H24FIRDM018A
窒 化 物 半導 体 にお け るテ ラヘ ル ツ領 域 誘 電応 答 に 関す る研 究
千葉大学大学院工学研究科
石谷
善博
1.は じ め に
窒 化 物 半 導 体 は,青 色 や 白色 発 光LEDや 青 や 紫 外 で の 半 導 体 レー ザ,近 年 で は 電 子 デ バ イ ス に も
応 用 さ れ て い る 材 料 で あ る 。 主 要2元 化 合 物GaN,AIN,InNの 中 でInNは 高 い 飽 和 電 子 速 度 を 持 つ
と され な が ら,そ の結晶 成 長 の 困 難 性 か ら物 性 解 明 が 遅 れ て い る 。 特 に そ の 表 面 安 定 化 フ ェ ル ミ レ
ベ ル が 伝 導 帯 底 よ り高 エ ネ ル ギ ー 側 に あ り,表 面 に 電 子 蓄 積 層 が 形 成 さ れ,面 電 子 密 度 が1013cm-2
程 と な る こ とが 分 か っ て い る。 表 面 蓄 積 電 子 は デ バ イ ス構 成 に あ た り大 き な 障 害 と な る。 ホ ー ル 測
定 な ど電 気 的 測 定 で は,そ の 影 響 が 測 定 結 果 に 現 れ て い る が,赤 外 反 射 分 光 に よ る プ ラ ズ モ ン 観 測
で は そ の 影 響 が 観 測 され な い 。1)2)これ ら の 結 果 か らTHz領 域 の 電 場 振 動 に 対 す る表 面 蓄 積 電 子 の 応
答 特 性 が 極 端 に 悪 い こ とが 予 測 され る。 本 研 究 で は,表 面 蓄 積 電 子 の 高 周 波 応 答 特 性 を 明 ら か に す
る こ と を 目 的 とす る。
2.実 験 方 法
測 定 試 料 に は,n型 お よ びp型 のInNを 用 い た 。 膜 厚 は0.7-5μm程 度 で あ っ た 。 高 周 波 特 性
を3領 域 に 分 け,3THz程 度(100cm-1)以 上 の 波 数 域 で は 赤 外 反 射 分 光 測 定,1THz(約30cm-1)付 近 で
はTHz波 パ ル ス を 用 い た 時 間 領 域 分 光(TDS),100GHz(約3cm-1)付 近 で は 矩 形 導 波 管 を 用 い た ベ ク ト
ル ネ ッ ト ワ ー ク ア ナ ラ イ ザ に よ る 電 磁 波 の 反 射 率 測 定 を 行 っ た 。
3.結 果 と考 察
赤 外 反 射 分 光 でn型 試 料 で は 波 数 の 減 少 と と も に 反 射 率 は 減 少 し,100cm-1付 近 で80%程 度 と な
る が,p型 試 料 で は40%程 度 で あ っ た 。 こ れ は,正 孔 の 移 動 度 が 小 さい た め で あ る。TDSの60cm-1
付 近 で は,n型 試 料 で は90%程 度 以 上,p型 試 料 で は40%程 度 で あ り,波 数 の 減 少 に 対 して は,10cm-1
以 下 でp型 試 料 に お い て はS/Nが 悪 い も の の 急 激 な 増 加 が 見 られ る。70-100GHzの 電 磁 波 の 反
射 で はn型 試 料 で ほ ぼ100%,p型 試 料 で は 周 波 数 の 増 加 に 伴 い,ほ ぼ100%か ら減 少 し,100GHz
程 度 で40-80%と な る こ と が 分 か っ た 。 こ の 結 果,振 動 数 側 で の 反 射 率 の 急 激 な 増 加 か ら,電 子 ま
た は 正 孔 の 散 乱 速 度 が 印 加 電 場 の 振 動 数 に 伴 っ て 大 き く変 化 し,特 に 低 振 動 数 側 で の 応 答 特 性 が 上
が っ て い る と言 え る。 今 後10cm-1付 近 のS/Nの 向 上 を 行 い 、 そ の 結 果 に 基 づ い て キ ャ リア 散 乱 速 度
の 急 激 な 変 化 の メ カ ニ ズ ム を解 明 す る。
参考文献
[1] Y.Ishitani, et al., J. Appl. Phys. 103, pp. 053515-(1-10) (2008).
[2] Y.Ishitani, et al., Phys. Stat. Sol. A 207, pp.
56-64 (2012).
