半導体量子細線中の量子干渉効果と電子波デバイスへの応用

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63420022
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 難波 進 大阪大学, 極限物質研究センター, 教授 (70029370)
• 研究分担者: 弓場 愛彦 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (30144447) ; 高井 幹夫 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (90142306) ; 蒲生 健次 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (70029445)
• キーワード: ナノメ-トル加工 / メゾスコピック現象 / 量子干渉効果 / 量子細線 / バリスティック伝導

研究概要

例えば、長さ1mum、断面積0.1×0.1mumの量子細線は、電子の非弾性散乱長や平均自由行程以下の大きさであり、さらに細線中に含まれるキャリヤ数は僅か10^3のオ-ダ-となる。したがってこの中を伝わる電子波の単色性が高く、また細線中をコヒ-レンスを失う事なく伝わるため、量子干渉効果が顕著となる。これは“メゾスコピック"物理と呼ばれる新しい物理学の一分野となりつつある。同時に新しい量子効果デバイスへの応用からも興味が持たれる。本研究は、このようなメゾスコピックな極微構造半導体中で起こる。種々の電子波の干渉についてその基礎特性を調べ、新しい量子効果デバイスへの応用の可能性を探索することを目的として行なった。本年度の研究実績はまとめると次のようである。1.低エネルギ-集束イオンビ-ムによるGaAsに対する加工損傷の評価を行なった。その結果100eVの照射では、10^<13>/cm^2の照射量でも照射欠陥は600℃の熱処理によって消滅する事がわかった。ヘテロ接合へのド-ピングは、10^<10>〜10^<12>の照射量であり、この結果は、マスクレスイオオ注入は、量子細線の製作プロセスとして有望である事を示している。2.イオンミリングおよび反応性イオンエッチング法を用いて量子細線およびAB効果素子で製作し、伝導度ゆらぎ、AB効果および非弾性散乱長を測定して、量子効果に及ぼす加工損傷の影響を比較した。この結果、反応性イオンエッチングは、損傷が少く優れている事を示した。3.GaAs/GaAlAs量子細線を製作して、加工形状、加工損傷による電子波伝播特性への影響およびサイドゲ-ト構造FETを考案、試作して、電子波伝播の外部制御の可能性を示した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Takagaki,K.Ishibashi,S.Ishida,S.Takaoka,K.Gams,K.Murase and S.Namba: "“Dimensional Crossover of Elecrton-Electron Scattering in GaAs-AlGaAs Wive"" Japanese Journal of Applied Physics. 28. 645-648 (1989)
• [文献書誌] M.Mizuno,K.Ishibashi,S.K.Noh,Y.Ochiai,Y.Aoyagi,K.Gamo,M.Kawabe and S.Namba: "“Aperiodic Conductance Fluctuations in a Narrow GaAs/AlGaAs wive"" Japanese Journal of Applied Physics. 28. L1025-L1028 (1989)
• [文献書誌] Y.Takagaki,K.Gamo,S.Namba,S.Takaoka,K.Murase and S.Ishida: "“Overshoot of Four-Terminal Magnetoresistance at GaAs-AlGaAs Narrow wive Junctions" Solid Stase Commun.71. 809-812 (1989)
• [文献書誌] Y.Takagaki,F.Wakaya,S.Takaoka,K.Gamo,K.Murase and S.Namba: "“Fabrication of Ballistic Quantum Wires and Their Transport Properties"" Japanes Jouranl of Applied Physics. 28. 2188-2189 (1989)
• [文献書誌] J.Z.Yu,N,Masui,Y,Yuba,T.Hara,M.Hamaguchi,Y.Aoyagi,K.Gamo and S.Namba: "“Induced Detects in GaAs Etched by Law Energy Ions in Electron Beam Excited Plasma(EBFP)System"" Japanese Journal of Applied Physics. 28. 222-226 (1989)
• [文献書誌] T.Kosugi,K.Gamo,S.Namba,R.Mimura and R.Aihara: "“Low Energy FIB System and Application to Low Damage Microprocess"" Japanese Journal of Applied Physics.