光・電気雑音を利用した新欠陥スペクトロスコピー:アモルファス半導体への応用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650307
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 嶋川 晃一 岐阜大学, 工学部, 教授 (60021614)
• 研究分担者: ガンジュ アシュトシュ 岐阜大学, 工学部, 助手 (00262965)
• キーワード: 欠陥スペクトロスコピー / アモルファスシリコン / カルコゲナイドガラス / 光誘起現象 / 光伝導 / 交流伝導

研究概要

本研究では、光学、電気的雑音の組み合わせ測定、解析からアモルファス半導体の欠陥のエネルギー状態や密度を評価する新しい"欠陥スペクトロスコピー"を確立しようとした。前年度では光伝導度のゆらぎをもたらすものとして材料のマクロな不均質性が決定的な影響を及ぼすことがわかったため、本年度では、アモルファスシリコン(a-Si : H)とカルコゲナイドガラス(a-Ch)のバンドギャップ光照射下における光伝導度のゆらぎの測定と解析に焦点をあてた。以下に結果を要約する。
1.a-Si : Hでは構造の不均質性やポテンシャルゆらぎが"雑音"の大きな原因となるため"欠陥"の影響がマスクされてしまう。そのため当初目的とした欠陥スペクトロスコピーからやや主題が外れることになった。しかし、構造の不均質性のスケールが本研究から明確になるという新しい結果が得られ、ニース(フランス)で開催された国際会議(第19回アモルファスと微結晶半導体国際会議、2001年8月)の招待講演として取り上げられた。
2.a-Chでは、光による構造変化を伴うため、現象はより複雑化した。そこで、光構造変化の起きるダイナミックスを研究の一部として重視し、その結果はすばやくPhys. Rev. B(Rapid Communication)に掲載された。a-Si : Hと同様にニースの国際会議の招待講演として急遽組み込まれた。
3.a-Chでは上記の光誘起現象とともに欠陥の性質が直接光伝導度に反映し、光交流伝導(一種の雑音とみなされる)を通した欠陥のエネルギー準位や密度(スペクトロスコピー)が得られることがわかった(ニース国際会議の一般講演で報告)。
最近、光伝導度の周波数分解によって、キャリアの再結合時間の分布を知ることができるようになり(応答の成分を実部、虚部に分解)、光ルミネッセンスの寿命分布との比較から"無輻射"成分をとりだせるようになってきた。これらを全て踏まえた実験、考察を引き続き行っていきたい。

研究成果

• [文献書誌] A.Ganjoo: "Percolative growth of photodarkening in amorphous As_2S_3 films"Physical Review B (Rapid Communication). 62. R14601-R14604 (2000)
• [文献書誌] K.Shimakawa: "Percolation-controlled electronic and optical properties of microcrystalline Si films (Invited)"Materials for Information technology in the new millenium (Book Craft, Bath.UK). 1-8 (2000)
• [文献書誌] K.Shimakawa: "Current understanding of photoinduced volume and bandgap changes in amorphous chalcogenides (Invited)"Journal of Opfoelectronics and Advanced Materials. 3. 167-176 (2001)
• [文献書誌] A.Ganjoo: "Transient and metastable photodarkening in amorphous in amorphous chalcoges (Invited)"Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 3. 221-226 (2001)
• [文献書誌] K.Shimakawa: "Polaron Transport"Encyclopedia of Materials. 28-32 (2001)
• [文献書誌] K.Shimakawa: "Photoconductivity of macroscopically inhomogeneous semiconductors (Invited)"Journal of Non-Crystalline Solids. (2002)