MBE法によるカルコパイライト型I-III-VI_2族化合物のヘテロエピタキシャル成長

青色発光素子の実現を目的として、有望な材料の1つであるカルコパイライト型化合物CuAlSe_2の分子線エピタキシー(MBE)法による結晶成長とその評価を試みた。結晶成長に用いた基板は、半絶縁性GaAs(100)、GaAs(100)2ﾟoff、GaAs(111)、及びCaF_2(111)である。高品質のカルコパイライト型化合物単結晶薄膜を作製するために最も重要な点は、I族元素とIII族元素の組成比の精密な制御であることが指摘されている。そこで、まず結晶成長条件のうち、CuとAlの分子線強度比(Jcu/Jai)と膜の組成の関係をICP分析で調べ、化学量論的組成の膜が得られる分子線強度比を求めた。その結果、Jcu/Jai=0.3において膜中のCuとAlの組成比が、ほぼ1:1となることがわかった。次いで、基板温度(Ts)と結晶性の関係をX線回析で調べたところ、Ts=600℃において異相のない結晶が成長することがわかった。これより低い基板温度では、Cu_<2->xSe及びAl_2Se_3によると考えられるピークが、X線回析図形中に見いだされた。面方位と結晶性の関係は、Jcu/Jai=0.3、Ts=600℃の条件下では、GaAs(100)が最もよく、次いで(100)2ﾟoff、(111)の順であった。(111)面上では、成長方向にc軸配向とa軸配向の混在が認められた。CaF_2(111)上に成長させた膜は、基板との熱膨張係数の差に起因すると思われるクラックが多数存在した。薄膜のフォトルミネッセンス測定を行ったところ、GaAs基板上に成長させた膜は、2.45eVにピークをもつ縁色発光を示し、CaF_2基板上の膜は、室温でピークエネルギーが2.69eVの青色の発光を示した。

青色発光素子の実現を目的として、有望な材料の1つであるカルコパイライト型化合物CuAlSe_2の分子線エピタキシー(MBE)法による結晶成長とその評価を試みた。結晶成長に用いた基板は、半絶縁性GaAs(100)、GaAs(100)2ﾟoff、GaAs(111)、及びCaF_2(111)である。高品質のカルコパイライト型化合物単結晶薄膜を作製するために最も重要な点は、I族元素とIII族元素の組成比の精密な制御であることが指摘されている。そこで、まず結晶成長条件のうち、CuとAlの分子線強度比(Jcu/Jai)と膜の組成の関係をICP分析で調べ、化学量論的組成の膜が得られる分子線強度比を求めた。その結果、Jcu/Jai=0.3において膜中のCuとAlの組成比が、ほぼ1:1となることがわかった。次いで、基板温度(Ts)と結晶性の関係をX線回析で調べたところ、Ts=600℃において異相のない結晶が成長することがわかった。これより低い基板温度では、Cu_<2->xSe及びAl_2Se_3によると考えられるピークが、X線回析図形中に見いだされた。面方位と結晶性の関係は、Jcu/Jai=0.3、Ts=600℃の条件下では、GaAs(100)が最もよく、次いで(100)2ﾟoff、(111)の順であった。(111)面上では、成長方向にc軸配向とa軸配向の混在が認められた。CaF_2(111)上に成長させた膜は、基板との熱膨張係数の差に起因すると思われるクラックが多数存在した。薄膜のフォトルミネッセンス測定を行ったところ、GaAs基板上に成長させた膜は、2.45eVにピークをもつ縁色発光を示し、CaF_2基板上の膜は、室温でピークエネルギーが2.69eVの青色の発光を示した。