硫黄圧制御分子線エピタキシー法によるZnS系混晶の成長と紫外半導体レーザの研究

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本研究においては、硫化亜鉛(ZnS)系半導体の分子線エピタキシー成長を行うにあたって、硫黄分子線の多量にかつ制御して供給することにより構造・物性を制御し、ZnCdS/ZnMgSヘテロ構造を用いた紫外半導体レーザへの応用に向けた基礎研究を行った。硫黄分子線を、十分に制御した条件下で多量に供給することにより、高品質なZnSおよびZnS系混晶が基板温度400℃から500℃という高温において成長可能なことを明らかにした。ZnMgSおよびZnCdS混晶においては組成の制御性、再現性もよく、特にガリウムリん基板上にZnSバッファ層を介して成長したZnMgSはバッファ層なしで成長したものより結晶性が大きく改善された。また、発光特性も優れていた。反射スペクトルより、ZnMgSのバンドギャップが決定できた。このように、品質の改善された混晶材料を用い、紫外半導体レーザへの応用を念頭にZnCdS/ZnMgSダブルへテロ構造および単一/多重量子井戸構造を作製した。これらはフォトルミネッセンススペクトルにおいて活性層/井戸層からの非常に強い紫外発光を示した。このことは、このZnCdS/ZnMgS構造においてはキャリア閉じ込めが実現されていることを示すと考えられる。さらに、紫外レーザへの応用に向けてのキーポイントとなると考えられるp型伝導層の作製のために、ベースとなるZnS半導体へのp型不純物添加を行った。現在までのところ、p型伝導の確認には至っていないが、アクセプタ不純物としてI_a族元素の添加を試みた。なお、ZnMgS層のGaP基板への格子整合効果によるさらなる高品質化、ZnS、ZnMgSのp型化と紫外レーザ発振などが課題として残されている。