JP3193996B2 - ヘテロ構造評価方法 - Google Patents
ヘテロ構造評価方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ヘテロ構造を有する
電子・光素子において、電流−電圧特性を測定して、素
子特性に影響を与える膜厚ゆらぎ，ポテンシャルゆら
ぎ，ポテンシャル分布ゆらぎ，単結晶性ゆらぎ（以下構
造ゆらぎと総称する）を評価するヘテロ構造の評価方法
に関する。
電子・光素子において、電流−電圧特性を測定して、素
子特性に影響を与える膜厚ゆらぎ，ポテンシャルゆら
ぎ，ポテンシャル分布ゆらぎ，単結晶性ゆらぎ（以下構
造ゆらぎと総称する）を評価するヘテロ構造の評価方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】デバイスの性能向上のために、ヘテロ構
造を用いた様々な構造が提案されているが、ヘテロ構造
における構造ゆらぎは、デバイスの性能に大きな影響を
及ぼす。特に、素子の動作速度高速化のために量子効果
を用いた素子構造では、ヘテロ構造の大きさ（層厚）が
電子波長と同等であるため、素子特性は構造ゆらぎに非
常に敏感であり、ナノメータスケールの構造ゆらぎが素
子の性能を著しく劣化させるといわれている。
造を用いた様々な構造が提案されているが、ヘテロ構造
における構造ゆらぎは、デバイスの性能に大きな影響を
及ぼす。特に、素子の動作速度高速化のために量子効果
を用いた素子構造では、ヘテロ構造の大きさ（層厚）が
電子波長と同等であるため、素子特性は構造ゆらぎに非
常に敏感であり、ナノメータスケールの構造ゆらぎが素
子の性能を著しく劣化させるといわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、構造ゆらぎの
ない素子構造を形成する技術を確立することが不可欠で
あり、そのためには、構造ゆらぎを高精度で評価する技
術が必要である。ヘテロ構造の界面分析法には、ヘテロ
構造を構成する各薄膜形成後の表面形状を走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い
て評価して、ヘテロ構造の各界面構造を間接的に予想す
る方法がある。しかし、この方法では、素子作製後の界
面構造を精密に定めることはできないという問題があ
る。
ない素子構造を形成する技術を確立することが不可欠で
あり、そのためには、構造ゆらぎを高精度で評価する技
術が必要である。ヘテロ構造の界面分析法には、ヘテロ
構造を構成する各薄膜形成後の表面形状を走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用い
て評価して、ヘテロ構造の各界面構造を間接的に予想す
る方法がある。しかし、この方法では、素子作製後の界
面構造を精密に定めることはできないという問題があ
る。
【０００４】一方、表面下に形成された界面の分析方法
には、フォトルミネッセンス（ＰＬ）、カソードルミネ
ッセンス（ＣＬ）、フォトルミネッセンス励起（ＰＬ
Ｅ）などが用いられてきた。これらの方法は、いずれも
障壁層に挟まれた量子井戸構造中に束縛された励起子の
ルミネッセンスや吸収を利用しているため、構造を形成
する層のうち、量子井戸層の構造のゆらぎの評価には適
用できるが、他の障壁層を含む全ての層の構造ゆらぎの
評価を行うことはできない。また、入出力プローブのサ
イズや、励起子の測定中の拡散効果などにより分解能が
決まっており、その値はサブμｍスケールにとどまって
いる。
には、フォトルミネッセンス（ＰＬ）、カソードルミネ
ッセンス（ＣＬ）、フォトルミネッセンス励起（ＰＬ
Ｅ）などが用いられてきた。これらの方法は、いずれも
障壁層に挟まれた量子井戸構造中に束縛された励起子の
ルミネッセンスや吸収を利用しているため、構造を形成
する層のうち、量子井戸層の構造のゆらぎの評価には適
用できるが、他の障壁層を含む全ての層の構造ゆらぎの
評価を行うことはできない。また、入出力プローブのサ
イズや、励起子の測定中の拡散効果などにより分解能が
決まっており、その値はサブμｍスケールにとどまって
いる。
【０００５】また、表面下に形成された界面を評価する
技術としては、ＳＴＭ技術を応用した弾道電子放射顕微
鏡（ＢＥＥＭ）があり、ショットキー接合界面の構造ゆ
らぎがナノメータスケールの分解能で測定できる。しか
し、このＢＥＥＭでは、探針−試料間距離を定めるため
に用いているトンネル電流の一部（１０％以下）を界面
評価の信号に利用するため、構造に流せる電流が微小な
値に限られている。従って、ＢＥＥＭが適用できる構造
は、単一接合などの単純な構造に限られ、多層の薄膜で
形成されるヘテロ構造の評価に応用するには困難が多
い。
技術としては、ＳＴＭ技術を応用した弾道電子放射顕微
鏡（ＢＥＥＭ）があり、ショットキー接合界面の構造ゆ
らぎがナノメータスケールの分解能で測定できる。しか
し、このＢＥＥＭでは、探針−試料間距離を定めるため
に用いているトンネル電流の一部（１０％以下）を界面
評価の信号に利用するため、構造に流せる電流が微小な
値に限られている。従って、ＢＥＥＭが適用できる構造
は、単一接合などの単純な構造に限られ、多層の薄膜で
形成されるヘテロ構造の評価に応用するには困難が多
い。
【０００６】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ヘテロ構造中の構造的な
ゆらぎを、高精度でナノメータスケールの分解能を有し
て評価できるようにすることを目的とする。
るためになされたものであり、ヘテロ構造中の構造的な
ゆらぎを、高精度でナノメータスケールの分解能を有し
て評価できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明のヘテロ構造評
価方法は、波動性により流れる電流が支配的である電圧
範囲において、ヘテロ構造にその構造を横切るように電
圧を印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電
流値の変化を計測し、この電流値が極大値となった前後
を含む電圧範囲における電流値の変化の具合により、ヘ
テロ構造を構成する各層の構造上の変化を評価すること
を特徴とする。また、この発明のヘテロ構造評価方法
は、波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲に
おいて、測定対象のヘテロ構造にその構造を横切るよう
に電圧を印加し、この印加する電圧値を変化させたとき
の電流値の変化を計測し、この電流値が極大値となった
前後を含む電圧範囲における電流値の変化の具合を、基
準となるヘテロ構造による電流値の変化と比較すること
で、ヘテロ構造を構成する各層の構造上の基準となるヘ
テロ構造からの変化を評価することを特徴とする。そし
て、この発明のヘテロ構造評価方法は、波動性により流
れる電流が支配的である電圧範囲において、測定対象の
ヘテロ構造の第１の領域でその構造を横切るように電圧
を印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電流
値の変化である第１の変化を計測し、波動性により流れ
る電流が支配的である電圧範囲において、測定対象のヘ
テロ構造の第２の領域でその構造を横切るように電圧を
印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電流値
の変化である第２の変化を計測し、第１および第２の変
化の中で、それぞれ極大となった前後を含む電圧範囲に
おける電流値の変化の具合同士を比較することで、ヘテ
ロ構造を構成する各層の構造上の変化の分布を評価する
ことを特徴とする。
価方法は、波動性により流れる電流が支配的である電圧
範囲において、ヘテロ構造にその構造を横切るように電
圧を印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電
流値の変化を計測し、この電流値が極大値となった前後
を含む電圧範囲における電流値の変化の具合により、ヘ
テロ構造を構成する各層の構造上の変化を評価すること
を特徴とする。また、この発明のヘテロ構造評価方法
は、波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲に
おいて、測定対象のヘテロ構造にその構造を横切るよう
に電圧を印加し、この印加する電圧値を変化させたとき
の電流値の変化を計測し、この電流値が極大値となった
前後を含む電圧範囲における電流値の変化の具合を、基
準となるヘテロ構造による電流値の変化と比較すること
で、ヘテロ構造を構成する各層の構造上の基準となるヘ
テロ構造からの変化を評価することを特徴とする。そし
て、この発明のヘテロ構造評価方法は、波動性により流
れる電流が支配的である電圧範囲において、測定対象の
ヘテロ構造の第１の領域でその構造を横切るように電圧
を印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電流
値の変化である第１の変化を計測し、波動性により流れ
る電流が支配的である電圧範囲において、測定対象のヘ
テロ構造の第２の領域でその構造を横切るように電圧を
印加し、この印加する電圧値を変化させたときの電流値
の変化である第２の変化を計測し、第１および第２の変
化の中で、それぞれ極大となった前後を含む電圧範囲に
おける電流値の変化の具合同士を比較することで、ヘテ
ロ構造を構成する各層の構造上の変化の分布を評価する
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】ヘテロ構造の構造ゆらぎに応じて、ヘテロ構造
中の電子波の干渉条件の違いが有り、これを、電圧を掃
引して印加したときの電流値の変化により検出する。
中の電子波の干渉条件の違いが有り、これを、電圧を掃
引して印加したときの電流値の変化により検出する。
【０００９】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する前に、こ
の発明の概要について説明する。この発明は、電子の波
動性を利用するものである。ヘテロ構造中の各場所で
は、構造ゆらぎのために電子波の干渉条件には構造ゆら
ぎに応じた違いが生じている。この干渉条件の違いを検
出することにより、構造ゆらぎを評価する。具体的に
は、ヘテロ構造をその波動性により透過する電子による
電流の、ヘテロ構造への印加電圧依存性を、電子の透過
確率が極大になる電圧Ｖp を少なくとも１つ含む電流−
電圧特性を示すヘテロ構造で、０≦Ｖs ≦Ｖ0 （ただし
Ｖp ≦Ｖ0 ）の範囲の印加電圧Ｖs において電流を測定
し、異なる場所で測定した結果と比較する。
の発明の概要について説明する。この発明は、電子の波
動性を利用するものである。ヘテロ構造中の各場所で
は、構造ゆらぎのために電子波の干渉条件には構造ゆら
ぎに応じた違いが生じている。この干渉条件の違いを検
出することにより、構造ゆらぎを評価する。具体的に
は、ヘテロ構造をその波動性により透過する電子による
電流の、ヘテロ構造への印加電圧依存性を、電子の透過
確率が極大になる電圧Ｖp を少なくとも１つ含む電流−
電圧特性を示すヘテロ構造で、０≦Ｖs ≦Ｖ0 （ただし
Ｖp ≦Ｖ0 ）の範囲の印加電圧Ｖs において電流を測定
し、異なる場所で測定した結果と比較する。
【００１０】同一印加電圧においては、電流に寄与する
量の中で構造ゆらぎが電流に及ぼす影響が含まれるのは
主に透過確率であり、透過確率の値は極大値近傍で特に
大きく変化する性質を持つ。このことから、比較の方法
として例えば、電流の比を採用すると、構造ゆらぎ、つ
まり干渉条件の違いに応じた電子の透過確率の違いの効
果が主に反映されることになる。また、原子間力顕微鏡
などを微小領域での測定方法として評価に応用する場
合、電流の比をとることには、ヘテロ構造以外の影響、
例えば、接触抵抗などの影響を相殺できる利点もある。
量の中で構造ゆらぎが電流に及ぼす影響が含まれるのは
主に透過確率であり、透過確率の値は極大値近傍で特に
大きく変化する性質を持つ。このことから、比較の方法
として例えば、電流の比を採用すると、構造ゆらぎ、つ
まり干渉条件の違いに応じた電子の透過確率の違いの効
果が主に反映されることになる。また、原子間力顕微鏡
などを微小領域での測定方法として評価に応用する場
合、電流の比をとることには、ヘテロ構造以外の影響、
例えば、接触抵抗などの影響を相殺できる利点もある。
【００１１】以上説明したように、電流の比から、測定
した異なる場所におけるヘテロ構造を構成する薄膜間で
の構造ゆらぎとその大きさの分析が行える。電子波の広
がりはドブロイ波長（数十ｎｍ）程度であるから、本発
明では、ナノメータスケールの分解能での分析が可能で
ある。
した異なる場所におけるヘテロ構造を構成する薄膜間で
の構造ゆらぎとその大きさの分析が行える。電子波の広
がりはドブロイ波長（数十ｎｍ）程度であるから、本発
明では、ナノメータスケールの分解能での分析が可能で
ある。
【００１２】以下この発明の１実施例を図を参照して説
明する。 実施例１．本実施例では、図１に示す２つのＡｌＡｓか
らなる障壁層１，２と、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層３
とから構成された共鳴トンネル構造（ＲＴＤ構造）にお
いて、障壁層１，２の幅のゆらぎが±１分子層（以下、
１ＭＬと呼ぶ）別個に存在する単一構造ゆらぎの評価
に、本発明を適用した。なお、４，５は電極層、６，７
は電極である。初めに、ＲＴＤ構造の示す電流−電圧特
性（以下Ｉ−Ｖ特性と呼ぶ）について説明する。
明する。 実施例１．本実施例では、図１に示す２つのＡｌＡｓか
らなる障壁層１，２と、ＩｎＧａＡｓからなる井戸層３
とから構成された共鳴トンネル構造（ＲＴＤ構造）にお
いて、障壁層１，２の幅のゆらぎが±１分子層（以下、
１ＭＬと呼ぶ）別個に存在する単一構造ゆらぎの評価
に、本発明を適用した。なお、４，５は電極層、６，７
は電極である。初めに、ＲＴＤ構造の示す電流−電圧特
性（以下Ｉ−Ｖ特性と呼ぶ）について説明する。
【００１３】ＲＴＤ構造に電子が電流層４から入射され
た場合、障壁層１における波動関数の反射により、トン
ネル効果により透過する（トンネルする）電子の透過確
率は大抵の場合０に近い。しかし、特定の電子波干渉条
件（以下、共鳴条件という）が満たされる場合、つま
り、障壁層１，２や井戸層３の層厚などにより決まる位
相差相当の行路差が、入射電子のドブロイ波長の半分の
値の場合、ＲＴＤ構造による反射電子波は打ち消され、
電子の透過確率は１に近づく。特に、ＲＴＤ構造への印
加電圧が０の場合には、透過確率が１になる共鳴条件が
ある。
た場合、障壁層１における波動関数の反射により、トン
ネル効果により透過する（トンネルする）電子の透過確
率は大抵の場合０に近い。しかし、特定の電子波干渉条
件（以下、共鳴条件という）が満たされる場合、つま
り、障壁層１，２や井戸層３の層厚などにより決まる位
相差相当の行路差が、入射電子のドブロイ波長の半分の
値の場合、ＲＴＤ構造による反射電子波は打ち消され、
電子の透過確率は１に近づく。特に、ＲＴＤ構造への印
加電圧が０の場合には、透過確率が１になる共鳴条件が
ある。
【００１４】そして、その印加電圧がＶs （＞０Ｖ）の
場合には、ＲＴＤ構造から出射される電子速度とＲＴＤ
構造に入射される電子速度とが異なるため、ＲＴＤ構造
全体から反射される電子が常に存在するので、その透過
確率が１よりわずかに減少した値となることが知られて
いる。また、ある決まった構造の障壁層，井戸層から構
成されるＲＴＤ構造においては、入射する電子の波長に
より共鳴するかどうかが決まり、入射する電子がそのＲ
ＴＤ構造において共鳴する条件を満たす波長なら、トン
ネル透過確率が１に近づき、印加電圧が０なら１にな
る。
場合には、ＲＴＤ構造から出射される電子速度とＲＴＤ
構造に入射される電子速度とが異なるため、ＲＴＤ構造
全体から反射される電子が常に存在するので、その透過
確率が１よりわずかに減少した値となることが知られて
いる。また、ある決まった構造の障壁層，井戸層から構
成されるＲＴＤ構造においては、入射する電子の波長に
より共鳴するかどうかが決まり、入射する電子がそのＲ
ＴＤ構造において共鳴する条件を満たす波長なら、トン
ネル透過確率が１に近づき、印加電圧が０なら１にな
る。
【００１５】すなわち、電子は、その共鳴条件を満たす
波長となるエネルギーをもっているとき、共鳴条件を満
たした特徴的なトンネル効果（共鳴トンネル効果）によ
りＲＴＤ構造をトンネルする。このような共鳴トンネル
効果では、光学における共振器による波長の選択透過性
と同様に、電子波の多重反射による干渉効果で決まるト
ンネル透過性に、電子波が共鳴条件を満たしているかど
うかの違いが顕著に現れている。従って、共鳴条件を与
える印加電圧Ｖs ＝Ｖp においては、電子のトンネル透
過確率が急激に１に近づき、共鳴条件をわずかでもはず
れると、トンネル透過確率は急激に０に近づく。
波長となるエネルギーをもっているとき、共鳴条件を満
たした特徴的なトンネル効果（共鳴トンネル効果）によ
りＲＴＤ構造をトンネルする。このような共鳴トンネル
効果では、光学における共振器による波長の選択透過性
と同様に、電子波の多重反射による干渉効果で決まるト
ンネル透過性に、電子波が共鳴条件を満たしているかど
うかの違いが顕著に現れている。従って、共鳴条件を与
える印加電圧Ｖs ＝Ｖp においては、電子のトンネル透
過確率が急激に１に近づき、共鳴条件をわずかでもはず
れると、トンネル透過確率は急激に０に近づく。
【００１６】このため、ＲＴＤ構造を流れる電流Ｉ0 は
印加電圧Ｖs ＝Ｖp の場合に極大値をもつ、図２に示す
ようなＩ−Ｖ特性を示す。前述したように、ＲＴＤ構造
に印加している電圧を変えることは、入射電子のエネル
ギー分布の最大値を与えるエネルギーを変えることにな
り、すなわち入射電子の波長分布の最大値を与える波長
を変化させることになり、印加電圧を変化させていけ
ば、共鳴条件となる点が、測定した電流値の変化の中に
現れてくる。
印加電圧Ｖs ＝Ｖp の場合に極大値をもつ、図２に示す
ようなＩ−Ｖ特性を示す。前述したように、ＲＴＤ構造
に印加している電圧を変えることは、入射電子のエネル
ギー分布の最大値を与えるエネルギーを変えることにな
り、すなわち入射電子の波長分布の最大値を与える波長
を変化させることになり、印加電圧を変化させていけ
ば、共鳴条件となる点が、測定した電流値の変化の中に
現れてくる。
【００１７】図３は、ＲＴＤ構造をもつ素子の断面図で
あり、１はＡｌＡｓからなる厚さＬb1＝１１ＭＬ（分子
層）の障壁層、２はＡｌＡｓからなる厚さＬb2＝１１Ｍ
Ｌの障壁層、３はインジウムの組成比が０．２のＩｎＧ
ａＡｓからなる厚さＬw ＝１８ＭＬの井戸層、４，５は
ｎ型の不純物が導入されたＧａＡｓからなる電極層、
６，７は電極であり、障壁層１，２と井戸層３とを基準
構造とするＲＴＤ構造を有している。そして、８，９は
電極層４，５からのｎ型不純物の拡散によるＲＴＤ構造
への侵入を防ぐための厚さ５ＭＬのＧａＡｓからなるス
ペーサである。
あり、１はＡｌＡｓからなる厚さＬb1＝１１ＭＬ（分子
層）の障壁層、２はＡｌＡｓからなる厚さＬb2＝１１Ｍ
Ｌの障壁層、３はインジウムの組成比が０．２のＩｎＧ
ａＡｓからなる厚さＬw ＝１８ＭＬの井戸層、４，５は
ｎ型の不純物が導入されたＧａＡｓからなる電極層、
６，７は電極であり、障壁層１，２と井戸層３とを基準
構造とするＲＴＤ構造を有している。そして、８，９は
電極層４，５からのｎ型不純物の拡散によるＲＴＤ構造
への侵入を防ぐための厚さ５ＭＬのＧａＡｓからなるス
ペーサである。
【００１８】この基準構造から、障壁層１，２または井
戸層３の厚さが１ＭＬ増減した場合の電流Ｉと基準構造
における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖs 依存性（以下、Ｉ
／Ｉ0 −Ｖ特性と呼ぶ）の計算結果を図４〜６に示す。
図４は、高エネルギー側の障壁層１の厚さを１ＭＬ増減
した場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を示し、４１は
１ＭＬ増加した場合の計算結果を示し、４２は１ＭＬ減
少した場合の計算結果を示す。
戸層３の厚さが１ＭＬ増減した場合の電流Ｉと基準構造
における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖs 依存性（以下、Ｉ
／Ｉ0 −Ｖ特性と呼ぶ）の計算結果を図４〜６に示す。
図４は、高エネルギー側の障壁層１の厚さを１ＭＬ増減
した場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を示し、４１は
１ＭＬ増加した場合の計算結果を示し、４２は１ＭＬ減
少した場合の計算結果を示す。
【００１９】また、図５は、低エネルギー側の障壁層２
の厚さを１ＭＬ増減した場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算
結果を示し、５１は１ＭＬ増加した場合の計算結果を示
し、５２は１ＭＬ減少した場合の計算結果を示す。そし
て、図６は、井戸層３の厚さを１ＭＬ増減した場合のＩ
／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を示し、６１は１ＭＬ増加し
た場合の計算結果を示し、６２は１ＭＬ減少した場合の
計算結果を示す。
の厚さを１ＭＬ増減した場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算
結果を示し、５１は１ＭＬ増加した場合の計算結果を示
し、５２は１ＭＬ減少した場合の計算結果を示す。そし
て、図６は、井戸層３の厚さを１ＭＬ増減した場合のＩ
／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を示し、６１は１ＭＬ増加し
た場合の計算結果を示し、６２は１ＭＬ減少した場合の
計算結果を示す。
【００２０】これらの図４〜６から分かるように、主に
Ｖp ／２を境にしてＩ／Ｉ0 −Ｖ特性が変化することが
分かる。Ｖs ＜Ｖp ／２の印加電圧範囲では、主に障壁
層１，２の厚さのゆらぎの影響が現れる。例えば、障壁
層１，２が１ＭＬ薄くなると、図４，５に示すように、
この範囲では、Ｉ／Ｉ0 の値は約３倍になる。これに対
して、井戸層３の厚さが１ＭＬ増減しても、図６に示す
ように、この範囲ではＩ／Ｉ0 の値は約１で、ＩはＩ0
と変わらない値である。
Ｖp ／２を境にしてＩ／Ｉ0 −Ｖ特性が変化することが
分かる。Ｖs ＜Ｖp ／２の印加電圧範囲では、主に障壁
層１，２の厚さのゆらぎの影響が現れる。例えば、障壁
層１，２が１ＭＬ薄くなると、図４，５に示すように、
この範囲では、Ｉ／Ｉ0 の値は約３倍になる。これに対
して、井戸層３の厚さが１ＭＬ増減しても、図６に示す
ように、この範囲ではＩ／Ｉ0 の値は約１で、ＩはＩ0
と変わらない値である。
【００２１】これらのことは、上述の範囲では、フェル
ミ準位と共鳴準位のエネルギー差が大きいため共鳴トン
ネル効果は生じず、電子はあたかも単一障壁をトンネル
するようにふるまうことに起因する。
ミ準位と共鳴準位のエネルギー差が大きいため共鳴トン
ネル効果は生じず、電子はあたかも単一障壁をトンネル
するようにふるまうことに起因する。
【００２２】一方、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の印加電圧範
囲では、主に井戸層３の厚さのゆらぎの影響が顕著に現
れる。例えば、井戸層３が１ＭＬ厚くなると、図６に示
したように、この範囲ではＩ／Ｉ0 の値は１００倍にな
る。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の印加電圧範囲では、
２つの障壁層１，２のどちらの層厚がゆらいだかによっ
て、Ｉ／Ｉ0 の印加電圧依存性が異なっている。
囲では、主に井戸層３の厚さのゆらぎの影響が顕著に現
れる。例えば、井戸層３が１ＭＬ厚くなると、図６に示
したように、この範囲ではＩ／Ｉ0 の値は１００倍にな
る。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の印加電圧範囲では、
２つの障壁層１，２のどちらの層厚がゆらいだかによっ
て、Ｉ／Ｉ0 の印加電圧依存性が異なっている。
【００２３】このことは、それぞれの障壁の高エネルギ
ー側における電子分布の状況が共鳴条件近傍では異なる
ことに起因している。上述の印加電圧範囲において、障
壁層１の高エネルギー側にはフェルミ分布に従って電子
が分布し、特にフェルミ準位近傍では、電子の分布関数
は電子のエネルギー増加に従って１から０に変化してい
る。従って、フェルミ準位と共鳴準位のエネルギー差が
ほとんどない場合、障壁層１をトンネルして共鳴準位ま
で到達する電子数には、障壁層１の高エネルギー側のフ
ェルミ準位近傍での電子分布変化の影響が強く現れる。
このため、障壁層１の１ＭＬ程度の増減による透過確率
変化の効果は、これに埋もれて現れにくくなる。従っ
て、Ｖp 近傍では、Ｉ／Ｉ0 の値が１に近づいて、見か
け上障壁層１の層幅ゆらぎの影響が検出されなくなる。
ー側における電子分布の状況が共鳴条件近傍では異なる
ことに起因している。上述の印加電圧範囲において、障
壁層１の高エネルギー側にはフェルミ分布に従って電子
が分布し、特にフェルミ準位近傍では、電子の分布関数
は電子のエネルギー増加に従って１から０に変化してい
る。従って、フェルミ準位と共鳴準位のエネルギー差が
ほとんどない場合、障壁層１をトンネルして共鳴準位ま
で到達する電子数には、障壁層１の高エネルギー側のフ
ェルミ準位近傍での電子分布変化の影響が強く現れる。
このため、障壁層１の１ＭＬ程度の増減による透過確率
変化の効果は、これに埋もれて現れにくくなる。従っ
て、Ｖp 近傍では、Ｉ／Ｉ0 の値が１に近づいて、見か
け上障壁層１の層幅ゆらぎの影響が検出されなくなる。
【００２４】一方、上述の印加電圧範囲において、障壁
層２の高エネルギー側には共鳴準位があり、この準位は
非常に狭い準位幅を持つ。従って、共鳴準位にいる電子
が障壁層２をトンネルする場合の電子数には、共鳴準位
近傍での電子分布変化の影響がほとんどないため、障壁
層２の１ＭＬ程度の増減による透過確率変化の効果が強
く現れる。この結果、フェルミ準位と共鳴準位のエネル
ギー差がほとんどない場合、すなわちＶp 近傍でも、０
＜Ｖs ＜Ｖp ／２の場合と同様に障壁層２の層幅のゆら
ぎの影響が検出される。図４〜６より、〜Ｖp を越えた
ところでは、それぞれのＩ／Ｉ0 −Ｖ特性が複雑化す
る。
層２の高エネルギー側には共鳴準位があり、この準位は
非常に狭い準位幅を持つ。従って、共鳴準位にいる電子
が障壁層２をトンネルする場合の電子数には、共鳴準位
近傍での電子分布変化の影響がほとんどないため、障壁
層２の１ＭＬ程度の増減による透過確率変化の効果が強
く現れる。この結果、フェルミ準位と共鳴準位のエネル
ギー差がほとんどない場合、すなわちＶp 近傍でも、０
＜Ｖs ＜Ｖp ／２の場合と同様に障壁層２の層幅のゆら
ぎの影響が検出される。図４〜６より、〜Ｖp を越えた
ところでは、それぞれのＩ／Ｉ0 −Ｖ特性が複雑化す
る。
【００２５】ＲＴＤ構造における単一構造ゆらぎに起因
する図４〜６に示したＩ／Ｉ0 値の変化を以下の表１に
まとめた。
する図４〜６に示したＩ／Ｉ0 値の変化を以下の表１に
まとめた。
【００２６】
【００２７】表１から、以下に示すことが判明する。ま
ず、０＜Ｖs ＜Ｖp ／２では障壁層厚さのゆらぎの有／
無が分かる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp では、井戸層
厚さのゆらぎの有／無が分かる。そして、０＜Ｖs ＜Ｖ
p ／２でゆらぎが判明した障壁層が、２つの障壁層のう
ちどちらであるかを検出可能である。従って、基準構造
の電流Ｉ0 と、評価対象の構造の電流Ｉとを比較するこ
とにより、ＲＴＤ構造を構成する３つの層のそれぞれに
ついて、基準構造からの層数ゆらぎ分布を、１ＭＬ単位
で各々分離して別個に判別できる。
ず、０＜Ｖs ＜Ｖp ／２では障壁層厚さのゆらぎの有／
無が分かる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp では、井戸層
厚さのゆらぎの有／無が分かる。そして、０＜Ｖs ＜Ｖ
p ／２でゆらぎが判明した障壁層が、２つの障壁層のう
ちどちらであるかを検出可能である。従って、基準構造
の電流Ｉ0 と、評価対象の構造の電流Ｉとを比較するこ
とにより、ＲＴＤ構造を構成する３つの層のそれぞれに
ついて、基準構造からの層数ゆらぎ分布を、１ＭＬ単位
で各々分離して別個に判別できる。
【００２８】実施例２．この実施例２では、図３に示し
た２つの障壁層１，２と井戸層３からなるＲＴＤ構造に
おいて、障壁層１，２の幅と井戸層３の幅のゆらぎが同
時に存在する複合ゆらぎの場合について説明する。図３
に示した基準構造から、井戸層３の厚さが１ＭＬ増加し
た場合に加え、障壁層１または障壁層２が１ＭＬ減少し
た場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を図７に示す。
た２つの障壁層１，２と井戸層３からなるＲＴＤ構造に
おいて、障壁層１，２の幅と井戸層３の幅のゆらぎが同
時に存在する複合ゆらぎの場合について説明する。図３
に示した基準構造から、井戸層３の厚さが１ＭＬ増加し
た場合に加え、障壁層１または障壁層２が１ＭＬ減少し
た場合のＩ／Ｉ0 −Ｖ特性の計算結果を図７に示す。
【００２９】図７より、主に、Ｖp ／２を境にして、Ｉ
／Ｉ0 −Ｖ特性が変化することが分かる。０＜Ｖs ＜Ｖ
p ／２の印加電圧の範囲では、主に障壁層厚のゆらぎの
影響が現れる。例えば、障壁層１が１ＭＬ薄くなると、
Ｉ／Ｉ0 の値は約３倍になる。一方、、井戸層３厚さが
１ＭＬ増加してもＩ／Ｉ0 の値はほとんど１でＩはＩ0
と変わらない値である。これらは、フェルミ準位と共鳴
準位のエネルギー差が大きいため、共鳴トンネル効果は
生じず、電子があたかも単一障壁をトンネルするように
ふるまうからである。
／Ｉ0 −Ｖ特性が変化することが分かる。０＜Ｖs ＜Ｖ
p ／２の印加電圧の範囲では、主に障壁層厚のゆらぎの
影響が現れる。例えば、障壁層１が１ＭＬ薄くなると、
Ｉ／Ｉ0 の値は約３倍になる。一方、、井戸層３厚さが
１ＭＬ増加してもＩ／Ｉ0 の値はほとんど１でＩはＩ0
と変わらない値である。これらは、フェルミ準位と共鳴
準位のエネルギー差が大きいため、共鳴トンネル効果は
生じず、電子があたかも単一障壁をトンネルするように
ふるまうからである。
【００３０】一方、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の印加電圧範
囲では、おもに井戸層３の厚さのゆらぎの影響が現れ
る。例えば、井戸層３が１ＭＬ厚くなると、Ｉ／Ｉ0 の
値は約１００倍になる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の
印加電圧の範囲では、井戸層３に加えた障壁層１，２の
厚さのゆらぎがどちらであるかによって、Ｉ／Ｉ0 の値
の印加電圧依存性が異なっている。これは、それぞれの
障壁の高エネルギー側における電子分布の状況が、共鳴
条件では異なることに起因している。
囲では、おもに井戸層３の厚さのゆらぎの影響が現れ
る。例えば、井戸層３が１ＭＬ厚くなると、Ｉ／Ｉ0 の
値は約１００倍になる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の
印加電圧の範囲では、井戸層３に加えた障壁層１，２の
厚さのゆらぎがどちらであるかによって、Ｉ／Ｉ0 の値
の印加電圧依存性が異なっている。これは、それぞれの
障壁の高エネルギー側における電子分布の状況が、共鳴
条件では異なることに起因している。
【００３１】障壁層１の高エネルギー側にはフェルミ分
布に従って電子が分布し、特にフェルミ準位近傍では、
電子の分布関数は電子のエネルギー増加に従って１から
０に変化している。従って、フェルミ準位と共鳴準位の
エネルギー差がほとんどない場合、障壁層１をトンネル
して共鳴準位まで到達する電子数には、障壁層１の高エ
ネルギー側のフェルミ準位近傍での電子分布変化の影響
が強く現れる。このため、障壁層１の１ＭＬ程度の増減
による透過確率変化の効果は、これに埋もれて現れ難く
なる。従って、Ｖp 近傍では、Ｉ／Ｉ0 の値が井戸層３
の１ＭＬのゆらぎのみの場合の値に近づいて、見かけ
上、障壁層１の幅のゆらぎによる影響が検出されなくな
る。
布に従って電子が分布し、特にフェルミ準位近傍では、
電子の分布関数は電子のエネルギー増加に従って１から
０に変化している。従って、フェルミ準位と共鳴準位の
エネルギー差がほとんどない場合、障壁層１をトンネル
して共鳴準位まで到達する電子数には、障壁層１の高エ
ネルギー側のフェルミ準位近傍での電子分布変化の影響
が強く現れる。このため、障壁層１の１ＭＬ程度の増減
による透過確率変化の効果は、これに埋もれて現れ難く
なる。従って、Ｖp 近傍では、Ｉ／Ｉ0 の値が井戸層３
の１ＭＬのゆらぎのみの場合の値に近づいて、見かけ
上、障壁層１の幅のゆらぎによる影響が検出されなくな
る。
【００３２】一方、上述の印加電圧範囲において、障壁
層２の高エネルギー側には共鳴準位があり、この準位は
非常に狭い準位幅を持つ。従って、共鳴準位にいる電子
が障壁層２をトンネルする場合の電子数には、共鳴準位
近傍での電子分布変化の影響がほとんどない。このた
め、障壁層２の１ＭＬ程度の増減による透過確率変化の
効果が強く現れる。この結果、共鳴準位のエネルギー差
がほとんどない場合、すなわち、Ｖp 近傍でも、０＜Ｖ
s ＜Ｖp ／２の場合と同様に、障壁層２の層幅ゆらぎの
影響が残り、これがＩ／Ｉ0 の値が井戸層３の厚さゆら
ぎにの影響によるＩ／Ｉ0 の値と、障壁層２の厚さゆら
ぎの影響によるＩ／Ｉ0 の値の積に近い値になる結果と
して現れている。
層２の高エネルギー側には共鳴準位があり、この準位は
非常に狭い準位幅を持つ。従って、共鳴準位にいる電子
が障壁層２をトンネルする場合の電子数には、共鳴準位
近傍での電子分布変化の影響がほとんどない。このた
め、障壁層２の１ＭＬ程度の増減による透過確率変化の
効果が強く現れる。この結果、共鳴準位のエネルギー差
がほとんどない場合、すなわち、Ｖp 近傍でも、０＜Ｖ
s ＜Ｖp ／２の場合と同様に、障壁層２の層幅ゆらぎの
影響が残り、これがＩ／Ｉ0 の値が井戸層３の厚さゆら
ぎにの影響によるＩ／Ｉ0 の値と、障壁層２の厚さゆら
ぎの影響によるＩ／Ｉ0 の値の積に近い値になる結果と
して現れている。
【００３３】この実施例２における、ＲＴＤ構造の複合
構造ゆらぎに起因する、図７に示した、電流値比の変化
を表２にまとめた。
構造ゆらぎに起因する、図７に示した、電流値比の変化
を表２にまとめた。
【００３４】
【００３５】表２から、以下に示すことが判明する。ま
ず、０＜Ｖs ＜Ｖp ／２では障壁層厚さのゆらぎの有／
無が分かる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp では、０＜Ｖ
s ＜Ｖp ／２でゆらぎが判明した障壁層が、２つの障壁
層のうちどちらであるかを検出可能である。従って、基
準構造の電流Ｉ0 と、評価対象の構造の電流Ｉとを比較
することにより、ＲＴＤ構造を構成する層の複合構造ゆ
らぎがある場合の基準構造からの構造ゆらぎが、１ＭＬ
単位で各々分離して別個に判別できる。
ず、０＜Ｖs ＜Ｖp ／２では障壁層厚さのゆらぎの有／
無が分かる。また、Ｖp ／２＜Ｖs ＜Ｖp では、０＜Ｖ
s ＜Ｖp ／２でゆらぎが判明した障壁層が、２つの障壁
層のうちどちらであるかを検出可能である。従って、基
準構造の電流Ｉ0 と、評価対象の構造の電流Ｉとを比較
することにより、ＲＴＤ構造を構成する層の複合構造ゆ
らぎがある場合の基準構造からの構造ゆらぎが、１ＭＬ
単位で各々分離して別個に判別できる。
【００３６】なお、上記実施例では、この発明をＲＴＤ
構造に適用した例について説明したが、これに限るもの
ではない。波動性によりヘテロ構造を透過する電子の電
流密度（キャリアによる電流密度）のヘテロ構造への印
加電圧依存性が測定可能な、任意のヘテロ構造について
も適用可能である。例えば、単一ヘテロ接合，単一障壁
構造，多重結合量子井戸構造，多重トンネル障壁構造
の、構造ゆらぎ評価にも適用できる。
構造に適用した例について説明したが、これに限るもの
ではない。波動性によりヘテロ構造を透過する電子の電
流密度（キャリアによる電流密度）のヘテロ構造への印
加電圧依存性が測定可能な、任意のヘテロ構造について
も適用可能である。例えば、単一ヘテロ接合，単一障壁
構造，多重結合量子井戸構造，多重トンネル障壁構造
の、構造ゆらぎ評価にも適用できる。
【００３７】実施例３．以下、この発明の第３の実施例
について説明する。この実施例３では、高空間分解能を
有するＩ−Ｖ測定法を用いて、ＲＴＤ構造の微小領域の
Ｉ−Ｖ特性測定を行い、ナノメータスケールの微小領域
におけるＲＴＤ構造の素子構造ゆらぎの面内分布を測定
した例を示す。ここでは、図８に示すような、原子間力
顕微鏡を応用した測定系を用いてＲＴＤ構造の評価を行
った。
について説明する。この実施例３では、高空間分解能を
有するＩ−Ｖ測定法を用いて、ＲＴＤ構造の微小領域の
Ｉ−Ｖ特性測定を行い、ナノメータスケールの微小領域
におけるＲＴＤ構造の素子構造ゆらぎの面内分布を測定
した例を示す。ここでは、図８に示すような、原子間力
顕微鏡を応用した測定系を用いてＲＴＤ構造の評価を行
った。
【００３８】図８は、原子間力顕微鏡を応用した測定系
の構成を示す構成図であり、同図（ａ）において、１ａ
は図３に示した障壁層１，２と井戸層３からなるＲＴＤ
構造、１０は２次元方向に走査可能な導電性探針、１１
は電圧源、１２は導電性探針１０に流れる電流値を測定
する電流計であり、他の符号は図３と同様である。そし
て、電流計１２の測定した電流値によって、図８（ｂ）
に示すような、電流分布のイメージが得られる。
の構成を示す構成図であり、同図（ａ）において、１ａ
は図３に示した障壁層１，２と井戸層３からなるＲＴＤ
構造、１０は２次元方向に走査可能な導電性探針、１１
は電圧源、１２は導電性探針１０に流れる電流値を測定
する電流計であり、他の符号は図３と同様である。そし
て、電流計１２の測定した電流値によって、図８（ｂ）
に示すような、電流分布のイメージが得られる。
【００３９】ＲＴＤ構造１ａに流れる電流値が、導電性
探針１０の接触面積に比例するので、導電性探針１０の
先端を、例えば、２０ｎｍ以下の径とすることにより、
ナノメータスケールの微小領域のＩ−Ｖ特性の測定が可
能である。例えば、過剰に電圧を印加して素子の導電性
探針１０の下の素子の部分を破壊したあと、その位置か
ら１０〜２０ｎｍ横に移動した場所では正常なＲＴＤの
Ｉ−Ｖ特性が測定できる。このことからも、１０〜２０
ｎｍの面内分解能で電流分布が測定できることが分か
る。
探針１０の接触面積に比例するので、導電性探針１０の
先端を、例えば、２０ｎｍ以下の径とすることにより、
ナノメータスケールの微小領域のＩ−Ｖ特性の測定が可
能である。例えば、過剰に電圧を印加して素子の導電性
探針１０の下の素子の部分を破壊したあと、その位置か
ら１０〜２０ｎｍ横に移動した場所では正常なＲＴＤの
Ｉ−Ｖ特性が測定できる。このことからも、１０〜２０
ｎｍの面内分解能で電流分布が測定できることが分か
る。
【００４０】この実施例のＲＴＤ構造１ａとしては、Ｉ
ｎの組成比が０．２のＩｎＧａＡｓからなる厚さ１８Ｍ
Ｌ（約５．４ｎｍ）の井戸層と、これを挾むＡｌＡｓか
らなる厚さ１１ＭＬ（約３．１ｎｍ）の障壁層とから構
成されているものを用いた。また、印加電圧Ｖs ＝０．
８Ｖの条件で行った。この印加電圧は、素子中のＲＴＤ
構造１ａにＶp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の範囲に含まれる電圧
を印加する電圧である。
ｎの組成比が０．２のＩｎＧａＡｓからなる厚さ１８Ｍ
Ｌ（約５．４ｎｍ）の井戸層と、これを挾むＡｌＡｓか
らなる厚さ１１ＭＬ（約３．１ｎｍ）の障壁層とから構
成されているものを用いた。また、印加電圧Ｖs ＝０．
８Ｖの条件で行った。この印加電圧は、素子中のＲＴＤ
構造１ａにＶp ／２＜Ｖs ＜Ｖp の範囲に含まれる電圧
を印加する電圧である。
【００４１】この測定を２００ｎｍ×２００ｎｍの領域
で行った結果得られた電流像を図９に示す。図９におい
て、検出された電流値Ｉが大きいところが白く示されて
いる。すなわち、電流像は電流値Ｉ0 を示す暗部と電流
値Ｉを示す明部との２つに分かれ、この実施例において
は、両者の比Ｉ／Ｉ0 は暗部の電流値を１とした場合１
００以上である。
で行った結果得られた電流像を図９に示す。図９におい
て、検出された電流値Ｉが大きいところが白く示されて
いる。すなわち、電流像は電流値Ｉ0 を示す暗部と電流
値Ｉを示す明部との２つに分かれ、この実施例において
は、両者の比Ｉ／Ｉ0 は暗部の電流値を１とした場合１
００以上である。
【００４２】図９に示した電流像の明部と暗部での電流
比が１００倍以上異なり、この結果を表１の計算結果と
比べると、これが井戸層の１ＭＬの差に対応しているこ
とから、この電流像では井戸層厚に１ＭＬのゆらぎ分布
が存在していることが示されている。この測定結果は、
この発明をナノメータスケールのＩ−Ｖ特性測定装置
（原子間力顕微鏡を応用した測定系）に適用したことに
より、２００ｎｍ×２００ｎｍ内において１０ｎｍ〜２
０ｎｍの面内分解能で１ＭＬの層数（層厚）ゆらぎの面
内分布が測定できたことを示す。
比が１００倍以上異なり、この結果を表１の計算結果と
比べると、これが井戸層の１ＭＬの差に対応しているこ
とから、この電流像では井戸層厚に１ＭＬのゆらぎ分布
が存在していることが示されている。この測定結果は、
この発明をナノメータスケールのＩ−Ｖ特性測定装置
（原子間力顕微鏡を応用した測定系）に適用したことに
より、２００ｎｍ×２００ｎｍ内において１０ｎｍ〜２
０ｎｍの面内分解能で１ＭＬの層数（層厚）ゆらぎの面
内分布が測定できたことを示す。
【００４３】ところで、この実施例３においては、導電
性探針１０の先端を２０ｎｍ程度の径としたので、Ａｌ
Ａｓからなる障壁層の層数のゆらぎの面内分布を測定す
ることはできない。ＡｌＡｓの場合、その１分子層程度
のゆらぎは、５ｎｍ×５ｎｍ程度の領域の大きさで存在
しており、この大きさが導電性探針１０の先端径よりず
っと小さいためである。この実施例における井戸層を形
成するＩｎＧａＡｓの場合、その分子層程度のゆらぎ
が、１００ｎｍ×１００ｎｍ近くの大きさの領域の大き
さで主に変化していくので、先端が２０ｎｍ程度の径の
導電性探針１０であれば、その層数のゆらぎの面内分布
を測定できる。
性探針１０の先端を２０ｎｍ程度の径としたので、Ａｌ
Ａｓからなる障壁層の層数のゆらぎの面内分布を測定す
ることはできない。ＡｌＡｓの場合、その１分子層程度
のゆらぎは、５ｎｍ×５ｎｍ程度の領域の大きさで存在
しており、この大きさが導電性探針１０の先端径よりず
っと小さいためである。この実施例における井戸層を形
成するＩｎＧａＡｓの場合、その分子層程度のゆらぎ
が、１００ｎｍ×１００ｎｍ近くの大きさの領域の大き
さで主に変化していくので、先端が２０ｎｍ程度の径の
導電性探針１０であれば、その層数のゆらぎの面内分布
を測定できる。
【００４４】以上説明したように、この発明を用いるこ
とにより、ナノメータスケールの分解能で、ヘテロ構造
の構造ゆらぎの面内分布測定が可能となる。なお、上記
実施例では、ヘテロ構造を持つ１つの素子内の構造ゆら
ぎの分析について述べたが、これに限るものではない。
この発明では、ヘテロ構造を持つ複数素子の間の構造ゆ
らぎの評価にも適用できることは言うまでもない。ま
た、上記実施例では、半導体薄膜で構成されたヘテロ構
造について述べたが、これに限るものではなく、この発
明は、金属および絶縁体の薄膜を含むヘテロ構造の構造
ゆらぎの評価にも適用できる。
とにより、ナノメータスケールの分解能で、ヘテロ構造
の構造ゆらぎの面内分布測定が可能となる。なお、上記
実施例では、ヘテロ構造を持つ１つの素子内の構造ゆら
ぎの分析について述べたが、これに限るものではない。
この発明では、ヘテロ構造を持つ複数素子の間の構造ゆ
らぎの評価にも適用できることは言うまでもない。ま
た、上記実施例では、半導体薄膜で構成されたヘテロ構
造について述べたが、これに限るものではなく、この発
明は、金属および絶縁体の薄膜を含むヘテロ構造の構造
ゆらぎの評価にも適用できる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ヘテロ構造に印加する電圧を掃引してそのときの電
流値の変化を測定し、この電流値の変化によりヘテロ構
造の評価をするようにした。ヘテロ構造に印加している
電圧を変えることで、入射キャリアのエネルギー分布の
最大値を与えるエネルギーを変えることになり、印加電
圧を変化させていけば、共鳴条件となる点が測定した電
流値の変化の中に現れてくる。この電流値の変化の違い
により、ヘテロ構造を構成する各層の１分子層または１
原子層の膜厚のゆらぎ相当程度の構造ゆらぎを検出可能
である。このため、ヘテロ構造中の構造的なゆらぎを高
精度で、ナノメータスケールの分解能を有して評価でき
るという効果がある。
ば、ヘテロ構造に印加する電圧を掃引してそのときの電
流値の変化を測定し、この電流値の変化によりヘテロ構
造の評価をするようにした。ヘテロ構造に印加している
電圧を変えることで、入射キャリアのエネルギー分布の
最大値を与えるエネルギーを変えることになり、印加電
圧を変化させていけば、共鳴条件となる点が測定した電
流値の変化の中に現れてくる。この電流値の変化の違い
により、ヘテロ構造を構成する各層の１分子層または１
原子層の膜厚のゆらぎ相当程度の構造ゆらぎを検出可能
である。このため、ヘテロ構造中の構造的なゆらぎを高
精度で、ナノメータスケールの分解能を有して評価でき
るという効果がある。
【図１】 共鳴トンネル構造の一般的な構成を示す断面
図である。
図である。
【図２】 共鳴トンネル効果を示す共鳴トンネル構造へ
の印加電圧と電流との関係を示す特性図である。
の印加電圧と電流との関係を示す特性図である。
【図３】 この発明の１実施例のおける測定対象の共鳴
トンネル構造の構成を示す断面図である。
トンネル構造の構成を示す断面図である。
【図４】 図３の障壁層１の厚さが１ＭＬ増減した場合
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
【図５】 図３の障壁層２の厚さが１ＭＬ増減した場合
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
【図６】 図３の井戸層３の厚さが１ＭＬ増減した場合
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
の電流Ｉと基準構造における電流Ｉ0 の比の印加電圧Ｖ
s 依存性の計算結果を示す特性図である。
【図７】 図３の井戸層３の１ＭＬ増加に加えて、障壁
層１または障壁層２が１ＭＬ増加した場合のＩ／Ｉ0 −
Ｖ特性の計算結果を示す特性図である。
層１または障壁層２が１ＭＬ増加した場合のＩ／Ｉ0 −
Ｖ特性の計算結果を示す特性図である。
【図８】 この発明の第３の実施例のおける原子間力顕
微鏡を応用した測定系の構成を示す構成図である。
微鏡を応用した測定系の構成を示す構成図である。
【図９】 実施例３における測定を２００ｎｍ×２００
ｎｍの領域で行うことで得られた結果を示す電流分布像
を示す特性図である。
ｎｍの領域で行うことで得られた結果を示す電流分布像
を示す特性図である。
【符号の説明】 １，２…障壁層、３…井戸層，４，５…電極層、６，７
…電極。８，９…スペーサ、１０…導電性探針、１１…
電圧源、１２…電流計。
…電極。８，９…スペーサ、１０…導電性探針、１１…
電圧源、１２…電流計。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 H01L 21/66 G01N 13/00 - 13/24
Claims (3)
- 【請求項１】 複数の薄膜から構成されたヘテロ構造の
ヘテロ構造評価方法において、 波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲におい
て、前記ヘテロ構造にその構造を横切るように電圧を印
加し、 この印加する電圧値を変化させたときの電流値の変化を
計測し、 この電流値が極大値となった前後を含む電圧範囲におけ
る電流値の変化の具合により、前記ヘテロ構造を構成す
る各層の構造上の変化を評価することを特徴とするヘテ
ロ構造評価方法。 - 【請求項２】 複数の薄膜から構成されたヘテロ構造の
ヘテロ構造評価方法において、 波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲におい
て、測定対象のヘテロ構造にその構造を横切るように電
圧を印加し、 この印加する電圧値を変化させたときの電流値の変化を
計測し、 この電流値が極大値となった前後を含む電圧範囲におけ
る電流値の変化の具合を、基準となるヘテロ構造による
電流値の変化と比較することで、 前記ヘテロ構造を構成する各層の構造上の前記基準とな
るヘテロ構造からの変化を評価することを特徴とするヘ
テロ構造評価方法。 - 【請求項３】 複数の薄膜から構成されたヘテロ構造の
ヘテロ構造評価方法において、 波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲におい
て、測定対象のヘテロ構造の第１の領域でその構造を横
切るように電圧を印加し、 この印加する電圧値を変化させたときの電流値の変化で
ある第１の変化を計測し、 波動性により流れる電流が支配的である電圧範囲におい
て、測定対象のヘテロ構造の第２の領域でその構造を横
切るように電圧を印加し、 この印加する電圧値を変化させたときの電流値の変化で
ある第２の変化を計測し、 前記第１および第２の変化の中で、それぞれ極大となっ
た前後を含む電圧範囲における電流値の変化の具合同士
を比較することで、 前記ヘテロ構造を構成する各層の構造上の変化の分布を
評価することを特徴とするヘテロ構造評価方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| KR102627205B1 (ko) | 2018-11-20 | 2024-01-18 | 뉴에너치 인크 | 역 관계를 갖는 주파수 및 피크 전압을 적용하는 전기 자극 장치 |
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1994
- 1994-11-15 JP JP28038494A patent/JP3193996B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH08136485A (ja) | 1996-05-31 |
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