| Project/Area Number |
20J22804
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
長谷川 将 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 希釈Bi系III-V族半導体 / 希釈N系III-V族半導体 / 分子線エピタキシー / ラマン散乱 / フォノン・プラズモン相互作用 / 光半導体デバイス / 組成傾斜層 / 多重量子井戸構造 / GaNAsBi / MBE / 多重量子井戸 / MQW / GaAsBi / 半導体レーザ / レーザダイオード |
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| Outline of Research at the Start |
もし半導体レーザーの発振波長を温度無依存化することができたならば、既存の光通信ネットワークは、更なる省エネルギー化・大容量化・システムの簡略化を遂げると考えられる。希釈ビスマス(Bi)系半導体は、その要望に応えるべく創製された次世代の半導体レーザ材料であり、禁制帯幅の低い温度依存性をはじめとした特異な物性を示す。本研究では、半導体GaAsにBiと窒素(N)を希釈量添加した四元混晶GaNAsBiをエピタキシャル成長し、レーザーダイオードを製作・評価することで、本混晶系の光通信用半導体レーザ材料としての有用性を検証する。また同時に、本混晶系の高品位結晶成長技術の確立および真の物性解明にも取り組む。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メインチャンバーのリークおよびAlセルの故障により、レーザーダイオードの製作は行えなかったが、デバイス性能の向上に繋がる有益な知見を得た。
前年度の知見を基盤として、ラマン散乱に現れるフォノン・プラズモン相互作用現象をGaAsBi/GaAsヘテロ構造中のキャリア閉じ込め評価に応用した。誘電応答関数モデルに基づくラマンスペクトルの形状解析によって光励起キャリア密度を求めた。Bi組成が1.7%から6.4%の範囲で増加するにつれて光励起キャリア密度は増加した。この結果はGaAsBi/GaAsヘテロ界面の伝導帯オフセットの増加による電子オーバーフローの抑制によって説明できる。更に、ラマン測定の結果とフォトルミネッセンス測定の結果を組み合わせることで、Bi組成4%以上ではキャリア閉じ込めと光学品質がトレードオフの関係にあることを明らかにした。
GaAsBi少数キャリアデバイスの性能を改善する方法として、GaAsBi/GaAsヘテロ界面に組成傾斜層を導入することを提案し、その効果を実験的に検証した。組成傾斜層を導入したpinダイオードの開放電圧は、GaInNAs(Sb)などと同等かそれ以上の値まで改善した。また、低温成長開始時に組成傾斜層を導入することで、EL強度は約50倍に増加した。これは成長中断に起因した不純物の取り込みを防ぐことができたためと考えられる。
レーザダイオードの前段階として、GaNAsBi/GaAs多重量子井戸発光ダイオードを製作した。前年度の検討を基に、Bi表面再構成の遷移時間を考慮してシャッター制御を行い、量子井戸構造中のNおよびBiの深さ方向の分布を改善した。しかしながら、それら発光ダイオードからは十分な発光効率が得られなかった。四元混晶では、Biが取り込まれる条件を満たしながら、Nの非格子サイトへの取り込みを抑制するための新しい術を探求する必要がある。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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