2021 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物系混晶半導体のサブギャップ領域における光物性解明とLD用低損失光共振器開発
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20K15182
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
今井 大地 名城大学, 理工学部, 准教授 (20739057)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 光吸収過程 / サブギャップ / 光熱偏向分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体レーザー(LD)の動作原理上その制御が重要でありながら不明な点の多い、窒化物系混晶半導体のサブギャップ領域における吸収係数解析手法の確立と、吸収係数の起源の解明に基づく低損失光共振器実現へ向けた基盤技術開拓に取り組んだ。具体的には、LDにおいて共振器損失源となる禁制帯内の電子状態(バンド端近傍の局在状態や深い準位)に着目し、混晶半導体薄膜における基礎吸収端以下のエネルギー領域（サブギャップ領域）の吸収係数導出、それに対するバンド端近傍およびギャップ内における各電子状態の寄与とそれを引き起こす要因の解明を目指した。
本研究ではデバイスグレードの窒化物系混晶半導体薄膜においてサブギャップ領域の吸収係数を解析するため、光熱偏向分光(PDS)法と分光エリプソメトリーを組み合わせる方法を提案した。令和2年までにPDS測定系の構築、分光エリプソメトリーによる光学定数解析、これらを組み合わせることでサファイア基板上GaN単層膜におけるサブギャップ領域の吸収係数の見積もりを完了した。令和3年度はGaN上に成膜された厚さ100-300 nmのAlInN混晶薄膜においてPDSおよび分光エリプソメトリーによる光吸収過程解析を行った。これにより、厚さ300nmのAlInN混晶において光吸収係数にして102cm-1台後半の光吸収過程の観測を達成した。更に薄膜化した100nmの試料のサブギャップ吸収係数は少なくとも102cm-1台前半よりも小さいことを実験的に明らかにした。またPDSスペクトルと分光エリプソメトリーから得た光吸収スペクトル、更には発光スペクトルから、サブギャップ領域における光吸収を引き起こす主要因が非発光性の深い準位を形成する欠陥である可能性が示唆された。今後は吸収係数の定量性についての精度向上、更に小さな光吸収を観測するための測定手法開拓へ展開する予定である。
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