硫黄処理GaAs表面の分子線エピタキシーとその界面構造物性

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05452091
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 南日 康夫 筑波大学, 副学長 (10133026)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大井川 治宏 筑波大学, 物質工学系, 助手 (60223715) ; 重川 秀実 筑波大学, 物質工学系, 講師 (20134489)
• Keywords: 硫黄処理 / 分子線エピタキシー / 界面構造物性 / 光電子分光 / X線定在波法 / トンネル顕微鏡

Research Abstract

本研究はGaAsデバイスの多機能化を指向した、高品質エピタキシャル薄膜の作成とその界面構造/電子物性の解明を目的としたものである。研究計画の初年度にあたる本年は、(1)硫黄処理を施したGaAs表面における分子線エピタキシャル成長の過程と、(2)その界面構造について精密に測定・評価した。研究特色である、基板前処理法としての「硫黄処理」は、従来の方法にはない表面安定化作用を持ち、欠陥密度を大幅に減少させる。すなわち、安定化効果を示す硫黄層を意図的に巧く界面に取り込めれば、原理的に欠陥が少ない薄膜界面の作成が可能である。
先ず、MISFET(金属-絶縁体-半導体 電界効果型トランジスタ)の基本構成であるMIS構造を作成した。エピタキシャル成膜条件は、パイロメータや水晶振動子を用いて正確に決定した。その結果、基板温度480℃、成長速度3A/sで弗化カルシウム絶縁体が単結晶エピタキシャル成長することが明らかとなった。一方、同一条件で従来の基板表面に成長させた場合には、薄膜は多結晶化した。この成長過程をPES(光電子分光法)により、さらに界面構造をXSW(X線定在波法)により観察した結果、界面における硫黄原子がGaAs格子の原子位置を占有し、Ca-S結合の形成により界面を安定化させることがわかった。また、この単結晶弗化カルシウム表面上に、金属アルミニウムがエピタキシャル成長する条件も見い出しており、MIS構造の、一貫した単結晶成長に成功したといえる。これは、将来の3次元電子デバイス実現への基礎技術でもある。
さらに、STM(走査型トンネル顕微鏡)装置を立ち上げ、成長表面の原子オーダでの直接観察を行った。その結果に基づき、本年度は表面/界面構造モデルとしてダイマーモデルを提案した。

Research Products

• [Publications] M.Sugiyama: "Interface structure and chemical bondings in Al/S-passivated GaAs(111)" Applied Physics Letters. 63. 2540-2542 (1993)
• [Publications] H.Nie: "Apparent Recovery Effect of Hydrogenarated Pd-on-GaAs(n-type)Schottky Interface by Forward Current at Low Temperature" Japanese Journal of Applied Physics. 32. L890-L893 (1993)
• [Publications] H.Shigekawa: "Surface structures of GaAs passivated by chalcogen atoms" Applied Surface Science. 75. 169-174 (1994)