAs/GaAsとの相互拡散や反応がなく熱力学的に安定な界面を形成することのできるErAsは、As化合物でもあることからIII-V半導体MBEとは非常に整合性がよい。このErAs/III-Vの半金属/半導体ヘテロ構造をMBE法によって作製した。基板としてGaAs(001)を用い、GaAs/AlAs/ErAs/AlAs/GaAsのダブルヘテロ構造を形成することに成功した。MBE成長においては、高融点金属であるErの分子線もクヌードセンセルを加熱して得ることで、ErAsの組成と膜厚の原子レベルでの制御性を達成した。また独自のMnテンプレート法を用いることによって、厚さ20原子層程度のエピタキシャル半金属超薄膜を半導体中に作製することに成功した。
(2)半金属量子井戸を持つ共鳴トンネルダイオード
GaAs/AlAs/ErAs(2.6-5.0nm)/AlAs/GaAsの2重障壁ヘテロ構造をもつ共鳴トンネルダイオードを作製し、界面に垂直な方向の電流-電圧特性を測ったところ、室温で負性微分抵抗が観測された。ピークバレー比は、最大で2に達した。これは、ErAs超薄膜中の量子準位を反映した共鳴トンネル効果であり、半金属を量子井戸に持つヘテロ構造で、微分負性抵抗が観測されたのは、本研究が世界で初めてである。

研究成果

• [文献書誌] M.Tanaka,M.Tsuda,T.Nishinaga,C.J.Palmstrom: "Room Temperature Negative Differential Resistance in AlAs/ErAs/AlAs heterostructures Grown on (001) GaAs" Applied Physics Letters. 68. 84-86 (1996)
• [文献書誌] M.Tanaka,M.Tsuda,T.Nishinaga,C.J.Palmstrom: "Room Temperature Negative Differential Resistance in Novel AlAs/ErAs/AlAs Heterostructures:Resonant Tunneling through a Semimetallic Quantum Well" Record of 14th Electronic Materials Symposium Izu-Nagaoka. (1995)
• [文献書誌] M.Tanaka,T.Nishinaga,: "Epitaxial Semimetal(ErAs)/Semiconductor(III-V) Heterostructures" Proc.of 4th Symp.on Quantum Mechanical Approach to the Dynamics of Epitaxial Growth. (1995)
• [文献書誌] 田中雅明 他多数: "結晶工学ハンドブック第V編エピタキシ-4.1電気伝導" 共立出版, (1995)