Control of band-edge energies and conductivity in wide bandgap sulfide semiconductors

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04959
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 市野 邦男 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (90263483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤岩 和明 鳥取大学, 工学研究科, 助教 (90778010) ; 阿部 友紀 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (20294340)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 電気伝導性制御 / ワイドバンドギャップ / バンド端エネルギー / 硫化物半導体

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，ワイドバンドギャップ硫化物半導体においてバンド端エネルギーと電気伝導性との関係を明らかにすることを通して，電気伝導においてp型が得られにくい単極性との関連を検討し，各種応用の基礎となる知見を蓄積することを目的とした．本研究の実績概要を以下に示す．
(1)高品質ZnMgSTe 4元混晶の作製条件の検討：ZnMgSTe 4元混晶の作製についてはほとんど前例がなかったが，ZnMgSTe 4元混晶の比較的Mg・Te組成の大きい範囲で，より格子整合性の良好なGaAs基板への無添加ZnMgSTe 4元混晶の作製を行い，その組成制御性の向上と結晶の高品質化のための検討を行った．具体的には，構成元素原料のS分子線の強度条件の詳細に制御を中心に検討した．その結果，Mg組成60%，Te組成50%程度までの範囲での組成制御性を向上させることができた．
(2)p型ZnSTe:N・ZnMgSTe:Nにおける最大正孔濃度・各バンド端エネルギーの組成依存性の評価：種々の組成のZnMgSTe:Nを作製して抵抗率，バンドギャップを測定して基礎データを蓄積した．
(3)p型ZnMgSTe:Nにおける正孔濃度およびバンドギャップの最適化：(2)の結果を踏まえ，4元混晶ZnMgSTe:Nのp型結晶の抵抗率から推定される正孔濃度やバンドギャップの最適化について検討した．主にTe組成により電気伝導性が定まり，それとはほぼ独立にMg組成によりバンドギャップが制御できるというモデルに矛盾しない結果が得られた．
(4)電気伝導性決定因子についての検討：ZnMgSTeにおいて，通常得られにくいp型伝導の程度がTe/S組成に依存するという結果は，これらワイドバンドギャップ硫化物半導体において価電子帯端のエネルギー位置が電気伝導性に関与しているとの考えを支持している．