新機能光デバイスのための化合物半導体の物性制御の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04204003
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 吉川 明彦 千葉大学, 工学部, 教授 (20016603)
• 研究分担者: 荒井 滋久 東京工業大学, 工学部, 助教授 (30151137) ; 小林 洋志 鳥取大学, 工学部, 教授 (40029450) ; 吉田 博 東北大学, 理学部, 助手 (30133929)
• キーワード: プレーナドーピング / 表面光干渉法 / 物質設計 / 電子励起 / ホットウォール成長法 / (SrS / ZnS)多層薄膜 / 量子細線レーザ / 半導体光スイッチ

研究概要

本研究では、新しい光デバイスのための化合物半導体の物性制御を実現することを目的として、4名の研究者が関連する点について連絡を取りながら検討を進め、以下のような研究成果を得た。
(1)MBE法において、アンドープZnSe層の成長と窒素プラズマ照射を交互に繰り返すことでプレーナドーピングを実現し、Zn終端面への選択的ドーピングによるアクセプタ濃度が増大することを明らかにした。MOVPE法におけるその場観察法として表面光干渉法(Surface Photo-Interference:SPI)を開発し、ジメチル亜鉛とセレン化水素の交互供給によるZnSe成長過程のSPI観察を行なって、その有用性を示した。(吉川)
(2)ZnSe中のアクセプタを事例とした物質設計を行ない、光による電子励起や電子線照射による電子過多条件下において、熱平衡状態では準安定であるような系を実現した。準安定状態から基底状態への移行プロセスをシミュレーションによって解明・制御することで準安定状態でのドーピングが可能となることが示された。(吉田)
(3)ホットウォール成長法により(SrS/ZnS)多層薄膜を作製した。成長槽外部からZnS,SrSホットウォール内に硫黄を供給し、基板付近の硫黄蒸気圧を制御することで、ZnS,SrSを1A/sec程度の成長速度で再現性よく成長することが可能となった。一層当たりの厚さ20nm、全51層の(SrS/ZnS)_<51>多層薄膜を製作し、界面拡散や格子欠陥の少ない良質なものが得られた。(小林)
(4)電子線直接描画による湿式エッチングとMOVPE法を用い、InP基板上の格子整合系及び圧縮歪みGaInAs/InP多重量子細線構造レーザを試作し、室温連続発振動作を得ることに世界で初めて成功した。多重量子井戸構造の量子閉じ込めシュタルク効果を用いた2種類の空間光スイッチを考察・試作し、2V以下の低電圧動作を達成した。(荒井)

研究成果

• [文献書誌] S.Matsumoto: "New Surface passivation method for GaAs and its effect on the initial growth stage of a heteroepitaxial ZnSe layer" Applied Surface Science. 60/61. 247-280 (1992)
• [文献書誌] A.Yoshikawa: "Study of Photocatalytic Growth-Rate Enhancement in MOMBE of GaAs on ZnSe by surface absorption" Thin Solid Films. (1992)
• [文献書誌] A.Yoshikawa: "Ar ion laser-assisted metalorganec vapor phase epitaxy of ZnSe" Physca B. (1992)
• [文献書誌] S.Matsumoto: "Nitrogen Doping of ZnSe and ZnCdSe with the Assistance of Thermal Energy and Photon Energy" Jpn.J.Appl.Phys.32. 731-735 (1993)
• [文献書誌] S.Matsumoto: "Planar-Doping of Molecular Beam Epitaxy Grown ZnSe with Plasme-Excited Nitrogen" Jpn.J.Appl.Phys.32. L229-L232 (1993)
• [文献書誌] 井口 明義: "SPA法によるZnSe上のGaAs光MOMBE成長初期過程のその場観察" 電気学会論文誌C. 112. 101-106 (1992)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Theory of the Self-compensation in p-type ZnSe" J.Crystal Growth. 119. 625 (1992)
• [文献書誌] T.Sasaki: "First-principle Theories on Self-compensation in II-VI Semiconductors" OPTOELECTRONICS-Device and Technologies-. 7. 11 (1992)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Theoretical Approach to p-type Doping" 11th Symposium on Alloy Semiconductor Physics and Electronics. 119 (1992)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Computational Physics and Materials Design" Proceedings of International Symposium on Intelligent Design and Synthesis of Electronic Material Systems,Edited by S.Gonda. 37 (1992)
• [文献書誌] H.Katayama-Yoshida: "Electronic Structure of Spontaneous Superlattice Structure in Compound Semiconductors" Oyobutsuri(in Japanese). 61. 809 (1992)
• [文献書誌] C.Kaneta: "Atomic Configuration,Stabilizing Mechanisms,and Impurity Vibrations of Carbon-oxygen Complexes in Crystalline Silicon" Phys.Rev.B46. 13179 (1992)
• [文献書誌] S.Tanaka: "Excitation Mechanism of Tm^<3+> Centers in ZnS Electroluminescent Thin-Films" J.Crystal Growth. 117. 997-1001 (1992)
• [文献書誌] K.Ohmi: "Electroluminescent Devices with(Y_2O_2S:Tb/ZnS)_n Multilayered Phosphor Thin Films Prepared by Multisource Deposition" Jpn.J.Appl.Phys.31(9B). L1366-L1396 (1992)
• [文献書誌] S.Tanaka: "Blue Emitting Electroluminescent Device(ZnS:Tm^<3+>/SrS)_n Multilayered Phosphor Thin-Films" Proc.6th Int.Workshop on Electroluminescence. 193-198 (1992)
• [文献書誌] K.Ohmi: "(Y_2O_2S:Tb/ZnS)_n Multi-layered Thin Film Electroluminescent Devices Prepared by Multi-source Deposition" Proc.6th Int.Workshop on Electroluminescence. 179-186 (1992)
• [文献書誌] K.Ohmi: "White Light Emitting Electroluminescent Device with(SrS:Ce/ZnS:Mn)_n Multilayered Thin Films" Proc.12th Int.Display Research Conf.725-728 (1992)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Color Electroluminescent Phosphor Films-Multilayer Structures and Quantum Well Structures-" Proc.6th Int.Workshop on Electroluminescence. 179-186 (1992)
• [文献書誌] H.Kobayashi: "Recent Progress and Problems in High Field Electroluminescence of Inorganic Materials" Proc.IS&SPIE 1993 Int.Symp.Electric Imaging:Sience and Technology. (1993)
• [文献書誌] 田中 省作: "エレクトロルミネッセンス・ディスプレイ(ELD)発光材料" 材料科学. 29. 79-85 (1992)
• [文献書誌] K.Kudo: "Rppm temperature CW operation of Ga_<0.3>In_<0.7>As/GaInAsP/ImP strained MQW laser with wire active region" IEEE Photon.Technol.Lett.4. 1089-1092 (1992)
• [文献書誌] Y.Miyake: "Threshold current reduction of GaInAs/GaInAsP/InP SCH quantum-well laser with wire-like active region by using p-type substrate" IEEE Photon.Technol.Lett.4. 964-966 (1992)
• [文献書誌] K.Komori: "Fabrication of GaInAs/InP quantum wires by organometallic-vapor-phase-epitaxial(OMVPE)selective growth on grooved side walls of ultrafine multi-layers" Jpn.J.Appl.Phys.31. L535-L538 (1992)
• [文献書誌] S.Baba: "A novel integrated-twin-guide(ITG) optical switch with a built-in TIR region" IEEE Photon.Technol.Lett.4. 486-488 (1992)
• [文献書誌] K.Shimomura: "2V drive-voltage switching operation in 1.55μm GaInAs/InP MQW intersectional waveguide optical switch" Electron.Lett.28. 955-956 (1992)
• [文献書誌] K.Shimomura: "Low drive voltage inter-sectional waveguide optical switch using GaInAs/InP MQW structure" IEEE Photon.Technol.Lett.4. 360-362 (1992)
• [文献書誌] K.Shimomura: "Operational wavelength range of GaInAs(P)/InP optical switches using field-induced electro-optic effect in low-dimensional quantum-well structure" IEEE J.Quantum Electron.28. 471-478 (1992)
• [文献書誌] Y.Suematsu: "Advanced semiconductor lasers" Proc.of IEEE. 80. 383-397 (1992)