層状構造III-VI族化合物半導体超格子に関する基礎研究

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本研究は,層状構造を有するIII-VI族化合物半導体を基板面に対して垂直に成長させ,擬二次元超格子を作製するための基礎技術を確立することを目的に行った.その結果,以下に示す成果が得られた.1.GaSe薄膜の分子線エピタキシャル成長を行い、c軸配向したGaSeを(111)GaAs面上に結晶成長させることに成功した.この場合,GaSeは層が基板に平行に積層した構造をとる.また,フォトルミネッセンス測定を行った結果,バルク膜では発光が観測されたもののエピタキシャル膜では発光が観測されなかった.これは,成長温度が350℃程度と低いために,エピタキシャル膜の膜質が十分でないためと考えられた.そこで基板温度を上げて成長を試みたが,層間の結合が弱いファンデルワールス力のため,高い基板温度において成長膜の再蒸発が起こり,良質の膜を得ることは困難であった.2.エピタキシャル膜の高品質化を図るためには,基板温度の最適化が必要であるとの観点から,GaSeとGaAs基板との間で化学結合が生じると考えられる(001)及び(112)GaAs面上への成長を試みた.その結果,500-540℃の基板温度で良質なGaSe膜をエピタキシャル成長させることに成功した.また,(001)及び(112)GaAs面上へ成長させたGaSe膜のフォトルミネッセンスを測定し,薄膜としては初めて,ドナー・アクセプタ対による発光を観測した.この時,GaSeは基板に対して(001)面上で54.7度,(112)面上で19.5度それぞれ傾いて成長した.これより,GaSeのエピタキシャル成長技術が確立し,また,擬二次元超格子を作製する上での基礎的知見が得られた.