| 研究概要 |
透明酸化物半導体は,強結合性に由来する多様な物性を有し次世代エレクトロニクスを支える新材料として期待されている.近年, 自然成長した透明酸化物半導体のナノロッドやナノ細線に関する研究が進められているが, 構造制御と量子機能を密接に結びつけた研究例は極めて少ない. 本研究では, 透明酸化物半導体薄膜のクリーンな界面に閉じ込めた2次元電子面に対して, 微細なゲート電極構造(ショットキー接合)を用いて1次元に閉じ込めた電子状態を形成し, 量子物性の計測と制御要因の確立およびデバイス機能の開拓を行う. 具体的には, 量子ホール効果や超伝導を示す酸化物の2次元電子面に, 微細加工したショットキー電極で空乏領域を制御する手法を確立することで低次元電子系の電気伝導特性を調べ, 既存の半導体や金属に対する共通点や新奇性を明確にする.
今年度はZnO/Mg_x Zn_<1-x>O界面に注力し, 本研究の中心課題となるショットキー電極形成技術の確立を行った.具体的には, パルスレーザ堆積法ならびに分子線エピタキシー法による薄膜作製および結晶構造・基礎電子物性評価, 微細素子構造加工プロセス技術の開発, 微細素子構造の容量-電圧および電流-電圧測定を行い, 基礎的な物性値の決定を行った. また, 分光学的評価法により作製した素子が紫外フォトダイオードとして優れた特性を有していることを明らかにした. さらに, 電界効果トランジスタを用いた実験や光学実験を相補的に行い, ショットキー接合における実験結果を支持する結果を得た.特に電気二重層トランジスタは強力なツールであり, SrTiO_3に適用したところ絶縁体状態から超伝導状態までその電気特性を電界制御することができた(Nature Materials誌掲載).一方で, 平成21年度以降に実験に行う.極低温電気測定のための希釈冷凍機のセットアップと動作確認を行った.
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