氏名∴（本籍）
学位の 種類 学位記番号 学位授与の日付 学位授逗の要件
学位論文題目
論文審査委員
「， ね′′し こう ミサう
知 念 幸 勇 （沖縄県）
工 学 博 士
工博甲第 5 号 昭和56年3 月28日 学位規則第5条第1項該当
電子科学研究科 電子材料科学専攻
分子線エピタキシー法によるGaAs透過型光電面の研究
（姦員責）藤井忠邦
教授 萩野 害 助教授 助川徳三 教授 三橋贋二
論文内容の要旨
NEA（NegativeElectronA伍nity）光電面は従来の光電面に比較して高い量子効率と狭い放出 電子エネルギー分布を有することから高感度・高解像度のイメrジ用電子管への応用が期待されて いる。イメージ用電絹：へ応用するには光電面を透過型にする必要がある。
近赤外から可視光領域に感度を有するGaAs透過型光電面においてGaAs結品膜厚は光励起電子 がNEA表面に到達しうる程に薄くなければならない0しかも表面空乏層幅を小さくして電子の脱 出確率を高めるために高濃度のアクセプター添加を必要とする。
従来のLPE法やCVD法に比較して制御性の優れた分子線エビタキシナ（MBE：Molecular lミeamEpitaxy）法を始めてこの分野に応用して，GaP／GaAs構造透過型光電面の研究を行った。
本研究で行った理論的・実験的研究は次のようなものである0（1）Ⅹ線回折法，イオンス／、ッタ併 用オ〜ジェ電子分光法（AES），高速反射電子線冊†法（RHEED）を用いてGaP（100）上に成長 したGaAs層の結晶学的評価を行なった。（2）Zニイオン添加GaP／GaAs透過型光電面を試作して 光電子放出特性を検討した。（3）Be添加GaAs光電面Be分子線強度・基板温度，As分子線強度を 変えて作成し光電子放出特性を その場，測定した。（4）GaPとGaAsの格子不整合による影響を緩一 刺し少数キャリア加速電界をもたらす傾斜GaAsl−XPX混晶層をAsとPの分f線強度比を変える
ことにより作成した‖5）従来の分子線源に代わる新構造のマルチホールオリフイス分子線源を提案
・試作し分子線強度分布を測定した。
以仁の研究で得られた結論は次のようなものである昌1）GaP（100）日こヘテロエピタキシャル成 長したGaAs膜はし：100］に方位配向した単結晶であり，成長面は原子尺度的に平損な表面を示し た。このような平担な表面は光電面において優れた画質と解像度を与えるD比較的高い基板温度
（580〜600C）と遅い成長速度（＝600A／h）のため基板との成長界面において相互拡散によると考
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えられる傾斜GaAsl＿XPx層が深さ方向AES分析により確認された。この中間層は十分な厚さで はないが格子不整合による影響の緩和と少数キャリア加速電界として役立つ。（2）反射防止膜とバッ ファ層なしに試作したZニイオン添加GaP／GaAs透過型光電面の外部量子効率はGaAs膜厚が千 Åの薄さであるにもかかわらず5〜6％の値を示した。この値はCVD法で作成した1．1／gm膜厚の GaAs層を有する同一構造の透過型光電面の値と比肩しうるものである。入射光エネルギrに対す る量子効率の特性においてはGaAs膜厚増加とともに低エネルギr側の量子効率は増加するが高エ ネルギr側の増加割合は飽和傾向を示した。このような特性が少数キャリア拡散長で制限されたも のであれば低エネルギr領域における量子効率の増加傾向は示さない筈である。従ってGaP／GaAs 界面における再結合中心の存在が高エネルギー領域における量子効率の増加を抑制しているといえ る。傾斜組成GaAsl＿XPXやGaInl＿XPxのノミッファ層を導入することで更に高い量子効率の増加が 期待できる。（3）Be添加濃度を変えながらGaAs光電面の光電子電流を測定すると，添加濃度とと もに光電子電流が増加する領域が観測された。光電子電流値は最大値で飽和後減少する。この減少 はBe過剰添加による励起電子再結合中心の増大によるものである。Be添加による最適アクセプタ ー濃度は1019cm￣￣3の桁の比較的高い領域にあると考えられるが，Be添加領域の膜厚にも依存す る。くくその場 測定により光電面作成の最適条件を見出すことが容鋸こなった。Be添加GaAs光電 面はGa過剰の条件で成長させた場合に，より高い光電子電流伯を示した。ⅠうCは清性な物質であ
り，現状では材料の純度も低いため添加中に不純物を取り込みやすい。Ga過剰の条件で成長を行 なうと少数キャリアの再結合中心となる不純物の取り込みを抑制することができる。Ga過剰の条 件成長はホイスカpなどができる場合があり成長には注意が必要である。（4）GaP基板とGaAs成 長膜とのバッファ層として役目を有する傾斜組成GaAslu．rP．r混晶層を，P分子線強度を ▲定にL As分子線強度を変化させて成長させることができた。Ⅹ線回折法とオージェ電子分光法によりこ の混晶層の確認を行なった。深さ方向分析よりほほ直線的な組成勾配を有するGaAsl＿JPJ層であ ることがわかった。この成長法はAsとPの付着係数の差異を利用したものである。（5）マルチホー ルオリフィスを有する分子線源の構造ノくラメータであるオリフヤス箇数，サイズ，傾斜角，配置を 変えることにより任意の分子線噴出方向で基板上における分子線強度分布を均一一・にすることができ ることがわかった。この分子線源を用いることにより不要な分千線を抑制し所要の基板領域上に均 一な分子線を入射させることができる。諸パラメータ設定は与えた理論式を用いて電算機シ二1ミレ
ーション法で定めることができる。
以上のようにMBE法を透過型光電面作成に応用する仁での幾つかの基本的な問題点を解決する ことができた。今後この分野においてMBE法の導入が活発になると考えられる。
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