1994 Fiscal Year Annual Research Report
硫黄処理GaAs表面の分子線エピタキシ-とその界面構造物性
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05452091
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
南日 康夫 筑波大学, 物質工学系, 教授 (10133026)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大井川 治宏 筑波大学, 物質工学系, 講師 (60223715)
重川 秀実 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (20134489)
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| Keywords | 硫黄処理 / 分子線エピタキシ- / 界面構造物性 / 光電子分光法 / X線定在波法 / 走査型トンネル顕微鏡 |
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| Research Abstract |
本年度は、GaAs基板面方位の違いによる、(a)CaF_2薄膜の成長関係と(b)界面構造の変化に注目して研究を行った。CaF_2薄膜は、前年度に導出したエピタキシャル成長条件に基づき、硫黄処理GaAs表面上に堆積させた。特に、S原子の界面への取り込まれ方を詳細に検討するために、反射高速電子線回折(RHEED)、X線光電子分光法(XPS)、X線定在波法(XSW)等の表面分析法を駆使した。また、実用的なデバイスサイズの試料を作製し、その光学特性と電気特性を、それぞれフォトルミネッセンス法(PL)と容量-電圧法(C-V)により測定・評価した。
その結果、GaAs(111)A面と(111)B面におけるCaF_2エピタキシャル方位関係には、以下に示す違いがあることがわかった。
(1)CaF_2(111),(100)//GaAs(111)A
(2)CaF_2(111)//GaAs(111)B
ここで我々は、この違いが、S-Ga結合の安定性に起因していることをXSW測定の結果から見出した。すなわち、界面に存在するS原子の結合状態は、A・B面共にCa-S(-Ga)結合であり、この場合は寧ろ、下地であるGa原子との結合配位数の差が問題であると考えた。提案した界面構造のモデルを以下に記す。(111)A面におけるS原子とGa原子との結合手は1本しかないのに対し、B面では結合手が3本あり、Ca-S結合形成時に発生する界面の擾乱が、A面よりもB面の方が少ない。しかも、B面ではCa-S結合により、S原子がほぼ完全に界面に固定化されるため、界面が乱れず、欠陥の再発生も抑制できる。これらの結果として、B面では高品質エピタキシャルCaF_2(111)薄膜がプロセスの初期段階から安定に成長する。
C-V測定用の試料としては、1000AのCaF_2膜を持つMISキャパシタを作製した。(111)B基板では界面準位密度が10^<11>cm^<-2>・eV^<-1>台の良好な特性が得られており、硫黄処理とエピタキシャル薄膜の併用により、欠陥密度の少ないGaAs界面の形成が可能であることが実証された。PL特性でも同様な傾向が観測されている。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] 重川秀美: "STMによるSe処理を施したGaAs(001)表面超構造の研究" 表面科学. 15. 305-310 (1994)
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[Publications] H.Shigekawa: "Selenium-treated GaAs(001)-2x3 surface studied by scanning tunneling microscopy" Applied Physics Letters. 65. 607-609 (1994)
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[Publications] H.Shigekawa: "Molecular structure of a crystal phase coexisting with k-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 studied by scanning tunneling microscopy" Physical Review B. 50. 15427-15430 (1994)
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[Publications] H.Shigekawa: "Dimer Model for Comprehensive Interpretation of Selenium-Passivated GaAs(001)Surface Structures" Proc.Ist Intl.Symposium on Control of Semiconductor Interfaces. 303-304 (1994)
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[Publications] H.Shigekawa: "Surface Structures of GaAs(001)with Selenium Adsorbate Studied by Scanning Tunneling Microscopy" Proc.Ist Intl.Symposium on Control of Semiconductor Interfaces. 573-574 (1994)
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[Publications] H.Oigawa: "Surface Passivation of III-V Compound Semiconductors with Chalcogen Atoms" Proc.7th Intl.Symposium on the Passivity of Metals and Semiconductors. (印刷中). (1995)
