単電子デバイスの高密度集積化のための新技術の開拓

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08247103
• 研究種目: 重点領域研究
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 川辺 光央 筑波大学, 物質工学系, 教授 (80029446)
• 研究分担者: 荒井 滋久 東京工業大学, 量子効果エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137) ; 尾浦 憲治郎 大阪大学, 工学部, 教授 (60029288) ; 八百 隆文 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60230182) ; 青柳 克信 理化学研究所, 主任研究員 (70087469) ; 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)
• キーワード: 単電子デバイス / 量子ドット / 自己形成 / 選択成長 / ドット形成過程 / 再成長 / 表面修飾

研究概要

本研究では、量子ドットの高密度集積化のための新技術開発が目標である。研究の方向としては、量子ドットの微細化、高密度化、均一化および結合量子ドットの研究を目指す。また、対象材料の視点から見ると、化合物半導体とシリコン系に分けられる。化合物半導体においては、次のような成果が上げられている。(1)分子線エピタキシ-法により、自己形成機構を利用して、GaAs(311)B面上に高密度かつ、<100>方向に整列したInGaAsドットアレイを作製した。また水素原子により、深い欠陥準位を不活性化し、PL強度が格段に増大することを確認した。(2)MOVPE法により、SiNxマスクパターンを付けたGaAs基板上に選択成長を行った。ピラミッド状のファセット頂上部は、幅17nmの平坦部が形成されここにGaAsを選択成長した。また、格子状に交叉した細線マスクにより、結合形の量子ドットを作製した。細線構造の交点にはピラミッド構造の量子ドットが形成されていることをCLで確認した。(3)ケミカルビームエピタキシ-法により、InGaAs表面のドット構造がP照射によって平坦化されることを見いだし、ドット形成過程の表面観察を行った。また、スプリットゲート構造のドットにおいて、電子伝導の磁場による影響を明らかにした。(4)従来の加工技術の極限を明らかにするために、ウエットおよびドライエッチングとMOCVDの組み合わせにより量子細線を作製し、200K以下では良好なレーザー特性が得られる埋め込み再成長プロセスを実現した。シリコン系半導体では、次のような成果が得られた。(5)STMにより、シリコン表面のステップ端において、負性微分抵抗特性を見いだした。これは原子レベルで構成できる最小の新デバイスへの可能性を示唆するものである。(6)シリコン上の金属ドット形成過程における水素原子の影響を調べ、表面修飾による制御のための基礎データを得た。

研究成果

• [文献書誌] Y.J.Chum,S.Nakajima and M.Kawabe: "Array of the Self-Organized InGaAs Quantum Dots on GaAs(311)BSubstrates by Atomic Hydrogen-Assisted Molecular Beam Epitaxy" Japanese Journal of Applied Physics. 35. L1075 (1996)
• [文献書誌] M.Kawabe,Y.J.Chum,S.Nakajima and K.Akahane: "Formation of High Density Quantum Dot Array by Molecular Beam Epitaxy" Japanese journal of Applied Physics. (in press). (1997)
• [文献書誌] K.Kumakura,J.Motohisa and T.Fukui: "Formation and Characterization of Coupled Quantum Dots(CQDs)by Selective Area Metalorganic Vapor Phase Epitaxy" Journal of Crystal Growth. (in press). (1997)
• [文献書誌] H.Issiki,Y.Aoyagi and T.Sugano: "Quantum wire structures incorporating(GaAs)m(GaP)n short-period superlattice fabricated by atomic layer epitaxy" Applied Surface Science. (in press). (1997)
• [文献書誌] H.Tomiye,H.Kawami,T.Hayashi and T.Yao: "Nanometer-scale characterization of SiO2/Si with a scanning capacitance microscope" Applied Physics Letter. 69. 4050 (1996)
• [文献書誌] K.Oura,H.Ohnishi,Y.Yamamoto,I.Katayama and Y.Ohba: "Atomic-Hydrogen Induced Ag Cluster Formation on Si(111)-R3xR3-Ag Surface Observed by Scanning Tunneling Microscopy" Journal of Vacuum Science & Technology. B14. 986 (1996)