Si上の無転位GaAs成長層を基板とした面発光レーザーの試作

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555096
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 西永 頌 名城大学, 理工学部, 教授 (10023128)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅川 潔 技術研究組合フェムト秒テクノロジー, グループリーダー(研究職) ; 成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 助教授 (80282680)
• Keywords: Si基板上のGaAsエピタキシ / 面発光レーザーダイオード / マイクロチャンネルエピタキシ / 横方向成長 / 分子線エピタキシ / AlGaAs高純度化 / 屈折率導波構造 / 光・電子集積回路

Research Abstract

本研究は、光・電子集積回路(OEIC)を実現するため、シリコン基板上に無転位GaAsを成長させ、これを基板としてAlGaAs系面発光レーザーダイオードを試作することを目的としている。このためシリコン基板上にわれわれが開発したマイクロチャンネルエピタキシ(MCE)技術を用いて、無転位GaAsを成長させる。液相エピタキシ(LPE)を用いたMCEを最適化することにより、シリコン基板上に幅100μm、長さ数mm、厚さ10μm程度の無転位GaAs層の成長が可能である。昨年度は、このようなシリコン上の無転位GaAs層を利用して、AlGaAs系端面発光レーザーを試作した。レーザー構造はOEIC実現を念頭におき、反応性イオンエッチングを用い共振ミラーを形成することを特徴とする。本年度は引き続きその特性評価を行った。その結果、MCEを用いたSi上のレーザーとしては初めての室温パルス発振を達成した。レーザー特性はGaAs基板上にホモエピタキシャル成長した場合に匹敵し、MCEを用いたSi上無転位GaAs層は、デバイス応用に対して非常に有望なことがわかった。本年度はさらにレーザー特性を改善し、室温連続発振の達成に向けた研究をおこなった。
上記レーザーの特性を詳細に検討することにより、室温連続発振を阻害していた要因は、1)電流・光閉じ込め効率の良くない利得ガイド構造を用いたレーザー構造自体の問題、2)デバイス成長に用いた分子線結晶成長(MBE)の純度の問題であることが判明した。1)に関しては、OEIC作製に適した新たな屈折率導波構造を提案すること、2)に関しては、酸素混入メカニズムの検討ならびに成長の最適化を行ったところ、GaAs基板上ではあるが室温連続発振に成功した。目下、Si基板上での新レーザー構造の作製に向け、最終的な検討をおこなっている。

Research Products

• [Publications] S.Naritsuka, T.Nishinaga: "Interface-supersaturation estimated from the shape of steps on the surface of InP MCE by LPE"Journal of Crystal Growth. 222. 14-19 (2001)
• [Publications] W.D.Huang, T.Nishinaga, S.Naritsuka: "Microchannel epitaxy of GaAs from parallel and nonpararell seeds"Jpn.J.Appl.Phys.. 40. 5373-5376 (2001)
• [Publications] W.Huang, T.Nishinaga, S.Naritsuka: "AlSb Compositional Nonuniformity Induced by Different Ga-Al Exchange Modes in the Melt Growth of AlxGa1-xSb"J.Appl.Phys.. 40. 4648-4651 (2001)
• [Publications] S.Naritsuka, Y.Mochizuki, Y.Motodohi, S.Ohya, N.Ikeda, Y.Sugimoto, K.Asakawa, W.D.Huang, T.Nishinaga: "Room-temperature pulsed oscillation of GaAs-based MQW laser on GaAs microchannel epitaxy(MCE) on Si"Extended abstracts of the 20th Electronic Materials Symposium, Nara. 37-40 (2002)
• [Publications] S.Naritsuka, Y.Mochizuki, Y.Motodohi, S.Ohya, N.Ikeda, Y.Sugimoto, K.Asakawa, W.D.Huang, K.Mitsuta, O.Kobayashi, T.Nishinaga: "Fabrication of laser array on microchannel epitaxy GaAs/Si toward the realization of opto-electronic integrated circuits(OEICs)"Dev.Res.Conf., Nortre Dame. (2001)
• [Publications] Y.Matsunaga, S.Naritsuka, T.Nishinaga: "A new way to achieve dislocation-free heteroepitaxial growth by molecular beam epitaxy : vertical microchannel epitaxy"The Fifth symposium on Atomic-Scale Surface and Interface Dynamics. 27-32 (2001)
• [Publications] 西永 頌(分担執筆、編集委員): "結晶成長学辞典"共立出版. 363 (2001)