半導体界面でサイト制御された不純物挿入層の電子状態と、バンド不連続量制御への応用

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650023
• Research Institution: Institute of Industrial Science, University of Tokyo.
• Principal Investigator: 斎藤 敏夫 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90170513)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 生駒 俊明 (株)テキサス, インスツルメンツ・筑波研究開発センター, 取締役社長 (80013118) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (10183097)
• Keywords: ヘテロ接合 / ガリウム砒素 / アルミニウム砒素 / バンド不連続量 / 強結合法 / シリコン / 光電子分光法 / 面方位

Research Abstract

1.ヘテロ界面のバンド不連続量を理論予測するために、自己無撞着な強結合法による計算プログラムを完成した。本プログラムでは、sp^3s^*基底の強結合法近似により価電子密度を求め、静電的ポテンシャルを自己無撞着に決定出来る。ヘテロ界面を有する超格子構造を用いて、自己無撞着な計算を行なう。
2.本プログラムを用いてGaSa/AlAsヘテロ界面の価電子帯状バンド不連続量ΔΕ_υを計算し、(100)と(110)界面でΔΕ_υ=0.51eV、(311)A界面でΔΕ_υ=0.50eVの理論値を得た。この結果、GaSa/AlAs界面のΔΕ_υは、高指数面も含め面方位に依存しないことが明らかになった。
3.GaAs/Si(2ML)/AlAs界面のΔΕ_υを理論計算し、ΔΕ_υ=-1.36eV[(100)-As界面]、2.1eV[(100)-Ga界面]、0.35eV[(110)界面]、-0.12eV[(311)A-As界面]、1.67eV[(311)A-Ga界面]の理論値がそれぞれ得られた。Si2原子層を界面に挿入することにより、ΔΕ_υを制御することが可能で、変化量は面方位と面の極性に大きく依存することが明らかになった。特に、(311)A GaAs上の結晶成長では、ドープされたSiは成長条件によりドナーにもアクセプターにも成り得るので、(311)A界面でのΔΕ_υ制御の実現性が最も高いと考えられる。
4.GaAs/InAs(1ML)/AlAs界面[(100)方位]のΔΕ_υを理論計算し、ΔΕ_υ=0.50eVの理論値を得た。これは、挿入層のない界面のΔΕ_υ=0.51eVとほぼ等しい値である。InAs原子層(1ML)を挿入することにより、GaAs/AlAs界面の微視的な価電子密度は変化するにもかかわらず、ΔΕ_υ自体は変化しないことが明らかになった。また、X線光電子分光法を用いて、GaAs/InAs(1ML)/AlAs界面のΔΕ_υの測定を行ない、理論予測と一致する結果を得た。

Research Products

• [Publications] T.Saito: "Band Discontinuity and Effects of Si-Insertion Layer at (311)A GaAs/AlAs Interface" Solid-State Electronics. 37. 743-745 (1994)
• [Publications] T.Saito: "Band Discontinuity in GaAs/AlAs Superlattices with InAs Strained Insertion-Layers" Superlattices and Microstructures. 15. 405-407 (1994)
• [Publications] T.Saito: "Band Discontinuity at the (311)A GaAs/AlAs Interface and Possibility of Its Control by Si Insertion Layers" Physical Review. B 50. 17242-17248 (1994)
• [Publications] Y.Hashimoto: "Artificial control of heterojunction band discontinuities by two delta dopings" Proc.of Int.Symp,on Compound Semiconductors(SanDiego,USA,1994). 1995 (£to be published!)
• [Publications] 斎藤敏夫: "InAs原子層を挿入したGaAs/AlAs界面の電子状態とバンド不連続量" 電子情報通信学会技術研究報告. ED94. 31-35 (1994)