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半導体用語集

カソードルミネッセンス法

英語表記：CL: Cathodoluminescence

　電子線励起による発光を利用した結晶解析や不純物分析法である。物質が外部からエネルギーを受け取り，そのエネルギーの一部を可視あるいは可視域に近い光を放出する現象を一般にルミネッセンス（陰極発光）という。電子により励起される場合をカソードルミネッセンス（陰極発光）という。入射した電子により試料原子が励起されて電子・正孔対を作り，さらにその電子が次々と電子・正孔対を作っていく。これらの対が直接遷移により再結合する時にエネルギーが発光となって放出される。励起された電子は様々なエネルギーレベルにいったん達してから再結合するので，発光はそれらを反映したスペクトルとなる。発光スペクトルは各種蛍光体や光半導体の発光特性の直接的研究に利用できるのはもちろんのこと，結晶構造・バンドギャップ・欠陥準位・微量不純物の存在などにより変化するので，これらの解析に用いられる。量子井戸界面のステップ構造や加工歪の評価にも用いられている。
　入射が電子ビームなので容易に細く絞ることができ，微小部の情報がえられる。ただし，空間分解能はキャリアの拡散により決まるので，電子ビーム径との関係には注意を要する。装置は多くの場合，SEM（走査型電子顕微鏡）やEPMA（電子線マイクロアナライザ）を利用して，光の取り出しミラーと光分光器を取りつけた構造になっている。前者では二次電子の検出と光の検出の同時性に工夫が必要である。後者では電子信号とX線信号と光検出が同時に可能で多角的試料解析に非常に有効である。
　試料温度は発光特性に影響を与え，一般に低温では発光強度が強くなり，スペクトルの半値幅が狭くなり，計測に有利である。しかし，温度と試料特性の関係は複雑で注意深い利用と解析が求められる。近赤外領域では分光器や検出器の熱雑音の影響を低減するための装置側冷却も必要となる。光半導体，半導体レーザ，半導体結晶欠陥などの解析に有用である。

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