| 研究概要 |
本研究では、半導体中の深い準位を持つ不純物・結晶欠陥を非接触かつ高い空間分解能で検出判定するため、「走査トンネルDLTS顕微鏡」とでも呼ぶべき全く新しい実験手法を考案し、試作した装置を用いて本方法の有効性を実証することを試みた。
理論的考察の結果、半導体結晶に断続的光を照射すると発生する表面光起電力(SPV)が光照射停止後減衰していくときの過渡応答の時定数は、適当な条件のもとでは、結晶表面下の空乏層中にある少数キャリアトラップからのキャリア放出の時定数で与えられること、またSPVの過渡応答成分をSPVで除した量(SPV-DLTS信号)は、結晶内部のトラップ密度に比例し、表面固有の状態パラメータを含まないことを示した。
この結果にもとづき、STM観察料料に適当な周波数でチョップしたレーザ光を照射し、発生するSPVと光照射停止後のSPV過渡応答信号を、トンネル電流の変化として検出する装置を試作した。この装置により、SPV-DLTS信号の温度依存性よりSPV-DLTSスペクトルを、探針の資料上走査によりSPV・DLTS像を得ることができる。
この装置を用い、塑性変形したn-GaAs試料について測定したSPV-DLTSスペクトルのホールトラップピークは、同じ試料で測定した光DLTSスペクトルのそれと良く一致し、SPV-DLTSが光DLTSと同様に少数キャリアトラップをスペクトロスコピックに検出する測定手法となることが実証われた。またその空間分解能は、トラップが表面下浅いほど,またドープ密度が高いほど向上するが、通常ののドープ密度でも、従来のSEM-DLTSの分解能をはるかに凌駕する高分解能(10nm以下)を容易に達成することができることも確認できた
しかし、解決すべき問題点も明らかになった。そのうちの最重要課題は、STMの空間分解能を最大限に生かして温度スペクトルを測定するためには、探針の熱ドリフトを完全に無くすか、探針が同一場所を追尾するような装置上の工夫が必須であることである。
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