高指数面基板上の副格子交換エピタキシーによる半導体多層膜結合共振器の研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K13956
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 北田 貴弘 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (90283738)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井須 俊郎 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (00379546) [Withdrawn] ; 熊谷 直人 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 講師 (40732152) ; 盧 翔孟 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (80708800)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 電子・電気材料 / 薄膜・量子構造 / 半導体非線形光学材料 / 微小光共振器 / テラヘルツ波発生

Outline of Annual Research Achievements

高指数面GaAs基板上で副格子の配列を交換してエピタキシャル成長を行うことを目的に、現有の固体ソース分子線エピタキシー成長装置にIV族元素のソース材料としてGeを導入した。当初の予定では、高純度Ge材料をインストール後にGaAs/Ge/GaAsヘテロ構造で副格子交換が行われるGe層厚やエピタキシャル成長条件を見出す予定であったが、結晶成長装置に多数の不具合が発生し、今年度はGaAs/Ge/GaAsが結晶成長可能な装置状態を達成するのがやっとであった。ウエハボンディングを使って作製したGaAs/AlGaAs結合共振器構造の発光特性から、結合共振器構造へGeを導入する際には２つの共振器モードの電場がともに節となる位置に導入することで、テラヘルツ波発生により適した薄膜構造になることを見出した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

副格子交換エピタキシーを実現するためのIV族材料としてGeを新たに導入して現有の固体ソース分子線エピタキシー成長装置の立ち上げを実施した際に多数の不具合に見舞われた。AlAs材料を成長する際に用いるAl用蒸発源セルの破損、成長室とイオンポンプをつなぐゲートバルブの開閉異常、超高真空をつくり出すのに用いるベーキングヒーターユニットの漏電等である。このような多数の不具合への対応に追われたため、当初予定していた高指数面GaAs基板上GaAs/Ge/GaAs構造の結晶成長を行うことができず、最適条件を見出すという当初の研究目標を達成することができなかった。

Strategy for Future Research Activity

平成28年度前半では、高指数(112)B及び(113)B GaAs基板上のGaAs/Ge/GaAsで副格子の配列交換を実現するためのGe層厚、成長温度、As4分子線照射量等の条件を見出すとともに、原子間力顕微鏡による表面形状観察、X線回折による結晶構造評価、フォトルミネッセンスによる光学評価等を行うことで副格子交換エピタキシーにより形成した薄膜の結晶品質を明らかにする。後半では、高指数GaAs基板上の副格子交換エピタキシー技術を使って分極反転型のGaAs/AlAs結合共振器薄膜を作製し、構築済みの時間領域テラヘルツ分光システムによりテラヘルツ波発生特性を評価する。実験結果とシミュレーション結果を比較し、本手法が結合共振器薄膜の形成技術として有用であるかどうかを検証する。