青色半導体レーザと強誘電体光導波路の一体型新規光学素子のための複合材料創製

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650005
• Research Institution: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 増田 淳 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助手 (30283154)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森本 章治 金沢大学, 工学部, 助教授 (60143880) ; 清水 立生 金沢大学, 工学部, 教授 (30019715) ; 矢口 裕之 埼玉大学, 工学部, 助教授 (50239737) ; 尾鍋 研太郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (50204227)
• Keywords: 青色半導体レーザ / 強誘電体光導波路 / 窒化物半導体 / 酸化物強誘電体 / レーザアブレーション / エピタキシャル成長 / 酸化マグネシウム / 耐酸化性

Research Abstract

青色半導体レーザと酸化物強誘電体光導波路の集積化により、表面弾性波を用いた一体型青色レーザスキャナなどの新規光学素子を開発することを目的に、青色半導体レーザ材料である窒化ガリウム(GaN)上に酸化物強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)薄膜を形成することを試みた。その結果、(100)面のガリウム砒素(GaAs)を基板として、有機金属化学気相成長法で形成したGaN薄膜上に、レーザアブレーション法によりPZT薄膜を形成することに初めて成功した。この際、PZTとGaN間に酸化マグネシウム(MgO)バッファ層を導入することの効果についても検討した。MgOバッファ層はGaN上にcube on cubeの関係でエピタキシャル成長した。MgOバッファ層の導入により、GaN層への酸素の拡散や、PZTとGaN間の金属元素の相互拡散が抑制できることを見出した。さらに、MgOバッファ層を用いない場合にはPZT薄膜はランダム配向であったが、MgOバッファ層の導入により[100]優先配向PZT薄膜が得られた。
次に、GaNの結晶性と耐酸化性の相関を、六法晶混在比の大きい試料、X線回折の半値幅の大きい試料ならびに高品質試料の3種類のGaN薄膜の比較により検討した。その結果、結晶性の劣るGaN薄膜の方が耐酸化性に優れることを見出した。また、酸素雰囲気曝露により、GaN薄膜の結晶性が劣化し、表面粗さは減少することも明らかになった。

Research Products

• [Publications] A.Masuda, A.Morimoto, T.Shimizu, H.Yaguchi, K.Onabe 他3名: "Fabrication of Pb(Zr, Ti)O_3/MgO/GaN/GaAs structure for ptoelectronic device application" Journal of Crystal Growth. 189/190巻. 227-230 (1998)
• [Publications] H.Yaguchi, K.Onabe 他6名: "Temperature dependence of photoluminescence of GaP_<1-x>N_xalloys" Journal of Crystal Growth. 189/190巻. 496-499 (1998)
• [Publications] J.Wu, H.Yaguchi, K.Onabe 他2名: "Optical transitions in cubic GaN grown on GaAs(100)substrates by metalorganic vapor-phase epitaxy" Journal of Crystal Growth. 189/190巻. 415-419 (1998)
• [Publications] A.Morimoto, T.Shimizu 他3名: "Effect of nitrogen gas on preparation of Ti-Al-N thin films by pulsed laser ablation" Applied Surface Science. 127-129巻. 994-998 (1998)