ZnSSe膜の光照射下でのMBE成長機構の解明と高品質膜の低温成長

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安定な強度の分子線を発生させるために購入したKセルを用い、Zn及びSe分子線をGaAs(100)基板に照射し、RHEED(4kV)観察によってZn及びSeの安定化面を確認した。鏡面反射スポットをCCDカメラで撮影し、VTRに記録するシステムを新たに構成した。表面をSe安定化面にした後、HeーCdレ-ザ光を照射すると、Zn安定化面への変化(化学吸着したSeの脱離)が促進されることを2倍構造の変化及び鏡面反射強度の変化からinーsituに確認できた。光励起されたキャリアを表面に選択的に集めるため、電極を基板面から垂直方向へ3cmの位置に設置し、ZnSeの成長中及び成長後にこの電極に±1000V印加した(基板は接地)。照射部及び非照射部の膜厚を測定し電界を印加しない場合と比較した。電界印加下で光照射した試料の膜厚の減少速度(成長後)及び膜厚の減少率(成長中)は、電界印加していない試料のそれらに比べて小さいことがわかった。このことは表面に電子と正孔が共存する場合に化学及び物理吸着原子の脱離が促進されることを意味する。ZnSeのMBE成長中にレ-ザ光を照射することによってエピタキシャル温度を下げることができた。成長膜の結晶性を電子線回折で調べたところ、基板温度(Ts)150℃において単結晶パタ-ンが得られた。なお非照射の試料は、Ts〜200℃以下では多結晶であった。Ts=150℃における照射試料のフォトルミネッセンスを測定したところ、励起子発光が全体のスペクトルの中でメインだった。自由励起子発光は、Ts=340℃(非照射での最適成長温度)の非照射の試料のそれと同様に鋭く同程度の強度をもっていた。従って、成長中にレ-ザ光を照射することにより、150℃の低温でも高品質の成長膜が得られる事がわかった。不純物に束縛された励起子の発光強度は非照射の試料(Ts=340℃)に比べ大きかった。このことは、不純物添加に低温成長が有利であることを示している。