2021 Fiscal Year Annual Research Report
半導体デバイスにおけるバンドアライメントの精密評価技術の開発
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20K15184
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
安野 聡 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, 研究員 (00767113)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | バンドアライメント評価 / 硬X線光電子分光法 / HAXPES |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では半導体のバンドギャップ励起によるフラットバンド化(表面光起電力)を応用したバンドアライメントの精密評価技術開発を硬X線光電子分光(HAXPES)をベースにして行った。
2020年度はバンドギャップ励起用のキセノン光源及び測定槽へバンドギャップ光を照射するためのライトガイドと集光レンズを導入した。 Si基板など様々な半導体材料においてバンドギャップ光照射+HAXPES測定による実証実験を行ったところ、光照射に起因したフラットバンド状態(表面光起電力)が形成され、これを基準とすることで、正確なバンドベンディングの状態を評価する事ができることを実証した。
2021年度は、実際のデバイス構造に近いSiやSiCにおけるMOS構造試料への評価を進め、多層構造試料におけるバンドアライメント評価が可能なことを実証した。一方で、表面や界面に存在する欠陥密度によっては導入したキセノン光源では光量が不足する課題が一部の試料で確認された。今後、材料や試料構造に最適な条件で評価が行えるよう光源や集光等について最適化の検討を進めていく予定である。
他、波長選択の自由度の向上と励起波長依存性評価を行う事を目的とした回折格子型の分光器も導入した。これにより、各種半導体材料の励起波長依存性評価を行ったところ、いずれも文献値のバンドギャップに近い値が得られることが分かり、本技術を用いたバンドギャップ評価の可能性を示すことができたと考えている。今回は一般的な半導体基板による評価を実施したが、薄膜構造や局所的な領域、さらにX線を集光すれば微小領域でのバンドギャップ評価への応用が期待できる。
また、酸化物半導体やペロブスカイト太陽電池における光劣現象を捉える事にも成功しており、本評価技術がバンド構造評価のみならず、光が関係する広範な材料、現象へ応用展開できる可能性のあることも見出している。
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