目的
半導体におけるバルク光起電力効果（BPVE）などのバルク分極現象を評価するには、試料上に2つの電気的接点を形成する必要がありますが、これにより半導体と金属の界面に必然的に追加の欠陥が生じます。これは、高抵抗率を持つ超広帯域ギャップ半導体において特に大きな課題となります。
解決策
ケルビンプローブを用いた表面光起電力（SPV）分光法は、炭素ドープGaN単結晶における接触電位差（DCPD）の変化を評価するための、非破壊かつ非接触の測定手法として用いられています。 最大 ± 200 V の DCPD を測定できる独自のセットアップを設計することで、電気的コンタクトを形成することなく、大きな光電圧を検出することが可能になりました。
応用例
GaN のバンドギャップは 3.4 eV です。例として、図 1 は炭素ドープ GaN 結晶 (GaN:C) の DCPD スペクトルを示しています。 対応する SPV 信号は 3 eV で 13 V 以上に達しました。つまり、特定の欠陥状態の励起下では、SPV 信号はバンドギャップから予想される値よりもはるかに大きくなりました（詳細については [1] を参照してください）。 バンドギャップ付近で、DCPD の方向の変化と微分信号の特徴が確認されました。 より高強度のレーザーダイオード（445 nm）による励起下では、炭素濃度が 9×1018 cm-3 の GaN:C で最大信号が得られ、その値は約 23 V に達し、バンドギャップを大幅に上回りました（図 2）。
![Fig.1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for a GaN:C crystal. SPV signals are much larger than the band gap for excita-tion in the defect range (data after [1]).](/fileadmin/_processed_/2/7/csm_spectra_spv_bd873424b5.png)
Fig.1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for a GaN:C crystal. SPV signals are much larger than the band gap for excita-tion in the defect range (data after [1]).
Fig. 2: Time dependence of DCPD of a GaN:C crystal measured during illumination with a laser diode at 445 nm and after switching off illumination.
参考文献
[1] Levine, I. ほか. 「異常表面光電圧分光法によって明らかになった炭素ドープ窒化ガリウムにおけるバルク光起電力効果」. Phys. Rev. B 101 (2020) 245205.
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