MOCVD成長高品質銅カルコパイライト半導体エピタキシャル層の発光素子化検討

用于发光器件的MOCVD生长的高质量铜黄铜矿半导体外延层的考虑

• 批准号: 07750370
• 负责人: 秩父 重英
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 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: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750370/
• 关键词: 混晶組成制御; エピタキシャル成長; 可視発光; 熱膨張係数; ドメイン構造; 光・キャリア閉じ込め; 結晶場分裂エネルギー; エキシトン発光

1.CuAl_xGa_<1-x>Se_2の混晶組成制御CuAl_xGa_<1-x>Se_2は赤〜青色までの可視光領域に相当する禁制帯幅を持つ混晶である。本研究では減圧MOCVD法を用いて高品質なエピ成長ができた。固相Al組成xは気相へ供給したAl原料とGa原料のAlモル比と一致(分配係数は1)した。混晶層は終端化合物同様、基板との格子整合性の関数からGaAs上にはc軸配向エピ成長しGaP上にはa軸配向し面内でc軸が交差するドメイン成長した。エピ層の表面荒さは2〜3nm程度であった。エピ層の励起子エネルギをフォトリフレクタンス(PR)測定で求めたところ、混晶全域で結晶場分裂がバルク結晶のそれより大きくスピン軌道分裂は同程度であった。この結果はエピ層が基板-エピ層間の熱膨張係数差によって熱歪を受けている事で説明できた。エピ層の低温フォトルミネッセンス(PL)スペクトルはバンド端に関与する発光が支配的であり、x増加に従い赤〜青紫と変化し可視領域発光を1つの混晶材料で実現できた。2.CuGaS_2,CuAlS_2の成長と金属-半導体接触の検討両化合物において室温でバンド端発光が支配的なエピ層を成長できた。c軸の1/2よりa軸長の方がGaAs,GaPの格子定数に近いためいずれの基板にもc軸配向エピ成長した。格子不整合はGaP基板の方が小さいが成長層の特性はGaAs上の方が優れていた。エピ層諸特性に対して格子定数だけでなく熱膨張係数整合が重要であることがわかった。CuGaS_2とGaAs間の価電子帯不連続量を評価し、CuGaS_2/CuGaSe_2に転写したCuGaSe2中にキャリアを閉じこめられる可能性があることがわかった。さらなる結晶性改善により光、キャリア閉じこめ検討を行う予定である。

1、CuAl_xGa_<1-x>Se_2的混晶成分控制 CuAl_xGa_<1-x>Se_2是混晶，其禁带宽度对应于从红色到蓝色的可见光区域。在这项研究中，利用低压MOCVD方法实现了高质量的外延生长。固相Al组成x与供给到气相的Al原料和Ga原料的Al摩尔比一致(分配系数为1)。与终端化合物类似，混合晶层由于与衬底晶格匹配的作用，在GaAs上外延生长c轴，并在GaP上生长为a轴取向域，c轴在平面内相交。外延层的表面粗糙度约为2～3nm。当通过光反射（PR）测量确定外延层的激子能量时，整个混合晶体中的晶体场分裂大于块体晶体，但自旋轨道分裂大致相同。该结果可以通过以下事实来解释：由于衬底和外延层之间的热膨胀系数的差异，外延层受到热应变。外延层的低温光致发光（PL）光谱以与带边相关的发射为主，并且随着x的增加从红色变为蓝紫色，使得利用单一混晶材料实现可见区发射成为可能。 2. CuGaS_2 和 CuAlS_2 的生长以及金属-半导体接触的研究我们能够在室温下在这两种化合物中生长具有主带边发射的外延层。由于a轴长度比c轴的1/2更接近GaAs和GaP的晶格常数，因此在两个衬底上都进行c轴取向外延生长。尽管GaP衬底上的晶格失配较小，但GaAs衬底上生长层的性能更好。研究发现，对于外延层的性能而言，不仅晶格常数重要，热膨胀系数的匹配也很重要。我们评估了CuGaS_2和GaAs之间的价带不连续量，发现可以限制CuGaSe2中的载流子转移到CuGaS_2/CuGaSe_2。我们计划通过进一步提高结晶度来研究光和载流子限制。

项目成果

Shigefusa Chichibu: "LOW-PRESSURE METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF CuAlS_2 EPILAYERS" Proceedings of the 10th International Conference on Ternary and Multinary Compounds. (印刷中). 4 (1996)

Shigefusa Chichibu：“CuAlS_2 EPILAYERS 的低压金属有机化学气相沉积”第 10 届三元和多元化合物国际会议论文集（1996 年）。