2013 Fiscal Year Annual Research Report
Ｓｉチップにモノリシック搭載可能なIII－Ｖ－Ｎ／Ｓｉレーザ実現の基盤研究
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25286049
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
若原 昭浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00230912)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ヘテロエピタキシー / Si基板 / III-V-N混晶 / 組成揺らぎ |
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| Research Abstract |
本研究では、Si基板上光配線、Si系集積センサやMEMSなどへ、モノリシックに搭載可能な光源の実現を目指し、格子整合系Si/III-V-N/Si 無転位成長技術を基に、Si 上へのレーザ実現の基盤技術を開発する。H25年度は、III-V-N層中のN組成揺らぎおよび非発光中心の形成を抑制するため、成長表面を窒化・成長中断を設けることで、熱的に安定な窒素クラスタのみを埋め込み、従来の低温成長によるIII-V-N 成長の抱える課題の解決を目指した。
まず、安定したP2フラックス供給のためP2用のバルブドクラッカセルを導入し、従来のInPクラッキングによる成長との成長条件の整合など、基礎的な成長特性の把握を行った。これにより、長時間にわたり安定で且つ、GaPN/GaAsN界面での急速なAs/P切り替えを実現した。 活性層の成長に表面N化を適用した場合、低温での発光強度の増大と、成長後のアニール無しで、室温に於いても強い発光を得ることに成功した。表面窒化により成長を行ったGaAsNのバンド端発光の発光半値幅は、従来方法で成長したものが100meV程度と大きな不均一幅を示しているのに対し、40meV程度と大幅な改善が認められた。
以上により、表面窒化を用いてGaAsN活性層を実現するための目処を得ることができた。
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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
当初計画で導入した設備の導入し安定的に実験を進められるように成った事を受けて、GaAsN成長における窒化時間、中断時間、成長温度の変更によるN取り込み状態の変化について知見を集め、現象論的にはN組成を制御し、目標としているN組成３％を含む組成制御を精度良く実現出来るようになった。
開発した成長法により、発光特性の面内均一性が良好、一般的に室温は校を得るために要求される成長後アニールを行うことなく室温での発光を確認できるレベルまで結晶性を改善できている。窒素分布の揺らぎに関しても、室温における発光半値幅が40meVと従来方法に比べて1/2以下に低減できたことから、概ね順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の成果を受け、GaAsN量子井戸中の非発光輻射再結合中心濃度をPL発光スペクトルより推定した電子温度を元に推定しつつ、非発光再結合中心の低減を図る。GaPN/GaAsN歪量子井戸構造の界面急峻性について検討を行い、歪補償構造の導入により、多重量子井戸構造を実現する。
以上に加えて、当初計画に挙げた、Siに格子整合するAlGaPNクラッド層の設計作製について研究を進め、Si基板上へのGaAsN系レーザ発振を試みる。
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