時間分解フォトルミネッセンス測定によるカルコゲナイド半導体の励起子緩和過程の研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07640445
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 松田 理 大阪大学, 理学部, 助手 (30239024)
• 研究分担者: 井上 恒一 大阪大学, 産業科学研究所, 講師 (50159977)
• キーワード: カルコゲナイド / アモルファス / フォトルミネッセンス / 電子格子相互作用 / 励起子 / 緩和過程 / 時間分解測定

研究概要

Se,SなどのVI族元素を含むアモルファスカルコゲナイド半導体では、光黒化、光退色、光結晶化などの様々な光誘起構造変化現象がみられる。これらの現象は、光によって励起される電子が緩和する際に、強い電子-格子相互作用を介して大きな格子の変形を引き起こすことによって起こると考えられる。アモルファス物質が熱平衡状態にないということも、構造変化現象を考える上で重要である。このような構造変化には、物質中に2配位で組み込まれているカルコゲン原子が大きく関与していると考えられるが、その詳細はまだ明らかでない。特に、励起電子がどのように緩和するのかという点についての、基本的かつ具体的な理解が不足している。
典型的なカルコゲナイド半導体であるGeSe_2ガラスについて、その励起電子緩和過程についての知見を得るために、フォトルミネッセンスの時間分解測定を行った。GeSe_2ガラスは可視域(約2.4eV)にバンドギャップを持つが、バンドギャップ程度のエネルギーを持つ光を励起すると近赤外域(約1eV)に幅の広いガウシアン型のルミネッセンススペクトルを示す。この大きなストークシフトは、この系の強い電子格子相互作用に起因する。連続発振のレーザー光を光音響変調素子を用いて適当な周期の断続光にしてルミネッセンスの励起に用い、励起光遮断直後からのルミネッセンスの減衰を数100nsecから数msecの範囲に渡って調べた。その際、励起エネルギー依存性(2.0〜2.7eV)、発光エネルギー依存性、温度依存性(10〜60K)、偏光依存性に着目した。減衰は主として寿命1msec程度の遅い成分と寿命100nsec以下の速い成分とからなる。遅い成分の時間変化の形は、アモルファス物質特有の拡張指数関数型でよく記述される。緩和過程全体における遅い成分と速い成分との成分比は、顕著な励起エネルギー依存性、発光エネルギー依存性、偏光依存性を示すこともわかった。このような実験結果をもとに、この系での励起電子緩和過程の全体像を明らかにすべく研究を進めている。

研究成果

• [文献書誌] K.Inoue: "Amodel calcuration of the characteristic Raman mades in the tetrahedral network structire of GeSe_2" Proc.Phonons 95,Sapporo,Japan,July 23-28(1995). (in priwting).
• [文献書誌] O.Matsuda: "Photoemission and inverse photoemission sutdy on the electronic structure of p-and n-type amorphois Ge-Se-Bi films." Proc.16th Int. Conf.on Amorphors Semicond,Kobe,Japan,Sep4-8(1995). (in priwting).
• [文献書誌] M.Nakamura: "Laser spot size dependence of photo-induced cry stallization process in amorphons GeSe_2" Proc.16th Int. Conf.on Amorphors Semicond,Kobe,Japan,Sep4-8(1995). (in priwting).
• [文献書誌] Y.Wada: "Photo lumihescence sutdy on glassy-Ge(S_xSe_<1-x>)_2" Proc.16th Inf.Conf.on Amorphors Semicond,Kobe,Japan,Sep4-8(1995). (in priwting).
• [文献書誌] Y.Wang: "Temperahrie dependence of Raman spectra in amorphous,crystalline,and liguid GeSe_2" Proc.16th Inf.Conf.on Amorphors Semicond,Kobe,Japan,Sep4-8(1995). (in priwting).