半導体へテロ接合におけるバンド不連続量の人工的制御

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03402022
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 生駒 俊明 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (80013118)
• 研究分担者: 斎藤 敏夫 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (90170513)
• キーワード: 半導体ヘテロ構造 / バンド不連続量 / 界面ダイポ-ル / バンド構造の制御 / 光電子分光法

研究概要

分子線エピタキシャル成長(MBE)と直結された分析室において、GaAs/AlAs及びGaAs/InAsへテロ構造について、光電子分光法(XPS及びVPS)を行ない、次の知見を得た。1.GaAs/AlAsヘテロ構造における価電子帯バンド不連続量(△Ev;これはヘテロ構造におけるGa及びAlの内殼準位のXPS測定による求められる。)は、界面の結晶面方位に依存せず0.44eVである。これは、ヘテロ界面でのダイポ-ルの大きさが面方位によって変化されないことを示す。2.一方、AlAs/GaAs/AlAsダブルヘテロ構造における挿入層のGaAs中でのGa原子の内殼準位のエネルギ-をXPSにより調べると、界面の近傍(界面の両側で11A^^°以上)でシフトを呈し、バンド不連続を形成するのに、その11A^^°余りの領域を要し、さらに、その中にダイポ-ルを形成することが示された。3.GaAs/InAs系において、転位発生の臨界膜厚である2分子層のヘテロエピタキシ-を行なった、GaAs/InAsにおいて内殼準位のXPS測定を行ない、、バンド不連続量を調べた。GaAs基板上及びInAs基板上に成長した試料で、△Evは、主として価電子帯の分裂の効界により、約0.7eVの差がある。
GaAs/AlAsヘテロ界面にSiを0〜2原子層挿入することにより、△Evを見かけ上0.4eV変化させることができる。ところが、Si挿入層の成長時にAs安定化面とした場合とGa安定化面の場合で、△Evが同一の値となり、理論的に予測されるダイポ-ルの寄与とは合わない。これは、結晶成長時に、GaーSi及びGaーAsのボンドを自在に制御することが困難であるために、同じ方向のダイポ-ルしか形成できないためと考えられる。また、GaAs/SiAsのUPS(今年度導入した紫外光源を使用)による、Siを蒸着あるいは挿入したGaAs中のバンド曲がりが問題であることがわかり、上記の見かけのバンド不連続に対し、測定試料中でのバンド曲がりの効果を加味することが必要であることが判明した。

研究成果

• [文献書誌] K.Hirakawa,Y.Hashimoto,K.Harada & T.IRoma: "Strain effect on band offsets at pseudomorphic In As/GaAS heterointerfaces characterized by Xーray photo emission spectroscopy" physical Review B. 44. 1734-1740 (1991)
• [文献書誌] K.Hirakawa,Y.Hashimoto,and T.Ikoma: "Transient of microscopic valenceーcharge distribution and electrostatic potential at GaAs/AlAs heterointerface" Surface Science. (1992)
• [文献書誌] T.Saito and T.Ikoma: "ImpurityーRelated Bands in GaAs Doped with Ge,Zn,and Se Monolayers" Surface Science. (1992)
• [文献書誌] 斎藤 敏夫,生駒 俊明: "不純物原子層を有するGaAs及びGa/AlAs超格子の電子構造" 電子情報通信学会技術研究報告. ED91. 31-36 (1991)
• [文献書誌] T.Saito and T.Ikoma: "Role of Interfale States in Band Structures of short period (GaAs)_n/(Gez)_n〔001〕Superiattices under ZeroーField Model" Physical Review B.