MOCVD成長高品質銅カルコパイライト半導体エピタキシャル層の発光素子化検討

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07750370
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 秩父 重英 東京理科大学, 理工学部, 助手 (80266907)
• Keywords: 混晶組成制御 / エピタキシャル成長 / 可視発光 / 熱膨張係数 / ドメイン構造 / 光・キャリア閉じ込め / 結晶場分裂エネルギー / エキシトン発光

Research Abstract

1.CuAl_xGa_<1-x>Se_2の混晶組成制御
CuAl_xGa_<1-x>Se_2は赤〜青色までの可視光領域に相当する禁制帯幅を持つ混晶である。本研究では減圧MOCVD法を用いて高品質なエピ成長ができた。固相Al組成xは気相へ供給したAl原料とGa原料のAlモル比と一致(分配係数は1)した。混晶層は終端化合物同様、基板との格子整合性の関数からGaAs上にはc軸配向エピ成長しGaP上にはa軸配向し面内でc軸が交差するドメイン成長した。エピ層の表面荒さは2〜3nm程度であった。
エピ層の励起子エネルギをフォトリフレクタンス(PR)測定で求めたところ、混晶全域で結晶場分裂がバルク結晶のそれより大きくスピン軌道分裂は同程度であった。この結果はエピ層が基板-エピ層間の熱膨張係数差によって熱歪を受けている事で説明できた。エピ層の低温フォトルミネッセンス(PL)スペクトルはバンド端に関与する発光が支配的であり、x増加に従い赤〜青紫と変化し可視領域発光を1つの混晶材料で実現できた。
2.CuGaS_2,CuAlS_2の成長と金属-半導体接触の検討
両化合物において室温でバンド端発光が支配的なエピ層を成長できた。c軸の1/2よりa軸長の方がGaAs,GaPの格子定数に近いためいずれの基板にもc軸配向エピ成長した。格子不整合はGaP基板の方が小さいが成長層の特性はGaAs上の方が優れていた。エピ層諸特性に対して格子定数だけでなく熱膨張係数整合が重要であることがわかった。CuGaS_2とGaAs間の価電子帯不連続量を評価し、CuGaS_2/CuGaSe_2に転写したCuGaSe2中にキャリアを閉じこめられる可能性があることがわかった。さらなる結晶性改善により光、キャリア閉じこめ検討を行う予定である。

Research Products

• [Publications] Shigefusa Chichibu: "LOW-PRESSURE METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF CuAlS_2 EPILAYERS" Proceedings of the 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds. (印刷中). 4 (1996)
• [Publications] Sho Shirakata: "PHOTOLUMINESCENCE OF HETEROEPITAXIAL CuGaS_2 LAYERS" Proceedings of the 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds. (印刷中). 4 (1996)
• [Publications] Shigefusa Chichibu: "X-RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY ANALYSIS OF CdS/CdInGaS_4 HETEROINTERFACE" Proceedings of the 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds. (印刷中). 4 (1996)
• [Publications] 秩父重英: "CuAlS_2-CuAlSe_2からの励起子発光" 応用物理. 65. 74-77 (1996)