絶縁体/半導体ヘテロ超格子を用いたサブバンド間遷移レーザの研究

绝缘体/半导体异质超晶格子带间跃迁激光器研究

基本信息

批准号：
11875079
负责人：
浅田雅洋
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、次世代の光-電子融合集積回路を実現するための基本素子として、シリコン基板上にエピタキシャル結晶形成可能な絶縁体と半導体の積層超格子を用いた量子井戸サブバンド間遷移レーザを理論的に提案し、その実現のための基礎研究として、シリコン/弗化カルシウム(CaF_2:絶縁体)および弗化カルシウム(CdF_2)/弗化カドミウム(CaF_2)ヘテロ超格子の結晶成長技術の確立、及びレーザ素子実現への基礎となる実験的・理論的研究を目的とする。この目的を達成するため、本年度は以下の成果を得た。本年度は、超格子形成に用いる材料として、弗化カルシウム(CaF_2)および弗化カドミウム(CdF_2)を用い、この材料系を用いた超格子結晶成長と、2重障壁共鳴トンネルダイオード構造を用いた超格子サブバンドの形成確認、およびその精密制御に関する研究を行った。基板としてシリコン(111)を用い、熱酸化によって形成した15nm厚の酸化膜に、電子ビーム露光法により100nm〜400nmのサブミクロンの微小孔を形成した。この微細孔中へ数原子層オーダーの膜厚を有する弗化カルシウム、弗化カドミウム二重障壁共鳴トンネルダイオードを形成する。微細孔への成長により、弗化カルシウムの成長初期過程におけるピンホール欠陥を抑制し、素子特性の安定性・特性の均一性向上を目指した。その結果、微細孔サイズが400nmでは、ほとんどパターニングの効果は見られなかったが,微細孔サイズを200nm以下では、共鳴トンネルダイオードの室温微分負性抵抗特性の均一性/安定性に顕著な改善が見られるとともに、微分負性抵抗のピーク電流を与える電電圧値の均一性が著しく向上し,膜厚の制御精度が一原子層以下の正確さを有することが実験的に確認された。この成果により,本研究で提案する弗化物系ヘテロ構造を量子効果デバイスへ応用する足がかりが得られた。

本研究旨在开发一种使用可在硅衬底上外延结晶的绝缘体和半导体叠层超晶格作为实现下一代光电集成电路的基本元件的量子阱子带间跃迁激光器。他们作为研究，我们将建立硅/氟化钙（CaF_2：绝缘体）和氟化钙（CdF_2）/氟化镉（CaF_2）异质超晶格的晶体生长技术，并进行实验研究，这将成为实现激光器件的基础目的。是理论研究。为实现这一目标，今年我们取得了以下成果。今年，我们将使用氟化钙（CaF_2）和氟化镉（CdF_2）作为超晶格形成的材料，研究晶格子带的形成及其精确控制。使用硅(111)作为基底，通过电子束曝光在通过热氧化形成的15nm厚的氧化膜中形成100nm至400nm的亚微米微孔。在该微孔内形成有膜厚为数原子层量级的氟化钙/氟化镉双势垒谐振隧道二极管。通过生长微孔，我们的目的是抑制氟化钙初始生长过程中的针孔缺陷，提高器件特性的稳定性和均匀性。结果，当微孔尺寸为400 nm时，几乎没有观察到图案化效应，但当微孔尺寸小于200 nm时，室温微分负电阻特性的均匀性/稳定性有显着改善。同时，实验证实，给出微分负阻峰值电流的电压值均匀性显着提高，膜厚控制精度小于一个原子层。该结果为本研究提出的氟化物异质结构应用于量子效应器件提供了立足点。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

渡辺正裕、筒井将史、浅田雅洋: "Si-CaF_2 及び CdF_2-CaF_2ヘテロ接合を用いたシリコン基板上共鳴トンネルダイオード"電子情報通信学会(電子デバイス研究会),ED99-316,. 99巻616号(講演番号11). 73-77 (2000)

Masahiro Watanabe、Masashi Tsutsui、Masahiro Asada：“使用 Si-CaF_2 和 CdF_2-CaF_2 异质结的硅衬底上的谐振隧道二极管” IEICE（电子器件研究组），ED99-316，第 99 卷，第 616 期。（讲座编号 11） 73-77（2000）。