電気化学プロセスを利用したショットキー接合形成における溶液/半導体界面の反応機構

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11118202
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 橋詰 保 北海道大学, 量子界面エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
• 研究分担者: 藤倉 序章 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70271640) ; 兼城 千波 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (30318993) ; 長谷川 英機 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60001781)
• キーワード: 電気化学プロセス / ショットキー接合 / 化合物半導体 / 表面処理 / フェルミ準位ピンニング / 自然酸化膜 / ナノショットキー

研究概要

本研究では、溶液処理およびパルス電界を利用する電気化学プロセスを用いて、III―V族化合物半導体の代表的材料のInP、GaAs、GaNに対して表面制御を試み、さらに、ナノメーター領域のショットキー接合の形成と評価を行った。得られた主な成果を以下にまとめる。
(1)まず、Al_<0.17>Ga_<0.83>N面の溶液処理後の化学状態に関して詳細に調べた。XPS測定により、大気中に放置された表面ではOlsピーク強度が非常に高く検出され、表面が自然酸化膜に覆われていることが分かった。さらに詳細な角度依存解析より、最表面はAl酸化物が支配的な成分であり、自然酸化膜の組成構造が単純ではないことが示唆された。この自然酸化膜は、アンモニア溶液処理によって除去され、化学量論的組成に近い規定された表面が得られることが明らかになった。
(2)次に、パルスモード電気化学プロセスによる、金属ナノコンタクトの形成とその評価を行った。EBリソグラフィーによる窓空け領域が約100nmの場合でも、その中心部に直径10〜20nmのPtナノコンタクトが形成できることが明らかになった。AFMシステムを用いて測定したPtドット/n-InP接合のI-V特性により、1つ1つのPtドットとInP表面との接合界面がショットキー特性を有していることが分った。さらに詳細な評価とシュミレーションにより、フェルミ準位のピンニングが緩和した、ナノショットキー界面が形成されている可能性が示唆された。

研究成果

• [文献書誌] H.Hasegawa: "Properties of Metal-Semiconductor Interfaces Formed on n-type GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2634-2639 (1999)
• [文献書誌] H.Takahashi: "XPS and UHV contactless characterization of novel oxide-free InP passivation process using silicon surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 1128-1132 (1999)
• [文献書誌] M.B.Takeyama: "Interfacial Reaction and Electrical properties in the sputter-deposited Al/Ti ohmic contact to n-InP"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 253-257 (1999)
• [文献書誌] Y.Koyama: "Formation Processes and Properties of Schottky and Ohmic contacts on n-type GaN for Field Effect Transistor Applications"Solid-State Electron.. 43. 1483-1488 (1999)
• [文献書誌] T.Hashizume: "Nitridation of GaP(001) surface by electron-cyclotron-resonance assisted N_2 Plasma"Applied Physics Letters. 75. 615-617 (1999)
• [文献書誌] T.Hashizume: "A novel surface passivation structure for III-V compound semiconductors utilizing a silicon interface control layer and its application"Materials Research Society Proceedings. 573. 45-56 (1999)
• [文献書誌] R.Nakasaki: "Insulator-GaN Interface Structures Formed by Plasma-Assisted Chemical Vapor Deposition"Physica E. (in press). (2000)
• [文献書誌] S.Ootomo: "Characterization of nitrided GaP(100) surfaces prepared by nitrogen plasma and radicals"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [文献書誌] M.Yamada: "Fabrication and characterization of novel oxide-free InP MISFETs having an ultra-narrow Si Surface quantum well"Japanese Journal of Applied Physics. 39(in press). (2000)
• [文献書誌] S.Anantathanasarn: "Passivation effects of nitrided GaAs surface using nitrogen radical irradiation"Appl.Sur.Sci. (in press). (2000)