東京工業大学 量子効果エレクトロニクス研究センター
助教授
山田 明 氏
助教授
山田 明 氏
原子間力顕微鏡（AFM）を用いた陽極酸化による半導体のナノ加工
半導体の微細加工技術として、電子ビームあるいはレーザ光を用いたリソグラフィ技術が開発されている。本研究では、これとは全く異なる概念を用いた新しい半導体のナノ加工技術を開発している。
最近の目覚しい技術進歩として、走査型プローブ顕微鏡を用いた固体表面の原子オーダの観測技術が挙げられる。本研究では、原子間力顕微鏡（AFM）のティップ先端にバイアス電圧を加えることで半導体を陽極酸化し、ナノ加工する技術を開発している。具体的には、カーボンを高濃度にドーピングし、半金属的な導電性を示すGaAsの陽極酸化を行っている。この加工技術を用いることにより、GaAsを幅40nm程度まで簡便に酸化加工することができる。特に、この系の特徴的な点として、陽極酸化したGaAsが水溶性であるということが挙げられる。従ってAFM陽極酸化後に水でエッチングすることにより、同程度の幅にGaAsを削ることができる。この加工方法では、ティップ走査及びバイアス電圧を加えるタイミングを変化させることで、表面を任意形状にナノ加工することができる。
GaAsは、良く知られているように半導体ヘテロ接合を形成するための基盤材料である。そこで現在ではこの技術を、加工に用いているGaAsが半金属的性質を示すこと、GaAs基板上にはInAs量子ドットが成長することを利用し、ナノ・デバイスの作製へと研究を展開している。
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| 図1 拡大 |
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| AFM陽極酸化を行った、GaAs表面のAFM像を示す。左が酸化直後の像であり、右が水によるエッチング後の像である。エッチング後の溝の幅は、約40nmである。 |
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| 図2 拡大 |
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| GaAsのAFM陽極酸化により作製した、半導体/絶縁体/半導体構造を示す。チャネルは高濃度カーボンドープGaAsであり、チャネル部分に幅40nmの酸化物バリアが形成されている。 |
関連論文:
- Matsuzaki, Y., Yamada, A. & Konagai, M.
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2002 International Conference on Molecular Beam Epitaxy (2002). - Matsuzaki, Y., Hasui, S., Kamada, S., Yamada, A. & Konagai, M.
Improvement in Aspect Ratio of p-GaAs Oxide Fabricated by Atomic Force Microscope (AFM)-Based Nanolithography Using Pulsed Voltage.
Jpn. J. Appl. Phys. 40[6B], 4325 (2001). - Matsuzaki, Y., Yamada, A. & Konagai, M.
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J. Cryst. Growth, 209, 509 (2000).
