A study on a new measurement technique of electron diffusion length in semiconductors using an electron emission mechanism with negative electron affinity

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Siの5倍のバンドギャップを有するダイヤモンド半導体のキャリヤ寿命や移動度に関する評価は容易ではない。そこで本提案では、他の半導体には無いダイヤモンドの持つ負性電子親和力（NEA）表面を通じた結晶内部からの電子放出現象を利用した新たな非破壊拡散長評価法を構築し、同法を用いた大面積ダイヤモンド半導体の結晶品質評価の高度化を目指す。本評価法により、ダイヤモンド半導体の個体間の定量的比較を容易にし、種々の応用に向けた品質の客観的指標を与えることが出来る。昨年度に(100)Ib型ダイヤモンド基板上にCVD合成し、異なる膜厚の試料のTPYS評価を進め、拡散長等各パラメータを抽出して分析を行うことを目的に、50μmのノンドープCVD厚膜を合成した試料を用い、拡散長見積もりのデータとなるTPYS評価を行った。測定後に、マスク処理を用いて周辺部を残して一定の厚さをICPドライエッチング装置にて削るり、洗浄と共に再び水素化表面を形成して測定を行うことを繰り返した。これを「掘削法」と呼ぶこととする。膜厚の減少に伴うスペクトル変化を追った。結果としては、想定した拡散長より膜厚がまだ厚く、スペクトル変化が観測できなかったため拡散長の見積もりが困難であった。また表面形状の変化も顕著であったため、「掘削法」は課題が多いことが分かった。そこで、1μmを切る薄膜からスタートし、膜の堆積を繰り返して測定する「積層法」を検討した。その結果、スペクトル変化を捉えることが出来、吸収端と光エネルギー依存性から、励起子および電子の情報の分離が可能であることを確認した。結果として、励起子が1.8±0.1μm、電子が3.5±0.5μmと見積もることが出来た。