半金属/半導体超薄膜ヘテロ構造における共鳴トンネル現象とそのデバイス応用

半金属/半导体超薄膜异质结构的共振隧道现象及其器件应用

• 批准号: 08875062
• 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: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08875062/
• 关键词: 半金属; ErAs; ヘテロ構造; 共鳴トンネル現象; 分子線エピタキシ-; テンプレート法; 埋め込みヘテロ構造; 半導体ヘテロ構造; 分子線ユピタキシ-; テンプレート; 金属超薄膜

(1)テンプレート法を用いた半金属(ErAs)/半導体(GaAs/AlAs)超薄膜ヘテロ構造の形成半金属として熱的安定性がありAlAs/GaAsとの相互拡散や反応がなく熱力学的に安定な界面を形成することのできるErAsを選び、ErAs/AlAsの金属/半導体複合ヘテロ構造をMBE法によって作製した。GaAs基板上にGaAs/AlAs/ErAs/AlAs/GaAsの金属埋め込みダブルヘテロ構造を形成した。半導体上の半金属成長の際に3次元成長が問題となったが、Mn1原子層のテンプレートを挿入したところ、3次元成長が抑制されることを、RHEED装置を用いたその場観察により確認した。これによって、厚さ1原子層〜数10原子層のエピタキシャル金属超薄膜を半導体中に作製する手法を確立した。(2)ErAs/AlAs/GaAs埋め込みヘテロ構造の構造評価2次イオン質量分析及び透過電子顕微鏡による構造評価を行い、表面ラフネスや結晶配位等も含め、エピタキシャル成長過程、ヘテロ界面の急峻性や転移・欠陥密度などを詳細に調べた。金属上の半導体のエピタキシャル成長において問題となる3次元成長を抑制するためには、Mnテンプレートを界面に挿入することが有効である、Mnは界面付近に局在しており偏析していないことを見出した。(3)半金属(ErAs)/半導体(GaAs/AlAs)超薄膜ヘテロ構造を用いた負性抵抗ダイオード上記のヘテロ構造に対してメサ型のダイオードデバイスを作製し、垂直方向の電気伝導特性を調べた結果、室温で初めて負性微分抵抗を観測した。これは半金属薄膜中の量子サイズ効果とトンネル効果を反映した共鳴トンネル効果である。このことは良好な界面を持つ半金属/半導体超薄膜ヘテロ構造が形成されたことを示唆している。トンネル電流の理論計算と対比させ、比較的良い一致を得た。

(1) テ ン プ レ ー を ト method with い た half metal (ErAs)/semiconductor (GaAs/AlAs) ultrathin membrane ヘ テ の ロ structure formation semimetal と し て hot stability が あ り AlAs/GaAs と の mutual company, scattered や anti 応 が な く に of thermodynamic stability な interface を す る こ と の で き る ErAs を び, ErAs/Al As <s:1> metal/semiconductor composite ヘテロ structure をMBE method によって fabrication た た. GaAs substrate に GaAs/AlAs/ErAs/AlAs/GaAs の buried metal め 込 み ダ ブ ル ヘ テ を ロ structure form し た. On semiconductor の semimetal growth の interstate に 3 dimensional growth が problem と な っ た が, Mn1 atoms layer の テ ン プ レ ー ト を scions into し た と こ ろ, 3 dimensional growth が suppression さ れ る こ と を, RHEED device を い た そ の field 観 examine に よ り confirm し た. こ れ に よ っ て, thick さ atomic layer 1 ~ 10 atomic layer の エ ピ タ キ シ ャ ル metal ultrathin membrane を semiconductor に cropping す る gimmick を establish し た. (2) ErAs/AlAs/GaAs buried め 込 み ヘ テ ロ structure の review 価 twice イ オ ン quality analysis and び through electronic 顕 micromirror に よ る structure evaluation 価 を い, surface ラ フ ネ ス や crystallization ligand も め, such as エ ピ タ キ シ ャ ル growth process, ヘ テ interface that opened の urgent ロ や planning move, owe 陥 density な ど を detailed に adjustable べ た. Metal の semiconductor の エ ピ タ キ シ ャ ル growth に お い て problem と な る 3 dimensional を growth inhibition す る た め に は, Mn テ ン プ レ ー ト を interface に scions into す る こ と が have sharper で あ る, Mn は interface to pay nearly に bureau in し て お り segregation し て い な い こ と を shows し た. (3) half (ErAs) metal/semiconductor (GaAs/AlAs) ultrathin membrane ヘ テ を ロ structure with い た negative resistance ダ イ オ ー ド written の ヘ テ ロ tectonic に し seaborne て メ サ type の ダ イ オ ー ド デ バ イ ス を し, vertical の electrical 気 伝 guide features を adjustable べ た early results, room temperature で め て negative differential resistance を 観 measuring し た. こ れ は half of metal film の quantum サ イ ズ unseen fruit と ト ン ネ ル unseen fruit を reflect し た resonance ト ン ネ ル unseen fruit で あ る. こ の こ と は good な を hold つ half metal/semiconductor interface ultrathin membrane ヘ テ が ロ structure formation さ れ た こ と を in stopping し て い る. The theoretical calculation of <s:1> current と is consistent with させ and を is た.

项目成果

M.Tanaka,M.Tsuda,T.Nishinaga and C.J.Palmstrom: ""Room Temperature Negative Differential Resistance in AlAs/ErAs/AlAs Heterostructures Grown on (001) GaAs"" Applied Physics Letters.68. 84-86 (1996)

M.Tanaka、M.Tsuda、T.Nishinaga 和 C.J.Palmstrom：“在 (001) GaAs 上生长的 AlAs/ErAs/AlAs 异质结构中的室温负微分电阻”《应用物理快报》68。

M.Tanaka,C.J.Palmstorm,M.Tsuda and T. Nishinaga: ""Epitaxial Semimetal (ErAs)/Semiconductor(III-V) Heterostructures : Negative Differential Resistance in Novel Resonant Tunneling Structures Having a Semimetalic Quantum Well"" J.Magnesism & Magnetic Materi

M.Tanaka、C.J.Palmstorm、M.Tsuda 和 T. Nishinaga：“外延半金属 (ErAs)/半导体 (III-V) 异质结构：具有半金属量子阱的新型谐振隧道结构中的负微分电阻”J.Magnesism

M.Tanaka, J.Farrer, B.Carter, P.J.Palmstrom: "Epitaxial Growth of Semimetal(ErAs)/III-V Semiconductor(GaAs,AlAs) Heterostructures" Proc.of 2nd Symp.on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics IV-5,Gakushuin Univ.,Tokyo,February 1998.(印刷中). (1998)

M.Tanaka、J.Farrer、B.Carter、P.J.Palmstrom：“半金属（ErAs）/III-V 半导体（GaAs、AlAs）异质结构的外延生长”Proc.of 2nd Symp.on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics IV -5，学习院大学，东京，1998 年 2 月。（印刷版）（1998 年）。

古東正章、森脇摂、西永頌、田中雅明: "GaAs/ErAs/GaAs半金属埋め込み構造における垂直方向電気伝導" 1998年春季応用物理学会29p-R12、1998年3月、東京工科大八王子. (発表予定). (1998)

Masaaki Furutoh、Setsu Moriwaki、Sho Nishinaga 和 Masaaki Tanaka：“GaAs/ErAs/GaAs 半金属掩埋结构中的垂直电传导”1998 年春季应用物理会议 29p-R12，1998 年 3 月，东京工业大学，八王子 ((1998)。

M.Tanaka, K.Abe, K.Tamura, H.Haruyama and T.Nishinaga: "Vertical Transport in Epitaxial Semimetal(ErAs)/Semiconductor(III-V) Heterostructures" 3rd Int.Symp.on Metallic Multilayers(MML'98)Vancouver,Canada,June 1998. (発表予定). (1998)

M.Tanaka、K.Abe、K.Tamura、H.Haruyama 和 T.Nishinaga：“外延半金属 (ErAs)/半导体 (III-V) 异质结构中的垂直输运”第 3 届金属多层 Int.Symp.(MML98) ）加拿大温哥华，1998 年 6 月。（待公布）（1998 年）。