MBE法によるI-VI族化合物半導体の結晶成長とその機構に関する研究

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青色発光材料として期待されるZnSeについて、MBE法による高品質エピタキシャル属作成技術の確立と成長機構の解明を目的として実験を行った。基板GaAsは(100)面ものを用い、成長直前に600℃、20min加熱処理してから330℃で成長を行った。成長したZnSe層について、2結晶X線回折法によるロッキングカーブの半値幅、成長層のわん曲度などを測定した。その結果、半値幅はエピ層が十分厚い(例えば6.4μm)とき約90″であるが、エピ層が薄くなるに従い増加し、1μm付近で最大(270″)となる。これより薄くなると半値幅は再び減少し、0.2μmでは約100″となる。この結果はわん曲度とも関係していて、半値幅の小さいものでは、エピ層は成長方向に凸にわん曲し、半値幅の大きいものでは、わん曲度は極めて小さいかほとんどわん曲していない。一方GaAsとZnSeの(400)反射の角度差Δθは、厚さ6.4μmのときバルク結晶のそれに等しく、2μmになってもそれほど変化しない。しかし1μm付近になるとΔθは急激に増加し、0.2μmでは約800″となる。即ちZnSeの(100)面間隔はバルクのそれより著しく大きい。この1μmの厚さは、上に述べた半値幅が最大になるときの厚さに対応する。以上の結果から、ZnSeが(100)面垂直方向に伸び、(100)面内ではGaAsと格子整合し、またGaAsより格子定数が大きいZnSeがGaAs上に成長するとき、ウエハがわん曲することにより格子整合して、結晶性が改善されたものと考えられる。このほかホトルミネセンス測定によっても、高品質層を確認した。今後は、3結晶X線回折法による評価、RHEED振動法による1層ごとの成長観察を行って、ヘテロエピタキシにおける成長機構を明らかにする。一方、GaAs(111)基板上へのCaS/ZnSe多層成長を検討し、将来のデバイス展開のための基礎データを得る。