|
半導体・絶縁体構造において、半導体層と絶縁層との間の伝導帯や価電子帯における不連続性(バンドオフセット)ないし界面付近にどれくらいバンドが曲がった領域があるかについては詳細な知見が得られていない。本研究では、多光子吸収により半導体・絶縁体のバンドオフセットをこえるエネルギーの光を照射することで内部光電効果に伴う絶縁層への電子放出を誘起し、電子の振舞いを表面高潮波発生法によって観測した。当該測定法は、試料表面の異方性によって生じ、中心対称性のある試料からは生じない。Si/MgOを励起した場合、MgOが十分に薄ければ電子がSiの価電子帯からMgOの伝導帯を飛び超えてMgO薄膜の表面に移動する。表面付近に電子親和力の高い気体(02など)があると、電子は捕獲されて試料界面に対し垂直方向に直流電場を形成する。このため界面から発生した高潮波は3次の非線形感受率に関わる成分を持つ。このことから試料表面における電子や正孔の動きに非常に敏感であるといえる。試料にはSi/MgOを用いた。これはSi基板上にMgOをスパッタリング法によって蒸着したものである。励起光源にはTi:サファイアレーザーを使用し、試料表面からの反射光に含まれる第二高調波をフォトンカウンティングにより観測し、励起光照射時間に対するSHG強度の時間的変化を測定した。過渡的信号の励起強度依存性を求めた。この結果から、励起光を照射しつづけるにつれてSi界面から飛び出した電子が絶縁層のバンドギャップを超えて表面で捕獲されてゆき、やがて飽和状態になるまでの過程が分かる。我々は内部光電効果の閾値光子エネルギーをより精度よく実験的に決定する為に1光子吸収の条件(Coherent-MIRA900からのビームがPumpとProbe光の役割を兼ねていたのを、Pump光源を紫外光(He-CdレーザーやYAGレーザーの4倍波)に変えた上でProbe光としてCoherent-MIRA900を使用し、ポンプ・プローブの方法をとった)で実験を行ったが、予想したような効果は得られなかった。原因を探るために、さらに膜厚の薄い試料を測定したところ、絶縁層の膜厚の不均一性によってずいぶんと信号の立ち上がりもしくは立ち下がりに差が現れることが分かった。今後、我々はその結果に注目し、対物レンズを用いてマッピングを行う予定である。
|
