IIA-VIB族化合物半導体の発光機構とその動特性

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本研究の目的は, 最近本研究者らが組織的に進めてきた各種のIIA-VIB族化合物の単結晶作製と, これについて得られた基礎的物性に関する研究を基盤として, これらの化合物結晶が示す特徴的な発光(ルミネセンス)の微視的機構を解明することにある. この目的に沿って, 本年度はこれまでの測定によって得られた各種の分光スペクトル(反射, 吸収, 発光, 発光励起)の実験データと理論的研究の結果を解析して, 各結晶の電子エネルギー帯構造を解明し, ついで各種の不純物や格子欠陥を介した電子-正孔対の再結合過程を調べた. 特に, 大部分のIIA〜VIB族化合物結晶で予想されている禁制間接遷移という特異な性質が, その発光特性にどのように反映されているかを実験的に明らかにすることを主要な目的として研究を進めた.IIA-VIB族化合物結晶は, BaOを唯一の例外として, すべてΓ点の価電子帯頂点とX点の電動帯底点の間に間接型のバンド間隙をもっている. 吸収, 発光スペクトル, 発光励起スペクトル, APW法による理論的バンド計算によって, このことが確かめられた. 結晶中に励起された電子, 正孔対は, このようなバンド構造により格子フォノンを放出して直接的に再結合することが禁制されている. 有効な再結合中心が存在すれば, それを介して効率の高いルミネッセンスが生じると予想されるが, 実際に等電子配置不純物や希土類イオン不純物によって生じる発光には, そのような特徴が認められる. 結晶中に励起された電子-正孔対が, どのような過程をたどって特定の発光中心での再結合発光遷移に到るかを明らかにするために, 電子軌道放射光を利用した広い波長領域の発光励起スペクトルの測定と, 単バンチモードによるパルス光で励起された発光の減衰特性を詳しく調べ, 新しい知見を得た.