2015 Fiscal Year Annual Research Report
混晶化による光・キャリア・電流閉じ込め基盤構造形成とその微小化面発光レーザ応用
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15H03574
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮本 智之 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (70282861)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 半導体レーザ / 面発光レーザ / 光閉じ込め / 電流閉じ込め / キャリア閉じ込め / 量子井戸混晶化 / プロトン注入 / トンネル接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，光・キャリア・電流閉じ込めの光デバイス基盤構造について，ヘテロ界面混晶化を応用した製作技術の実現と，その面発光レーザ応用を目的としている．
初年度は，混晶化の条件把握と物性・特性の評価を進めた．混晶化手法は，数μｍの深い位置への適用のためにプロトン注入を用いた．具体的な検討内容として，イオン（プロトン）注入条件による混晶化特性への影響と，イオン注入後の加熱処理条件の影響を調査した．
評価内容は，まず，キャリア閉じ込め応用のために，混晶化によるバンドギャップの変化のイオン注入量依存性をフォトルミネッセンス（PL）波長変化から評価するとともに，PL強度変化から結晶品質への影響を評価した．結果として，30meV程度までのバンドギャップ変化が可能なことを明らかにした．また，PL強度は混晶化前の結晶の70-80%が得られ，デバイス応用可能と判断した．光閉じ込め応用に必要な屈折率変化は，混晶化によるバンドギャップ変化の実験結果を物理モデルに適用し，1%の大きな屈折率変化の可能性を理論的に明らかにした．一方，電流閉じ込めのためのイオン注入のトンネル接合応用では，イオン注入のみで絶縁化（トンネル接合破壊）可能なことを把握した．ただし，当初想定したイオン注入後の熱処理による混晶化では絶縁化できなかった．
以上の混晶化特性の概要把握をもとに，当初予定に先行してデバイスへの混晶化手法の影響評価を進めた．まず，キャリア閉じ込め構造面発光レーザを製作し，混晶化の製作手法が，デバイス特性を劣化させないことを確認した．また，理論的解析から30meV程度のキャリア閉じ込めエネルギーでも有意なデバイス特性向上となることを示した．一方，イオン注入によるトンネル接合破壊を適用した電流閉じ込め面発光レーザを製作し，電流閉じ込めとデバイスの初期的動作を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度には，詳細なイオン（プロトン）注入ヘテロ界面混晶化の条件検討を予定していたが，サンプルの構造設計に時間がかかり，また，実験装置の利用可能条件の制限のため，想定していた多数の条件の評価に至らなかった．ただし，検討した条件範囲の評価から，混晶化特性の概要を把握し，また，その条件範囲におけるデバイス化への影響検討を進めた．
このように，進捗については，予定より進まなかった部分と，予定より先行して進めた部分があり，総合的には概ね予定に沿って進捗できたと考えている．
予定より進まなかった内容は，バンドギャップの変化量を拡大化するための条件検討が不十分であったこと，また，PL強度をより回復させる条件の検討が不十分であった．これらは，2年目以降に検討を進める予定である．
一方，予定より先行して進めた部分は，実際のデバイスへの混晶化の適用を行い，課題抽出を進めた．このデバイス適用時の影響評価は，混晶化プロセス自身が他のデバイス製作プロセスや，デバイス構造，デバイス特性に与える影響として検討が必要な重要な研究課題であり，他の製作プロセスとの整合性や適用可能なデバイス構造，また，結晶性変化の影響に基づくデバイス特性への影響について，具体的な評価を進めることができた．この結果をもとに今後のデバイス検討を迅速に進めることができると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の当初の検討予定範囲である混晶化の条件検討について，十分な検討が行えていない，このため，今後の研究推進方策として，混晶化の制御範囲の拡大と精密制御のための詳細な検討を進める予定である．
一方，2年目以降に検討を予定していたデバイス化の検討を，初年度に一部先行して実施したため，その結果をもとに，デバイス特性の改善に必要な製作プロセスおよびデバイス構造の検討を進める．特に初年度の検討において見出した課題である，装置の条件設定の制限から通常のデバイス構造では混晶化制御に課題が生じること，面内横方向の混晶化特性の詳細評価が必要なこと，トンネル接合におけるプロトン注入のみによる機能破壊が可能なことが明らかとなったことから，デバイス構造設計と実験条件範囲の検討を進める．
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Research Products
(6 results)
