半導体自由表面の表面準位分布の非接触測定とそれにもとづく表面の工学的制御

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03452147
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 長谷川 英機 北海道大学, 工学部, 教授 (60001781)
• 研究分担者: 赤澤 正道 北海道大学, 工学部, 助手 (30212400) ; 飯塚 浩一 北海道大学, 工学部, 助手 (30193147)
• キーワード: 半導体 / 表面準位 / 表面準位分布 / フォトルミネセンス / 計算機シミュレ-ション / 表面再結合 / 化合物半導体 / ピンニング

研究概要

現在、工学的に重要な半導体自由表面、すなわち、エッチング、ビ-ム照射、リソグラフィ-工程などが加えられた表面や化学的表面処理が施された表面、結晶成長や再成長表面の表面準位分布を直接測定する手段は存在しない。本研究は、従来、定性的にしか用いられていなかったフォトルミネセンス(PL)の発光機構と測定法に詳細な検討を加え、(1)ルミネセンス測定により、半導体自由表面の表面準位分布を非接触・非破壊に測定する新手法を確立すること、さらに(2)新手法により、従来測定されていない各種自由表面の表面準位分布を明らかにし、表面準位発生機構と発生を工学的に抑制するための知見を得ることを目的とする。
平成3年度には、このような新しい原理にもとづく測定法そのものの確立を目標に、研究を推進し次の成果を得た。(1)表面再結合に関する厳密な計算機シミュレ-ションプログラムを開発し、PLデ-タの定量的解釈の理論的基礎となるPL表面準位スペクトロスコピ-法を確立した。これにより、フォトルミネセンスの発光効率の照射光強度依存性から、表面準位の分布形状、表面準位密度、フェルミ準位のピンニング位置が決定される。(2)コンピュ-タ制御によりPL発光効率を自動測定するシステムを完成した。このシステムでは、既存のMBE/XPS/CVDシステムに接続されたPLチャンバにより、InーSitu測定が可能であると共に、P
L測定中の表面の光化学変化が防止される。(3)種々の半導体自由表面の形成とRHEED,XPS評価を行なった。(4)CーV測定が可能な絶縁体ー半導体界面についてPL測定を行い、新しい測定法の妥当性を検討・確立した。(5)Si,GaAs,InP,InGaAsの種々の表面について、PL測定を行い表面準位分布を測定した。

研究成果

• [文献書誌] 長谷川 英機: "化合物半導体ショットキ-障壁の形成機構" 応用物理. Vol.60,No.12. 1214-1222 (1991)
• [文献書誌] H.Hasegawa,M.Akazawa and E.Ohue: "Passivbation Technology Using an Ultrathin Si Interface Control Layer for AirーExposed InGaAs Surfaces Prc.of 3rd Int.Conf.on Indium Phoshide and" Related Materials(Cardiff,April 1991). 630-633 (1991)
• [文献書誌] H.Hasegawa,H.Ishii and K.Koyanagi: "Formation mechanism of Sshottky barriers on MBE grown GaAs surfaces subjected to various treatments" presented at ICFSIー3(Rome,May 1991).
• [文献書誌] H.Hasegawa,T.Saitoh and H.Iwadate: "Relationship Among Surface State Distribution,Recombination Velocity and Photoluminescence Intensity on Compound Semiconductor Surfaces" presented at ICFSIー3(Rome,May 1991).
• [文献書誌] M.Akazawa,H.Ishii and H.Hasegawa: "Control of GaAs and InGaAs InsulatorーSemiconductor and MetalーSemiconductor Interfaces by Ultrathin MBE Si Layers" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3774-3749 (1991)
• [文献書誌] T.Saitoh,H.Iwadate and H.Hasegawa: "InーSitu Surface State Spectroscopy by Photoluminescence and Surface Current Transport for Compound Semiconductors" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3750-3754 (1991)
• [文献書誌] B.X.Yang and H.Hasegawa: "MigrationーEnhanced Epitaxy of InP Using Polycrystalline InP as Phosphorus Source" Jpn.J.of Appl.Phys.Vol.30. 3782-3787 (1991)
• [文献書誌] S.Goto,K.Higuchi and H.Hasegawa: "Atomic Layer Epitaxy Growth of InAs/GaAs Heteroーstuctures and Quantum Wells" presented at 18th Int.Symp.on GaAs and Related Compounds(Seattle,Sept.1991).
• [文献書誌] H.Fujikura,H.Tomozawa,M.Akazawa and H.Hasegawa: "AtomicーScale Control of Surface Fermi Level Pinning by Ultrathin Si MBE Layers for InGaAs Quantum Structures" presented at the 1st International Symposium on Atomically Controlled Surfaces and Interfaces(ACSー1),(Tokyo,November 1991).
• [文献書誌] H.Tomozawa,K.Numata and H.Hasegawa: "Interface Stats at LatticeーMatched and Pseudomorphic Heteroーstractures" presented at the 1st International Symposium on Atomically Controlled Surfaces and Interfaces(ACSー1),(Tokyo,November 1991).
• [文献書誌] H.Hasegawa,M.Akazawa,H.Fujikura and H.Hasegawa: "Control of Surface and Interface Fermi Level Pinning for Compound Semiconductor Nanometer Scale Structures" presented at International Workshop on Quantum Effect Phisics.Device and Application(Luxor,Egypt,Jan,1992).
• [文献書誌] T.Saitoh,K.Numata,T.Sawada and H.Hasegawa: "InーSitu Photoluminescence Surface State Spectroscopy for Reacted Surfaces of Compound Semiconductors" presented at International Workshop on Science and Technology for Surface Reaction Process(Tokyo,Jan 1992).