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

1992 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: 赤沢 正道 北海道大学, 工学部, 助手 (30212400)
• キーワード: フォトルミネセンス / in-situ評価 / 表面準位密度分布 / 半導体自由表面 / ヘテロ界面 / 化合物半導体 / ショットキー障壁 / 表面再結合

研究概要

本年度は、主として、代表者らが新たに開発したフォトルミネセンス表面準位スペクトロスコピー(PLS^3)法を用いて、従来測定されていない各種プロセス後の半導体表面・界面の準位密度分布を定量的に評価するとともに、表面の工学的制御手法を確立する研究を行い、以下の新たな知見を得た。
(1)代表者らが確立したPLS^3法を用いて、自然酸化面、化学エッチング面、化学的処理面、アニール面など、これまで測定されたことがない、GaAs、InP、InGaAs「自由表面」の表面準位密度分布やMBE結晶成長、光CVD絶縁膜堆積など超高真空プロセス中の表面・界面の準位密度分布をはじめて明らかにした。
(2)PLS^3法を適用することにより、種々の条件で形成した熱酸化、プラズマCVD SiO_2/Si界面およびSi自由表面における再結合速度の照射光強度依存性を明らかにした。これにより太陽電池の動作状態における表面再結合速度の評価がはじめて可能となった。
(3)MBE GaAs成長中断界面の実効準位密度分布がPLS^3法を用いて測定可能であることを示すとともに、成長中断界面に見られるキャリア密度分布の異常性は、従来提唱されているモデルではなく、DIGSモデルの特性エネルギーE_<HO>に極小値をもつU字形の連続準位の形成によるものであることを明らかにした。
(4)不純物をドープした、MBE Si超薄膜界面制御層(Si ICL)を金属/GaAs界面に挿入することにより、GaAsショットキー障壁高が広範囲にわたって、精密に制御できることを示した。
(5)GaAs表面をフッ酸処理した後、低温でPCVD SiO_2膜を堆積すると、アニール時のSiO_2/GaAs界面反応が大幅に抑制されることを示した。

研究成果

• [文献書誌] H.Hasegawa: "“In-Situ Photoluminescence Surface Spectroscopy for Inp and InGaAs(invited)"" Proc.of 4th International Conference on Indium Phosphide and Related Materials. 24-27 (1992)
• [文献書誌] H.Hasegawa: "“Formation mechanism of Schottky barriers on MBE-grown GaAs surfaces subjected to various treatments"" Appl.surf.sci.56-58. 317-324 (1992)
• [文献書誌] T.Hashizume: "“Annealing Behavior of HF-Treated GaAs Capped with Si0_2 Films Prepared by 50-Hz Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.31. 3794-3800 (1992)
• [文献書誌] T.Sawada: "“In-Situ Characterization of Compound Semiconductor Surfaces by Novel Photoluminescence Surface State Spectroscopy"" Jpn. J. Appl. Phys.32. 511-517 (1993)
• [文献書誌] T.Saitoh: "“A Novel Contactless and Nondestructive Measurement Method of Surface Recombination Velocity on Silicon Surfaces by Photoluminescence"" Jpn. J. Appl. Phys.32. 272-277 (1993)
• [文献書誌] K.Koyanagi: "“Control of GaAs Schottky Barrier HeighT by Ultrathin MBE Si Interface Control Layer"" Jpn. J. Appl. Phys.32. 502-509 (1993)
• [文献書誌] T.Sawada: "“In-Situ Photoluminescence Characterization of Growth Interrupted Interfaces of MBE GaAs"" accepted for publication in Proc of 19th Int.Symp. on Gallium Arsenide and Related Compounds(Karuizawa,September 28-October2, 1992).
• [文献書誌] T.Sawada: "“In-Situ Photoluminescence Characterization of Growth Interrupted Interfaces of MBE GaAs"" accepted for publication in Proc of 19th Int.Symp. on Gallium Arsenide and Related Compounds(Karuizawa,September 28-October2, 1992). (1992)