MBE法によるGaAs系ナノ構造半導体の結晶成長と電気·光学特性評価

大鉢忠; Tadashi Ohachi

摘要

携帯電話を筆頭にモバイルコンピューティングとコンピュータの高速化の環境が整備され，研究指針が電子機器の高速処理のため，Si半導体デバイス集積回路の高速化以外に化合物半導体による高速電子デバイスと光デバイスの発展が期待されている．このため良質の化合物半導体結晶成長が重要な役割をしている．結晶を"ナノ"スケールまで寸法を小さくするとそこに含まれる電子は閉じ込め効果（量子サイズ効果）を示すようになり，電子のトンネル現象が制御でき高速電子デバイスが動作する．分子線エピタキシー（MBE）等の結晶成長技術によって，この量子効果を利用する新しい半導体デバイスの開発のため多くの研究がなされている．平成8年度より発足した「私立大学ハイテク·リサーチセンター·整備事業」同志社大学先端科学技術センター·ハイテク·リサーチ·プロジェクト「ナノ構造ハイブッリドデバイス物性研究」の分担課題，「MBE装置によるナノ構造化合物薄膜単結晶成長およびナノ構造半導体デバイス製作と評価の研究－量子井戸構造半導体の結晶成長と電気·光学·電気化学特性評価－」の研究に取り込む目的でVG Semicon社製の化合物半導体用のMBE装置V80Hを用いて以下の研究を行った．量子サイズ効果を示すGaAs/AlGaAs 半導体量子構造の作成，応用として高指数面におけるSiドーピングによる伝導形の面方位とAs圧力依存性の研究，非対称2重量子井戸(ADQW)を用いたフォトルミネッセンス（PL）測定，原子間力顕微鏡（AFM）による表面観察，透過電子顕微鏡（TEM）による界面観察，高エネルギ反射電子線回折（RHEED）を用いた観測等である．また，デバイス応用のため，光学特性とのハイブリッド化を目指しAlAs膜の水蒸気酸化よりAl{sub}2O{sub}3膜のDBR（分布ブラッグ反射膜）の横方向酸化に関した酸化機構を調べた．以上の実験から高As圧力下でGaAs表面にAs 吸着層が疑似液体層(QLL)として存在する可能性を示すことが出来た．これによって，気相成長法に液相成長の特徴を待たせる方式を実現できた．といえる．AlAs膜の酸化特性では膜製作時のAs圧力により拡散律速から界面反応律速に変化することと横方向酸化が界面の影響を受けることを示すことができた．

MBE法によるGaAs系ナノ構造半導体の結晶成長と電気·光学特性評価

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