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不純物 XAFS - 日本放射光学会

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不純物 XAFS - 日本放射光学会
放射光第 12巻第 5 号
3
9
5
(1999年)
|トピ、ソクス|
不純物 XAFS
1 半導体中の不純物局所構造で決まる発光特性ごご
竹田美和,大関l
博宣T
名古屋大学工学研究科中
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1
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はじめに
として電子顕微鏡で観察され,ついには国溶限界に歪る 0
半導体はその母体が色々な性質を持っと同時に,不純物
1
018cm- 3 の半ばあたりから始まる特性劣化の原因が
の添加によって更に特性を変えることができる。このこと
XAFS による不純物原子周辺局所構造から解明できない
が半導体が様々に利用される基であるが,そのためには意
か,更に高濃度でも活性な不純物として添加できないかと
図した不純物を意図した位置に意図した濃度だけ添加し,
いうことが不純物原子の XAFS に興味を持ったきっかけ
特性を意図した通りに発揮させたい。しかしそれが可能
である。
一方,現 -v 族化合物半導体では,厚い基板の上に必要
な範囲には限界がある。
1970年代前半から 1980年代にかけて亜 -v 族化合物半導
な半導体層(基板と同じ半導体とは限らない)を必要な厚
体による光デバイス,高速デバイスが次々と実現された
さ(大抵の場合数 μm 以下)だけ成長して使うのが普通で
が,その間シリコン中とは異なる不純物原子の振る舞いに
ある。シリコンでも場合によってはそのような成長層を用
は常に悩まされ続けていた。半導体といえども,活性層
いる。不純物原子の濃度が低い上に,添加層の厚さが薄い
(pn 接合部やチャンネル謄など)以外は金窟並の低抵抗で
ことに XAFS 測定上の困難さがある。
電流を流したり,発光効率を高くするために,
ドナーやアクセプタの不活性化の原因追及には依然とし
ドナーやア
クセブタとなる不純物を出来るだけ高濃度に添加したい
て興味はあるが,本稿では,ここ数年来,発光中心として
が,不思議と 10 18 cm- 3 の半ばを越えるところで,様々な
添加し,成長条件で劇的に変化する発光特性と局所構造の
特性が急激に劣化する。特に,キャリアの寿命に敏感な発
関連が明瞭に見出された希土類元素 Er (エルビウム)を
光特性ではそれが顕著である。一例を Fig.l に示す 1) 。
通じて不純物 XAFS について述べたい。 Er 原子の発光は
不純物原子の導入に伴う空孔の発生や格子間位置を占める
内殻準位間の遷移に基づくものであるから,それに成長条
原子の増加などが直ちに想像されるが,その直接的証拠は
件依存性があるということはむ原子のごく近くで伺かが
ない。更に濃度を増加させると,極微細な析出物(品出)
起こってし\る筈である 2-7) 。
ヰ'名古屋大学工学研究科材料機能工学専攻
TEL 0
5
2
7
8
9
3
3
6
3 FAX
1 現
守 464-8603
052-789-3239
かrnail
名古屋市千語区不老町
[email protected]輔u.ac.jp
東京大学工学系研究科応用化学専攻
-45-
(C) 1999 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research
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放射光
(1999年)
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第 12巻第 5 号
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. 発光特性と局所構造の成長条件依存性
2
.
1 発光強度の成長温度依存性
1nP に添加した Er からのフォトルミネセンス (PL) ス
5m
1
.60
1
.58
可BEEJ
と分布はイオン注入した標準試料を元に SlMS 測定し
十
zL
で,厚さ約 lμm の成長謄に均一に添加してある。 Er 濃
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(b) は 8 X 1
018cm-3
5u.
'
n
8cm- 3 ,
2 の (a) は Er 濃度が 2 X 101
4gi
層は単結晶で,その結品方位は基板に揃っている。 Fig.
'EE-
機金罵気相エピタキシャル法である。この方法で成長した
o
b
1
.52
は, Table1 のように全ての原料に有機金属を用いた全有
n
1
.50
NMuy
のヌベクトルに着目している。 1nP 成長及び Er 添加方法
e
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lw
ベクトルを Fig.2 に示す。応用上興味深い1. 54μm 付近
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た。 Fig.2 で注目して欲しいのは, Er 濃度による発光強
度の増大ではなく,いずれの濃度においても著しい成長温
度依存性があることである。 550 C付近を境に高温側では
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発光強度が弱く,低温側では著しく増大する 3 ,4) 0 Table
1 のように,成長温度と Er 供給用水素ガス流量以外は全
く同じ成長条件である。この成長温度依存性には再現性が
ある。 GaAs 及び GaP 中の Er に関しても陪様な成長温度
依存性が見出されているが 3 ,7) ,ここでは紙面の都合上割
愛する。また,他の成長条件(たとえば,成長速度や Vj
国比)によって,発光強度の変化や各ピークの相対強度の
変化などが観測されるが,成長温度依存性ほど劇的ではな
いので,ここでは成長温度依存性に限って述べる。ちなみ
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76
に, Er 原料は Er (MeCp)3(trismethylcyclopentadienyler幽
bium) である。
温度によって Er 原子のごく周辺の原子配寵等が変わり発
2
.
2
Er 原子周辺の局所構造と発光特性
光機構や励起過程を大きく変化させた,などが考えられ
Er 原子からの発光は,殻内 (Er では 4f 殻)の遷移に
る。
よるものであるから,母体結晶により細かな摂動は受ける
成長温度による母体の結品性の変化は,通常経験する成
が, 1. 54μm 付近に主ピークがあることは変わりがない。
長温度依存性からは逆方向である。例えば 1nP を取り上
成長温度によって Fig.2 に示した程の変化があることか
げると,我々の成長実験では成長温度 580 C ,
ら, 1) 成長温度によって母体自身の結晶性が変化し,点
が最適条件である。このとき,表面モホロジー,電気的特
欠陥などの非発光中心の密度が大きく変化した, 2) 成長
性, PL 特性とも最も良い。成長温度 550 C や 530 C はこれ
0
-46 ー
0
Vjm 比 10
0
放射光
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7
(1999年)
より大幅に低く,更に温度を下げると表面が白濁する。
表すが,図では k3X(k) として,高波数領域の信号を強調
Er 原子周辺の原子配童を測定するための最適の方法は
して示してある。 Fig.3 の信号で明らかなことは,大き
EXAFS であろう。特に,厚い基板上に薄く成長させたエ
く 2 グループに分けられることである。即ち,図中矢印
ピタキシャル層中にごく希薄にしか存在しない Er の EX刷
で示してあるサブピークの有るものと無いものがあり,ま
AFS 測定を行うには,励起 X 線を表面入射し蛍光 X 線を
た,これらの 2 グループは全体の周期も異なり,矢印の
表面検出する方法が最適である。初期には様々な工夫を凝
ある振動は周期が短い。これらのグループは Er の濃度で
らして低濃度原子の蛍光 XAFS 測定を行ったが,低濃度
はなく,成長温度で分けられる。
Fig.3 をフーリエ変換すると動径分布が得られ,
試料,セミミクロ量試料の XAFS 専用ビームライン
BL12C (PF)
(i) に Fig.3 で矢印を付けなかった信号(試料#A, #D) の
の 10 18 cm- 3 レベルの原子(別の表現をすると , X 線スポ
ット1. 5
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.0mm
F
i
g
.
4 に示す通りその違いはより明瞭である。ここでは,上段
と多素子 SSD により 1μm 厚の薄膜試料中
フーリエ変換を,下段 (ii) に矢印を付けた信号(試料 #B ,
中に 3 X 10 12 偲程度の原子)の蛍光
XAFS 測定が可能となった 8-11) 0 Er の XAFS 測定は, X
#C , #E)
線エネルギーの関係から全て L頂端 (8.360 keV) で行っ
て(ii) のグループでは,第 1 ピークの位壁が長距離側にあ
のフーリエ変換を示した。 (i) のグループに比べ
り,かつ,ピーク強度が高い。第 l ピークは, Er から見
た。
た最近接原子 (A 原子とする)の情報を含む。一般的に
EXAFS の原理と測定法及び解析法については,多くの
言って,ピーク位置が長距離側にあることは Er 原子と A
テキストがある。
InP 中 Er 原子周辺の局所構造:
F
i
g
.3 に, Fig.2 で
原子の(結合)距離が長いことを表し,ピーク強度が高い
フォトルミネセンスを示した 5 種類の試料に対して測定
ことは, A 原子の配位数が大きいこととデバイ・ワーラ
した EXAFS 振動を示す。測定温度は 300K である。高
一関子が小さいことを表す。勿論,他の因子が及ぼす影響
波数側のノイズは気になるものの,
10 18 cm- 3 レベルの
もあり,詳細な議論には解析を要する。(結合)距離に( )
EXAFS 張動がここまで明瞭に測定できたことは感動的で
を付けたのは, EXAFS では結合状態は分からないからで
ある。 BL12C の仕様や測定方法については,文献 8)~
ある。
10) を参照されたい。規格化した EXAFS 信号を χ (k) と
Fig.4 から,
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放射光第 12巻第 5 号
(1999年)
原子周辺の局所構造がかなり異なることが分かる。それぞ
て,以下の 4 つを考えた。 1) Er が 1n 格子点を置換し
最近接原子として P が 4 配位の閃盟鉛鉱構造を持つ, 2
)
Er が 1nP 母体の格子関位置にあり,最近接原子として P
が 6 配位の岩塩構造を持つ, 3
-a)Er が格子間位置 (Td
サイト)にあり P と四匝体構造を持つ, 3-b)Er が格子関
位置 (Td サイト)にあり 1n と四国体構造を持つ,の 4
つの場合である。これらを Fig.5 に模式的に示す。ただ
し, Er 原子を中心に,最近接原子までは図のようである
が,第 2 近接以遠がどのようになっているかはここでは
議論しない。その理由は 2.3 で述べる。また, S1MS
によると酸素と炭素が存在するが, Er の濃度分布とは無
関係に一定の分布をしていることと Er-O および Er-C 結
合距離は Er-P 結合距離とは大きく異なる(共存すれば援
)
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出 良市川拐喝
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o
数ピークになる。 iEr と O 共添加 GaAs における局所構
造J の項を参照)ため,これらの原子との結合モデルは考
1
2
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4
5
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.
慮しなかった。原子の種類と配置が分かれば計算機により
EXAFS 信号を発生することができる。市販のプログラム
があり,ここでは FEFF6 を用いた 12) 。上記 4 モデル構造
に対する EXAFS 信号を発生させ,フーリエ変換の後,
動径分布で表したものが Fig.6 である。図の主ピークに
毘すると, Fig.4 の (i) グループは Fig.6 の 1) に,
(
i
i
)
グループは 2) に良く似ており,他のモデルは,特にダブ
ルピークになっている点から, Fig.4 を説明できない。
結論的には,
(i) グループとモデル 1) ,
(ii) グループとモ
デル 2) で良いブィッティングが得られ, Table2 のよう
に結合距離,配{立数,デパイ@ワーラ一因子が決定され
た。ここでの誤差は,結合距離で 0.02-0.03 A 程度,配位
数とデパイ@ワーラ一因子では 20'"'-'30%程度である。
0
Table2 から結果は明瞭で,成長温度 550 C 以下では,
配位数は 4 に近く,また,結合距離2.67 A は,四面体配
置をとる場合の Er と P の共有結合半径の和2.67 A
[=1.57A(Er)+ 1. 10A(p)] と一致する。一方,成長温度
580 C 以上では,配位数は 6 に近く,結合距離2.77 :t 0.03
0
1
)
A は,岩塩構造の ErP における結合距離2.803 A に近い。
2
)
全く加の測定法である X 線 CTR
(
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Rod) 散乱法によっても, Er を δ 添加した層で岩塩構造
の ErP が形成されていることが示されている 13-15) 0 X 線
CTR 散乱法は表面や界面の構造,多層構造などを 1
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放射光第 12巻第 5 号
399
(1999年)
レベルで解析できる方法であるが,ここでの説明は割愛す
1
0
る。興味のある読者は引用文献を参照されたい 13, 15-26) 。
局所構造と発光特性:では,これらの局所構造の違い
が,発光強度とどのように関連付けられるであろうか。ま
ず, In 格子点を寵換した Er は,通常の置換型不純物(但
、コ句町,
し, Er は 3 価で同じ価数の In を置換しているので,
(
子不純物)と考えられる。 InP の禁制帯中に捕獲準位を持
ち 27, 28) ,
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1. 54μm の光は InP を透過して外に出て来る
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えられる。一方,岩塩構造の ErP は半金属である o I
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母体中に形成された岩塩構造 ErP では,たとえ 4f 殻内の
輯射地遷移があったとしても光は ErP 自身によって吸収
5
され, InP 母体の外に出ることができない。また,励起光
られる。我々の
も半金属 ErP によって吸収されると
知る処では, Er 元素で1. 54μm の発光が報告されている
0
1
5
2
0
のは Er 3 + (4f 殻から 1 偲, 5s 殻から 2{聞の電子を供出)
1
5
4
0
として存在する場合のみである。 ErP の岩塩構造ではそ
の対称性からそもそも禁制遷移かもしれない。
さて, EXAFS 解析が示すところは,大部分の Er が 4
配位や 6 配{立をとるということであって, 1% や 5% の
Er が他の配位をとるとか,それらが混ざりあっているか
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などを細かく定量的に分離することはできない。ここで得
0
られた結果は,成長温度 550 C 以下では 4 配位をとる Er
このような局所構造は,まさに我々の不純物 XAFS 法に
が大部分であり,従って発光強度が高いことを示し,一
より明瞭に決定できると考え, NTT のグループから試料
方,成長温度 580T 以上では 6 配位をとる Er が大部分で
の提供を受け,蛍光 EXAFS 測定と解析を行った。 Er と
ある。 6 配位の ErP が全く発光に寄与しないとすると, 4
O いずれも 10 18 cm- 3 レベルで , EXAFS の常識からは測
配位をとっている残りの Er からの発光のみがあり,従っ
定対象となる濃度ではないと考えられ,何かが得られると
て成長温度 580 C以上の InP では,全体として発光強度が
期待する人は少なかったようであるが,我々は,明確な結
低いと解釈される。
論が出ると確信していた叩)。
0
一旦形成された構造は熱的に安定である。 530 C で作製
0
した Er 添加 InP を P 雰囲気中,
o
650 C , 1 時間熱処理して
Fig.8 に, 500 C で成長及び Er と O の共添加を行った
0
GaAs 試料における EXAFS 振動を示す。測定方法や信号
処理法などは先に述べた方法と全く同様であるが,熱振動
も PL 発光強度も周辺局所構造も変化しない 29) 。
を抑制するため 100 K で測定した。 Fig.3 の信号
これらの結果より,高い発光強度を得るためには 4 配
位をとる成長温度範囲で,かつ,結晶性が十分保たれる成
に比べて遜色のないものが得られている。また,異なる周
長条件を見出すことである。更に, 6 配位 ErP の形成を
期によるビートが生じていることが暁らかである。この試
抑止する条件を見出すことも重要である。 NTT のグルー
8cm- 3 と分かっ
料の Er 濃度は SIMS 測定により 4 X 1
01
プから, Er は酸素との結合が強いことを利用し, Er と
ている。 Fig.8 のフーリエ変換から動径分布を求めると
O の共添加により強い発光強度が得られることが報告さ
Fig.9 に示すように,明瞭なダブルピークが得られた。
れている 30-32) 。次要で,
GaAs における Er と O の共添加
Fig.4 の解析を行った時と同様,ここでも可能性のあ
によって得られた強い発光強度を示す試料における Er 周
るモデル構造を考えた。 Fig.5 の 4 種類の構造(但し,
辺局所構造について述べる。
In は Ga に, P は As に置き換える)に加えて, F
ig.
Er と O 共添加 GaAs における局所構造:有機金属気相
10(a)(b) の 2 種類である。 NTT のグループが Er に結合
工ピタキシャル法による GaAs 成長時に Er と 0 を同時添
した 2 個の O を考えているので,その検証のために Fig.
加すると, GaAs 中で Er は Ga 格子点を置換しかっ As と
10(る)を,また, Er の酸化物として一般的な Er2 03 の構
0 と結合していると考えられている 31) 。これにより, Er
造として Fig.l0(a)33) を考察した。共添加試料では Er・と
の発光強度が数倍増大するとともに, Fig.7 に示すよう
0 の濃度分布に強い相関があり,何らかの形で Er・の近く
に鋭く規則的な離散ピークが得られる 30) 。この分野の大
に O があることが示唆されるため, Fig.5 のような O を
きい進展を示した研究である。様々な実験と考察から,
含まない構造は考える必要はないかも知れない。これらの
Er は Ga 格子点を置換し O は最近接の As 格子点にあっ
モデル構造から FEFF6 により EXAFS 信号を発生し,更
るのが適当であるとしているお)。
にフーリエ変換して動径分布を求めた。 Fig.9 の実験結
てその配位数は 2
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放射光
第 12巻第 5 号
(1999年)
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結昂, Fig.9 のダブルピークを最もよく表したのは,
Fig.10(b) であった。 Fig. 12 は,ダブルピークを h 空間
に逆フーリエ変換した信号(実線)を理論曲線(破線)で
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フィットさせた様子を示す。広い波数範囲にわたってよく
実験値を再現している。 Fig.9 のダブルピークにおいて,
短距離側のピークは Er-O 結合によるもので,右隣のピー
クは Er-As 結合によるものである。これは,
0 原子と
As 原子の後方散乱振縞の波数依存性からも区別できる。
Er-O 結合と Er-As 結合に対して,それぞれ得られた結
果から,動径分布における主ピークがダブルピークとなる
合距離,配位数,ヂバイ・ワーラ一因子を Table 3 に示
局所構造である必要がある。 Fig.5 の InP を GaAs に量
す。
き換えた構造では,いずれも主ピークは単一ピークとなっ
た。 Fig.6 の 3-a) 3-b) でダブルゼークとなったのは,
Table3 から,配位数の誤差を考えれば, Er の周りの
0 の配位数は 2 , As の配位数も 2 ,と結論してよいと思わ
InP 中の Td サイトにある Er・が後方散乱振幅の大きく
れる。 0 原子と As 原子が GaAs 正四面体構造の As 格子
なる In と P に囲まれているためで、ある。原子番号の近い
点にあり, Er が Ga 格子点付近にあるとして, Er-O 結合
Ga と As に閉まれた Er ではその効果が無い。従って,こ
距離2.14Á を用いて結合モデルを構成すると, Fig.13 の
こでは Fig. 10 の 2 種類の構造に対する動径分布を Fig.
ようになる。このとき, Er-As 結合距離は2.82Á と計算
11 に示す。
され, Table3 の 2.79Á に十分近い。また, Er 原子は
5
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放射光
第 12巻第 5 号
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(1999年)
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スベクトルの生データを Fig.14 に恭す。 InP 中の Er に
よるスベクトルの pre-edge はその X 線エネルギー依存性
が正常であるが, GaP と GaAs では右上がりで奥常であ
る。 SSD で検出したスペクトルを見ると Fig. 15 のようで
あり,
ErLm の信号が GaP と GaAs では background に
ほとんど埋もれかけている。 Er を含まない母体 (GaP ,
GaAs , InP , InAs) のスペクトル (Fig. 16) から明らかな
様に,弾性散乱 X 線の裾よりも,丁度 ErLm のエネルギ
一位置にある background がその原国である。 InP では
ErLm に取って好都合にもエネルギー{立置がずれている。
他の母体におけるこれらの background は,弾性散乱 X
線とのエネルギー差及び入射 X 線エネルギー走査に応じ
て移動することから, Ga と As によるコンブトン散乱で
あると思われる。
これらのことから,
1. 5mmx l. Omm の入射 X 線スポ
ット当たり, InP では 3 X 10 12 個の Er, GaP と GaAs で
1X 10 13 個の Er が XAFS スペクトルを取り出すための検
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出限界と思われる。これらの値は, Er が均一に分布して
8cm
いる厚さ lμm の成長層において,それぞれ 2 X 1
01
-3 ,
8cm- 3 の濃度に相当する。 InP 中の Er に関しては
7X 101
8cm- 3 台半ばの濃度の不純物で XAFS 測定が達成で
101
きたが,他の母体ではこのままでは無理である。ここから
GaAs 中の Ga 格子点から [OOlJ 方向に約 0.6Á ずれている
大幅に検出限界を下げる方法は今のところ思いつかない。
と計算されるが, RBS の実験からく 100)方向に 0.9Á ずれ
識者のご教示を賜れば幸いである。
ていることが報告されている 34) 0 F
ig.13 は, As 格子点を
最近接以遠の局所構造:例えば,完全性の高い GaAs 結
回定した簡単なモデルであるが,これら全体を良く説明し
晶のしかも低温測定(デ、バイ・ワーラ一因子が小さい)に
ていると考えられる。もし, GaAs 中の Er がすべて 2 個
おけるノイズの非常に少ない信号からは,第 2 ,第 3 近接
の As と 2 個の O と結合しているとすれば, Er 周辺の局
によるピークが明瞭に観察される。それらに比べて
所構造は 1 種類に定まり, Fig.7 のように発光スベクト
Fig.4 の実験結果ではいずれも第 2 ,第 3 近接原子による
ルが規則的で鋭い離散ピークとなることも額ける。
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2
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3
測定下限濃度と最近接以遠の局所構造
測定下限濃疫:濃度の低い原子からの XAFS 信号であ
るから,如何にその告号を検出するかと如何にノイズを減
らすかが重要である。
厚い基板 (300 ,,--,400μm) 上の薄い成長層 (1μm 程度)
にのみ添加された Er の XAFS であるから今のところ蛍光
XAFS 以外の測定法は考えられない。極く表面付近に不
純物が集まっていれば電子収量法も考えられるが,
1μm
厚の成長層全体に分布している原子からの信号を全て集め
たいからである。元々半導体デバイスでの応用を意図して
いるので,不純物原子の面内分布及び厚さ方向の分布の均
一性は極めて高い。
次に,弾性散乱 X 線の抑制である。全反射による弾性
散乱の抑制も試みたが,励起 X 線の進入深さが浅すぎて
蛍光 X 線収量も大幅に減る。結局,仰角 3 で X 線を入射
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なる母体 (GaP , GaAs , InP) 中にある Er の XAFS
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放射光第 12巻第 5 号
(1999年)
造では 109 .47"である)ため,ある Ge 原子から見た第 2
近接原子以遠の距離は様々である。そのため,非品質 Ge
の動径分布では,第 1 ピークのみ現れ,イ告のピークはほ
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Fig.9 でも同様なことが雷える。 GaAs 中の Ga や As
のように高い対称点にあれば,各原子から戻って来た電子
波の位相が揃っていて強く干渉し合う。しかし, GaAs 中
に O と共添加した Er は Ga 格子点からずれた位置にある
ことが示された。このとき,第 2 近接原子である 12個の
Ga から見た Er の距離はそれぞれ異なる。第 3 近接原子
である As から見た Er も同様であり,位相の揃わない電
子波は打ち消し合う。
本文で,モデルについても測定信号の解析についても最
近接原子しか議論しなかったのはそのためである。 EX­
AFS は,原理を単純に考えると第 2 近接や第 3 近接原子
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についても有力な情報が得られると考えてしまうが,実際
には,上に述べたような事情から,余程対称性の高い場合
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しか第 2 ,第 3 近接原子に関する定量的な議論はできない
というのが我々の経験である。
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放射光を用いた蛍光 EXAFS 法が,半導体で通常の不
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純物レベルとして考えられる 10 18 cm- 3 の濃度の原子で
も,解析できる測定方法となっていることを紹介した。そ
れと同時に,母体材料と不純物原子の組み合わせで,測定
限界がそこまで行かない場合があることも指摘した。
EXAFS 法が本来持っている強みである「特定の原子周
辺の局所構造」の測定対象に半導体中の Er 原子を取り上
げ,その局所構造が成長温度で大きく変わること,および
その局所構造が Er の発光特性を決めていると解釈される
ことを述べた。 GaAs に Er と O を共添加すると,発光強
度が数倍に増大しかっ発光スペクトルが規則的で鋭い離散
ピークとなることが分かっている。ここでも蛍光
EXAFS 法により Er 周辺の局所構造を解析することによ
り, 2 個の As と 2 個の O が Er に結合しており, Er 周辺
の局所構造が(第一近接に関しては) 1 種類に定まること
CHANNEL(PHOTONENERGY)
を示した。
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が,第 2 ,第 3 近接原子では EXAFS 信号の S/B のみな
ピークが小さく,また不明瞭である。 Fig.4 は室温での
後方散乱電子波の位相相殺効果で EXAFS 信号が失われ
測定であるため,デバイ・ワーラ一因子が大きいことも理
ることがある点を指摘した。
不純物原子周辺の最近接原子に関する情報は得やすい
らず,不純物原子が往々にして対称性の低い位震にあり,
由のひとつであり,ノイズ成分が重畳しているためピーク
それにも関わらず, EXAFS が描く「特定の原子周辺の
信号が不明瞭である。他の大きな理由は, Er 原子が第 2
局所構造」の描像は明瞭で,不純物 XAFS は更に様々に
近接や第 3 近接の偲々の原子から見て等距離の位置にな
r;t用できる。一時期学会を賑わしたものの物理がよく分か
いと,これらによる後方散乱電子波の位相が揃わず,打ち
らないまま(日本では)放置されている DX センターも
消し合うためである。その甚だしい例として非品賓があ
不純物 XAFS の格好の対象である 35-38) 。希薄磁性半導体
る。例えば,非品質 Ge で Sp3 結合 Ge-Ge 間の距離と配
として貴子ドット中に閉じ込めた積もりの遷移金属が果た
位数は決まっているが,結合角が様々である(正四面体構
してどこに在るのかも不純物 XAFS が明らかにしてくれ
5
2
放射光第 12巻第 5 号
403
(1999年)
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Fig.17 のようにどのような順で原子が付着して成長して
行ったか(成長のその場で測定すれば成長して行く)1畏)が
分かる筈である 40) 。これを成長の制御に使えないか,等
々いろいろ考えられる。欲を言えば10 18 cm- 3 を切る濃度
で更に高い SjB 比を得たいと思うが,そのためには一段
と工夫を要する。
PF で,
I 半導体デバイス屋がどうしてここに居るので
すか」と良く言われたが,このトピックス記事でその理由
がご理解頂けたと思う。
謝辞
本稿の内容は,数年にわたって行った研究の内 Er に関
してまとめたものである。藤原農文助教授には成長と光学
特性の測定及び解釈,国側雅夫講師には放射光を用いた蛍
光 EXAFS 及び X 線 CTR 散乱の測定及び解釈を主とし
て担当してもらっている。多人数にわたるので略すが論文
の共著となっている学生諸君の寄与も大変大きい。フォト
ルミネセンス測定に関して便宜をはかつて頂いた大阪大学
理学部の大山忠司教授,中田博保助教授に感謝する。
NTT 基礎研究所(現:アンリツ)の高幣謙一郎時士には
共添加 GaAs 試料の提供を頂き,また有意義な議論を頂い
た。 EXAFS 実験の初期には,電子技術総合研究所電子基
礎部大柳宏之室長に多大なお世話になり,世界に先駆けた
多くの研究成果をまとめることができた。高エネルギー物
理学研究所(現:高エネルギー加速器研究機構物質構造科
学研究所)放射光実験施設の野村昌治助教授には BL12C
の利用に際して様々にお世話になった。本稿の XAFS に
関する実験は PF の共同利用実験(課題番号: 94G240 ,
95G221 , 97G052) により行った。また,本研究の…部は
科学研究費補助金 (#07750348 ,
#07455007 , #0865009 ,
#07555100 , #09305003 , #09244209 , #10138208) による。
5
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参考文献
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出された。最近の解説として例えば, ]
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