歪超格子 に よ る 正一Ⅵ 族化合物半導体
の物 性 制御
小長 井 誠
東京 工 業 大 学 工 学 部 助 教 授
めに
.は じと
｀
｀
V方欠化イ
と￨卜る III―
しヽ
ヽ1勿14準￨卜に 111けら才し
こ才しまでブつ+4■体超杵 rグ)研 究 は、ilに ('aAsを !11フ
''こ
1 ,ーiザが￨
4 Ⅲ ￨す
」
こされ、すでに
ヒ高速 1 こr デ バ ィスゃ 1 1 l r ) 1 レ
て きた。 そのネ
li米
、1 l E M T な どの′
では、すでにチ
対象が I I I
とい うナ
!〔
、
t礎
【f Fチ究の文
￨ ￨ 1の
化政 に辻 して い る。 しか し、小
十1 1 +す
こ
イ
日
V族
化合
｀
′
ヽと不
、
多イ
iし つ′,あ る. 十
1に ZnSc、ZnS、 ZnTeな どの H―VI族 化合4勿14準
,II一Ⅵ 方
突化合4勿
4勿か デ
t鴻
す
待 されて い る。ところが、
じヽとした す
こ) と
共 r へ のは ￨ l l が
l i占
巾
i が大きい ため 、l f 色を中′
体 は、禁祐J イ
｀
太
】
ダ イオ ー ドす ' 〕
形成 で きな いの が' こ
I I Ⅵ 化合4 勿1 4 準
」
竹￨ が期: しく、前 i l l に
体 は、l D l l 伝
の準 1 1 祐
￨を
町 1 を行 うこ とを」
るこ とに よ り p l l のは準 1 1 祈
であ る. そ こで、本何F す
t では、性格 J ′
構 造 を採 ￨ ￨ ! す
(サ
と
〕
につい て有
に ドl iの
f先
″を行な った。
終 ￨1山
亡l i￨呆
1)分
す
た
を1 1 :と
こ↑
作! ′
与
キェ ヒタキシー法 によ りZ n S e 、Z l l l に
r 線 エ ヒクキ シー ( M B E ) 法 や明〔r ■
る技術 を確 ヤ1 する.
′
1 ) )とと
サ
i ) が ホか らl f までの ' 丁
村
るこ とに より禁祈￨ 1 汁
巾
占
i ( すと光i llだ
2 ) ′阻十
1 や‖
英呼l ヒを祐J 徳
￨￨す
作↓の￨ 1共
lj 「
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デ
Zn‐
「
e l lの町↑
作
か
サ
l f , かにす る。ま た、Z l l S e 、
〕￨ り
サびに実汚
ミ
ト
れ
なデ
北で怖」
竹￨ できるこ とをP L I 論
1デ
っか にす る。
￨ ￨幅や‖
十 英構 造 に ケえる形伴 を￨ り
r 不 惟合が禁祐」
ー ヒングf ムを採 ￨ ￨ ￨ す
仕
行な う。
る こ とに よ り p l l の伝準 1 l l J1lを
3)変 lllド
)十
を述 べ る。
究 成果のl l t 要
米に関す る布
以 ド、 こ才F , の l i題
2,MBE法
に よ る Z n S e ― Z n T e 歪 超 格 子 の 形 成 と評 価
l lに
純、1 0 n i n 1以1 の
1二
町
さの Z l l S e 、
1 4 1 1iに
1 17に
ク
Z n S e 、Z l l T e l lは、
クの 格 r 不 梓合があ るため 、' 1l【
と こ′
' t 質は1 1 1 ら
きるような‖
ltし
ケ
、すJ 底1 亡r デ バ イスに応 ￨ ￨ ￨ で
1 がヽ
t めて 多￨ ￨にす
Z l l降
′を千
す る と欠1 作
す
〔
1中
μ
艶 各片
l l し、
rlみ
欠 陥の 発
liび
る と、Z n S e 、Z n ′
やが 仲
以の1 l さにす
れ な い. ‐方、各 1 1 1i1を
ち独 n i l l 下
′
かデ
, 成る超お険千
す
〔
IF究
独 m n 以 卜の￨ ! ￨ さ
では、M B E 法 に よ り、作' I I が
￨ : なく1 す
1市
ととな る。 本市
i 肝口
′
′ て
キ
イ
古み ( 在) に 対応 して応 力が ￨ : じ
英には、仲1 1 び
サ
とをイ
i な った, こ の ような‖
t ( 超 1 作↓) の 作歩
, ￨】‖
と呼ばれて い る。
お り、十子に 待出↑
作j ′
村微 多
1000 kV透
たに よる格 r 像 繊宋、ラ マ
過l t r 束
′企と格 r を X 線 ￨ ! i l、折
した Z l l S c Z―l l降
11:製
: 価した. そ の結果、Z n s e 、Z l l1′
く
造￨ 1の
幣合 に係 わ ' , ず、
町7 ? あの 格 ドイ
ン枚持し￨ ユよる企測定 に よ り1 刊
本
トが緩和￨さアして ↓ヽるこ と
不梓イ
￨:なく、す各Iム
各F‐
変形 に よ り↑
が 5 nnl'次卜であれは、中よ位 の す
こ′
各￨,キ
キ 世論的 ケ奈 とほほ 本
致 した。 ‐方、透過 1 抵r 顕
は、い
) のネ
li舛
‖
英￨ 'のЛ
li果
が ￨ 1サデ
, かとな った。 これ げ
￨￨に
」 ところ、
￨に
半
検 l i した
配列 な どをl i相
て断 1 F向をr i利
繊容 し、 そ の 外山i 状態、L t r の
11い
l￨を
微 銃 をサ
必」 判41が作ね1するこ とが ￨サ
1らか となった。そ こで 、
の イく
は、済宅う
)1'甲 の1'￨さ
ZllSc、Zll′
降 作情￨￨IHこ
- 2 -
の イく
この 外1 向
「
均 判1 の原内 を1 明
確 にす るため、以 ドの観点で検 討 を行な った。
ri中
に、外 1 「
に糸
が形成 され るこ とはな い
1と
a . Z l l S e 、Z l l T c の
l門
成進 杉 1 辞
向
￨ I F I l拡iが
女放 しく、成よ
本
か
。
: じて い るこ とはな い か 。
b . 各 いすの1 1 1 さ
が 均 ^ ではな く、 外1 山
F に1 l l l l′
h￨ が
と」 ‐
の イく
まず a の 収 ￨ ￨ が、外1 山
「
性 の 原 1 周にな るか どうか を判断 す るた め 、形成 した Z l l S e Z n T e
Cの 〕
☆ r を 繊 容 した。
1 折に よ り超 株 r t t i が
色 怖i れて い くイ
企超 幣 r を 5 0 0 °
高温蚊 で熱 処 理 し、X 線 ￨ 口
1 らか とな っ
の 成上
女
拡はほ とん ど年枕 で きる こ とが ￨ り
各J ・
こl i l 度( 3 5 0 で) で は、相I F r i持
そ の 結 果、超 ↑
で は 、b の 要1 用をl k り 除 くた め 、 あ らた に 原 r 増 エ ヒ タキ シー ( A L E ) i せt に
た 。 そ こで 、 本l l l 究
よる超 格 r の 形成技 術 の 確 ヤセ 試 み た 。
従 来の M B E 法
て 、1 分
は、 分 r ム
で は、 各用 のl t i さ
J 1 1￨手
1で
町持J 御 して い た 。 従 っ
線 を遮 るシャ ッタの 開1 冴
￨ ギ形 成 され
が必ず ′
￨ : じて しま う。 ^ 方 、A L E 法 で は、1 分 r ‐
r l ギオ ー ダの 峡 1 1 1 の
不均 本
￨ヤ
十ブつ 独 えなが ら峡 形
る と、 成 i t カギ1 距
t し な い。 し たが って 1 分 r ム
加 ( ) に十
, 1 にし、 それ以後 は成 上
｀
i l 時、す で l l ‐
V 族 化 合物 卜準1 本の A L E 法 は、多 く
III―
l i され た ｀
成す るこ とが で きる。 本研 究 が 開 夕
の布
チ
r 究機 1 判で ィr ゎれ て い たが Z n S e ― Z n l に 超 格 r 作 製 の ため に A L E i ム を用 い たの は、小付F 究が
、
で は、Z n 、 S e な どの ビー ム を同 ‖
身
す るの で はな く、Z n 、 S e 、
十に本 版 にI F tヽ
十
ム
Z n 、S e … とt ヽう よ うに 交 ′
=に 月
キせ ず、同
“身ヽ
す る。 ここで 、 Z l l l 1ど1 には 、 Z n l l r〔が ほ とん ど付 を
十
h 土初 で あ る。A L E 法
市
が 付着 しな い ため 、A I フ
E t t j t がl l lヒとな
る。
〔j 生
様 に S e l ギ 1 1 には S e l 巧
ALE法
の 断 山i を透過 i L r 顕微 銃 で観 察 した ところ、従 来 の M B E 法
で 作 成 した也 格 r ム
で作 製 し
1 唆性 が 優 れ て い るこ とが ￨ り
り
げ, か にな った 。 この 他、A L E 法
た もの と比 中
￨ らか に 外l h i 急
交して 十
を採
と￨ ￨ , さ
1 門した こ とに よ り、以 ドの 十
イした,
十T i 力S 1 /い
1)A LE法
2)構
ム
そ
C 卜 げ るこ とが 1 可
60°
市とで あ る。
で は、 占た也な米村ボキ
i l 虻をネ
サ
に
' t 質が 大中
ヽ
i千
!1に
十
成ブ
こ茶 を交 ア
す る こ とに よ り、 原 I の マ イ グ レー シ ョンが 従進 され、‖
供キ
‐
ll lを
のす
す る (共 1本的
各!′
こ)と
￨「
勺には 、,巴↑
効 '■が MBE法
,!11した)。
の 401岸に￨「
デ
, 瑞まで 令 く同 ^ の￨￨【
↑
各j ' 岸
を得 るこ とが 可能 であ る。
3))i【
￨￨か
さ の' ヒ
l l k」
の
3 . 超 格 子 に よ る禁 制 帯 幅 制 御
波Iこ
り
英厚比 を変 え るこ とに よ り発 ) ヒ
1 を ‐定 に保 って い て も、Z l l S e とZ n T e の ‖
超 1 各r で は、 ￨ ￨￨」
に よる禁制ギ
古
( みた。 ま
J 竹l を「
‖
英￨ : 1 比
中
hi怖
1午
を 大幅 に 制御す るこ とが 口
r 能で あ る。 本研究 で は、 i . 1 に
1 するため、G a A s 、 I n P 、I n A s 米 版 L に 超 格 r を 作 製 した。
た、 在が 禁祐」
朴幅 に ケえ る効 果 を解 ￨ サ
1二
与
の フ ォ トル ミネ ッセ ンスに よ り「
造 l l S e の1 英
比 (X)
引1 価した。図 1 は 、Z l l ' IとZ
禁 祐J I I巾
十
i は、低 l i l で
れ
に よ り、 発 光 ヒー クエ ネル ギ ー が どの ように変化 したか を示 して い る。 I I ] I ) 米
J にと
l14の
場 合 を￨ 夕
【色、
こ光色 は様 か らい
る と、 x が 0 . 2 科 度 で は、 古色 の 発 たが 認め られ る。x が 大 き くな るにつ れ チ
r準 位の
たに戻 る。 これ らの 傾 向 は、P l 論的 に準 かれ た l i 上
ホ ヘ と変化 し、x = 0 . 8 T 注 度 でギニび￨ (色
f【
l立
版 と超 格
相1 違は、 サ
変化 と ^ 致 した。 また、本 版 l l 料
￨ による発 光色 の 変化 、す なわ ち 壮 r i T iの
r i 果 ! 論か デ
, 予想 され る もの と ム致 した。
r ' 中の 格 r 不 幣 に よる もの で あ り、 これ らの 札 もf 町
- 3 -
￨
￨
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2,4
71K
口ｕ
ヽＡ ヽ
︵＞ ｏ︶ ＞〇 区回Ｚ 回 ︼ ＜ 阻 住
on inP
2,2
2.0
1,8
0
0.5
X
l l降′在超 f t t
Z l l S eZ ャ
ー
ー
rフのォ トル ミネッセ ンスの ヒ クエ ネル ギ
、
は、2 nnl
iJli;は
11心)。 ZnSe― ZnTthの 1 11J I判
(ケ
iに女
こか けの 禁 ‖
ヒ. x=0が
xは Zn何と と ZnSeブ )1英lil上
タ
こ.
ZnScに メ
J応 。
4 . 変 調 ドー ピ ン グ に よ る伝 導 型 制 御
般 的 に Z l l S e では、n 形 が 得 られやす く、Z 下降 では、p 形 が得 られやす い。 そ こで、本研究
では、I X 1 2示す
に ように、p 形 の Z n S e Z l l T e 超格 r を 得 るために、Z n T e l どのみ に p 形 不純物 を
ギ に n 形 不純物 を ドー ビングす
n T e 超 格 子を得 るため に、Z n S e lのみ
ドー ビング し、n t t Z n s eZ―
に￨ よ
、S b を 、
度制御 を試 みた。 p 形 不純4 勿
る変J 司ドー ヒラ グ法 を提楽 し、伝導 = J 制御、キャ リアi 晨
た。 その 押i 果、M B E 法
n 杉 不純物 には G a あ るい は C l を' i l い
た場合は、 キ ャ ) ア濃 度が
をサ
liい
m 3 の キャ リア濃度 を得 ることがで きた。 これ まで、Z l l S e l l i
低 い ものの p 形 、n 形 とも 1 × 1 0 1 1c イ
1iが
のデ ー タに比 べ 、
れ て い るが、これ ' サ
ヒとの十性十 他 の グル ーブか らも相支l t i さ
r市
体 で も p 形 が形成 口
いの が特徴 となって い る。超幣 F の採 用 に よ り、伝導1 ! 制御1 に成功 したの は、 本研究
移動度 がi 所
- 4 -
ZnTeiSb
ZnTe
ZnSeiGG
ZnTe
ZnSeiOG
ZnTeiSb
300
periods
ZnSeiCG
ZnSeiGG
(a)n'杉
(b) 1〕 ‖
夕′
巳1作J
′
巴↑
各!
1文
12
)可
ZnSe―
Zl降
l ′へ の 変 「
ドー ヒ ン グよ ぅ
サ
t十
布
作な ダイオ ー ド特性 をイ
, の n 形 、 p 形 超 格 r を作 製 した ところ、 ￨ 」
が最 初で あ る。 また、 これ デ
るこ とが で きた。
い同様 の 研究 を続 けてお り、n 形 に対 して は 、 1 × 1 0 1 ' / c l l 1 3 以
さデ
, に、現 和: は、A L E 法 を ￨ ￨ ! て
11の
キ ャ リア 濃 度 を1 1るにキ
キ : って い る。
5.お
わ りに
｀
｀
す
に 行 な った有
「
究成果 を
,F究助 成 を受 けて約 2年 卜の ￨1増
以 lを
月の布
、 高柳 だ念 IL r科・十技 術振 興財￨ヽ
人H少 なか ったが 、
服 件 した。 本研究 が 1判始 され た 当時 は 、 まだ まだ II―Ⅵ 族 化 合物 半準 llkのlllT究
て活 発 な研 究 活動 が 行 われ て い る。II一 VI族 化 合物 半準
じヽと してltIJKめ
11物Fげ汁会 を中フ
hセ近 は、応 十
チ
F究で あ ったため 、 lll界的 に も大 きな減i11を朱 め 、1987年 以
イ
本超 格 rが 、 この 分野 で は 北駆 的 な布
｀
rヤ、
十講i,fを行 な った会f義の
来、 IH除 会1議で 5件 の 招 待 詰渉tを行 な う とい う栄 イキをJ真い た 。以 卜にす
や
を示す。
名汗
ち
・第 31口III Ⅵ 族化 合物 半導体 に1除会議 (1987年、米 1可)
。也 格 子1叫際 会f義 (1987年 、米 IH)
｀
。NATOワ
際 会f義 (1988年、lLl独)
イ ドギ ャ ック 卜導 14NI可
・材 料 科■学 会 (1989年、米 1可、予 定)
。 第 11,1明〔r)ギェ ヒタキ シー 1可1徐会議 (1990年、 フ ィンラ ン ド、J生定)
- 5 -
′
E i 2を
〔′
lf究
￨￨
V I 族 化 合物 , 巴
I F 究は 、この市
M B E i よ を￨ ￨ ￨ い
て 持 千 した I I ―
助 成 を通 して A I ′
1 杵↓の 有
み￨ ￨ ￨ し
、さ F , に現 れ1 は、 M B E l ム に 行機 令幅 を準 大 した M O M B E i ム
Z n S e 、Z l l T c の
に よる Z l l S 、
へ と反 ￨日
AIフ
E 、′
ヒ1 各r ク) 形b 覧
十
中 であ る.
｀
す
),女
にの よう に 、 1 1 - Ⅵ 族 化 合4 勿l t '1尊
t 成で 大 きな成 米 を収 め るこ とが で き
本とい う1 F印しい付「
先行
ltイ
たの は‖ リ‖ケ
￨ : なデ
, びに1 財
L′
1 1可作位 の ご 支援 に よる もの で あ り、 こ こに心 か ら御 礼 中 し 1 1 けます.
- 6 -
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