量子集積回路の実現に向けた高性能ナノショットキーゲート電極の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14750223
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 佐藤 威友 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50343009)
• キーワード: ガリウムヒソ / ナノショットキー接触 / 分子線エピタキシャル成長 / 選択成長法 / 量子ナノ構造 / 量子集積回路 / 計算機シミュレーション / フェルミ準位ピンニング

研究概要

本研究では、量子集積回路の実現に向けた、微細ショットキー電極形成技術をはじめとする量子集積プロセスの開発を目的としている。平成14年度の研究成果は、以下のようにまとめられる。
1.n形ガリウムヒソ(GaAs)上に形成したナノショットキー接触の電気的特性を、実験および理論的手法により明らかにした。
10nmオーダーの微細ゲートを有するn-GaAs MESFETの電気的特性を、実験および計算機シミュレーションにより詳細に評価した結果、電極サイズの減少とともに、ゲート電圧による電流制御性が悪化することが分かった。これは、電極の微細化とともに、周辺の化合物半導体表面におけるフェルミ準位のピンニング、および表面準位への電子の充放電が、電極直下の空乏特性に影響を与えることを示している。また、微細電極周囲の半導体自由表面をパッシベーションすることにより、特性が大幅に改善されることが分かった。
2.加工基板を用いた分子線エピタキシャル(MBE)選択成長法によりGaAs/AlGaAsリッジ量子ナノ細線を形成し、その形成メカニズムを明らかにした。
GaAs(001)基板上にリソグラフィとエッチングにより、<-110>方向にそったメサストライプ加工基板を形成し、それを初期基板として、MBE選択成長法による埋め込み形GaAsリッジ量子ナノ細線を形成した。GaAsナノ細線は、初期に形成されるリッジ構造の頂上に選択的に形成され、その選択性は、異なる結晶面上における材料の成長速度の差により決定される。これに基づき、成長条件によるリッジ量子細線の精密なサイズ制御を可能とした。
3.MBE選択成長法を用いて、量子集積回路の基本構造として有用なヘキサゴナル量子ナノ細線ネットワーク構造を作製し、その光学的特性を明らかにした。
<-110>方向-<510>方向の細線を組み合わせることにより、二分決定グラフ量子集積回路の基本デバイスの密度にして、10^8cm^<-3>オーダーを達成するヘキサゴナル細線ネットワークの作製に成功した。

研究成果

• [文献書誌] T.Sato, I.Tamai, C.Jiang, H.Hasegawa: "Selective MBE Growth of GaAs/AlGaAs Nanowires on Patterned GaAs (001) Substrates and Its Application to Hexagonal Nanowire Network Formation"Institute of Physics Conference Series. 170(4). 325-330 (2002)
• [文献書誌] A.Kameda, S.Kasai, T.Sato, H.Hasegawa: "Effects of surface states on control characteristics of nano-meter scale Schottky gates formed on GaAs, Solid-State Electronics"Solid-State Electronics. 47(2). 323-331 (2003)
• [文献書誌] 佐藤威友, 玉井功, 吉田崇一, 長谷川英機: "MBE選択成長法によるGaAsリッジ量子細線の形成とヘキサゴナル細線ネットワークへの応用"電子情報通信学会技術研究報告. 102(638). 27-32 (2003)
• [文献書誌] T.Sato, I.Tamai, H.Hasegawa: "Selective MBE Growth of GaAs Ridge Quantum Wire Arrays on Patterned (001) Substrates and Its Growth Mechanism"Institute of Physics Conference Series. (in press). (2003)