ZnMgCdS系半導体量子構造における励起子分子の局在化の制御と光機能性

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650315
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 山田 陽一 山口大学, 工学部, 助教授 (00251033)
• Keywords: ワイドギャップ半導体 / 低次元量子構造 / 励起子分子 / 輻射再結合 / 局在化 / 光学利得 / 励起子工学 / 硫化亜鉛

Research Abstract

Cd_xZn_<1-x>S/ZnS/Mg_yZn_<1-y>S分離閉じ込めヘテロ構造のベース構造となるCd_xZn_<1-x>S/ZnS量子井戸構造に関して、励起子分子に対する量子閉じ込め効果の増大と局在化の制御を行うために、減圧MOCVD法による成長条件の再検討を行った。従来と比較してVI族原料ガスに対してII族原料ガスの供給量を抑え、量子井戸構造の成長速度を半分以下に抑えることにより、混晶井戸層の組成比の増大と膜厚の減少に伴う励起子分子発光の不均一拡がりが抑制できることを明らかにした。その結果、より高いCd組成比を有する量子井戸構造においても励起子および励起子分子の局在化を制御することが可能となった。励起子分子に対する量子閉じ込め効果の増大を評価するために、励起子発光線と励起子分子発光線のエネルギー間隔(ΔE)を測定したところ、量子井戸層の膜厚1.7nm, Cd組成比x=0.26の試料においてΔE=31meVという最大値を得た。この値は従来までの最大値ΔE=23meVの約1.3倍である。また、このΔEの温度依存性を評価した。その結果、低温から150K程度までの温度領域ではΔEの値は温度上昇とともに増大し、150Kから室温までの温度領域ではその増大傾向が飽和した。この温度上昇に伴うΔEの増大は、低温で局在していた励起子分子が温度上昇とともに非局在化することに起因した現象であるとして説明される。また、増大傾向が飽和した温度領域におけるΔEの最大値は約41meVであった。上述したように150K以上では励起子分子が非局在化しているとすると、このΔEの最大値は励起子分子の結合エネルギーを与えるものと考えられる。従って、励起子分子の結合エネルギーに関しては、従来の最大値(34meV)と比較して1.2倍程度の増大が達成されたことになる。

Research Products

• [Publications] Y.Yamada: "Localized biexcitons in Cd_xZn_<1-x>S/ZnS quantum wells"Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 87. 1571-1572 (2001)
• [Publications] 石崎真也: "Cd_xZn_<1-x>S/ZnS/Mg_yZn_<1-y>S分離閉じ込めヘテロ構造における励起子分子の発光特性"山口大学工学部研究報告. 52・1. 51-56 (2001)