非線形分光法に基づくトランジスター構造を対象とした非接触バンドラインナップ決定

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Si/Si02に代表される半導体・絶縁体構造は、電界効果トランジスタの根幹部分であり、その界面物性がデバイス性能に重要となる。表面第二高調波発生法は、反転対象性を持つ系に対して原理的に発生しないことから、物質の表面や界面など異方性を有する部位を非接触かつ非破壊に評価する測定法である。当該測定法を本研究ではZn0やMg0といったワイドギャップ半導体にも応用する。これらは直接半導体であり電流注入により紫外発光を呈する。酸化物オプトエレクトロニクスとSi技術の融合を目指し、Mg0とSiの界面物性を調べることを目的とした。当該ヘテロ構造において第二高調波発生強度の時間応答を検討したところ、秒や分のスケールで変化する成分を見出した。本成分は内部光電効果に伴いSi層からMg0へ電子が移動し、その結果形成された直流電場による高調波発生の増強であると解釈した。時間に依存して増強する成分の励起光強度に対する依存性を求めることで、立ち上がり時定数の逆数が励起強度の3乗則に従っており、電子の遷移は3光子吸収の過程で起きているという根拠を得た。また、Si/Mg0における表面第二高調波の入射偏光依存性から界面における結晶構造の概形と非線形偏光回転を見出した。それらは入射光のエネルギーと酸化物層の膜厚に依存することがわかった。