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アルカリ土類硫化物半導体の薄膜成長と格子欠陥の制御の研究

碱土硫化物半导体薄膜生长及晶格缺陷控制研究

基本信息

批准号：
63604571
负责人：
小林洋志
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1988
资助国家：
日本
起止时间：
1988 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

アルカリ土類硫化物半導体(CaS、SrS)は、有望なカラー薄膜エレクトロルミネッセンス(EL)材料である。しかし、CaS、SrSはイオン性が強く、このため、良質の薄膜を作製することが難しい。本研究では、まず、CaS、SrSの成膜方法の最適化を行い、次に、薄膜成長機構を検討した。さらに、CaS:Eu、SrS:Ce薄膜EL素子を作製し、EL励起機構について検討を行った。得られた結果を以下に記す。1.電子線蒸着法により、基板温度を制御して、CaS、SrS薄膜を作製した。そして、基板温度が薄膜の化学結合状態に与える効果をXPS法により調べた。その結果、基板温度を上げると、Ca(Sr)と結合していないSが現象して、結晶性が向上することがわかった。2.CaS、SrS薄膜の成長面は、蒸着時の基板温度を高くすると、(200)→(220)→(111)と変化する。我々は、核成長のモデルを用いて薄膜成長機構を検討し、次の結果を得た。(1)核成長の初期段階においては、表面エネルギーの小さい面が成長しやすい。(2)基板温度が高くなると、吸着原子の脱離が起こり易く、表面エネルギーの小さい面ほど不安定になりやすい。(3)吸着原子は結合の弱い不安定な状態である。3.CaS:Eu、SrS:Ce薄膜EL素子の(EL特性を検討し、次法)EL励起モデルを提案した。(1)ホットエレクトロンによる発光中心(Eu、Ce)の衝突イオン化が生じる。(2)イオン化した発光中心は伝導電子を捕獲し、5d励起状態になる。(3)発光中心は5d→4f許容遷移により発光する。この励起モデルでは、バンド電子と発光中心の相互作用が重要である。混成相互作用を考慮して、モデルハミルトニアンを作り、CaS、SrS薄膜EL素子の種々の特性を矛盾なく説明できることを示した。さらに、発光中心のイオン化を検証するために、光誘起移動電荷量の測定を行った。その結果、発光中心が電界により容易にイオン化することを確認した。

A rare earth sulfide semiconductor (CaS, SrS) is expected to be a thin film material. CaS and SrS are both strong and difficult to manufacture. In this study, the optimization of film formation methods of CaS, SrS, CaS and SrS was studied. For example, CaS:Eu, SrS:Ce thin film EL element fabrication, EL excitation mechanism, etc. The results are as follows. 1. Electron beam evaporation method, substrate temperature control, CaS, SrS thin film preparation. The chemical bonding state of thin films is regulated by XPS method. As a result, the substrate temperature rises, Ca(Sr) and S (Sr) combine, and the crystallinity rises. 2. The growth surface of CaS and SrS thin films is changed from (200) to (220) to (111) during evaporation. The results of this research are as follows: (1)In the early stages of nuclear growth, the surface of the nucleus grows rapidly. (2)The substrate temperature is high, the desorption of adsorbed atoms is easy, the surface temperature is small, and the surface temperature is unstable. (3)The adsorption atoms are weakly bound and unstable. 3. CaS:Eu, SrS:Ce thin film EL element (EL characteristics, second method)EL excitation. (1)The collision between Eu and Ce in the emission center of Eu and Ce occurs. (2)The IONENSHITA light emitting center captures conductive electrons and is in a 5d activated state. (3)Light emission center 5d→4f allows migration of light emission. The interaction between electron and light emitting center is very important. Hybrid interaction is considered, and the characteristics of CaS and SrS thin film EL elements are explained. The measurement of light-induced mobile charge is carried out in the light emitting center. The result is that the light center is easy to identify.