半導体用語集
理想表面
英語表記：ideal surface
バルク結晶をある方向で切り出すと結晶の表面が現われる。バルク結晶をそのまま切り出した仮想的な表面を理想表面と呼び，元の完全結晶をバルクと呼ぶ。実際の表面では，表面付近での電子状態がバルク結晶とは異なる特徴を持ち，表面付近の電子状態と原子配列で決まる全エネルギーが最低になるように，表面原子の再配置が起こる。原子の再配置としては，原子層間の間隔が変化するなど原子位置のずれが生じる場合（表面緩和）や，結合の組み換えなどによる再配列が起こり表面の周期性が変化する場合（表面再構成）がある。半導体表面の原子では，結晶を形成していた化学結合が切断されるため，ダングリングボンドが高密度に存在する。ダングリングボンドは高いエネルギーを持つため不安定な状態にあり，多くの場合には，ダングリングボンドの個数が減るように表面における原子配列が変化して，エネルギー的に安定化する。
Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体のバルク結晶は，そのほとんどが閃亜鉛鉱型（立方硫化亜鉛型）の結晶構造を持ち，2種類の元素が交互に規則正しく配列している。Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体のバルク結晶は，閃亜鉛鉱型またはウルツ鉱型（ウルツァイト型，六方硫化亜鉛型）の結晶構造を持つ。結晶格子に対してどの方向で切断して表面を生じさせるかを表記するために，たとえば（001）面のように面方向を指定する。すなわち，立方晶の（001）面は，結晶格子（立方体）の一つの面でバルク結晶を切断した表面で，表面第一層においてどちらかの元素が正方形状に配列する。第二層はもう一方の元素が同様に配列する。原子層間の間隔は均等である。立方晶の（111）面は，結晶格子（立方体）の一つの頂点を切り取るように斜めにバルク結晶を切断した表面で，一方の元素が表面第一層で正三角形状に配列し，もう一方の元素が3個の表面原子と化学結合をして第二層を形成する。第三層は第一層と同種の元素が第二層の真下に位置する。六方晶の（0001）面は，立方晶の（111）面と同様の配列となるが，六方晶の（0001）面では，第一層から第四層の繰り返しになり，立方晶の（111）面では第一層から第六層の繰り返しになる。このとき，一-二層間距離：二-三層間距離=1:3となり，また，一-二層間では1原子当たり3個の化学結合が存在するが，二-三層間は1原子当たり1個の化学結合しか存在しない。したがって，一方の元素が表面に存在する方がエネルギー的に安定になる。もう一方の元素から始めて面対称の表面も形成できる。これらの表面は極性表面と呼ばれ，たとえば，ヒ化ガリウムGaAsでは，Ga面，As面のように呼ばれる。
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