窒化物半導体による紫外光(UV)レーザへの発展

• 研究課題/領域番号: 14655008
• 研究種目: 萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芳井 熊安 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029152)
• 研究分担者: 安武 潔 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80166503) ; 垣内 弘章 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10233660) ; 大参 宏昌 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00335382)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2004年度: 200千円 (直接経費: 200千円); 2003年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2002年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: 窒化物半導体 / AlN / レーザ / 紫外光 / PA-MBE / エピタキシャル成長 / Al_xGa_<1-x>N

研究概要

本研究はラジカルソースMBE(Molecular Beam Epitaxy)装置を用い、III-V族窒化物半導体であるAlN単結晶薄膜をSi(111)基板上にエピタキシャル成長させ、紫外光半導体レーザをはじめ、紫外光発光・受光素子、への発展を目指す。
●AlN薄膜の成長条件の最適化により、Si(111)基板上へのエピタキシャル成長を実現し、CL(Cathdoluminescence)測定による光学特性では、結晶欠陥に起因する380nm付近の発光(Violet band)も示すが、室温にてAlNのバンド端からの発光214nm発光を確認した。
●発光素子として必要な活性層としてAl_xGa_<1-x>Nを作成し、Ga含有率の比率に対応した発光が得られ、特にAlが約90%・Gaが約10%と高濃度Al時に233nmのバンド端発光が得られた。Ga混合比を増すと380nm付近の発光(Violet band)が弱まりバンド端発光が優先的し高輝度発光することが確認され、250nm〜300nmまでの任意の波長の発光が実現できた。
●デバイス化に必要なAlN層のPN制御の試み、N型P型とも現在GaNに用いられているSiおよびMgを用い、ともにその効果は認められた。