アルカリ土類硫化物半導体の薄膜成長と格子欠陥の制御の研究

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63604571
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 小林 洋志 鳥取大学, 工学部, 教授 (40029450)
• 研究分担者: 吉山 秀樹 鳥取大学, 工学部, 助手 (90191650) ; 田中 省作 鳥取大学, 工学部, 助教授 (90032284)
• キーワード: アルカリ土類硫化物 / 希土類イオン / 薄膜エレクトロルミネッセンス / 薄膜成長 / 格子欠陥 / 励起機構

研究概要

アルカリ土類硫化物半導体(CaS、SrS)は、有望なカラー薄膜エレクトロルミネッセンス(EL)材料である。しかし、CaS、SrSはイオン性が強く、このため、良質の薄膜を作製することが難しい。本研究では、まず、CaS、SrSの成膜方法の最適化を行い、次に、薄膜成長機構を検討した。さらに、CaS:Eu、SrS:Ce薄膜EL素子を作製し、EL励起機構について検討を行った。得られた結果を以下に記す。
1.電子線蒸着法により、基板温度を制御して、CaS、SrS薄膜を作製した。そして、基板温度が薄膜の化学結合状態に与える効果をXPS法により調べた。その結果、基板温度を上げると、Ca(Sr)と結合していないSが現象して、結晶性が向上することがわかった。
2.CaS、SrS薄膜の成長面は、蒸着時の基板温度を高くすると、(200)→(220)→(111)と変化する。我々は、核成長のモデルを用いて薄膜成長機構を検討し、次の結果を得た。(1)核成長の初期段階においては、表面エネルギーの小さい面が成長しやすい。(2)基板温度が高くなると、吸着原子の脱離が起こり易く、表面エネルギーの小さい面ほど不安定になりやすい。(3)吸着原子は結合の弱い不安定な状態である。
3.CaS:Eu、SrS:Ce薄膜EL素子の(EL特性を検討し、次法)EL励起モデルを提案した。(1)ホットエレクトロンによる発光中心(Eu、Ce)の衝突イオン化が生じる。(2)イオン化した発光中心は伝導電子を捕獲し、5d励起状態になる。(3)発光中心は5d→4f許容遷移により発光する。
この励起モデルでは、バンド電子と発光中心の相互作用が重要である。混成相互作用を考慮して、モデルハミルトニアンを作り、CaS、SrS薄膜EL素子の種々の特性を矛盾なく説明できることを示した。さらに、発光中心のイオン化を検証するために、光誘起移動電荷量の測定を行った。その結果、発光中心が電界により容易にイオン化することを確認した。

研究成果

• [文献書誌] Hideki,Yoshiyama: Journal of Crystal Growth. 86. 56-60 (1988)
• [文献書誌] Shosaku,Tanaka: Journal of Luminescence. 40&41. 20-23 (1988)
• [文献書誌] Shosaku,Tanaka: Applied Physics Letters. 52. 2102-2104 (1988)
• [文献書誌] 孫相豪: 電子情報通信学会技術研究報告. 87. 67-74 (1988)
• [文献書誌] 小林洋志: 光学. 17. 158-163 (1988)
• [文献書誌] Shosaku,Tanaka: Proceedings of Society for Information Display.
• [文献書誌] Shosaku,Tanaka: Proceedings of the 6th Int.Display Research Conf.
• [文献書誌] Shosaku,Tanaka: Proceedings of the 4th Int.Workshop on EL.
• [文献書誌] Hideki,Yoshiyama: Proceedings of the 4th Int.Workshop on EL.