2001 Fiscal Year Annual Research Report
選択成長によるフォトニック結晶の作製と応用に関する研究
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12450117
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
本久 順一 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (60212263)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 威友 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手
橋詰 保 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 助教授 (80149898)
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| Keywords | フォトニック結晶 / フォトニックバンドギャップ / 有機金属気相成長 / 選択成長 / マスクパターン / 再成長 / 2次元フォトニック結晶スラブ |
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| Research Abstract |
平成13年度は、有機金属気相成長(MOVPE)選択成長法により半導体ヘテロ構造を埋めこんだ2次元フォトニック結晶を作製するため、フォトニック結晶に適したマスクパターンを有するGaAs(111)BおよびInP(111)Bに対して、それぞれGaAs・AlGaAsあるいはInGaAs・InAlAsの成長を試みるとともに、エアブリッジ構造の2次元フォトニック結晶スラブの作製を試みた。
まず、GaAs(111)B基板上に、六角形の絶縁膜マスクを周期的に配置したもの、および六角形の穴開き部を周期的に配置したものという、2種類のマスクパターンを準備した。そして、様々な成長条件下で、Al_χGa_<1-χ>As(χ=0〜0.5)のMOVPE選択成長を行った。その結果、前者のマスクパターンでは、Al組成χを増加させると、垂直{110}ファセットの横方向成長が顕著になること、および後者のマスクパターンでは、χを大きくした場合にアスペクト比の高い6角柱の周期配列構造が得やすいことが明らかとなった。これらの結果は、(111)B面・{110}ファセット上での核形成レートの観点から、定性的に説明可能である。
また、InP(111)B基板に対しても同様のパターンを形成し、InGaAsあるいはInAlAsの選択成長を行った。その結果、成長条件およびマスクパターンの最適化により、アスペクト比が10を越える、良好なInGaAs6角柱の周期配列構造が得られた。また、作製されたInGaAs6角柱アレイからのフォトルミネセンスを確認した。一方、InAlAsの成長に対しては、横方向成長のレートが大きく、良好な6角柱構造を得ることができず、今後とも選択成長条件の最適化が必要であることが明らかとなった。
最後に、以下の手順によりエアブリッジ構造の2次元フォトニック結晶スラブの作製を試みた。MOVPE法によりGaAs(111)B基板上にAlGaAsを成長する。リフトオフを用いて六角形の絶縁膜マスクを周期的に配置したパターンを作製し、開口部にGaAsを選択的に再成長することによりネットワーク構造を形成する。最後に、AlGaAsの一部をアンダーカットウェットエッチングにより除去する。この方法により、周期250nmの構造に対して、厚さ58nmの2次元フォトニック結晶スラブを作製することができた。
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[Publications] Masashi Akabori: "Formation of 0.5 μm-Period GaAs Network Structures for Two-Dimensional Photonic Crystals by Selective Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy"IEEE Conference Proceedings of 27th International Symposium on Compound Semiconductors. 191-196 (2001)
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[Publications] Junichi Motohisa: "Optical Properties and Carrier Relaxation in InAs Quantum Dots Selectively Formed on GaAs Pyramids"Conference Proceedings of 25th International Conference on the Physics of Semiconductors. 1211-1212 (2001)
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[Publications] Masashi Akabori: "Fabrication of two-dimensional photonic crystals consisting of hexagonal pillars and air holes by selective area metal-organic vapor phase epitaxy"Extended abstract of 20th Electronic Matreials Symposium. 95-96 (2001)
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[Publications] Masashi Akabori: "Selective Area MOVPE Growth of InGaAs Hexagonal Nano-pillar Array on InP(111)B Masked Substrates"Abstracts of 28th Internaional Symposium on Compound Semiconductors. 21 (2001)
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[Publications] Junichiro Takeda: "Formation of Al_χGa_<1-χ>As periodic array of micro hexagonal pillars and air holes by selective area MOVPE"Applied Surface Science. (to be published). (2002)
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[Publications] Masashi Akabori: "Selective Area MOVPE Growth of two-dimensional photonic crystals having an air-hole array and its application to air-bridge-type structures"Physica E. (to be published). (2002)
