光誘起構造変化記録薄膜の検討と機能特性

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本研究では、硫黄(S)を主元素とするカルコゲナイド非晶質薄膜に関して、光による情報記録膜への応用を目途として、熱的および光学的刺激が非晶質構造や電気、光学特性などに及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。とくに、カルコゲンを含む系の中で、Ga-S系はなお平衡状態図が確定しておらず、相形成に関しても不明な点が多く、物性についても報告が少ない。この立場より、本年度では、Ga-S非晶質薄膜について、組成が膜構造と電気、光学特性に与える効果を調ベることに焦点をあてた。Ga_2S_3をターゲットとして、イオンビームスパッタ法によりガラス基板上に40-200nm厚の非晶質薄膜を作製した。EDXによる組成分析によれば、薄膜はGa-30〜55mol%Sの組成をもち、これは873Kでの焼鈍によってもほとんど変化しないことが知られた。これらの薄膜について、透過電顕による構造評価に加え、熱焼鈍およびバンドギャップ光の照射に伴う光吸収係数、光学ギャップの変化を測定し、この系における光構造変化の可能性を調べた。主な結果は以下の通りである。Ga-S系非晶質薄膜はピラミッド型に配位したGa-S結合から成ると推定され、その結合距離はGa量の増加により減少の傾向にあった。非晶質は組成によらず約773Kでの焼鈍により結晶化し、無秩序構造を持つ閃亜鉛鉱型GaS相(a=0.581nm)が形成された。Ga-30%S組成の未焼鈍非晶質薄膜では光学ギャップ、Eg^<opt>、は約2.5eV、電気伝導の移動度ギャップ、Eg^<el>、は約2.6eVと見積もられ、S量の増加とともに減少した。非晶質薄膜は熱焼鈍より、光学ギャップおよび移動度ギャップの変化を生じた。とくにGa-30%S組成の未焼鈍非晶質薄膜ではバンドギャップ光の照射によりEg^<opt>が減少し、いわゆる光黒化現象を示した。低温でのAC伝導度の測定より、非晶質薄膜中の電荷欠陥密度が組成により変化すると推測された。