アモルファス半導体超構造におけるキャリアのダイナミックスの研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63460056
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松波 弘之 京都大学, 工学部, 教授 (50026035)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉本 昌広 京都大学, 工学部, 助手 (20210776) ; 冬木 隆 京都大学, 工学部, 講師 (10165459)
• Keywords: アモルファス半導体 / 超格子 / 異種接合 / ホットエレクトロン / トンネル伝導 / 熱電子放出伝導 / アモルファスシリコンカ-ボン / アモルファスシリコン

Research Abstract

本研究では、アモルファスシリコン/シリコンカ-ボンから成る半導体超薄膜構造のキャリアの輸送過程(ダイナミックス)を明らかにし、これを固体素子の性能向上に寄与することを目的としている。昨年度は、超構造を作製し、X線回折や赤外分光法を用いて超構造の微細構造を解析する手法を確立した。本年度は、超構造内のキャリア輸送機構の詳細な検討、バンドオフセットの変化による輸送機構の変化、およびキャリアの輸送過程の過渡的特性を明らかにした。
単一障壁を持つ超構造で、井戸層アモルファスシリコンの伝導型をnまたはP型として、キャリア輸送機構を明らかにした。n型井戸層を持つ超構造では、印加電界強度の増加にともない電子の支配的な伝導機構は、バリアブルレンジホッピング伝導から、ショットキ-効果を含む熱電子放出伝導、ファウラ-ノルドハイム型トンネル伝導へと順に変化していく。障壁層アモルファスシリコンカ-ボンの禁制帯幅を小さくして超構造内のバンドオフセットを小さくすると、高電界領域でも熱電子伝導が優勢で、トンネル伝導は観測されなくなる。
一方、p型井戸層を持つ超構造において、井戸層のド-プレベルを最適化することにより、初めて、正孔のトンネル伝導を観測した。この超構造内での正孔の伝導機構は、印加電界強度を増大するにつれて熱電子放出伝導からトンネル伝導へと変化する。
過渡光電流法を用いて、アモルファスシリコン/シリコンカ-ボン多層薄膜構造のキャリア輸送過程を調べ、キャリアが分散型伝導をしていることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki Matsunami: "Fabrication of a-Si:H/a-SiC:H multilayers by a glow discharge method and carrier transport properties" Amorphous and Crystalline Silicon Carbide and Related Materials,Springer Proceedings in Physics. 34. 66-76 (1989)
• [Publications] Masahiro Yoshimoto: "Carrier transport in a-Si:H/a-Si_<1-x>C_x:H ultra-thin multilayers" Philosophical Magazine B. 60. 89-99 (1989)
• [Publications] Masaaki Hirai: "X-ray photoelectron spectroscopy study of band offsets in a-Si_<0.2>C_<0.8>:H/p-(a-Si:H)and a-Si_<0.2>C_<0.8>:H/n-(a-Si:H)heterojunction" Philosophical Magazine B. 60. 51-60 (1989)
• [Publications] Masahiro Yoshimto: "Hydrogen incorporation scheme in hydrogenated amorphous silicon/silicon carbon multilayers" Journal of Applied Physics.