FCCS 法による不純物準位・密度の評価

Undoped GaSbのSb/Ga比10の場合において、FCCS法による不純物準位・密度の評価

をおこなう ^8),9)。spline 補間したp

( )

T を用いて、(2.12)式よりH

(

T,E_ref

)

を求める。Sb/Ga 比が10の時における を図4.6.1の実線で示す。100 K付近にpeakが1つあらわ

れ、200 K付近および300K付近に2つのshoulderがあらわれていることから少なくとも3

種類のエネルギー準位が存在することがわかる。また、350 K以上で増加していることから、

さらに深いアクセプタ準位が存在していることがわかる。

(

T,−0.012

H

)

100 K付近にあるpeak1からアクセプタの密度とエネルギー準位を決定する。図4.6.2よ

り、ピーク温度T_peak1は85 K、ピーク値H

(

Tpeak1, −^0.012

)

は4.8×10³⁶ cm^-6 eV^-2.5となる。

Temperature [K]

H1(T,-0.012) [×1036 cm-6 eV-2.5 ]

peak1

shoulder1

shoulder2

undoped GaSb Sb/Ga = 10

100 200 300 400

4 4.2 4.4 4.6 4.8

図4.6.1 H

(

T,−0.012

)

特性  

Temperature [K]

H1(T,-0.012) [×1036 cm-6 eV-2.5 ]

peak1

Experimental data : H1(T,-0.012) : Simulated result EA1 = 9 meV

NA1 = 1.3×10¹⁶ cm^-3 : Simulated result EA1 = 21 meV

NA1 = 4.6×10¹⁵ cm^-3

∆NA = 8.6×10¹⁵ cm^-3

undoped GaSb Sb/Ga = 10

80 100 120 140

4.2 4.4 4.6 4.8  

                       

図4.6.2 H1

(

T,−0.012

)

特性

(2.15)式より、∆E_A1、N_A1のみを考慮したH1

(

T,E_ref

)

を

(

^, _ref

)

^{A1exp A1 ref}

(

_A1

1 I E

kT E E kT

E N T

H  ∆

 



 ∆ −

−

=

)

(4.6.1) で表す。(4.6.1)式より、アクセプタ準位∆E_A1は9 meV、密度N_A1は1.3×10¹⁶ cm^-3となる。

このときのH1

(

T,−0.012

)

を点線で示す。さらに、∆E_A1、 に加え、補償密度 を考慮 した場合を考える。 を考慮した

NA1 ∆N_A

NA

∆ H1

(

T,E_ref

)

を 

( ) ( )





 



 −∆

+ ∆

∆



 



 ∆ −

−

= kT

E E

kT N E N

kT I E E kT

E N T

H1 , _ref ^A1exp ^{A1 ref} _A1   ^{A V0}exp ^{ref F} (4.6.2) と表す。(4.6.2)式より実線のpeak1に一致させたH1

(

T,−0.012

)

NA

を図4.6.2の破線で示す。この

ときの∆E_A1は21 meV、N_A1は4.6×10¹⁵ cm^-3、∆ は8.6×10¹⁵ cm^-3である。ただし、

とする。 が正の値をとることから、ドナー に補償された、80 Kで ほとんどイオン化している浅い準位に、アクセプタ が存在することがわかる。図4.6.2か ら点線よりも破線のほうがより実線と一致していることから、

D

A N

N =

∆ N_A − ∆N_A N_D

NA

NA

∆ を考慮する必要がある。

さらに、高温部においては、実線と破線が一致しないことから、さらに深い準位のアクセプ タ存在することがわかる。

  次に、さらに深いアクセプタ準位を評価するために、peak1から求めたアクセプタの影響 を取り除いた評価関数を

( ) ( ) ( )





 



 −∆

−∆

∆



 



 ∆ −

−

−

≡ kT

E E

kT N E N

kT I E E kT

E N T H E

T

H2 , _ref , _ref ^A1exp ^{A1 ref} _A1   ^{A V0} exp ^{ref F} (4.6.3)

と定義する。図4.6.3に を実線で示す。200 K付近にあるpeak2からアクセプタ の密度とエネルギー準位を決定する。図 5 よりピーク温度T は 203 K、ピーク値

(

^,0.016

2T

H

)

peak2

(

^0.016

)

2T_peak2,

H は7.0×10³⁶ cm^-6 eV^-2.5となり、アクセプタ準位∆E_A2は66 meV、密度 は 1.4×10

NA2

16 cm^-3と求められる。

Temperature [K]

H2(T,0.016) [×1036 cm-6 eV-2.5 ]

: Experimental data : Simulated result peak2

100 200 300 400

0 2 4 6

図4.6.3 H2

(

T,0.016

)

特性

また、peak2から求めた∆E_A2、N_A2を用いて、評価関数H²

(

T^,0.016

)

を(4.6.4)式に示す。

(

,0.016

)

^A2 exp ^{A2 0.016}

(

_A2

2 I E

kT E kT

T N

H  ∆



 



 ∆ −

−

=

)

)

。 (4.6.4)

(4.6.4)式から計算した を図4.6.3の破線で示す。さらに、高温部において、実線

と破線が一致しないことから、さらに深い準位が存在することがわかる。

(

,0.016 2T H

 さらに深いアクセプタ準位を評価するためにpeak2から求めたアクセプタの影響を取り除 いた評価関数を

(

, _ref

)

2

(

, _ref

)

^A2 exp ^{A2 ref}

(

_A2

3 I E

kT E E kT

E N T H E

T

H  ∆



 



 ∆ −

−

−

≡

)

)

(4.6.5) と定義し、図4.6.4に を実線で示す。300 K付近でピークがあらわれ、ピーク温度

は309 K、ピーク値

(

,0.12 3T H

peak3

T H3

(

T_peak3,^0.12

)

は6.7×10³⁷ cm^-6 eV^-2.5となり、アクセプタ準位∆E_A3 は162 meV、密度N_A3は3.6×10¹⁶ cm^-3と求められる。

また、peak3から求めた∆E_A3、N_A3を用いて、評価関数H³

(

T^,0.12

)

を(4.6.6)式に示す。

(

,0.12

)

^A3 exp ^{A3 0.12}

(

_A3

3 I E

kT E kT

T N

H  ∆



 



 ∆ −

−

=

)

)

。 (4.6.6) (4.6.6)式から計算したH3

(

T,0.12 を図4.6.4の破線で示す。

これらの値の妥当性を調べるため、実験値と得られた結果より求めたシミュレーション曲 線の比較をおこなう。シミュレーション曲線おける正孔密度p

( )

T は、電気的中性条件から、

( )

= ∑

(

∆

)

+∆

= n

i N i f E i N

T p

1 A A A A (4.6.7) で与えられる。

Temperature [K]

H3 (T ,0 .12 ) [ × 10

37

cm

-6

eV

-2.5

]

: Experimental data : Simulated result peak3

250 300 350 400

0 2 4 6

図4.6.4 H³

(

T^,0.12

)

特性

図4.6.5において、丸印が実験値、実線がシミュレーション曲線である。実験値とシミュレ ーション曲線が非常に良く一致していることから、FCCS 法で求めたアクセプタ準位及び密 度は妥当であると考えられる。今回、350 K以上では対応している準位を評価していないた め、実験曲線とシミュレーション曲線が一致していない。

Temperature [K]

H ol e C on cen tr at io n [ × 10

16

cm

-3

]

: Experimental data : Simulated result

∆EA1 = 21 meV NA1 = 4.6×10¹⁵ cm^-3

∆EA2 = 66 meV NA2 = 1.4×10¹⁶ cm^-3

∆EA3 = 162 meV N_A3 = 3.6×10¹⁶ cm^-3

∆N_A = 8.6×10¹⁵ cm^-3

undoped GaSb Sb/Ga = 10

100 200 300 400

1 2 3 4

図4.6.5 実験値とシミュレーション曲線の比較

第 5 章 ショットキーダイオードによる評価 

空乏層容量の電圧特性（CV特性）は、比較的簡単に、精度よくキャリア密度を決定できる ため、Hall効果測定と並んで不純物の基本的な評価方法となっている。ここでは、Hall効果 測定から求められる不純物密度との比較をおこなうため、ショットキーダイオードを用いて 空乏層容量−電圧測定から不純物密度の測定をおこなう。

ドキュメント内 Hall効果測定による化合物半導体中の不純物準位の評価に関する研究 (ページ 50-54)