I-II-IV2族 半導体の光物性の遷移金属元素による制御

気相化学輸送法によって, 無添加および遷移元素(Fe, Cr, Mn)を添加したCuInS_2, CuCaS_2およびCuAlS_2の単結晶を製作した. これにつき光吸収および光伝導スペクトルの測定を行った. CuInS_2に添加したFeとMnはサブギャップに幅の広い強い吸収帯をもたらし, 光イオン化遷移によるものと特定された. 一方, CrはCr^<2+>の配位子場遷移による幅の狭い吸収帯を示すことがわかった. 電気伝導の測定から, わずかに添加されたFeはCuInS_2を半絶縁性にするが, 多量に添加すると伝導性が増加することがわかった. またCrはCuInS_2の電気抵抗を増加させるが, Mnは逆に抵抗を減少させることが明らかになった. ワイドギャップ材料CuGaS_2は, 無添加でも緑色を呈し, サブギャツプに強い吸収帯が存在している. この吸収帯について, 詳細な偏光吸収スペクトルの測定を行い, NiとFeの不純物が同時に存在していることを明らかにした. また以前の研究からCuGaS_2:FeおよびCuAlS_2:Feにおいて鋭い発光線を観測しているが, これらの固溶体で発光線がどのように変化するかを見るために固溶体結晶を製作している. 次に, 化合物半導体中の遷移元素が示す配位子場遷移について系統的な理論研究を行い, CrおよびCoの場合につき, 結晶の結合性と配位子場パラメータの関係を明らかにした. また, より詳細なデータが得られるIIIV族半導体中の遷移元素の光吸収スペクトルおよび磁気光学スペクトルに関する解析法についての理論的解析を開始した. このほか, カルコパイライト型構造の外縁にある三元化合物としてのボーナイトをとり上げ研究を開始した. この物質については, 光物性が殆んど報告されていないので, カルコパイライトとの比較を行うために光学的測定が必要である. 今年度は, この物質を気相化学輸送法で作製した.