青-紫外光化合物半導体レーザーの寿命劣化機構解明に関する研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650011
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 安東 孝止 鳥取大学, 工学部, 教授 (60263480)
• 研究分担者: 阿部 友紀 鳥取大学, 工学部, 助手 (20294340) ; 松浦 興一 鳥取大学, 工学部, 助教授 (70029122)
• キーワード: II-VI族半導体レーザー / 青紫外域半導体レーザー / 素子劣化機構 / 欠陥増殖 / 電子-正孔再結合促進反応 / 深い欠陥準位

研究概要

平成10年度研究概要
本年度は、ZnSe系II-VI系青緑色半導体レーザー(LD)の動作寿命の要因を把握するためレーザー素子の活性層及び上部(p型)クラッド層でのミクロ欠陥準位と通電による欠陥の増殖性を検討した:
[LD素子構造]光活性層:ZnCdSe量子井戸、クラッド層:ZnMgSSe,基板:GaAs(100).
1 マクロ欠陥(転位)濃度と寿命の関連:
活性層を貫通する転位(及び積層欠陥)濃度の総和が10^6/cm^2以上では室温連続条件
での素子寿命を50時間以上持続出来ない(転位・積層欠陥の直接増殖による)
*マクロ欠陥濃度が10^5/cm^2以下になるとLD素子寿命は室温動作で100時間以上に改善される。この条件での劣化要因はマクロ欠陥の増殖ではなくミクロ欠陥準位(本研究の中心課題)の増殖が重要な要因となる。
2 ミクロ欠陥準位の増殖の検出:
活性層(ZnCdSe)直上部のクラッド層(p型ZnMgSSe層)の欠陥準位をDLTS法(過渡容量分光)でトレースし以下の欠陥準位の増殖に関する知見が判明した:
○3種類の異なる欠陥準位(HM1,HM2,HM3準位)が通電動作により増殖する。
○この中で、特にHMl準位は100時間通電後では初期濃度より2桁以上の増加を示し、素子特性劣化(発振電流)に強く関連することが判明(現在も劣化寿命試験の継続中)。
○HM2,HM1準位は初期通電(50時間)で増殖しその後飽和する。この欠陥は素子動作の不安定性に寄与するが寿命には直接関連しないと考えられる。
**超格子電極の熱及び通電による劣化が新たに判明し、今後ミクロ欠陥準位の増殖と並行して検討していく必要が出てきた**

研究成果

• [文献書誌] K.Ando, T.Yamaguchi,et al.: "Deepdetect center characteristics of wide-band gap II-VI and III-V blue laser materials" Proceedings of the SPIE Conf.on physics and Simulation of Optoelectronic Device,San Jose,CA,Jan.1998. 3283. 60-68 (1998)
• [文献書誌] 山口勉, 安東孝止、他: "II-VI族ワイドバンドギャップ化合物半導体結晶の微視的欠陥と少数キャリア拡散長" 電子情報通信学会論文誌C-II. J81-C-II. 33-41 (1998)
• [文献書誌] K.Yoshino, K.Ando,et al.: "Nonradiative Carrier Recombination in p-type ZnSe Films Grown by Molecular-Beam-Epitaxy." Phys.stat.sol.(b). (b)210. 491-495 (1998)
• [文献書誌] T.Abe, K.Ando et al.: "Temperature dependent residual strain in ZnSe epilayevs grown on GaAs" Proceeding of 2nd Int.Symp.on Blue-Laser and Light Emieting Diodes,Chiba,Japan,Sept,29-0ct2.582-585 (1998)
• [文献書誌] K.Yoshino, K.Ando et al.: "Nonradiative Electron-Hole Recom bination in p-and n-type ZnSe Epitaxial Layers Examined by Piezoelectric Photoacoustic Speaicswpy." Proceedings of 2nd Int.Symp.on Blue-Laser and Light Emitting Diodes,Chibo,Japan,Sept.29-Oct.2,1998. 592-599 (1998)