InP基板上Be系II-VI族半導体新材料の開発とフルカラーデバイスへの応用

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750300
• 研究機関: 上智大学
• 研究代表者: 野村 一郎 上智大学, 理工学部, 助手 (00266074)
• キーワード: II-VI族半導体 / InP基板 / レーザ発振 / 発光ダイオード / 可視光デバイス / BeZnTe / BeZnCdSe / 分子線エピタキシー

研究概要

分子線エピタキシー(MBE)法を用いてInP基板上のBe系新材料の開発を行い、これを応用することで、この材料系で世界初の560nm帯黄緑色レーザ発振に成功した。以下に具体的な内容を述べる。
1. BeZnTe単層膜及びZnCdSe/BeZnTe超格子を作製し評価した。BeZnTeでは3eV以上の広い直接遷移ギャップが確認され、10^<18>cm^<-3>以上の高p型ドーピングが得られた。また、超格子の15Kにおけるフォトルミネッセンス(PL)測定において、ピーク波長が740nmから507nmの良好な発光が得られた。
2. BeZnCdSe及びMgSe/BeZnCdSe超格子の成長及び評価を行った。15KでのPL測定より、572nmから470nmの波長域において良好な発光特性が得られた。
3. BeZnTe、ZnCdSe/BeZnTe超格子、MgSe/BeZnTe超格子の屈折率を測定し、これら材料を用いたレーザ構造の導波路解析に応用した。その結果、レーザ発振に必要な充分な光閉じ込め効果があることが示された。
4.これまで開発してきた材料を用いてレーザダイオード(LD)及び発光ダイオード(LED)を試作した。LDの構造は活性層をZnCdSe、pクラッド層をMgSe/BeZnTe : N超格子、nクラッド層をMgSe/ZnCdSe : Cl超格子とした。LDを77Kにおけるパルス電流駆動により評価したところ、560nm帯の黄緑色レーザ発振が得られた。またLEDでは、ピーク波長が554nmから644nmの黄緑色から赤色の発光が得られた。さらに、寿命試験により2000時間以上の連続動作が確認され、高い信頼性が示された。
5. InP基板上ZnCdSeの高品質化のための新たな手法として、BeZnTeバッファーの導入を行った。これにより10^3cm^<-2>台までの欠陥密度の低減が達成された。

研究成果

• [文献書誌] Song-Bek Che: "Wide bandgap over 3eV and high p-doping BeZnTe grown on InP substrates by molecular beam epitaxy"Journal of Crystal Growth. 214/215巻. 321-324 (2000)
• [文献書誌] Tomoyuki Takada: "Novel II-VI light emitting diodes fabricated on InP substrates applying wide-gap and high p-dopable BeZnTe for p-cladding layers"Physica Status Solidi (a). 180巻. 37-43 (2000)
• [文献書誌] Masatoshi Takizawa: "MBE growth of BeZnCdSe quaternaries, MgSe/BeZnCdSe superlattice and quantum well structures on InP substrates"Journal of Crystal Growth. 227/228巻. 660-664 (2001)
• [文献書誌] Song-Bek Che: "Growth and characterization of ZnCdSe/BeZnTe II-VI compound Type-II superlattices on InP substrates and application for visible light emitting devices"Japanese Journal of Applied Physics. 40巻12号. 6747-6752 (2001)
• [文献書誌] Song-Bek Che: "Novel ZnCdSe/BeZnTe type-II superlattice structure grown on InP substrates by MBE"Journal of the Korean Physical Society (JKPS). (2002)
• [文献書誌] Ichirou Nomura: "Refractive index measurements of BeZnTe and related superlattices on InP and application for waveguide analysis of MgZnCdSe/BeZnTe visible lasers"Physica Status Solidi (a). (2002)
• [文献書誌] Song-Bek Che: "Visible light emitting diode with ZnCdSe/BeZnTe superlattices as an active layer and MgSe/BeZnTe superlattices as a p-cladding layer"Physica Status Solidi (a). (2002)
• [文献書誌] Kazuhiro Fukada: "Reduction of Defect Density of ZnCdSe on InP Substrates by Introducing BeZnTe Buffer Lyers"Physica Status Solidi (a). (2002)
• [文献書誌] Katsumi Kishino: "ZnCdTe/ZnTe light emitting diodes with CdSe n-type contact layers grown on ZnTe substrates by molecular beam epitaxy"Physica Status Solidi (a). (2002)