ZnSeO混晶半導体の成長とその物性評価

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今年度の研究実績は以下のとおりである。分子線エピタキシー法によりGaAs基板上にZnSeO混晶の成長を行った。O原料として、高周波(RF)プラズマにより活性化されたO原子を用いた。GaAs基板上にZnSe緩衝層を100nm成長し、その上にZnSeOを成長することにより、GaAs基板表面の酸化を防いだ。ZnとSeの供給量を一定とし、O流量を変化させることによりZnSeOの酸素組成を制御した。ZnSeO成長層の成長温度は300度であり、膜厚は600nmである。X線回折測定より求めたO組成はO流量にほぼ比例し、O流量0.00ccmから0.02ccmに対してO組成は0から2%であった。また成長中に観察した反射高速電子線回折の結果、成長層表面は原子レベルで平坦であり、GaAsやZnSeと同様のパターンを示し、またX線回折測定の結果からZnSeOの結晶構造は閃亜鉛鉱構造であることがわかった。ZnOはウルツ鉱構造の結晶構造を有するが、O組成を小さくし、基板として閃亜鉛鉱構造のGaAsを用いることでZnSeOの結晶構造も制御できた。これらのZnSeOの光学特性を調べるためにホトルミネセンス測定を行った結果、すべての試料から励起子性の発光が確認できた。また室温においては自由励起子の発光が支配的であった。O組成を増加させても発光強度に大きな変化はない。励起ホトルミネセンス測定の結果、ZnSeOのバンドギャップはO組成の増加とともに減少し、ボーイングが生じていることが明らかになった。これらの結果から、ボーイングの量を表すボーイングパラメータは8.2eVと計算でき、ZnSeOの最小のバンドギャップはO組成が46.3%のとき約1eVと見積もられる。