X線吸収微細構造法によるZnSe、ZnTe中のドーパント周辺の原子構造解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650003
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 秋本 克洋 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (90251040)
• 研究分担者: 北島 義典 筑波大学, 高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所, 助手 (00204892)
• キーワード: II-VI族半導体 / ZnSe / ZnTe / キャリヤ補償 / ド-ピング / 単極性半導体 / EXAFS / 格子変移

研究概要

II-VI族半導体のほとんどは単極性を示し、またド-ピングが可能であってもキャリヤの飽和現象がみられる。これは不純物をド-ピングすることにより結晶欠陥が誘起されるからと考えられている。本研究の目的は、不純物をド-ピングすることにより誘起される結晶欠陥の原子構造を実験的に確定し、単極性あるいはキャリヤの飽和の原因を明らかにすることである。実験手法としては、主としてX線吸収微細構造解析法(EXAFS)を用い、n単極性のZnSe、p単極性のZnTeにCl、あるいはPをド-ピングしこれらドーパント周辺の原子構造に着目した。
ZnSe中のClはSeサイトに入り、4配位構造をとるが、ZnTe中のClはTeサイト位置からずれて入り、1配位的な構造をとることがわかった。また、ZnTe中のClの酸化数はZnSe中のものと同じであることよりChadiらが提案している欠陥モデルとは合わないことがわかった。ZnとClの結合距離はZnCl2のそれとほぼ同じであることから、ZnTe中のClの変移はZnCl2の析出によると推定できる。
単極性の原因として、他のドーパントにも固溶限界説が適用できるかについて検討した。ZnTe中のPは一種類の酸化状態で存在するが、ZnSe中のPは2種の酸化状態で存在することが明らかとなった。すなわち、Zn3P2のような析出によるキャリア補償よりも異なった酸化状態のPによってキャリア補償が起っていると考えられ、キャリア補償の機構はただ一種だけでなく系ごとに異なることがわかった。どの系でどのタイプのキャリア補償が起り得るかの統一モデルの構築は今後の課題である。

研究成果

• [文献書誌] T.Maruyama et al.: "Extended X-ray absorption fine structure study of ZnSSe and ZnMgSSe" Jpn.J.Appl.Phys.34. L539-L542 (1995)
• [文献書誌] J.Chen et al.: "Properties of the shallow O-related acceptor level in ZnSe" J.Appl.Phys.78. 5109-5119 (1995)
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Extended X-ray absorption fine structure study of heavily Cl doped ZnSe" J.Cryst.Growth. 159. 350-353 (1996)
• [文献書誌] T.Maruyama et al.: "Distribution of chalcogen atoms in ZnSSe and ZnMgSSe:an EXAFS study" J.Cryst.Growth. 159. 41-44 (1996)
• [文献書誌] T.Kobayashi et al.: "Extended X-Ray Absorption Fine Structure Study of Cl Doped ZnSe and ZnTe" International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes,Proc.210-213,March 1996,Chiba.210-213 (1996)
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Defect structures determined by EXAFS" phys.stat.sol.(b). 202. 717-724 (1997)
• [文献書誌] T.Maruyama et al.: "Extended X-ray absorption fine structure study of defects in Cl doped ZnSe" Solid State Commun. 103. 453-457 (1997)
• [文献書誌] T.Hino et al.: "Unstable behavior of Ca atoms in ZnSe epitaxial layers" J.Appl.Phys.82. 1196-1200 (1997)
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Incorporation site of Cl in ZnTe and ZnSeTe" Nonlinear Optics. 18. 235-238 (1997)
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Configuration of dopant atoms in ZnSe and ZnTe," J.Cryst.Growth. (印刷中).
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Properties of wide bandgap II-VI semiconductors edited by Rameshwar N.Bhargava," EMIS Datareview Series,Institution of Electrical Engineers,1997,UK., 247 (1997)
• [文献書誌] K.Akimoto et al.: "Blue-Green wide-gap II-VI semiconductor diodes lasers:Materials and device physics,edited by Robert M.Park," NOYES PUBLICATION,New Jersey,U.S.A.,in press., (印刷中)