単電子デバイスの高密度集積化のための新技術の開拓

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08247103
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 川辺 光央 筑波大学, 物理工学系, 教授 (80029446)
• 研究分担者: 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 筑波大学, 理化学研究所, 主任研究員 (70087469) ; 橋詰 保 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80149898) ; 荒井 滋久 東京工業大学, 量子エレクトロニクス研究センター, 教授 (30151137)
• キーワード: 単電子デバイス / 量子ドット / 結合量子ドット / 自己形成 / 選択成長 / 成長モード / 表面吸着 / 量子細線レーザー

研究概要

量子ドットの高密度集積化を目標に新技術の開拓および基礎研究をおこない、単電子デバイス、光デバイスヘの応用を検討した。成果をまとめると次のようになる。(1)横方向結合のあるInGaAs/GaAsドット網においては、孤立ドットと異なりドット間のエネルギー移動が早く、数10psの蛍光の立ち上がりおよび減衰が観測された。(2)単層単一カーボンナノチューブの低温電気伝導を測定し単一量子ドットとして評価するとともに、古典的マイクロ波応答を観測した。(3)量子ドット自己形成過程での歪緩和をその場観察し、形成の物理的モデルを与えた。(4)STMにより水素終端準安定表面からの水素局所的除去による基板表面のパターニングをした。(5)メタン/水素RIEとOMVPEにより、多層量子細線レーザーをはじめて実現し、歪補償細線構造により再成長界面での非発光再結合を大幅に低減した。(6)InGaAs量子細線量子ドット結合構造形成のための基礎技術を開拓し、nmサイズの集積構造実現の見通しが得られた。(7)空乏層障壁極微細MOSFETと酸化膜障壁MOSFETを提案し、その形成技術として80nmトレンチ形成技術を確立した。(8)IV族半導体材料の単原子層精度の成膜・エッチングを実現しMOSFETやRTDへの適用を進めた。(9)高密度Siドット形成法としてSOI基板を用いた選択酸化法を改善し、Si薄層の熱凝縮を抑えた作製プロセスを確立した。(10)電子線位置制御技術により、Gaの極微細電極を20nmピッチで配列した高密度ドットアレイを実現した。(11)AFMナノリソグラフィにより、20nmのマスクおよびZnCdS/ZnMgCdSの選択成長を実現し、高密度周期配列量子ドット形成が可能となった。(12)イオン注入・分子線エピタキシ複合法により、高配向性Si量子ドットを形成した。(13)インプリント法によるモールドの作製とパターン転写を行い、250nmピッチの量子ドットパターンを形成した。

研究成果

• [文献書誌] S.Lan,K.Akahane,H.Z.Song,Y.Okada and M.Kawada: "Ordering of fin_xGa_<1-x>As quantum dots self-organized on GaAs(311)B substrates"J.Vac.Sci.Technol.B.. Vol.17,No.3. 1105-1108 (1999)
• [文献書誌] T.Ida,Kishibashi,K.Tsukagoshi,B.Alphenaer and Y.Aoyagi.: "Quantum dot transportin carbon nanotubes"Superlatfioes and Microstructures. (To be published). (2000)
• [文献書誌] Jilin Zhu,Ziquabg Zhu,Y.Kawazoe and T.Yao: "Interactions and osolations in quantum dots"J.Phys.Condens.Matter. 11. 229-238 (1999)
• [文献書誌] J.-T.Ryu,T.Fuse,O.Kubo,H.Tani,T.fujino,T.Harada,A.A.Saranin,A.V.Zotov,M.Katayama and K.Oura: "Adsorption of Atomic Hydrogen on the Si(001)4x3-in Surfaoe Studied by Coaxial Impact Collsion lon Scattering Spectroscopy"J.Vac.Sci.Technol.. B17. 983-988 (1999)
• [文献書誌] T.Kojima,S.Tanaka,H.Tasumoto,S.Tamura and S.Arai: "Evalluation of Optial Gain Propenfes of GainAsp/Inp Compressuvekt Strained Quantum-Wire Lasers"Jpn.J.Appl.Phys.. 38 11A. 6327-6334 (1999)
• [文献書誌] H.Fujikura,T.Muranaka,and Hasegawa: "Selective growth of quantum wire-dot coupled structures with novel high index faoets for inGaAs single electron transistor anays"Microelectronics J.. 30. 397 (1999)
• [文献書誌] P.Han,M.Sakurada,Y-C.,Jeong,K.Bock,T.Matsuura,J.Murota: "Observation of sharp current peaks in resonant tunneling diode with strained Si_<0.6>Ge_<0.4S>(100)grown by low-temperature low-pressyre CVD"Journal of Crystal Growth. 209. 315-320 (2000)
• [文献書誌] Y.Ishikawa,M.Kosugi,M.Kumezawa,T.Tsuchiya,M.Tabe: "C-V study of single-crystaline Si dots on ulrathin buried SiO2 formed by nano-LOCOS process"Thin Solid Films. (Acoepted). (2000)
• [文献書誌] T.Hatano,A.Nomura,M.Yoshida,A.Nakajima,K.Shibahara and S.Yokoyama: "Calculation of Electrical Properties of Novel Double-Barrier MOS Transistors"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 399 (1999)
• [文献書誌] K.Tsutsui,K.Kawasaki,M.Mochizuki and T.Matsubara: "Site controlled metal and semiconductor quantum dots on epitaxial fluoride films"Microelectronic Engineering. vol.47. 135-137 (1999)
• [文献書誌] Suemune,A.Ueta,A.Avramescu,S.Tanaka,H.Kumano and K.Uesugi: "Semiconductor Photonic Dots : Visible-Wavelength-Sized Optical Resonators"Appl.Phys.Lett.. Vol.74,No.14. 1963-1965 (1999)
• [文献書誌] Y.Ishikawa,N.Shibata,and S.Fukatsu: "SiGe-on-insulator substrate using SiGe alloys grown on(001)"Appl.Phys.Lett.. 75(7). 983-985 (1999)
• [文献書誌] Y.Hirai,Y.Kanemaki,K.Murata,Y.Tanaka: "Novel Mold Fabrication for Nano-Imprint Lithgraphy to Fabricate Single-Electron Tunneling Devioes"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.38. 7272-7275 (1999)