低次元系ナノ構造トンネル接合の実現とテラヘルツ帯域キャリア伝導機構の解明

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本研究では,低次元系ナノ構造である側壁トンネル接合を作製して半導体中のテラヘルツ(THz)帯域物理現象の観測を行い,THzキャリア伝導機構の解明を目的とした.1 GaAsのp+n+層による側壁トンネル接合を形成し,さらに低次元化形状加工を行い,量子閉じこめされた電気伝導特性の観測をした.低次元化プロセスにはGaAsウェットエッチング法を用い,接合深さ50〜20nmという極浅トンネル接合を実現した.明瞭な負性微分抵抗の数およびその発生するエネルギー位置は接合深さに依存した.この結果は2次元電気伝導を示唆している.さらに,負性微分コンダクタンス測定を行った.極低温7Kにおいて2,12,14THz付近に負性微分コンダクタンスの増加を確認した.この現象は室温では観測されないことからフォノン放出型間接トンネル効果によると考えられる.2 深い準位は電気伝導特性に大きく影響する.深い準位を詳細調査するために,側壁pin接合を作製しフォトキャパシタンス法を適用した.側壁pin接合はp形GaAs側壁メサ上にin層を選択的に再成長することによって作製した.側壁メサ面方位にはnormal mesa, reverse mesaおよび45°-inclinedの3つがある.側壁メサ面方位の違いによって,検出された深い準位密度およびその準位レベルは異なった.この結果を側壁p+n+トンネル接合の結果と比較すると,一致した.3 GaSb/GaAs系低次元ヘテロトンネル接合の作製を目的としたGaSb, GaSbAsエピタキシャル成長層の基礎成長実験を行い,成長条件に関する知見を得た.成長方法は分子層エピタキシ法である.