単色波長可変THz波光源で明らかにする半導体キャリア特性

謝辞

本研究にあたり,古河機械金属㈱の薄善行,渡辺泰史,碓井彰各位にはご支援と有益な議論を頂きました。用いた焦電検出器はジャスコオプト社と共同開発したものであり,古河機械金属㈱の千葉善幸,砂川晴夫両氏にGaNウエハー試料の提供頂きました。また,技術的な支援を理研の鎌田優子,齋藤美紀子,庄子鉄雄,および東北大学電気通信研究所の田久長一,今野勇治の諸氏より頂きました。感謝申し上げます。

参考文献
1)C. M. Hurd, “The accurate determination of the Hall coefficient of a metal,” Journal of Scientific Instruments 42, 465 (1965).
2)T. M. Dauphinee and E. Mooser, “Apparatus for Measuring Resistivity and Hall Coefficient of Semiconductors,” Rev. Sci. Instrum. 26, 660 (1955).
3)W. G. Spitzer and H. Y. Fan, “Determination of Optical Constants and Carrier Effective Mass of Semiconductors,” Physical Review 106, 882, (1957).
4)Elizabeth Barta, “Optical constants of various heavily doped p- and n-type silicon crystals obtained by Kramers-Kronig analysis,” Infrared Physics 17, 319 (1977).
5)Katsutoshi Narita, Yasuto Hijikata, Hiroyuki Yaguchi, Sadafumi Yoshida and Shinichi Nakashima, “Characterization of Carrier Concentration and Mobility in n-type SiC Wafers Using Infrared Reflectance Spectroscopy,” Japanese Journal of Applied Physics 43, 5151 (2004).
6)S. Sugai, K. Murase, S. Katayama, S. Takaoka, S. Nishi and H. Kawamura, “Carrier density dependence of soft TO-phonon in SnTe by Raman scattering,” Solid State Communications 24, 407, (1977).
7)H. Yugami, S. Nakashima, A. Mitsuishi, A. Uemoto, M. Shigeta, K. Furukawa, A. Suzuki and S. Nakajima, “Characterization of the free-carrier concentrations in doped β-SiC crystals by Raman scattering,” J. Appl. Phys. 61, 354 (1987).
8)N. Harrick, “Semiconductor surface properties deduced from free carrier absorption and reflection of infrared radiation” J. Phys. Chem. Solids 14, 60 (1960).
9)J. Majewski and D. Matthiesen, “Quantitative infrared imaging for the measurement of dopant distribution in gallium arsenide,” J. Cryst. Growth 137, 249 (1994).
10)C. Drake, S. Deshpande, and S. Seal, “Determination of free carrier density and space charge layer variation in nanocrystalline In3+ doped tin oxides using Fourier transform infrared spectroscopy,” Appl. Phys. Lett. 89, 143116 (2006).
11)Tae-In Jeon and D. Grischkowsky, “Nature of Conduction in Doped Silicon,” Phys. Rev. Lett. 78, 1106 (1997).
12)Takeshi Nagashima and Masanori Hangyo, “Measurement of complex optical constants of a highly doped Si wafer using terahertz ellipsometry,” Applied Physics Letters 79, 3917 (2001).
13)A. J. Huber, F. Keilmann, J. Wittborn, J. Aizpurua, and R. Hillenbrand, “Terahertz near-field nanoscopy of mobile carriers in single semiconductor nanodevices,” Nano Lett. 8, 3766 (2008).
14)J. Hebling, M. C. Hoffmann, H. Y. Hwang, K.-L. Yeh, and K. A. Nelson, “Observation of nonequilibrium carrier distribution in Ge, Si, and GaAs by terahertz pump-terahertz probe measurements,” Phys. Rev. B 81, 035201 (2010).
15)K. Kawase, M. Sato, T. Taniuchi, and H. Ito, “Coherent tunable THz wave generation from LiNbO3 with monolithic grating coupler,” Appl. Phys. Lett. 68, 2483 (1996).
16)H. Minamide, T. Ikari, and H. Ito, “Frequency-agile terahertz-wave parametric oscillator in a ring-cavity configuration,” Rev. Sci. Instrum. 80, 123104 (2009).
17)H. Ito, K. Suizu, T. Yamashita, A. Nawahara, and T. Sato, “Random frequency accessible broad tunable terahertz-wave source using phase-matched 4-dimethylamino-n-methyl-4-stilbazolium tosylate crystal,” Jpn. J. Appl. Phys. 46, 7321 (2007).
18)K. Miyamoto, H. Minamide, M. Fujiwara, H. Hashimoto, and H. Ito, “Widely tunable terahertz-wave generation using an N-benzyl-2-methyl-4-nitroaniline crystal,” Opt. Lett. 33, 252-254 (2008).
19)S. Ohno, A. Hamano, K. Miyamoto, C. Suzuki, and H. Ito, “Surface mapping of carrier density in a GaN wafer using a frequency-agile THz source,” J. Eur. Opt. Soc. Rapid Publ. 4, 09012 (2009).
20)A. Hamano, S. Ohno, H. Minamide, H. Ito, and Y. Usuki, “High-resolution imaging of electrical properties of a 2-inch-diameter gallium nitride wafer using frequency agile terahertz waves,” Jpn. J. Appl. Phys. 49, 022402 (2010).
21)R. Holm, J. Gibson, and E. Palik, “Infrared reflectance studies of bulk and epitaxial-film n-type GaAs,” J. Appl. Phys. 48, 212 (1977).
22)V. Bougrov, M. E. Levinshtein, S. L. Rumyantsev, and A. Zubrilov, Properties of Advanced Semiconductor Materials GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe (John Wiley & Sons, Inc., New York, 2001).
23)A. Barker and M. Ilegems, “Infrared lattice vibrations and free-electron dispersion in GaN,” Phys. Rev. B 7, 743 (1973).
24)Y. Fu, M. Willander, Z.-F. Li, and W. Lu, “Electron mobilities, Hall factors, and scattering processes of n-type GaN epilayers studied by infrared reflection and Hall measurements,” Phys. Rev. B 67, 113313 (2003).
25) Markus Walther, Kasper Jensby, Søren Rud Keiding, Hidenori Takahashi, and Hiromasa Ito, “Far-infrared properties of DAST,” Optics Letters 25, 911-913 (2000).
26)A. Hamano, S. Ohno, H. Minamide, H. Ito, Y. Usuki, “High-Sensitivity High-Resolution Full-Wafer Imaging of the Properties of Large n-Type SiC Using the Relative Reflectance of Two Terahertz Waves”, Materials Science Forum 778, 491 (2014).

27)大野誠吾,伊藤弘昌,南出泰亜,濱野哲英,特許第5601562号“移動度測定装置及びその方法,並びに,抵抗率測定装置及びその方法”.

■Tunable monochromatic THz-wave light source reveals carrier properties in semiconductors
■①Seigo Ohno ②Hiroaki Minamide ③Hiromasa Ito ④Akihide Hamano

■①〜③RIKEN ④FURUKAWA CO., LTD.

①オオノ セイゴ
所属:国立研究開発法人理化学研究所(現所属:東北大学/国立研究開発法人理化学研究所)
②ミナミデ ヒロアキ ③イトウ ヒロマサ
所属:国立研究開発法人理化学研究所
④ハマノ アキヒデ

所属:古河機械金属㈱(現所属:古河電子㈱))

(月刊OPTRONICS 2016年12月号)

このコーナーの研究は技術移転を目指すものが中心で,実用化に向けた共同研究パートナーを求めています。掲載した研究に興味があり,執筆者とコンタクトを希望される方は編集部までご連絡ください。
また,このコーナーへの掲載を希望する研究をお持ちの若手研究者注)も随時募集しております。こちらもご連絡をお待ちしております。
月刊OPTRONICS編集部メールアドレス:editor@optronics.co.jp
注)若手研究者とは概ね40歳くらいまでを想定していますが,まずはお問い合わせください。

同じカテゴリの連載記事

  • 光周波数コムを用いた物体の運動に関する超精密計測と校正法 東北大学 松隈 啓 2024年11月10日
  • こすると発光色が変わる有機結晶の合理的創製 横浜国立大学 伊藤 傑 2024年10月10日
  • 光ウェアラブルセンサによる局所筋血流と酸素消費の非侵襲同時計測 明治大学 小野弓絵 2024年09月10日
  • 関心領域のみをすばやく分子分析するラマン分光技術 大阪大学 熊本康昭 2024年08月12日
  • 熱画像解析による土壌有機物量計測技術の開発 大阪工業大学 加賀田翔 2024年07月10日
  • 組織深部を可視化する腹腔鏡用近赤外分光イメージングデバイスの開発 (国研)産業技術総合研究所 髙松利寛 2024年06月10日
  • 8の字型構造の活用による高効率円偏光発光を示す第3世代有機EL材料の開発 名古屋大学 福井識人 2024年05月07日
  • 高出力半導体テラヘルツ信号源とその応用 東京工業大学 鈴木左文 2024年04月09日