2016 Fiscal Year Annual Research Report
Formation of light, carrier and current confinement structure by quantum well intermixing and its application to VCSEL
| Project/Area Number |
15H03574
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
宮本 智之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (70282861)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，キャリア・光・電流閉じ込めという光デバイス基盤構造の形成に向けて，化合物半導体のヘテロ界面混晶化原理を応用した構造製作技術の実現と，その面発光レーザ応用を目的としている．
2年目となる本年度は，初年度の検討結果を基に，デバイス製作応用に向けた混晶化の条件と物性の詳細な解明，および，その制御性の確認を進めた．
結果として，まず，キャリア閉じ込め応用の混晶化は，初年度に基礎的試作した混晶化適用面発光レーザにおいて，混晶化のための水素イオン注入が，多層膜反射鏡の厚さのため目的位置の活性層まで十分なイオン量が注入できていなかったことに対応した．具体的には，多層膜反射鏡の再設計による薄膜化とイオン注入条件の再設定を行い，デバイスを製作した．SIMS測定より活性層まで十分量のイオンが注入できていることを確認し，デバイスのレーザ発振確認を行うとともに，大きな劣化なく通常デバイスと同程度の動作特性が得られることを確認した．一方で，通常デバイスより性能向上を目的としたが，その達成に至らなかった．これは，イオン注入ダメージが混晶化時の熱処理でキャリア閉じ込め構造と同時に達成できると期待した結晶回復が十分でない可能性を指摘した．また，混晶化が酸化狭窄構造形成に与える影響の基礎検討を行い，実質上問題ないことを確認した．
次に，混晶化による屈折率制御は，初年度の理論解析を発展させ，多様な構造のの屈折率変化を数値解析し，その混晶化条件に対する屈折率変化特性を解明するとともに，通常と異なり屈折率が正に変化する構造を見出した．
イオン注入によるトンネル接合破壊については，初年度製作したデバイス特性の分析から，電気抵抗の大きな増加が課題と考え，本年度は，トンネル接合の電気抵抗低減の可能性を調査し，複数の異なる材料を用いるトンネル接合構造の設計を行った．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度においてヘテロ界面混晶化の詳細条件検討のみでなく，デバイスへの適用を先行した．このため，特にキャリア閉じ込めのための混晶化は，2年目においてデバイス構造の最適化の検討を行うことができたことから，概ね順調といえる．ただし，当初想定よりも，イオン注入により劣化した半導体を混晶化熱処理が回復する効果が不十分であることから，デバイス特性の改善に至っていない．このため，当初計画以上とは言えず，最終年度となる3年目に，当初の想定に沿って結晶特性改善を含めた特性向上を検討する．なお，混晶化が面発光レーザ特有のプロセスである選択酸化狭窄構造形成に影響を与える可能性を考え，その基礎検討を進めた結果，実質上影響がなく，混晶化デバイスの製作が可能なことを確認しており，これもおおむね順調に進展の根拠と考えている．
混晶化による屈折率制御は，数値解析による特性評価はおおむね完了し，当初予定に沿っている．3年目にこれを実際のデバイスに適用することになる．ただし，そのデバイスへの導入の1つの構造は，キャリア閉じ込め構造としてすでに適用されているため，デバイス適用は一部進めていることになる．今後，その評価を行う．
トンネル接合については，やはり初年度に基礎的デバイスの動作確認を行っており，計画以上といえる．一方で，トンネル接合自身の電気抵抗の改善が容易でないことが分かり，2年目はその改善方策の検討のみとなった．このため，2年目終了時は概ね予定通りの進捗状況といえる．
以上をもとに，おおむね順調に進展したと判断している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究は，3年目に実デバイスにおける混晶化の効果を評価することが目的である．すでに，混晶化の現象そのものとその特性評価を概ね実施し，デバイスへの適用も基礎的に実施に至っている．
このため，最終年度には，デバイス適用を行いながら，デバイス特性改善に向けた条件検討と，課題の抽出を行うことで，当初計画に沿った取り組みができると考えている．
詳細な状況確認及び推進方策として，当初目的に対し，第1段階のプロトン注入を用いた混晶化における各機能の物性・特性の評価および特性制御範囲の解明はおおむね完了し，第2段階目的となる，デバイス構造形成への適用とデバイスへの複数機能同時導入は一部推進中である．第3段階目的の実際の面発光レーザ製作による『特性改善』を今後推進する．これらをとおして，提案手法の有効性を示す．
|
