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

基本信息

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

项目摘要

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。

分子束外延等优异晶体生长技术的最新进展使得在冶金意义上在单原子水平上制造陡峭的半导体异质结成为可能。然而，即使将两种不同的材料连接起来形成陡峭的异质结，电子结构也会受到局部干扰并形成过渡区。在本研究中，我们利用X射线光电子能谱（XPS）检查了异质界面附近的局域价电子分布及其引起的静电势的细节，发现异质界面处存在界面偶极子，我们还阐明了这一点。电子结构的过渡区较厚。用于获取局部电荷分布信息的样品是通过分子束外延制造的AlAs/d原子层GaAs/AlAs双异质（DH）结构，以及反相GaAs/d原子层AlAs/GaAs DH结构。通过使用原位测量Ga3d轨道和Al2p轨道之间的能量差作为距离的函数，可以详细考虑。结果，首次揭示了异质界面附近的Ga3d轨道的核心能级比块状GaAs的核心能级深约0.1 eV，相反，Al2p轨道的核心能级浅约0.1 eV。它变成了。这表明GaAs/AlAs异质界面处存在大约数百meV的界面偶极子。此外，通过简单的静电势计算拟合表明，价电子分布的过渡区域比之前理论上预测的更厚，至少约 4 个原子层厚（~11 Å），很明显它是普遍存在的。