周期律化合物の超高圧合成と光・電気的性質

IV族元素と等電子構造を有し、IV族に対して非対称に位置する元素からなる三元系化合物(周期律化合物)の中で、閃亜鉛鉱類似型構造のZnSiP_2やZnGeP_2、歪ウルツ鉱型構造の新しい物質、ZnSiN_2及びZnGeN_2の合成できることを明らかにし、本年度はその固溶体、ZnSi_1- ^XGe_XN_2について合成を行い、併せてその光学的性質を調べた。ベルト型高圧装置を用いて、5〜8GPa、800〜1600℃の条件下で、1〜3時間合成を行った試料について、粉末X線回折法による相同定を行った結果、ZnSi_1- ^XGe_XN_2はMnSiN_2と同形で斜方晶系に帰属されることがわかった。更に、ZnSi_1- ^XGe_XN_2固溶体の光学的バンドギャップは、Ge濃度の増加とともに単調に減少することがわかった。これより、全組成域にわたって直接型光学遷移がバンド端間で生じているものと考えられた。また、直接遷移型のワイドバンドギャップ半導体であることから、発光体としての可能性を探る目的で、ZnSiN_2のZn^<2+>を一部Mn^<2+>を一部Mn^<2+>で置換することを試みた。6.0GPa,1300-1500℃の条件下で処理することにより、単一相として新しく固溶体(化学組成;Mn_XZn_1- ^XSiN_<(2-2/3X)>0_X)が得られた。これは、ZnSiN_2と同形の歪ウルツ鉱型構造として指数付けでき、ZnとMnとが全域固溶することを見いだした。この固溶体の励起及び発光スペクトルから、600nm付近のピークの相対強度は、Xに依存しており、濃度消光を示すことを見いだした。また、その波長からはMnの価数は2+とみなされた。一方、640nm付近のピークは全ての濃度域において存在し、Xの濃度にも依存することからZnSiN_2に帰属されるものと考えられた。

IV族元素と等電子構造を有し、IV族に対して非対称に位置する元素からなる三元系化合物(周期律化合物)の中で、閃亜鉛鉱類似型構造のZnSiP_2やZnGeP_2、歪ウルツ鉱型構造の新しい物質、ZnSiN_2及びZnGeN_2の合成できることを明らかにし、本年度はその固溶体、ZnSi_1- ^XGe_XN_2について合成を行い、併せてその光学的性質を調べた。ベルト型高圧装置を用いて、5〜8GPa、800〜1600℃の条件下で、1〜3時間合成を行った試料について、粉末X線回折法による相同定を行った結果、ZnSi_1- ^XGe_XN_2はMnSiN_2と同形で斜方晶系に帰属されることがわかった。更に、ZnSi_1- ^XGe_XN_2固溶体の光学的バンドギャップは、Ge濃度の増加とともに単調に減少することがわかった。これより、全組成域にわたって直接型光学遷移がバンド端間で生じているものと考えられた。また、直接遷移型のワイドバンドギャップ半導体であることから、発光体としての可能性を探る目的で、ZnSiN_2のZn^<2+>を一部Mn^<2+>を一部Mn^<2+>で置換することを試みた。6.0GPa,1300-1500℃の条件下で処理することにより、単一相として新しく固溶体(化学組成;Mn_XZn_1- ^XSiN_<(2-2/3X)>0_X)が得られた。これは、ZnSiN_2と同形の歪ウルツ鉱型構造として指数付けでき、ZnとMnとが全域固溶することを見いだした。この固溶体の励起及び発光スペクトルから、600nm付近のピークの相対強度は、Xに依存しており、濃度消光を示すことを見いだした。また、その波長からはMnの価数は2+とみなされた。一方、640nm付近のピークは全ての濃度域において存在し、Xの濃度にも依存することからZnSiN_2に帰属されるものと考えられた。