窒化物半導体量子構造の結晶成長と青紫色面発光レーザへの応用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650037
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 西岡 政雄 東京大学, 生産技術研究所, 助手 (70218121)
• 研究分担者: 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
• キーワード: 青紫色面発光レーザ / InGaN / 窒化物半導体 / 縦型微小共振器 / 量子構造

研究概要

電流注入型の青紫色面発光レーザの実現に向けてエッチングやコンタクト形成を含むプロセス技術の開発を行い、縦型共振器を有するInGaN発光ダイオード(LED)構造を試作した。
本研究の主要な成果のひとつであるn型窒化物半導体ミラーは、導電性と高い反射率を兼ね備えている。素子の電気的特性は通常の青色LEDに比べ高抵抗であったが、n型窒化物半導体ミラー単体での縦方向伝導特性を測定した結果、その主な要因は電極-半導体界面にあると推定された。エッチングプロセス条件の最適化を含めた界面状態の制御が重要である。しかしながら、窒化物半導体ミラーを縦方向に貫いて電流を注入する素子は過去に例がなく、この結果は青紫色面発光レーザの可能性を強く示唆するものである。今後、半導体ミラーにおける抵抗率をさらに低減する工夫、具体的には多層構造への変調ドープなどの方法を確立すれば、素子の特性改善が期待される。
一方p型電極に関しては、酸素を含む窒素雰囲気中で熱処理したニッケル、金電極を用いているが、これはコンタクトの直列抵抗を下げるべく最適化の研究を行った成果である。透明導電材料である酸化インジウムスズ(ITO)を利用することで効率的に発光を取り出せると期待されるが、すでに通常のLED構造にてITOコンタクトの有効性を確認しており、今後面発光レーザ構造へ導入する予定である。
エレクトロルミネッセンス(EL)測定の結果、半導体ミラーの反射率スペクトルに由来する発光ピーク線幅の明瞭な狭隘化を確認した。p型電極構造の最適化と極めて高い反射率を有する誘電体多層膜ミラーの利用によって、電流注入型面発光レーザに結びつく高Q値の縦型微小共振器構造が作製可能であると期待される。

研究成果

• [文献書誌] Miyamura, M.: "Self-assembled growth of GaN quantum dots using low-pressure MOCVD"Phys. Status Solidi B (Germany). vol.228, no.1. 191-194 (2001)
• [文献書誌] Tachibana, K.: "Uniform array of GaN quantum dots in AlGaN matrix by selective MOCVD growth"Phys. Status Solidi B (Germany). vol.228, no.1. 187-190 (2001)
• [文献書誌] Tatebayashi, J.: "Growth area control of InAs quantum dots for photonic crystal-based optical devices by selective MOCVD"Proc. SPIE-Int. Soc. Opt. Eng. (USA). vol.4283. 420-427 (2001)
• [文献書誌] Someya, T.: "Misorientation-angle Dependence of GaN layers grown on a-plane sapphire substrates by metalorganic chemical vapor deposition"Appl. Phys. Lett. (USA). vol.79, no.13. 1992-1994 (2001)
• [文献書誌] Shimura, T.: "Excitonic resonant photorefranctive devices around 1.06μm"Opt. Mater. (Netherlands). Vol.18, No.1. 183-185 (2001)
• [文献書誌] Kageshima, H.: "InGaAs/GaAs photorefractive multiple quantum well device in quantum confined Stark geometry"Appl. Phys. B, Lasers Opt. (Germany). vol.B72, no.6. 685-689 (2001)