阪大ら，テラヘルツによる半導体評価法を開発

大阪大学とSCREENホールディングスは共同で，レーザー照射によって発生するテラヘルツ波を計測し可視化するレーザーテラヘルツエミッション顕微鏡（LTEM）により，窒化ガリウム（以下GaN）の表面に存在する欠陥濃度の変化を可視化することに成功した（ニュースリリース）。

GaNに代表されるワイドギャップ半導体は，青色LEDなどの光デバイスとして広く普及しているが，次世代の省エネルギーパワーデバイス材料や次世代太陽電池材料としても期待されている。しかし，その結晶品質はSiなどの従来の半導体材料に比べ十分とは言えず，信頼性が重要視されるパワーデバイスへの普及を妨げる要因となっている。

そのため，ワイドギャップ半導体において，欠陥や転位の少ない高品質な結晶育成技術の確立が求められている。また，デバイス開発も精力的に行なわれているが，GaNの大きな表面ポテンシャルにより，ノーマリーオフ動作が困難であることが大きな課題となっている。このような，ワイドギャップ半導体結晶およびデバイスにおける課題を解決するためには，新たな評価技術の開発が重要となる。

ワイドギャップ半導体の欠陥の評価手法としては，励起された正負のキャリアの再結合による発光（ルミネッセンス）により結晶中に含まれている欠陥を分析する方法（エレクトロルミネッセンス，フォトルミネッセンスなど）が広く行なわれている。しかし，今後さらに結晶品質を向上させるためには，ルミネッセンスの伴わない非輻射再結合に関わる欠陥の検出も必要であると考えられている。

GaN結晶表面に紫外線フェムト秒レーザーパルスを照射することにより，テラヘルツ波が発生する。今回，LTEMを用いて発生したテラヘルツ波の強度分布を調べた。その結果，テラヘルツ波放射強度の高い領域と低い領域が存在することがわかった。

また，LTEM像と，従来手法のフォトルミネッセンスにより得られた像を比較すると，格子欠陥に起因する発光の強度の分布とテラヘルツ波放射の強度分布に強い相関があることがわかった。

さらに励起レーザー波長を変化させて測定して得られた結果から，テラヘルツ波の放射にはバンドギャップエネルギー以上のエネルギーを持つ励起光が必要であることが確認できた。

今回の研究は，LTEMを用いることにより，GaN表面の欠陥濃度の変化を測定できること初めて明らかにしたもの。今回測定した欠陥は従来手法でも観測できるが，従来手法では検出できない，発光を伴わない非輻射性の欠陥の検出も原理的には可能となる。

また，この手法では局所的な表面ポテンシャルの変化を非接触で検出可能であるため，デバイス評価技術としても応用可能であり，パワーデバイス開発において問題となっている，デバイスのノーマリーオフ化などにも貢献できるとしている。