II-IV半導体超格子の層・界面歪と相互拡散の研究

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可視光領域の光エレクトロニクス材料として有用なII-IV半導体超格子における層および界面歪の詳細を明らかにするため、GaAs基板上に成長させたZnSe-ZnS歪超格子について、ラマン散乱分光法およびフォトルミネッセンス法を用いて研究を行った。ラマン散乱スペクトルにはZnS層とZnSe層のLOフォノンによるピークがみられ、それらはバルクの位置から少しずれている。そのずれから歪の大きさを見つもることができる。その結果、層歪はほとんどZnS層にあることがわかった。このことはこの超格子において基板の影響が大きいことを示している。即ち基板のGaAsの格子定数(5.65〓)はZnSの格子定数(5.41〓)よりもZnSeの格子定数(5.67〓)に近いため、薄い超格子ではZnSe層の方が歪が小さくなる。ラマン散乱の激起波長を短くすると、共鳴効果によりZnSe層のLOフォノンの散乱強度増大がみられる。共鳴の立ち上がりはZnSe層の薄い超格子の方が高エネルギー側にずれる傾向がみられる。層の薄い超格子では閉じ込め効果によってサブバンドレベルが高くなり、共鳴準位が高エネルギー側にずれるためと考えられる。フォトルミネッセンススペクトルにおいて、層の薄い超格子では短波長側に対して顕著な鋭いピークがみられるが、これはZnSe層のバンド端発光である。この発光はZnSe層が薄くなるにつれ高エネルギー側にずれ、サブバンドレベルのシフトを示している。超格子の臨界層厚を越えると、ルミネッセンススペクトルにいろいろな発光が観測される。今後は分子層超格子についてラマン散乱とフォトルミネッセンスの両面から研究を進める予定である。