混晶半導体ヘテロ接合界面の原子的構造と電子状態の解明とその関連

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混晶半導体のヘテロ接含として、今年度は【III】-【V】化合物混晶半導体である【In_(0.82)】【Ga_(0.18)】【As_(0.12)】【P_(0.88)】と金属(Au,Pdなど)との接合をとりあげ、研究を行なった。基板混晶には、液相エピタキシアル法により成長させた結晶を用い、電子分光法により界面構造の解明を試みた。混晶表面は、成長したままの未処理のものと、超高真空排気後【Ar^+】イオン(約2keV)によりスパッタクリーニングを行なったものとの2種の表面を用いた。まず、スパッタリングで表面を清浄化した混晶表面にAuを堆積させると、P,Ga,Asの信号はAu堆積の早い時期(約1nm程度)で消失するが、In信号は依然として観測される。約20nmのAu堆積でIn信号も消失するが、これを室温において熱処理すると、再びInの信号が観測されるようになるが、Ga,As,Pの信号は観測されない。このような試料を表面から【Ar^+】イオンによるスパッタリングにより元素分布の深さ分析を行なうと、スパッタリングの初期にInの信号も消失する。その後スパッタリングを進めると、基板混晶を構成するすべての元素の信号がAuの信号と共存する形で現れ、それは基板の信号へと連続的に変化してゆく。以上の実験結果は、Auと混晶半導体【In_(0.82)】【Ga_(0.18)】【As_(0.12)】【P_(0.88)】のヘテロ接合において、Inの試料表面への選択的拡散と、界面でのAuと混晶半導体構成元素との混合層の存在を示す。一方、Au-InP接合系での同様の実験から、その結果と合回の結果との比較検討により、上記界面混合層中では、少なくともIn,P原子はAuと金属合金化していることが結論された。以上の結果からAu-【In_(0.82)】【Ga_(0.18)】【As_(0.12)】【P_(0.88)】ヘテロ接合では、その界面において合金化の生じていること、また、その結果として、In原子の試料表面への選択的拡散の起っていることが明らかにされた。このような現象は、混晶半導体の表面処理を行なわない場合、Pd層のある場合にも生じる。