IIーVI族化合物の超格子構造と新物性

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01604011
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藤田 茂雄 京都大学, 工学部, 教授 (30026231)
• 研究分担者: 藤安 洋 静岡大学, 工学部, 教授 (60022232) ; 小長井 誠 東京工業大学, 工学部, 助教授 (40111653)
• キーワード: IIーVI族半導体 / 超格子 / 有機金属分子線成長 / 分子線エピタキシ / 原子層エピタキシ / ホットウォールエピタキシ

研究概要

IIーVI族半導体による可視〜紫外域光機能デバイス実現のための基礎技術の確立を目指し、結晶構造や物性の人工的な制御が期待できる超格子構造を取り上げた。即ち、界面急峻性の優れた超格子作製技術の確立、超格子の電子的・光学的特性の解明、新しい物性の探索とその物性の応用により、IIーVI族半導体による新機能性材料創出のための基礎技術を築いてゆくことを目的に研究を行った。得られた成果を以下に示す。
1.MOMBE成長中のRHEED観察を基に、原子層レベルで制御された超格子の作製を目指した。GaAs基板を成長前に(NH_4)_2S_x溶液に浸すという処理を施すことにより、成長室内で400°C程度に加熱するだけで極めて平坦な表面に得られ、二次元成長によるZnSーZnSe超格子の作製が可能となった。この超格子は13meVという狭いPL半値幅を示した(藤田)。
2.超格子によるさらに新しい機能性開拓を目指し、IIーVI族半導体とIIIーV族半導体の多層構造作製のための成長条件を明らかにした(藤田)。
3.MBEによりZnSe、ZnTeのALE成長を行い、各層が1〜4分子層からなるZnSeーZnTe超格子のTEM、X線回折、ラマン分光による評価から、ALEにより各層の厚さを原子層レベルで正確に制御できることが分かった(ZnSe)_1ー(ZnTe)_1超格子においては、Te原子、Teクラスタに束縛された励起子によるPLが見られた。また、MOMBEによりZnSeのALEを行い、通常の方法に比べ約150°C成長温度が低減された(小長井)。
4.HWE法により、ZnSeーZnS、ZnTeーZnSe超格子に対しLi、Pの添加が可能となり、ZnTeーZnS超格子においてホール濃度5×10^<15>cm^<ー3>のP型層が得られた。CdSーZnS超格子を用いて、ガラス/ITO/Ta_2O_5/活性層/Ta_2O_5/Al構造のEL素子を作製した。超格子を活性層に用いることにより、ZnS(Mn)単体に比べ輝度は低いがしきい値が半分になり、応用上望ましい機能を持つことが分かった(藤安)。

研究成果

• [文献書誌] 呉義宏: "Metalorganic Molecular Beam Epitaxial Growth of ZnSe and ZnS on GaAs Substrates Pretreated with(NH_4)_2Sx Solution" Japanese Journal of Applied Physics. 29. L144-L147 (1990)
• [文献書誌] 呉義宏: "Energy Band Calculations of short Period(ZnTe)m(ZnSe)n and(ZnS)m(ZnSe)n StrainedーLayer Superlattices" Jounal of Applied Physics. 67. 908-914 (1990)
• [文献書誌] 道正志郎: "Atomic Layer Epitaxial Growth of ZnSe,ZnTe,and ZnSeーZnTe StrainedーLayer Superlattices" Journal of Applied Physics. 66. 2597-2602 (1989)
• [文献書誌] 竹村泰司: "Optical Properties ZnSeーZnTe StrainedーLayer Superlattices Prepared by Atomic Layer Epitaxy" Journal of Crystal Growth.
• [文献書誌] 藤安洋: "Growth of CdTe on GaAs by HotーWall Epitaxy" Journal of Applied Physics. 65. 2073-2078 (1989)
• [文献書誌] 楊桓: "Xーray〔440〕Diffraction of the StrainedーLayer Superlattices Grown on(001)Substrates" Journal of Applied Physics.
• [文献書誌] 小長井誠: "“Wide Bandgap IIーVI Compound Superlattices Prepared by MBE and MOMBE"in“Growth and Optical Properties of WideーGap IIーVI LowーDimensional Semiconductors"" Plenum Publishing Corporation, 10 (1989)