硫黄圧制御分子線エピタキシー法による硫化亜鉛系多層構造と紫外半導体レーザの作製

硫压控制分子束外延法制备硫化锌多层结构及紫外半导体激光器

基本信息

批准号：
11750018
负责人：
市野邦男
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至 2000
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750018/
关键词：
紫外半導体レーザ ZnS GaP MBE ZnMgS ZnCdS 量子井戸歪 deformation potential

项目摘要

本研究では、紫外半導体レーザへの応用を最終的な目的として、高品質な硫化亜鉛(ZnS)系多層構造を作製するための基礎技術、とくにこれまで検討が十分でなかったZnS系エピタキシャル成長層/燐化ガリウム(GaP)界面構造の最適化のための基礎研究をおこなった。結晶成長に用いる分子線エピタキシー装置において、これまでは成長前の基板の酸化膜除去等の処理を結晶成長チャンバーでおこなってきたが、本年度は基板の表面処理専用の真空チャンバーを導入し、原料、特に硫黄の残留雰囲気のない高真空中での処理を可能にした。その結果、まず反射高エネルギー電子線回折(RHEED)による観察から、630℃前後で酸化膜が除去されることがわかった。従来の成長チャンバーにおける熱処理では硫黄と基板表面のGaの反応により安定な硫化物層(Ga_2S_3)が形成され、RHEEDパターンの明確な変化を観測することが難しかった。また、このGa_2S_3層は欠陥生成の核となっていると考えられるのでこれが生成しないような処理手順を確立する必要があった。そのため、硫黄がない条件下で酸化膜除去をおこない、Ga液滴が生成しないようにP分子線照射をおこない、さらにZn分子線を供給してP-Zn結合の形成を促進することを試みた。このような熱処理を施したGaP基板を真空中で成長チャンバーに移動し、まず基本材料であるZnSの成長のおこなった。その結果、従来の成長室における熱処理の場合と比較して、結晶性の向上を得た。現在のところ、初期的結果が得られた段階ではあるが、P分子線、Zn分子線それぞれの照射により、その後に成長したZnSの結晶性が向上する効果が得られた。現在のところZnSの膜厚約1μmでX線ロッキングカーブの半値幅が約500秒である。これは、格子不整合の影響があるため、決して十分な値ではないが、今後、格子整合系混晶の作製、p型伝導制御のための基礎となる成果であると考えられる。

本研究以紫外半导体激光器的应用为最终目标，重点研究制备高质量硫化锌（ZnS）基多层结构的基础技术，特别是ZnS基外延生长层，它具有以下特点：迄今为止尚未进行充分的研究来优化磷化镓（GaP）的界面结构。在用于晶体生长的分子束外延设备中，生长前去除基板上的氧化膜等工艺传统上是在晶体生长室中进行的，但今年我们推出了专门用于基板表面处理的真空室。使得在高真空下进行加工成为可能，没有任何残留的硫气氛。其结果，首先，通过利用反射高能电子衍射(RHEED)的观察可知，氧化膜在630℃左右被除去。在生长室中的传统热处理中，由于衬底表面上的硫和Ga之间的反应，形成稳定的硫化物层（Ga_2S_3），使得很难观察到RHEED图案的明显变化。此外，由于该Ga_2S_3层被认为是缺陷产生的核心，因此有必要建立一种处理程序来防止其形成。因此，我们在无硫条件下去除氧化膜，应用P分子束照射来防止Ga液滴的形成，并尝试提供Zn分子束来促进P-Zn键的形成。将经过热处理的GaP衬底转移到真空中的生长室中，生长基本材料ZnS。结果，与生长室中的传统热处理相比，获得了改善的结晶度。虽然目前已获得初步结果，但P分子束和Zn分子束照射具有提高后续生长的ZnS结晶度的作用。目前，对于厚度约为1μm的ZnS膜，X射线摇摆曲线的半值宽度约为500秒。尽管由于晶格失配的影响，这绝不是一个足够的值，但它被认为是一项成就，将成为未来生产晶格匹配混合晶体和控制p型传导的基础。