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

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金属-半導体接合(ショットキー接合)界面においては、通常、フェルミ準位が禁制帯中の特定の位置に固定される、フェルミ準位のピンニング現象がおこるため、デバイスへの応用上、大きな制限が加わってきた。本研究では、パルス電界を利用して、半導体の表面のエッチングと金属電極の形成を同一電解液中で行う、「その場」電気化学プロセスにおける、溶液/半導体界面の反応素過程の理解を基盤として、ショットキー接合界面のフェルミ準位ピンニング緩和機構を明らかにすることを目的とする。得られた成果を以下にまとめる。1)酸性溶液中において、n-InP表面のSTM観察条件を見いだし、金属メッキ直前の液中陽極エッチングがInP表面の酸化膜除去に有効であることを明らかにした。2)パルス電界を利用して半導体表面のエッチングと金属電極の形成を同一電解液中でおこなう独自の電気化学プロセスによって形成したPt/InPショットキーダイオードにおいて、0.86eV以上の障壁高さが再現性良く得られ、理想因子も1.1程度と極めて良好な値を示した。3)Pt/InP接合界面を、容量-電圧法、ラマン分光法および光電子分光法により詳細に評価した結果、酸化層が存在せずストレスの極めて小さい界面が形成されていることが明らかとなった。4)上記の1)〜3)の結果より、界面におけるフェルミ準位のピンニング現象が外因性の機構に起因していることを明らかにした。5)電気化学プロセスによるPt微粒子の粒径制御を可能とし、粒径分布が均一でしかも粒径のより小さなPt微粒子構造を有するショットキー接合が、より大きな障壁高を持つという相関があることを見いだした。