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ギガ・ノード超高密度量子ナノ集積構造の作製と表面制御技術の開発

千兆节点超高密度量子纳米集成结构制备及表面控制技术发展

基本信息

批准号：
16760239
负责人：
佐藤威友
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、化合物半導体低損傷プロセスによる高密度量子ナノ集積構造の形成手法と、その表面および界面のナノスケール制御手法を開発し、量子集積回路実現のための基礎技術を確立することである。平成17年度の研究成果は以下のようにまとめられる。1.分子線エピタキシャル成長法(MBE)により、ガリウム砒素(GaAs)(111)B加工基板上へGaAs/AlGaAs量子細線構造の選択的成長を行い、その形成メカニズム/サイズ制御性について調べた。成長温度、材料組成を系統的に変えて行なった一連の実験結果と、吸着原子の拡散方程式に基づく成長シミュレーションの結果から、加工基板が持つ結晶面方位の違いや材料原子の種類により、表面吸着原子の拡散/取り込まれ寿命が異なり、その表面拡散論的な成長機構により、GaAs細線の断面形状が説明されることがわかった。これらの結果を基礎とし、GaAs細線の位置とサイズを数nmオーダーの精度で制御することを可能にした。また、シミュレーションにより得られた成長条件を使って、断面が1辺40nmの三角形となるGaAs細線を実験的に作製することにも成功した。2.上で開発した成長シミュレーションプログラムを、窒化ガリウム(GaN)(0001)加工基板上への選択成長に適用した。Ga原子とAl原子に対して適切な拡散係数と表面取込み寿命を設定することにより、材料組成、結晶面方位など成長条件を変えて作製したGaN/AlGaN量子細線構造が、同一のパラメータのもと、計算により非常に良く再現できることが分かった。3.電気化学的手法を用いて、InP(001)、(111)A、(111)B基板にポーラス(多孔質)構造を形成し、構造および光学的特性の評価を行なった。孔の形状および大きさは、印加電圧と電解液の濃度に強く依存し、(001)基板を用いた最適な条件では、1辺80nmの四角形の孔が三角格子上に配列し、深さ方向への直線性が極めて優れていることが分かった。孔の形成の後に残された半導体の壁は、六角形状のネットワークとなり、最大10^<10>node/cm^2の密度を達成することができた。

The purpose of this research is to develop the formation method of high density quantum integrated structures for compound semiconductors with low damage, to develop the surface and interface control method, and to establish the basic technology for the realization of quantum integrated circuits. The research results of Heisei 17 are as follows: 1. Molecular wire growth method (MBE) for GaAs (GaAs)(111)B processing substrate GaAs/AlGaAs quantum fine wire structure for selective growth, formation and control. Growth temperature, material composition, system variation, basic growth equation, substrate orientation, material atom type, surface adsorption atom dispersion, lifetime variation, surface dispersion theory, growth mechanism, GaAs fine wire cross-section. The result is that the position of GaAs fine lines is determined by the accuracy of the measurement. The growth conditions of GaAs thin wires with a cross-section of 1 nm and 40nm were obtained successfully. 2. The growth of the substrate is suitable for selective growth on (GaN)(0001) processed substrates. Ga atoms, Al atoms, dispersion coefficients, surface lifetime, material composition, crystal orientation, growth conditions, GaN/AlGaN quantum fine wire structure, and calculation are very good. 3. Electrochemical methods are used to evaluate the formation, structure and optical properties of InP(001),(111)A and (111)B substrates. The shape of the holes depends strongly on the voltage and electrolyte concentration. The optimum conditions for the use of (001) substrates are: 1 nm, 80nm, quadrangular holes arranged on triangular lattices, and the linearity of the holes in the deep direction. After the hole is formed, the semiconductor wall is formed in hexagonal shape, and the maximum density of 10^<10>node/cm2 is achieved.