ErAs/III-V量子ヘテロ構造における電子伝導と負性抵抗デバイスへの応用

ErAs/III-V量子异质结构中的电子传导及其在负阻器件中的应用

基本信息

批准号：
10875067
负责人：
田中雅明
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

平成11年度は半導体/半金属/半導体ヘテロ構造における垂直方向電子伝導現象とデバイス応用に関する研究を行った。(1)界面に垂直な方向の電子伝導と共鳴トンネル効果: エピタキシャル成長した半導体/金属/半導体ヘテロ構造は、金属およびAlAsの厚みを数ナノメータ程度にすれば二重障壁に挟まれた金属量子井戸構造となり、金属超薄膜内では量子サイズ効果により離散的な量子準位が形成される。このような金属量子井戸界面に垂直方向に電流を流すと金属中の量子準位を反映した負性抵抗(共鳴トンネル効果) を、明瞭に観測した。特に、GaAs/ErAs/GaAsから成る半金属/半導体埋め込みヘテロ構造において、この現象が顕著に観測され、室温でピーク/バレー比が7を越える微分負性抵抗を観測した。この値はGaAs系共鳴トンネルダイオードのこれまで報告された最高値(5.1)を越える値である。(2)3端子デバイスへの応用: 半導体/半金属/半導体からなる超薄膜ヘテロ構造は、半金属層をベースとする超高速トランジスタに応用できる可能性を秘めている。また、金属量子井戸を用いた共鳴トンネルダイオードを作製し、金属量子井戸部分に電極をつけることによって3端子動作をさせることができる。上記のGaAs/ErAs/GaAsから成る半金属/半導体埋め込みヘテロ構造を用いて、原理的に高速動作することが期待される3端子デバイスを試作し、トランジスタ動作を確認した。

1999年，我们进行了半导体/类金属/半导体异质结构中垂直电子传导现象及器件应用的研究。 (1)垂直于界面方向的电子传导和共振隧道效应：通过将金属和AlAs的厚度减少至0.5μm，外延生长的半导体/金属/半导体异质结构可以形成夹在双势垒之间的金属量子阱结构。因此，由于量子尺寸效应，在超薄金属膜内形成了离散的量子能级。当电流垂直通过这种金属量子阱界面时，可以清楚地观察到反映金属中量子能级的负电阻（共振隧道效应）。特别是，在由GaAs/ErAs/GaAs组成的半金属/半导体埋入异质结构中显着地观察到该现象，并且在室温下观察到峰/谷比超过7的微分负电阻。该值超过了迄今为止报道的基于 GaAs 的谐振隧道二极管的最高值 (5.1)。 (2)在三端器件中的应用：由半导体/类金属/半导体构成的超薄膜异质结构具有应用于基于半金属层的超高速晶体管的潜力。此外，通过使用金属量子阱制造谐振隧道二极管并将电极附接到金属量子阱，可以实现三端操作。利用上述由GaAs/ErAs/GaAs组成的半金属/半导体埋入式异质结构，我们原型制作了原理上有望高速运行的三端器件，并确认了晶体管的运行。