紫外半導体レーザの基礎研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455037
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 米津 宏雄 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (90191668)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大島 直樹 豊橋技術科学大学, 工学部, 助手 (70252319)
• Keywords: 窒化物系化合物半導体 / 紫外光半導体レーザ / 歪短周期超格子 / SiC基板上のAlN成長 / AlGaN量子井戸レーザ構造 / 貫通転位密度低減化

Research Abstract

半導体レーザの短波長化は、マルチメディアなどの高度情報化を促進するのみならず、医療・航空宇宙・食品・環境などの様々の分野で新しい産業技術を生み出す可能性をもっている。これを実現するためには、これまでAs系ならびにP系III-V族半導体で培われた光デバイス技術を応用でき、かつ強靱な物性を有する窒化物系III-V族半導体で実現することが望まれる。しかしながら、窒化物系III-V族半導体は格子整合する基板が存在せず、格子不整合率の大きい基板上にヘテロエピタキシャル成長せざるを得ない。
本研究では先ず、代表的な窒化物半導体であるGaNの成長をサファイア基板で行って、GaならびにN元素の供給量に対する成長様式の変化を観察し、また断面TEM用サンプルの作成技術の確立を計った。GaN層の成長は、rfプラズマ銃を用いたMBE法によって行い、成長過程をRHEEDで“その場"観察した。成長基板温度を700℃で一定とし、種々のGaとN元素供給量の下で成長を行った結果、GaN成長層の表面が平坦になる供給範囲は極めて狭いことが判明した。また、カソードルミネッセンス法による発光スペクトルを観察した結果、N_2原料ガスの供給量を2から0.5sccmまで減少させるともにバンド端からの発光強度が強くなり、深い準位からの発光強度は弱くなることが明らかになった。さらに、サファイア基板を断面TEM用サンプルに加工する技術も確立し、貫通転位などの結晶欠陥の観察を行えるようになった。
活性層に局所歪みの極めて少ないAlGaN量子井戸レーザ構造を作製するためには、成長基板に6H-SiC基板を用いる必要がある。しかしながら、現在市販されているSiC基板は、表面の仕上げ状態がきわめて悪く原子オーダーで平坦な表面が得られていない。そのため、反応性機械的研磨処理、薬品による化学エッチング処理などの方法によってSiC基板の表面平坦化処理の検討に着手した。
今後、SiC基板上の窒化物系III-V族半導体では、非極性半導体上の極性半導体の成長という問題があるため、MEE法によるSiC基板上のAlNおよびAlGaN層の成長を行う。

Research Products

• [Publications] Yasufumi Takagi: "Reduction of threading dislocation density and suppression of crack formation in Inx Gal-xP (x〜0.5) grown on Si(100) using strained short-period superlattices" Japanese Journal of Applied Physics. 36・2B. L187-189 (1997)
• [Publications] Katsuya Samonji: "Reduction of threading dislocation density in InP-on-Si heteroepitaxy with strained short-period superlattices" Applied Physics Letters. 69・1. 100-102 (1996)
• [Publications] Mikihiro Yokozeki: "Reduction of threading dislocation density in an (InAs) 1 (GaAs) 1 strained short-period superlattices by atomic hydrogen irradiation" Japanese Journal of Applied Physics. 35・5A. 2561-2565 (1996)