JAIST Repository: 低温成長GaAs膜中におけるAsクラスターの研究

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(1)JAIST Repository https://dspace.jaist.ac.jp/. Title. 低温成長GaAs膜中におけるAsクラスターの研究. Author(s). 山田, 剛且. Citation Issue Date. 1998-03. Type. Thesis or Dissertation. Text version. none. URL. http://hdl.handle.net/10119/2467. Rights Description. Supervisor:大塚信雄, 材料科学研究科, 修士. Japan Advanced Institute of Science and Technology.

(2) 低温成長. GaAs 膜中における As クラスターの研究山田剛且. (大塚研究室). MBE により 200 ℃近辺の基板温度で成長した低温成長 GaAs 膜は、良質の結晶性を有. しながら、平衡状態での非化学量論的結晶の固溶限度より数桁多い約 1 ％の過剰な As を含んでいる。この低温成長 GaAs 膜を 600 ℃以上の温度で焼鈍すると、周囲の GaAs 結晶の結晶性を保ちつつ金属相である As クラスターが析出し、その界面に Schottky 障壁が形成されることが知られている。また、低温成長 GaAs 膜の特異な物性は、As クラスターに起因すると提案されている。本研究では、低温成長 GaAs 膜中に析出する As クラスターを TEM 観察で調べた。これまでの本研究室による研究により、pn 接合構造を有する低温成長 GaAs 膜の焼鈍では、クラスター析出の粗大化段階で、注入した不純物による伝導電子および正孔が自由に成り始めた時に、pn 接合界面に沿って As クラスターの存在していない領域 ( クラスター欠乏層) が形成することがわかった。そこで、あらたに不純物注入量の異なる pn 接合構造膜を成長し、クラスター欠乏層幅の不純物注入量依存性を調べたところ、不純物注入量の増加に対してクラスター欠乏層幅が狭くなった。pn 接合界面でのバンドの曲がりによる空乏層とクラスター周囲の空乏層の幅は、不純物注入量の増加とともに狭くなることから、これらの空乏層が重ならないようにクラスターが再分布してクラスター欠乏層が生じたと考えられる。この結果は、クラスター欠乏層の形成に、伝導電子を伝導帯から、あるいは正孔を価電子帯から金属クラスターの Fermi 準位に移すことによる電子エネルギーの利得が影響を与えることで説明できる。 GaAs 結晶中の As クラスターは、六方晶の結晶構造を有し、As 101 と As 003 が GaAs 111 とほぼ平行であることがわかっている。この As クラスターの粗大化が進むと、. f g. f g. f g. f g と接する f g と f g が成長し、平行な界面に大きさの違いが生じる。 f g の極性の違この大きさの違いは、 GaAs 111. As 101. As 003. GaAs 111. 図 1: Caluculated. image GaAs/As interface. keywords. of. いにより生じるものと思われる。このような As クラスターと GaAs 結晶の界面の原子配列を高分解能透過電子顕微鏡 (HRTEM) 像から考察することにした。この HRTEM 像は、物質内における散乱とレンズ収差の効果を受けた複数の波の干渉として形成される。そこで、この結像過程を考慮した HRTEM 像計算プログラムを作製し、観察した像と界面原子配列モデルの計算像を比較することで、界面原子配列の情報を引き出すことを試みた。図１に As 003 /GaAs 111 界面計算像を示す。. f g. f g. As クラスター, 内部 Schottky 障壁, HRTEM, image simulation. Copyright c 1998 by Yoshikatsu Yamada.

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