半導体表面・界面欠陥準位の変調光導電率分光法による評価

点击翻译按钮获取中文摘要

半導体表面・界面領域は一般に無視できない量の構造欠陥を含み、電子の輸送・再結合過程に多大な影響を与える。このため、これら欠陥の正確な評価と電子物性の解明とは、近年、微細化・積層構造が進み必然的に表面・界面の高品質化が要求されるデバイスの開発と切り離せない基本的命題となっている。現在、標準的な欠陥準位評価法である過渡接合容量法は、空乏層をもつp-n、MIS、ショットキー接合などに用途は限られており、今日われわれが目にするような、より多様な半導体表面・界面の評価のためにそのまま即しているとは言いがたい。したがって特別な接合試料を必要としない新しい手法の開発・適用が急務される。本研究では、こういった表面・世面欠陥およびバルク欠陥の一括評価を行うために変調光導電分光法の適用を試みた。この手法では強度変調した励起光を資料に照射し、その際生じる光導電率の定常分と変調分をそれぞれ測定、解析することによって前記の過渡容量法と等価な情報(局在準位のエネルギー位置、密度、捕獲断面積)を得ることができる。研究に用いた資料はガラス基板上に推積した水素化アモルファスシリコン薄膜である。測定結果よりバルク欠陥および表面・界面欠陥のそれぞれについて以下の結論を得た。バルク欠陥について伝導帯下0.4-0.7eVの深いエネルギー領域に荷電(1.5×10^<15>cm^<-3>)および中性(2.9×10^<16>cm^<-3>)ダングリンボンドに起因したブロードな準位分布が存在する。これらに対する電子捕獲係数はそれぞれ9×10^<-7>cm^3/s、3×10^<-9>cm^3/sであり、拡散的・弾道的電子捕獲のモデルのもとでよく説明される。表面・界面欠陥について伝導帯下0.3eVを中心とした比較的浅いエネルギー領域に中性ダングリンボンド準位(2.1×10^<12>cm^<-2>)が分布している。これは表面・界面ダングリングボンドが大きく実効電子相関エネルギーをもつことを意味しており、格子緩和の少ない孤立ダングリングボンドに関する理論予測とよく合致する。