光電子分光法による半導体のバンドギャップ内の表面準位の新しい観測方法

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2〜4nmの極薄板酸化膜を持つ金属/酸化膜/半導体(MOS)デバイスの半導体のバンドギャップ内に存在する界面準位のエネルギー分布を分光学的に直接求める方法を開発した。この方法は,MOSデバイスの表面と裏面にバイアス電圧を印加した状態で金属側から単色化したX線を照射し,金属膜と下地半導体から放出される光電子を観測する方法である。下地半導体の内殻準位のシフト量をバイアス電圧の関数として観測することにより,界面準位のエネルギー分布を求めた。この方法により,一万分の一モノレ-ヤ-以下の界面準位の検出が可能であることが分かった。〈〜3nm白金/酸化膜/p-InP(100)〉MOSデバイスでは,界面準位のエネルギー分布は三つの極大を持っており,アンチサイト欠陥と空孔による欠陥によるものと結論した。この様に不連続なエネルギー分布を持つ界面準位の観測により,Spicer等が提案している統一欠陥モデルを支持した。また,フェルミレベルはAs_<Ga>アンチサイト欠陥に部分的にピニングされていることがわかった。〈〜3nm白金/酸化膜/p-InP(100)〉MOSデバイスの界面準位のエネルギー分布は,酸化膜の作製方法により変化したが,いずれも不連続なエネルギー分布をもち,欠陥準位によるものと結論した。自然酸化膜を持つMOSデバイスでは,バンドギャップの中央近傍に界面準位の極大が観測され,孤立したSiダングリングボンドに帰属した。熱酸化膜を持つMOSデバイスでは,バンドギャップの下方と上方に界面準位の極大が観測され,それぞれSiダングリングボンドがシリコン酸化膜中のシリコン原子及び酸素原子と弱く相互作用したものに帰属した。