イオンビーム反応性蒸着によるアモルファスIII-V族半導体薄膜の育成と青色発光制御

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650018
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 久保田 弘 熊本大学, 工学部, 助教授 (20170037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大貫 正實 中央学院大学, 商学部, 教授 (60152203) ; 藤吉 孝則 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 助手 (80212190) ; 宮原 邦幸 熊本大学, 工学部, 教授 (90040401)
• Keywords: イオンビーム / 発光ダイオード / 反応性蒸着 / アモルファス / III-V族

Research Abstract

本研究の結果、以下のことが明らかになった。
1)アモルファスGaP(a-GaP)にイオンビーム反応性蒸着により窒素イオンを導入することで価電子帯が下がり、バンドギャップが2.3eVから2.9eVに広がった。そして更に価電子帯端の160meV、250meV上に準位を形成する。窒素を導入することで、よりp型化したことからアクセプタ準位であると考えられる。
2)窒素イオンを導入することにより、a-GaP:Nとn型結晶GaPによるpn接合において初めて順バイアスで発光し、その発光は青色であった。またその発光スペクトルから、a-GaP:Nの発光には、2.5eV、2.65eV、2.85eV付近に特徴的なピークがあることが判った。その内、2.5eV、2.65eVにピークを持つ発光は、伝導帯の電子が2つあるアクセプタ準位に捕まっている正孔とそれぞれ再結合したときの発光である。更に、2.85eVにピークを持つ発光はバンド間遷移による発光である。
3)a-GaP:Nへの窒素導入量増加に伴い、よりp型化した。そしてアクセプタ準位は窒素に関係する準位で、窒素導入量増加と共に増える。
4)導入された窒素は、Ga及びPのdangling bondが形成する準位に影響しなかった。つまり、窒素は水素のようなdangling bondを終端するような効果はない。
以上のようにa-GaPに窒素を導入することで、a-GaP内に青色発光のための発光中心が形成される、窒素導入量増加と共に、よりp型化する事が分かった。材料の光デバイス化を考える上でその材料自体の発光効率とドーピング効率の改善が、重要な問題となってくることを考えれば、a-GaPへの窒素導入が非常に有効な手段であると思われる。またこのことは、a-GaPが青色発光素子へ応用可能であることを示している。

Research Products

• [Publications] 久保田弘他4名: "Ion-beam-Assisted Deposition of TiN Thin Films" JJAP. 32. 3414-3419 (1993)
• [Publications] 久保田弘他5名: "a-GaP pn-diode by Ion Beam Assisted Deposition" SEM & SC(Elsevier Publisher). PII-B18(発行予定). (1994)