絶縁膜直接成長と表面その場観察によるSi上(In)GaAs MOSFETの作製

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III-V族化合物半導体の高電子移動度を用いた高速・低消費電力電界効果トランジスタを実現するための基礎検討として,チャネル材料であるInPに着目して,酸化膜形成前の基板表面パッシベーションによる半導体/絶縁膜界面の準位低減を目指して研究を行った.有機金属気相成長によりInPを成長した後に,反応器から基板を取り出さずに行える表面パッシベーション処理として,H2Sによる表面S終端を考案し,その効果を実証した.H2Sにより300℃にてS終端したInP(001)表面を,大気暴露後にXPSにより観察した結果,InおよびPの酸化物がまったく検出されず,S終端が表面パッシベーションとして有効に機能することが実証された.さらに,表面のフォトルミネッセンスを測定した結果,S終端により蛍光強度が増大しており,S終端がInP表面の欠陥を終端して表面準位を低減することが示唆された.このような表面終端の化学的メカニズムをXPSスペクトルから解析したところ,表面近傍のInとSが結合を形成しており,表面からのP脱離により形成されたInのダングリングボンドが,S終端により効果的に終端されるものと考えられた.本結果は,InPを電子チャネル層に用いたMOSFETの結晶層形成プロセスに応用可能なプロセスの改善策を提案するものである.