Si基板上のInP横方向成長と長波長レーザーダイオードの試作

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07555107
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西永 頌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10023128)
• 研究分担者: 太刀川 正美 日本電信電話会社, 光エレクトロニクス研究所・光素子研究部, 主任研究員 ; 森 英史 日本電信電話会社, 光エレクトロニクス研究所・光素子研究部, グループリーダー(研 ; 成塚 重弥 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (80282680) ; 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636)
• キーワード: 液相エピタキシャル法(LPE) / レーザーダイオード / ELO比 / 横方向成長法(ELO) / 燐化インジウム(InP) / 有限要素法 / 無転位領域 / 空間分解フォトルミネッセンス法

研究概要

今年度はSi上にマイクロチャネルエピタキシ法(Microchannel Epitaxy,MCE)により成長させたInPおよびGaAsの最適成長条件を求めるとともに、マイクロチャネル上でエピタキシ-法に成長させたInPの無転位部分の上にはファブリーペロ-形共振器を持つInP/GaAsP系ダブルヘテロ構造レーザー(FPDHL)、同様にMCE法により成長させたGaAs無転位領域の上には面発光型レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)の試作を行った。InP/Si構造上にFPDHLを作製するためには無転位領域の広いInP MCE層を成長させる必要が有る。このため成長条件の最適化を行った。成長を支配している最も重要なパラメータはMCEにおける界面過飽和度である。これを成長結晶表面にあらわれるスパイラルステップの間隔から求めた。MCEでは通常、1つのらせん転位からステップが供給され、このステップがMCE島全体のステップを供給する。このステップの高さと間隔をAFMにより測定すればCabrera-Levineの式を用いて界面過飽和度が与えられる。本年度はこの原理により、成長温度を変えたときの界面飽和度の変化および、それにともなってMCEのたて方向と横方向成長速度がどのように変わるかを調べた。成長温度を高温から低温に下げて行くと、界面過飽和度は次第に減少し次いで増加する。高温で界面過飽和度が大きくなるのはIn中へのPの溶解度が増加するため成長界面へのPの供給が増加するためであり、温度を下げると最小値を経て再び界面過飽和度が増大するのは、低温では成長方向成長長さ(W)とたて方向成長厚さ(T)の比W/T比を調べた所、今回の実験範囲では界面過飽和度が下がれば下がるほどW/T比が大きくなることがわかった。
このようなInP/Si上にレーザーを作製する場合、InP内のひずみが問題になる。もし、ひずみが存在するとレーザー発振中転位をはじめとする欠陥が形成され寿命を短くし特性を劣化させる。そこで、有限要素法を用いてSi上のInP中に発生する歪を計算した。それによるとMCE構造を採用することにより、歪は著しく低下することがわかり、MCEは欠陥の低減のみでなく歪の低減にも大きく役立つことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] S.Naritsuka, Y.S.Chang, K.Tachibana and T.Nishinaga: "Virtical Cavity Surface Emitting Laser Fabricated on GaAs laterally Grown on Si Substral" Proc.27th State-of the Art Program on compound semiconductors (SOTAPOCSXXVII). 86-90 (1997)
• [文献書誌] Z.Yan, S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Interface Supersaturation in Epitaxial Lateral Overgrowth of InP" Proc.27th State-of the Art Program on compound semiconductors (SOTAPOCSXXVII). 161-165 (1997)
• [文献書誌] Y.Matsunaga, K.Toyoda, S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Microchannel Epitaxy of GaAs on Si (001) Substrates Using SiO2 Shadow Masks" Proc.27th State-of the Art Program on compound semiconductors (SOTAPOCSXXVII). 184-188 (1997)
• [文献書誌] Y.S.Chang, S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Epitaxial Lateral Overgrowth of Wide Dislocation-Free GaAs on Si Substrates" Proc.27th State-of the Art Program on compound semiconductors (SOTAPOCSXXVII). 196-200 (1997)
• [文献書誌] S.Naritsuka and T.Nishinaga: "Spitially resolved photoluminescence of laterally overgrown InP on InP-coated Si substrate" J.Crystal Growth. 174. 622-629 (1997)
• [文献書誌] Y.matsunaga, S.naritsuka, T.Nishinaga: "Crystallization process of amprphous GaAs buffer layers for the heteroepitaxial growth of GaAs in Si (001) substrates" J.Crystal Growth,. 173. A635-640 (1997)
• [文献書誌] Y.S.Chang, S.Nariatsuka, T.Nishinaga: "Effect of growth temperature on epitaxial lateral overgrowth of GaAs on Si substrate" J.Crystal Growth,. 174. 630-634 (1997)