ZnHgSSe系半導体のエピタキシャル成長と可視短波長レーザへの応用

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活性層にZnHgSSeという新しい材料を用いることにより、格子不整合に起因した格子歪が全く内在しない、信頼性の高い可視短波長レーザを作製するという方針を基に、ZnHgSSeの諸特性を評価し、素子応用に関する知見を得た。主要な結果を以下にまとめる。1.原料としてZn,Hg,SeおよびZnSを用いる分子線エピタキシ-により、GaAs(100)基板上に200°CでZn_<1-x>Hg_xS_ySe_<1-y>(x=0〜0.03,y=0〜0.4)薄膜の成長に成功した。2.試料は20Kにおいて単一の発光バンドからなるフォトルミネッセンスを示す。これらのHg系薄膜に特有な光学的特性として、発光の半値幅がHg組成xに依存しxの増加に従って急激に増加すること、さらに発光バンドのブロードニングに伴い大きなストークスシフトが生じることを明らかにした。これらの現象は結晶中に微視的な組成揺らぎが存在しているためと推測しているが、今後十分に解明することが重要と考えている。しかしながら、Hg組成の低い(x【less than or equal】0.01)試料に関しては発光はバンド端で観測されることから、レーザ応用への影3.試料の格子定数およびフォトルミネッセンスのピークエネルギーは、組成x,yに対して系統的に変化する。特に結晶性は、基板に格子整合する組成において大幅に改善される。4.GaAs(100)基板上に格子整合したZn_<1-x>Hg_xS_ySe_<1-Y>/ZnS_zSe_<1-z>ダブルヘテロ構造を作製した。2次イオン質量分析の結果から、ヘテロ界面は急峻であり、成長温度である200°CにおいてはHgの拡散はほとんど生じないことを確認した。またフォトルミネッセンス測定において活性層にキャリアが蓄積している現象が観測されることから、このヘテロ構造がレーザを作製する上で適当なタイプIのバンドラインアップを有していることを明らかにした。