ErAs/III-V半導体量子ヘテロ構造におけるトンネル現象の解明と負性抵抗デバイス

阐明 ErAs/III-V 半导体量子异质结构和负阻器件中的隧道现象

基本信息

批准号：
12875058
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：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、GaAs上で熱力学的にきわめて安定な半金属材料としてNaCl型結晶構造をもつErAsに着目し、ErAs/AlAs/GaAsに代表される異なる結晶構造、異なる格子定数、異なるタイプの化学結合をもつ半金属と半導体を組み合わせたヘテロ接合の結晶成長技術を確立し、形成された金属間化合物/半導体ヘテロ構造の電子伝導、特に共鳴トンネル現象を明らかにし、デバイス応用の実現可能性を探索することを目的とする。最近我々は、MBEによって高品質のErAs単結晶をGaAs基板上にエピタキシャル成長できることを示し、GaAs/AlAs系化合物半導体と熱力学的に安定な金属/半導体ヘテロ構造の作製に成功した。さらに、半金属(ErAs)を量子井戸とする共鳴トンネルダイオード構造を試作し、この材料系では世界で初めて室温で微分負性抵抗を観測した。これは数ナノメータのErAs超薄膜中の量子効果が室温でも明瞭に現れたものであり、将来の量子効果を用いた高速電子デバイス応用へ向けてきわめて有望な結果である。しかしながらその電子物性、電子伝導のメカニズムは未解明のままであり、デバイス応用の試みも行われていない。そこで本年度には、半金属(ErAs)を量子井戸とする超薄膜ヘテロ構造のトンネル現象等の界面に垂直な方向の電子伝導現象の解明を進めることに重点をおき、負性抵抗デバイスの試作を行い、トンネル現象の本質的な機構を探るとともに、デバイス応用のための最適化を行った。分子線エピタキシーによりIII-V/ErAs/III-Vヘテロ構造を成長し、界面に垂直な方向の電子伝導(トンネル効果)を利用した2端子デバイス(ダイオード)の試作、その電気的特性を、温度、素子サイズ等を変え、様々な条件のもとでその負性抵抗特性を評価し、デバイスの最適化を行った。ダイオードサイズを20ミクロンまで小さくすることにより、微分負性抵抗特性のばらつきを抑えることができた。また、サイズを1ミクロン程度まで小さくしたダイオードにおいては横方向量子サイズ効果によると思われる電流電仕特性の振動現象を見出した。

这项研究的重点是时代，该时代具有NaCl型晶体结构作为GAA上的高度稳定的半金属材料，旨在建立一种将半导体与半导体与不同晶体结构，不同晶体结构，不同的晶格常数和不同类型的化学键，例如Eras/Alas/Alas clarifify clarifify clarififing the Reson，clarson the Reson the reson，clarson the Reson the training the Reson，将半导体与不同的晶体结构相结合的晶体晶体生长技术，以此为等级。形成的金属间/半导体异质结构的现象，并探索设备应用的可行性。最近，我们已经表明，高质量的时代单晶可以通过MBE在GAAS底物上生长，并成功地制造了GAAS/ALAS化合物半导体和热力学稳定的金属/半导体异质结构。此外，我们创建了一个以半金属（ERA）作为量子井的谐振隧道结构，并且在该材料系统中首次观察到在室温下的差异负电阻。即使在室温下，这也是几种纳米的超薄时代膜中量子效应的清晰外观，对于将来使用量子效应应用高速电子设备的结果是非常有希望的结果。但是，电子传导的电子特性和机制尚不清楚，并且没有尝试应用设备。因此，今年，我们专注于将电子传导现象沿垂直于以半金属井（ERA）为量子井的超薄异质结构的界面方向阐明电子传导现象，并探索了隧道现象的基本机制，并为设备应用了基本的机制，并进行了负电阻设备的原型。 III-V/ERAS/III-V异质结构是通过分子束外观的生长的，并且使用电子传导（隧道效应）在垂直于界面的方向上制造了两端装置（二极管），并在设备的尺寸等下进行了各种情况，并且对设备的电气进行了启发，并评估了设备的电阻。通过将二极管大小减少到20微米，可以抑制差异负电阻特征的变化。此外，在尺寸小于大约1微米的二极管中，我们发现了具有电流电气处理特性的振动现象，这被认为是由于横向量子尺寸效应所致。