閃亜鉛鉱型半導体結晶の光硬化現象と転位量子構造

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閃亜鉛型結晶構造を有する、II-VI族化合物半導体結晶である硫化亜鉛（ZnS）単結晶は、通常の白色光下では数％の塑性歪みを示したのち急激な破壊を示す（光硬化現象）のに対し、暗室下では10倍以上の塑性歪みを示す。この成果により、従来から脆いと考えられてきた無機結晶であっても、光環境を変えることで、機械的性質を大きく制御できる可能性が広がったといえる。しかし、ZnSの光硬化現象の起源である転位量子構造はZnSに特有なものなのか、他のII-VI族、III-V族化合物半導体では起こりうるのか、については解明されていない。そこで本年度においては、ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe（II-VI族）半導体結晶について、第一原理計算によるすべり転位の電子原子レベル構造解析を系統的に行った。各結晶に対する転位スーパーセルについて、転位コア近傍の原子配列や転位生成エネルギーのセルサイズ依存性を調べて、計算精度の検証を行った。また、これらの結晶における最安定な転位構造は、ZnS結晶中のそれと同様であることが判明した。さらに、過剰キャリアの影響も検討したところ、ZnSと同様に過剰キャリアによる転位コア再構成が生じることも明らかにした。また、ZnTe単結晶について室温での圧縮機械試験を行い、光照射硬化についての検証実験を行い、同現象の再現性を確認するとともに、他の系に対する実験条件の基礎的検討も行った。