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本研究は、カソードルミネッセンス(CL)法を用いて、1μm程度の位置分解能で発光スペクトルを測定することにより、微小領域における化合物半導体の組成比(Δx)と残留歪量(Δl)を定量的に評価することを目的としている。前年度では、ΔxとΔlのどちらか一方が変化している系を試料として、それぞれが発光に及ぼす効果を調べた。今年度は、局所的に組成比(Δx)と歪量(Δl)とが変化している(a)SiGe/Si薄膜、(b)InGaAsP/InP薄膜についてCL観察を行ない、発光スペクトルから両者を独立に評価する方法を模索した。
装置に関しては、今年度の課題であった(1)画像処理システムを構築した。これにより、検出器のノイズ除去をはじめ、画像同士の演算、高速フーリエ変換等が可能となり、CL像の定量的な評価が実現できた。また、(2)光電子増倍管を使ったフォトンカウンティングを、長波長側に拡張した(1.1μmまで)。
結果は、(a)SiGe/Si系において、残留歪によるバンドギャップ幅の異常低下を観察した。しかし、ミスフィット転位のある領域とない領域、即ち局所的な歪量の違い(Δl)による、束縛励起子のTOフォノンレプリカのピーク位置の変化は認められなかった。(b)低温液相成長法でInP基板上に成長させた4元系のInGaAsP薄膜の、相分離が生じて組成(Δx)が明らかに変化している領域でCL観察を行なったが、昨年度に発見した準安定な欠陥のために、CLではブロードなピークしか観察できず、スペクトル形状からΔxとΔlを分離して評価することはできなかった。
結論として、バンドギャップの局所的な変化は発光のピーク位置のずれとして容易に観察できるが、これより組成比(Δx)と歪量(Δl)を評価するには、スペクトルが明確な構造を持っていることが必要条件である。
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