光電子分光法による半導体ヘテロ接合バンド不連続量に与える界面双極子効果の解明

使用光电子能谱阐明半导体异质结带不连续性的界面偶极子效应

• 批准号: 02650003
• 负责人: 平川 一彦
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02650003/
• 关键词: 分子線エピタキシ-; 半導体ヘテロ接合; ヘテロ接合バンド不連続; X線光電子分光法

分子線エピタキシ-法に代表される最近の優れた結晶成長技術の発展により、冶金学的意味において1原子レベルで急峻な半導体ヘテロ接合を作製することが可能になった。しかし、異なる2つの物質を接合し、急峻なヘテロ接合を作製しても、電子構造は局所的に擾乱を受け、遷移領域が形成されるはずである。本研究では、X線光電子分光法(XPS)を用いて、ヘテロ界面極近傍の局所的な価電子分布、およびそれに起因する静電ポテンシャルの詳細を検討し、ヘテロ界面には界面双極子が存在すること、また電子構造の遷移領域がどの程度の厚さであるかを明らかにした。局所的な電荷分布の情報を得るために用いた試料は、分子線エピタキシ-法により作製したAlAs/d原子層GaAs/AlAsダブルへテロ(DH)構造、および逆のGaAs/d原子層AlAs/GaAs DH構造である。挿入した層の厚さdを系統的に変化させながら、Ga3d軌道とAl2p軌道のエネルギ-差をinーsituXPS法を用いて測定することにより、Ga3dおよびAl2p軌道の束縛エネルギ-をヘテロ界面からの距離の関数として、詳細に検討することができる。その結果、Ga3d軌道の内殻準位は、ヘテロ界面の極近傍ではバルクGaAs中のそれより約0.1eV深くなっていること、逆にAl2p軌道は約0.1eVだけ浅くなっていることが初めて明らかになった。このことは、GaAs/AlAsヘテロ界面には、数百meV程度の界面双極子が存在することを示している。さらに、簡単な静電ポテンシャルの計算値とのフィッティングより、価電子分布の遷移領域が、従来理論的に予測されていたよりも厚く、少なくとも約4原子層の厚さ(〜11オングストロ-ム)に及ぶことが明らかになった。

Molecular line エ ピ タ キ シ - method に さ れ る recently の optimal れ た crystal growth technique の 発 exhibition に よ り, metallurgy means に お い て 1 atom レ ベ ル で urgent topped な semiconductor ヘ テ ロ joint を cropping す る こ と が may に な っ た. し か し, different な る 2 つ の material を joint し, strict な ヘ テ ロ joint を cropping し て も は bureau, electronic structure of the field が に disrupt を け, migration forms さ れ る は ず で あ る. This study で は, X-ray photoelectron spectrometry (XPS) を い て, ヘ テ ロ interface extremely close alongside の bureau な 価 electronic distribution, お よ び そ れ に cause す る electrostatic ポ テ ン シ ャ ル の detailed を beg し 検, ヘ テ ロ interface に は interfacial dipole が exist す る こ と, ま た electronic structure の migration が ど の degree の thick さ で あ る か を Ming ら か に し た. Bureau of な charge distribution の intelligence を る た め に with い た sample は, molecular line エ ピ タ キ シ - method に よ り cropping し た GaAs/AlAs AlAs/d atomic layer ダ ブ ル へ テ ロ (DH) structure, お よ び inverse の GaAs/AlAs d atomic layer/GaAs DH tectonic で あ る. Scions into し た の thick さ d に を system - the さ せ な が ら, Ga3d orbital と Al2p orbit の エ ネ ル ギ - poor を in ー を situXPS method with い て determination す る こ と に よ り, Ga3d お よ び Al2p orbit の bound エ ネ ル ギ - を ヘ テ ロ interface か ら の distance の masato number と し て, detailed に beg す 検 る こ と が で き る . そ の results, Ga3d orbital の inner quasi は, ヘ テ ロ interface の extremely close alongside で は バ ル ク in GaAs の そ れ よ り is about 0.1 eV deep く な っ て い る こ と, reverse に Al2p orbit は is about 0.1 eV だ け shallow く な っ て い る こ と が early め て Ming ら か に な っ た. こ の こ と は, GaAs/AlAs ヘ テ ロ interface に は, degree of hundreds of meV の interfacial dipole が exist す る こ と を shown し て い る. さ ら に, Jane 単 な electrostatic ポ テ ン シ ャ ル の calculation numerical と の フ ィ ッ テ ィ ン グ よ り が の migration, 価 electronic distribution field, に 従 to theory to measure さ れ て い た よ り も thick く, less な く と も about four atomic layer thick の さ (~ 11 オ ン グ ス ト ロ - ム) に and ぶ こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

K.Hirakawa,Y.Hashimoto,and T.Ikoma: "Orientation independence of heterojunctionーband offsets at GaAsーAlAs heterointerfaces characterized by xーray photoemission spectroscopy" Applied Physics Letters. 57. 2555-2557 (1990)

K. Hirakawa、Y. Hashimoto 和 T. Ikoma：“通过 X 射线光电子能谱表征的 GaAs-AlAs 异质界面异质结能带偏移的方向独立性”应用物理快报 57. 2555-2557 (1990)。

M.Noguchi,K.Hirakawa,and T.Ikoma: "Coupled surface phonons and plasmons in electron accumulation layer on intrisic InAs (100) reconstructed surfaces grown by MBE" Proceedings of the 20th International Conference on the Physics of Semiconductors. 219-222 (

M.Noguchi、K.Hirakawa 和 T.Ikoma：“通过 MBE 生长的本征 InAs (100) 重建表面上的电子累积层中的耦合表面声子和等离子激元”第 20 届国际半导体物理会议论文集。

Y.Hashimoto,K.Hirakawa,K.Harada and T.Ikoma: "Strain induced change in band offsets at pseudomorphically grown InAs/GaAs heterointerfaces characterized by xーray photoelectron spectroscopy" Surface Science.

Y. Hashimoto、K. Hirakawa、K. Harada 和 T. Ikoma：“通过 X 射线光电子能谱表征的假晶生长的 InAs/GaAs 异质界面上的应变引起的能带偏移变化”《表面科学》。

Y.Hashimoto,K.Hirakawa,and T.Ikoma: "Microscopic charge distributions at GaAs/AlAs heterointerfaees characterized by xーray photoelectron spectroscopy" Proceedings of the 17th International Symposium on Gallium Arsenide and Related Compounds.

Y. Hashimoto、K. Hirakawa 和 T. Ikoma：“通过 X 射线光电子能谱表征 GaAs/AlAs 异质界面的微观电荷分布”第 17 届砷化镓及相关化合物国际研讨会论文集。

K.Hirakawa,Y.Hashimoto,and T.Ikoma: "Transient of electrostatic potential at GaAs/AlAs heterointerfaces characterized by xーray photoemission spectroscopy" Proceedings of SPIE's International Conference on physical Concepts of Materials for Novel Optoelect

K. Hirakawa、Y. Hashimoto 和 T. Ikoma：“通过 X 射线光电子能谱表征 GaAs/AlAs 异质界面的静电势瞬态”SPIE 新型光电材料物理概念国际会议论文集