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

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。

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。