化合物半導体多重量子井戸構造におけるSTMを用いた極微細構造制御

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レーザーダイオードなどの発光デバイスには専らIII-V族等の直接遷移型化合物半導体が用いられている。しかし、近年まで発光材料とはなりえないとされていた間接遷移半導体である単結晶Siもフッ酸溶液中で陽極化成して多孔質とすると室温で光励起により可視発光することが報告され、発光のメカニズムという物理的見地からも発光素子の作製という応用的見地からも一挙に関心が高まってきている。本研究では作製条件によるポーラスシリコンの微細構造の違いと光学的特性との関連性をSTM及びAFMを用いて調べた。ポーラスシリコンを作製する際、発光強度の強い試料を得る手法としてハロゲンランプ等を用いて光照射しながら陽極化成する方法が見いだされているが、この光照射による発光強度増大、発光スペクトル変化の原因は明かにされていない。本研究では現象を単純化するため、レーザー光を用いることにより波長を限定し、ハロゲンランプを照射した場合との相違を調べた。その結果、走査型電子顕微鏡(SEM)では微細粒子は観察されなかったが,STM/AFMによる観察の結果、ハロゲンランプを照射した部分の粒径は不均一であるのに対し、HeNeレーザーを照射した部分の粒径は均一であることがわかった。また、光学的特性に関しても、同じパワー密度の光を照射してもレーザー光を用いた方が発光強度が高く、また、実験の再現性が高いことから、粒径の均一性が発光特性の改善および制御性の向上に大きく起因していると考えられている。このことから、発光に起因すると考えられる微細構造はSEMで観察されるmumオーダーの構造ではなく、STM/AFMで観察されるnmオーダーの極微細構造であることがわかった。半導体の光学的特性の制御においてこうしたSTM/AFMを用いた極微構造の観察が効果的であることがわかった。なお,ポーラスシリコンのレーザー照射効果を応用した情報記憶媒体コンパクトディスクを提案し、現在特許申請中である。