半導体量子井戸と長波長赤外線レーザの研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12650309
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 石田 明広 静岡大学, 工学部, 助教授 (70183738)
• 研究分担者: 井上 翼 静岡大学, 工学部, 助手 (90324334) ; 藤安 洋 静岡大学, 工学部, 教授 (60022232)
• キーワード: 窒化物半導体 / 量子井戸 / 中赤外線レーザ / IV-VI族半導体 / 量子カスケード / 超格子 / A1N / PbSnTe

研究概要

サブバンド間遷移赤外線デバイス用A1N/GaN系量子井戸及び量子カスケード構造の作製とPbSnCaTe系薄膜を用いたバンド間遷移量子井戸レーザの作製に関する研究を行なってきた。
A1N/GaN系量子井戸に関しては、10原子層前後のGaNに周期的に1原子層のA1Nを挟んだ(A1N)_1/(GaN)_n短周期超格子を作製し、その構造をX線回折とフォトルミネッセンスにより評価した。(Physica E 印刷中)この超格子は、薄いA1N障壁層により伝導帯第1サブバンドに大きな広がりをもち、第2サブバンドへ効率よく電子を注入できれば、第2-第1サブバンド間で比較的容易に反転分布状態が得られるものと考えられる。GaN系薄膜に現れる大きなピエゾ効果は、発光デバイスの発光効率を下げたり、デバイス設計を難しくするなどの、悪影響を及ぼすが、逆にこのピエゾ効果を利用して第1サブバンド電子を第2サブバンドに注入する[(A1N)_1/(GaN)_<n1>]_m/(A1N)_<n2>量子カスケード構造を提案した(JJAP 41,L.236(2002))。さらに、ホットウォールエピタキシー法を用いてこの構造を作製し、X線回折((0002)面2θ-ω及び(10-14)面マッピング)測定により評価し、制御性良く量子カスケード構造が作製できていることを確認した。(第26回半導体物理国際会議及び窒化物半導体国際ワークショップへ投稿中)
PbSnCaTe/PbSnTe量子井戸中赤外線レーザに関しては、PbSnCaTe薄膜及び量子井戸の作製と評価(JJAP印刷中)、PbSnCaTe薄膜と格子整合するPbSnTeおよびPbTeSe基板結晶の作製とレーザストライプ構造、埋め込み構造の作製に関する検討を行ってきた。

研究成果

• [文献書誌] A.Ishida, T.Ose, H.Nagasawa, K.Ishino, Y.Inoue, H.Fujiyasu: "Quantum-Cascade Structure in A1N/GaN System Assisted by Piezo-Electric Effect"Jpn.J.Appl.Phys.Part2,. 41・3A. 236-238 (2002)
• [文献書誌] A.Ishida, M.Kitano, T.Ose, H.Nagasawa, K.Ishino, Y.Inoue, H.Fujiyasu, H.Kan, H.Makino, T.Yao: "A1N/GaN Short-Period Superlattices with Monolayer A1N for Optical-Device Applications"Physica E. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] A.Ishida, T.Ohashi, S.Wang, T.Tsuchiya, K.Ishino, Y.Inoue, H.Kan, H.Fujiyasu: "PbSnCaTe films and PbSnCaTe/PbSnTe superlattices prepared by molecular-beam epitaxy"Jpn.J.Appl.Phys.Part1. (印刷中).