光STM融合技術の開拓とナノスケールでの物性研究への展開

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近年の微細加工プロセス技術の進展による半導体デバイスのナノスケールへの微細化や、量子ドットや量子細線などの半導体ナノ構造を応用した次世代ナノデバイスの開発が盛んに行われてきている。そして、このような微小な半導体デバイスにおいてはナノスケールの電気物性がデバイス全体の特性を支配するため、現在様々な顕微鏡を応用した高分解能の半導体物性評価手法の開発が急速に進められている。本研究ではこれまで、STM探針直下に光照射することにより誘起される表面光起電力を測定することにより、半導体のバンド構造をナノスケールで測定する手法「光変調トンネル分光法」の開発を行ってきた。本年度は、本手法を用いて半導体デバイスの基本、且つ最も重要な構成要素であるp-n接合を有するGaAs試料を対象に実験を行った。p-n接合界面でのSPVの空間分布測定を行い、SPVのドープ量依存性が明らかにするとともに、その特性を利用してSPVから定量的なドーパント分布計測が可能であることが示された。さらに、p-n接合に順方向電圧を印加した際にp-n接合界面からp型、n型それぞれの中性領域へと注入される少数キャリアの空間分布を計測することに成功した。この結果から、本手法がデバイスの動作特性を実空間で解析する手法として非常に有効であることを明らかになった。さらに、p-n接合界面に光照射することにより誘起される界面での内蔵電位の減少を観測することに成功した。今後は、量子ドットや量子井戸などのナノ構造を有する半導体デバイスへの応用が可能になると考えられる。以上のように、本研究において開発した光変調トンネル分光法は半導体デバイスの様々な特性をナノスケールの空間分解能で評価することが可能であり、半導体デバイスのナノ計測手法として非常に有力であることが明らかになった。