絶縁体/半導体異種材料単結晶超格子を用いたサブバンド間遷移レーザの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875068
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 浅田 雅洋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30167887)
• 研究分担者: 渡辺 正裕 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00251637)
• キーワード: 弗化カルシウム / 弗化カドミウム / 共鳴トンネルダイオード / 微分負性抵抗 / 量子構造 / ナノ領域ローカルエピタキシー / サブバンド / シリコン

研究概要

シリコン基板上に積層エピタキシャル成長可能な弗化物系絶縁体弗化カルシウム(CaF_2)と弗化カドミウム(CdF_2)を用いたヘテロ接合は、その接合界面に大きな(〜2.9eV)の伝導帯バンド不連続を有するため、これらの材料で構成した薄膜超格子を用いると、室温においても極めて顕著な微分負性抵抗を示す共鳴トンネルデバイスやサブバンド間遷移レーザの実現が期待される。特にサブバンド間遷移レーザの実現には、多層積層薄膜の精密構造制御による量子井戸サブバンドの制御が必要不可欠であり、本年度の研究により以下の成果を得た。1)CdF_2/CaF_2ヘテロ構造の結晶成長を原子層厚レベルで制御するため、結晶成長領域を100nm程度の微細な領域に限定するナノ領域ローカルエピタキシー法を提案し、CdF_2-CaF_2二重障壁共鳴トンネルダイオード(DBRTD)の微分負性抵抗特性評価を行った。その結果、室温で再現性の良い微分負性抵抗特性を得るとともに、CdF_2量子井戸層の層厚制御により、微分負性抵抗のピーク位置を制御することにはじめて成功した。2)ナノ領域ローカルエピタキシー法を適用してシリコン(100)基板上に作成したCdF_2/CaF_2RTDにおいて、はじめて室温微分負性抵抗特性を観測した。これはシリコン(100)基板上最表面原子の再配列による異方的マイグレーションを抑制し、エピタキシャル平坦膜の形成に成功したものであり、大規模LSIのプラットフォームと弗化物系量子ヘテロ構造の形成プラットフォームを共通化することが可能となるため、応用上極めて大きな波及効果を有する。

研究成果

• [文献書誌] M.Tsutsui, M.Asada: "Dependence of Drain Current on Gate Oxide Thickness of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFETs"Japan. J. Applied Physics. 41(記載予定). (2002)
• [文献書誌] M.Tsutsui, T.Nagai, M.Asada: "Analysis and Fabrication of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFET"Trans. Electron. IEICE of Japan. E85-C(記載予定). (2002)
• [文献書誌] M.Asada: "Theoretical Analysis of Terahertz Harmonic Generation in Resonant Tunneling Diodes"Japan.J.Applied Physics. 40,12. 6809-6810 (2001)
• [文献書誌] M.Asada, N.Sashinaka: "Nonlinear Terahertz Gain Estimated from Multiphoton-Assisted Tunneling in Resonant Tunneling Diodes"Japan.J.Applied Physics. 40,9. 5394-5398 (2001)
• [文献書誌] M.Asada: "Density -Matrix Modeling of Terahertz Photon-Assisted Tunneling and Optical Gain in Resonant Tunneling Structures"Japan.J.Applied Physics. 40,9. 5251-5256 (2001)
• [文献書誌] T.Maruyama, M.Watanabe: "Theoretical Analysis of the Threshold Current Density in BeMgZnSe Quantum Well Ultraviolet Lasers"Japan.J.Applied Physics. 40,12. 6872-6873 (2001)