2002 Fiscal Year Annual Research Report
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13026213
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神保 孝志 名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (80093087)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 靖彦 名古屋工業大学, 工学研究科, 助手 (50314084)
曽我 哲夫 名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (20197007)
江川 孝志 名古屋工業大学, 極微構造デバイス研究センター, 教授 (00232934)
梅野 正義 中部大学, 工学部, 教授 (90023077)
石川 博康 名古屋工業大学, 極微構造デバイス研究センター, 助手 (20303696)
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| Keywords | Si基板上GaAs / Si基板上GaN / 半導体レーザ / 有機金属気相成長 / ヘテロエピタキシ / ウエハ接着 / 欠陥不活性化 / 多層膜反射鏡 |
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| Research Abstract |
バンドギャップの異なる半導体を一体化し波長の異なる発光デバイスを集積した多波長発光デバイス開発を目的として異種材料一体化とその発光デバイスへの応用について研究した。Siを基板として選び,GaAs系及びGaN系発光デバイスをSi基板上に作製する研究を行った。これらの実現によりAlGaAs, InGaAs, InGaN, AlGaNなど種々のバンドギャップを持つ材料を用いたレーザがSi基板上に集積化できるようになることを目指した。
一体化の方法としてMOCVD法によるヘテロエピタキシャル成長と接着を用いた。異種基板上の結晶成長では,基板と成長層の熱膨張係数差などにより成長層の結晶品質が劣化し,発光デバイスの実現が困難になる。結晶成長技術の工夫および結晶成長後に水素プラズマ処理を行うことによる結晶欠陥の不活性化を研究した。
Si基板上のGaAs系レーザでは,転位密度低減のため基板をSiO_2薄膜で覆い,マスクに線状の窓を開け窓の部分から結晶成長を開始し,マスクの厚さまで成長した段階で成長条件を変えて横方向に成長させることによりマスク上に低転位密度結晶を得ることができ,この結晶で作製したレーザで200時間以上連続動作している。
活性領域に転位が無ければレーザ劣化は防げるとの考えでSi上にInGaAsドットの活性領域を持つレーザをつくり,このレーザは80時間の連続動作を達成している。また,レーザの集積化に適すると考えている短共振器面発光レーザをInGaAs/Siで試作したが,室温パルス発振に留まった。
GaN系材料では面発光レーザを目指し,多層膜反射鏡の研究を行った。サファイア基板上でGaN/AlN歪超格子を緩衝層として用いるとクラックの発生を抑制でき,り45周期のGaN/Al_<0.32>Ga_<0.68>Nで得られた反射率は99%であった。また,Si基板上のGaInN MQW構造の発光特性を詳細に検討した。
GaAs基板上に成長させたGaAsあるいはサファイア基板上に成長させたGaNはいずれもSeS_2を用いてSi基板2接着でき,GaAsの場合はAlAs層を挟んで成長させた後選択エッチングすることにより,GaNの場合はサファイア側からXeClレーザ光パルス照射することにより成長基板と分離させ,Si基板上に薄膜として残すことができたが,接着部の電気抵抗が高い。接着でデバイスを作製するために選択エッチングでエッチングされないInGaPの成長も試み,基本的なデータが得られた。
水素プラズマによるSi基板上GaAsの欠陥不活性化は,太陽電池に適用すると効率が向上したが,レーザに適用してもレーザ特性の改善は見られなかった。
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[Publications] N.Nakada, H.Ishikawa, T.Egawa, T.Jimbo, M.Umeno: "MOCVD growth of high reflective GaN/AlGaN distributed Bragg reflectors"Journal of Crystal Growth. Vol237-239. 961-967 (2002)
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[Publications] T.Egawa, T.Moku, H.Ishikawa, K.Ohtsuka, T.Jimbo: "Improved Characteristics of Blue and Green InGaN-Based Light-Emitting Diodes on Si Grown by metalorganic chemical vapor deposition"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.41No.6B. L663-L664 (2002)
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[Publications] T.Egawa, H.Ohmura, H.Ishikawa, T.Jimbo: "Demonstration of an InGaN-based light-emitting diode on an AlN/sapphire template by metalorganic chemical vapor deposition"Applied Physics Letters. Vol.81No.2. 292-294 (2002)
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[Publications] N.Nakada, H.Ishikawa, T.Egawa, T.Jimbo: "Suppression of Crack Generation in GaN/AlGaN Distributed Bragg Reflector on Sapphire by the Insertion of GaN/AlGaN Superlattice Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42No.2B. L144-L146 (2003)
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[Publications] 梅野正義, 神保孝志, 江川孝志: "Si基板上へのGaAs系およびGaN系結晶のヘテロエピタキシーとデバイス応用"応用物理. 第72巻,第3号. 273-283 (2003)
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[Publications] B.Zhang, T.Egawa, H.Ishikawa, Y.Liu, T.Jimbo: "High-Bright InGaN Multiple-Quantum-Well Blue Light-Emitting Diodes on Si(111) Using AlN/GaN Multilayers with a Thin AlN/AlGaN Buffer Layer"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.42,No.3A. L226-L228 (2003)
