2次元電子ガスへの直接ショットキー接合を利用した量子構造の研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07837001
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋詰 保 北海道大学, 工学部, 助教授 (80149898)
• 研究分担者: 呉 南健 北海道大学, 工学部, 助手 (00250481) ; 赤沢 正道 北海道大学, 工学部, 助教授 (30212400) ; 長谷川 英機 北海道大学, 工学部, 教授 (60001781)
• キーワード: 量子構造 / 2次元電子ガス / ショットキー障壁 / インプレーンゲート / スプリットゲート / 量子細線トランジスタ / 単電子トランジスタ / ショットキーゲット

研究概要

近年の超微細加工技術の進歩によって、量子細線や量子箱などの量子構造の形成が可能となり、新しい物理現象が見いだされ、これらをデバイスに応用し新しいエレクトロニクスを構築しようとする研究が盛んに行われている。本研究の目的は、半導体量子井戸中の2次元電子ガスへ直接ショットキー接合を形成し、その接合特性を理論的・実験的に解明するとともに、この接合をインプレーンゲートとする電界制御によって、損傷のない新しい量子構造を実現することを目的としている。
得られた成果を以下にまとめる。
(1)ショットキー/2DEGダイオードにおいて、接合端に明確なEBIC信号のピークが観測され、2DEG端に直接ショットキー障壁が形成されていることが明らかになった。
(2)ショットキー障壁をゲート電極に利用した量子細線トランジスタは、明確なコンダクタンスの量子化を示し、この現象は100Kまで観測された。この温度は、使用した材料系では、これまでの最高温度である。
(3)また、磁場中での細線トランジスタの特性より、ショットキーゲートによる閉じ込めポテンシャルは、4〜5meVと評価され、スプリットゲート構造よりも強い電子閉じ込めが実現できることを明らかにした。
(4)最小線幅200nmのショットキーゲート電極を有する単電子トランジスタを作製した。明確なクーロン振動が、20Kまで規則された。この温度も、使用した材料系では最高温度であり、ゲート抑制によって、チャネル内に実効半径10nmの量子ドットを実現することができた。
以上の研究成果は、MPC(7月)、SSDM95(8月)および秋季応物学会(8月)で公表され、JJAP6号、JVST4号、JJAP11号に掲載された。

研究成果

• [文献書誌] A.Malinin: "Characterization of Deep Levels in Si-doped In_xAl_<1-x>As Layers Grown by Molecular Beam Epitaxy." Jpn.J.Appl.Phys.34. 1098-1101 (1995)
• [文献書誌] S.Kodama: "Novel Surface Passivation Scheme for Compound Semiconductor Using Silicon Interface Control Layer and Its Application to Near-Surface Quantum Wells." Jpn.J.Appl.Phys.34. 1143-1148 (1995)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Depletion Characteristics of Direct Schottky Contacts to Quantum Wells Formed by In Situ Selective Electrochemical Process." Jpn.J.Appl.Phys.34. 1149-1152 (1995)
• [文献書誌] N.J.Wu: "Schottky Contacts on n-Inp with High Barrier Heights and Reduced Fermi-Level Pinning by a Novel In Situ Electrochemical Process." Jpn.J.Appl.Phys.34. 1162-1167 (1995)
• [文献書誌] H.Okada: "Novel Wire Transistor Structure with In-Plane-Gate Using Direct Schottky Contacts to 2DEG." Jpn.J.Appl.Phys.34. 1315-1319 (1995)
• [文献書誌] H.Hasegawa: "More than 10^3 Times Photoluminescence Intensity Recovery by Silicon Interface-Control-Layer-Based Surface Passivation of Near-Surface Quantum Wells." Jpn.J.Appl.Phys.34. L495-L498 (1995)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Observation of Conductance Quantization in A Novel Schottky In-Plane Gate Wire Transistor Fabricated by Low-Damage In Situ Electrochemical Process." Jpn.J.Appl.Phys.34. L635-L638 (1995)
• [文献書誌] S.Kodama: "Photoluminescence and X-ray Photoelectron Study of AlGaAs/GaAs Near-Surface Quantum Wells by a Novel Interface Control Technique.," Jpn.J.Appl.Phys.34. 4540-4543 (1995)
• [文献書誌] H.Hasegawa: "Fabrication and characterization of quantum wire transistors with Schottky in-plane gates formed by an in situ electrochemical process.," J.Vac.Sci.& Technol.B. 13. 1744-1750 (1995)
• [文献書誌] S.Kodama,: "Silicon Interlayer Based Surface Passivation of Near-Surface Quantum Wells." J.Vac.Sci.& Technol.B. 13. 1794-1800 (1995)
• [文献書誌] S.Koyanagi,: "Contactless Characterization of Thermally Oxidized,Air-Exposed and Hydrogen-Terminated Silicon Surfaces by Capacitance-Voltage and Photoluminesence Methods.," Jpn.J.Appl.Phys.,. 35. 630-637 (1996)
• [文献書誌] K.Jinushi,: "Novel GaAs-Based Single-Electron Transistors with Schottky In-Plane Gates Operating up to 20 K" Jap.J.Appl.Phys.,. 35. 397-404 (1996)
• [文献書誌] S.Shiobara,: "Deep Level and Conduction Mechanism in Low-Temperature GaAs Grown by Molecular Beam Epitaxy.," Jpn.J.Appl.Phys.,. 35. 431-436 (1996)
• [文献書誌] S.Uno,: "0.86eV Platinum Schottky Barrier on Indium Phosphide by In Situ Electrochemical Process and Its Application to MESFETs.," Jpn.J.Appl.Phys.,. 35. 751-756 (1996)