積層構造における緑色発光とその応用に関する研究

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層状化合物半導体CdInGaS_4は室温で強い赤色のフォトルミネッセンスを示すことから、発光材料として注目されている物質である。われわれはCd_3InGaS_8という新物質が、低温で極めて強い緑色のフォトルミネッセンスを示すことを見いだし、この新物質はCdSとCdInGaS_4とが積層した物質であることを明らかにした。われわれは、この強い緑色発光はCdSの発光ではあるが、CdInGaS_4が積層していることによって、エネルギーギャップの大きなCdInGaS_4側からCdS側へキャリアが注入されて発光が強められているとのモデルを提案した。本研究はこのモデルを実験的に検証することを目的としている。今回は、CdSをCd_<1-x>Zn_xS系に置き換えることによって、あるxの値でCd_<1-x>Zn_xS系の方がCdInGaS_4よりもエネルギーギャップが大きくなり、つまりギャップが逆転し、緑色発光が弱くなるとの想定の下に、実験を行った。比較のためにガラス上に同じ条件でつけた試料も作成した。CdInGaS_4上につけたものでは、x=0では強い緑色発光を示すが、xの増加と共に緑色発光は同時に現れる赤色の発光に比して弱くなる。ところが、ガラス上につけたものではx=0では緑色よりも赤色の発光の方が強く、xを増やしても緑色と赤色の比はあまり変わらない。緑色と赤色の強度比をxの関数としてプロットすると、CdInGaS_4上につけたものでは、x=0〜0.3の間に急激に減少し、0.3以上では不変となる。x=0.3は丁度エネルギーギャップが逆転する組成である。この結果はわれわれのモデルを支持すると思われる。