アモルファス半導体の欠陥光吸収の厳密評価:低エネルギー域変調光電流分光法の開発

非晶半导体缺陷光吸收的严格评估：低能量调制光电流光谱的发展

• 批准号: 07750357
• 负责人: 服部 公則
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750357/
• 关键词: アモルファス半導体; 欠陥; 光吸収; 光電流

アモルファスシリコン(a-Si:H)半導体の禁止帯中には、構造欠陥に起因した深い局在準位が分布している。種々の欠陥の評価法のうち、特にサブギャップ域光吸収スペクトルの測定法の一種である、一定光電流法(CPM)はドープ材料/アンドープ材料を問わず適用可能であり、測定が比較的容易に行える、しかも測定結結果を直接欠陥定量に応用できるという多くのメリットのために、現在最もポピュラーな手法の一つとなっている。ただし、この手法では光電流と励起光強度の比として定義されるCPMスペクトルを吸収係数にスケーリングする際、その絶対値の担う情報は完全に切り捨てられている。本研究ではここに着目し、測定量、光電流/励起光強度に関する物理的洞察とそれに立脚した新しい欠陥物性評価法とての応用を試みた。本研究によって得られた成果を以下にまとめる。1)低エネルギー域において光電流・励起光強度比は欠陥密度によらない。これは光生成率と再結合率がともに欠陥密度に比例することからの自然な帰結である。ただし、欠陥準位の分布形状またそれによって決まるフェルミ準位の位置には極めて敏感である。2)フェルミ準位位置の異なる様々なアンドープa-Si:H膜について測定を行った結果、フェルミ準位が熱エネルギー(kT)程度の精度で一致しているグループについては欠陥光吸収の度合いが数倍違っても、光電流・励起光強度比はほとんど変化しない、またフェルミ準位が数kT変化すると光電流・励起光強度比はこれにつれ数桁も変わることが確認された。これらは1)についての実験的検証である。3)アモルファス半導体における光誘起変化の実態を探るため、光照射前後のアンドープa-Si:H膜について測定を行い、特に、欠陥生成の生じていない光劣化の初期段階でフェルミ準位のシフトにともなう光電流・励起光強度比の大きな変化を見いだした。これは光劣化機構に何らかの形で欠陥準位の構造緩和現象が付随していることを示唆している。

由结构缺陷引起的深局域能级分布在非晶硅（a-Si:H）半导体的禁带中。在各种缺陷评价方法中，恒定光电流法（CPM）是亚带隙区光吸收光谱的测量方法之一，既适用于掺杂材料，也适用于未掺杂材料，是目前比较容易测量的方法之一。由于其许多优点，例如能够执行多次测量并将测量结果直接应用于缺陷量化，因此成为最流行的方法。然而，在这种方法中，当将CPM光谱（定义为光电流与激发光强度的比率）缩放到吸收系数时，其绝对值所携带的信息被完全丢弃。在本研究中，我们围绕这一点，试图获得对测量量、光电流/激发光强度的物理洞察，并将其应用于基于此的新的缺陷性质评估方法。本研究的结果总结如下。 1）在低能区，光电流/激发光强度比不依赖于缺陷密度。这是光发生率和复合率都与缺陷密度成正比这一事实的自然结果。然而，它对缺陷能级的分布形状和由此确定的费米能级的位置极其敏感。 2) 对不同费米能级位置的各种未掺杂a-Si:H薄膜的测量结果发现，对于费米能级与热能（kT）左右精度匹配的基团，缺陷光吸收程度为确认即使强度变化数倍，光电流/激发光强度比也几乎不变化，并且当费米能级变化数kT时，光电流/激发光强度比变化几个数量级。这些是1)的实验验证。 3）为了探究非晶半导体光致变化的实际状态，我们对未掺杂的a-Si:H薄膜在光照射前后进行了测量，发现费米能级移动尤其发生在光降解的早期阶段当没有缺陷产生时，我们发现光电流/激发光强度比发生显着变化。这表明光降解机制在某种程度上伴随着缺陷能级的结构弛豫现象。