タングステン細線バイプリズムによる干渉を用いた半導体中電子波の横コヒーレンス解明

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10305024
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 古屋 一仁 東京工業大学, 工学部, 教授 (40092572)
• 研究分担者: 須原 理彦 量子エレクトロニクス研究センター, 助手 (80251635) ; 宮本 恭幸 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40209953)
• キーワード: バイプリズム / タングステン細線 / 電子波 / 横コヒーレンス / 埋め込み金属細線 / 電子波干渉 / ステンシルリフトオフ法 / ホットエレクトロン

研究概要

半導体結晶中に金属細線を埋め込み外部から正電圧を印加し、細線に垂直方向に電子波を通過させ、細線周囲ポテンシャルによるバイプリズム作用により電子波を偏向そして干渉させ、干渉縞観測から固体中電子波の横コヒーレンス情報を取得することを目指して、初年度は以下の研究成果を得た。
1. 固体バイプリズムデバイスの干渉特性を理論的に研究し、干渉縞検出のための電極位置、幅、印加電圧変化量について知見を得、デバイス構造の設計方針を得た。
2. 半導体基板上へのタングステン細線形成を新たに提案したステンシルリフトオフ法を用いて達成した。すなわち、半導体中に埋め込む金属としては高融点が要求されタングステンを用いることにしたが、蒸着・リフトオフによる微細化は、蒸着時に発生する熱によりレジストが変質するため幅500nmが限界であった。そこで耐熱材料としてAu/CrとSiO2を使用したステンシルリフトオフ法を考案し、幅20nmのタングステンワイヤ作製に成功した。
3. タングステン細線の埋め込み成長及び表面平坦化を達成した。すなわち、結晶面に対するタングステンストライプの方向と成長条件を変更させた実験を行い、ボイドが生じない埋め込み成長が可能な角度が<01-1>に対し30°と45°であることを見出し、最適条件下で、幅1μm、周期2μmのストライプを厚さ1.1μmのInPで平坦に埋め込むことを達成した。
4. 埋め込みタングステンと半導体界面特性評価を目指して、3とは別の試料であるが、GaAs中に埋め込んだタングステンワイヤに電圧を印加し、ワイヤ周囲のポテンシャル分布変化をコンダクタンス測定から評価し、良好なショットキー界面が形成されていることを確認した。
以上、次年度以降に予定しているバイプリズムデバイス作製のための最も重要な作製技術を概ね完成させた。

研究成果

• [文献書誌] A.Kokubo: "25 nm Pitch GaInAs/InP Buried Structure by Calixarene Resist" Jpn.J.Appl.Phys.37 7A. L827-L829 (1998)
• [文献書誌] N.Machida: "Proposal for a solid state biprism device" Jpn.J.Appl.Phys.37 no.8. 4311-4315 (1998)
• [文献書誌] Y.Miyamoto: "25 nm pitch GaInAs/InP buried structure:Improvement by calixarene as EB resist and TBP as P-source in OMVPE regrowth" J.Vac.Sci.Technol.B. vol.16,no.6. pp.3894-3898 (1998)
• [文献書誌] Lars-Erik Wernersson: "Lateral confinement in a resonant tunneling transistor with a buried metallic gate" Appl.Phys.Lett. 74 no.2. 311-313 (1999)
• [文献書誌] Y.Miyamoto: "Barrier thickness dependence of peak current density in GaInAs/AlAs/InP resonant tunneling diodes by MOVPE" To be published in Solid State Electronics.
• [文献書誌] M.Suhara: "Gated resonant tunneling structures with buried tungsten grating adjacent to semiconductor heterostructure" SSDM'98. (1998)
• [文献書誌] T.Arai: "Proposal of Buried Metal Heterojunction Bipolar Transistor and Fabrication of HBT with Buried Tungsten" To be presented at IPRM'99. (1999)