次世代光記録装置用青紫色ガリウムナイトライド微小共振器型面発光レーザの開発研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13355015
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
• 研究分担者: 斎藤 敏夫 東京大学, 国際産学共同研究センター, 助手 (90170513) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097) ; 黒田 和男 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10107394) ; 小野村 正明 (株)東芝研究開発センター, 個別半導体板技術ラボラトリー, 研究主務
• キーワード: GaN / 面発光レーザ / InGaN / 半導体レーザ / 量子井戸 / 化合物半導体

研究概要

本研究では、次世代の光記録用青紫ガリウムナイトライド微小共振器型面発光レーザの開発研究を進めている。本年度は特に垂直微小共振器型InGaN LED構造を試作し、その特性について評価検討するとともに、基本特性の改善に努めた。
AIGaN/GaNDBRへのSiドーピングを行い、高反射率と電気伝導性を兼ね備えた半導体ミラーの作成に成功した。また、p型電極として透明な酸化インジウムスズ(ITO)を用い、p型GaNにおける低い正孔移動度の問題を解決した効果的な正孔の注入を実現した。ITOは成膜後にアニールを施すことにより透過率・電気抵抗ともに良好な特性を得ることができる。これらの要素技術を用いて垂直微小共振器型InGaNLEDを試作した。
試作した素子のELスペクトルは、同一条件で作製したInGaN量子井戸のPLスペクトルと比較すると発光ピーク線幅(3、6nm)が明瞭に狭隘化していることを確認した。これは微小共振器の形成する輻射場モードに自然放出光が結合していることを示している。また、発光の放射角依存性を通常のLED構造と比較したところ、指向性の向上、および放射角度の増大に伴う発光ピーク波長の短波長へのシフトが明瞭に観測された。これらの特性は明らかな微小共振器効果の発現を示すものである。
微小共振器LEDの電気的特性を改善するため、DBRにおけるSiドーピング濃度の最適化を試みた。n-AIGaN層のみを高濃度ドープすることで、光学的特性を劣化させることなくn型DBRの抵抗を低減できることが分かった。また、n-AIGaN層の代わりにn-AIGaN/n-GaN短周期超格子構造を導入すれば、高AI組成のAIGaNとGaNとの間に存在する歪の影響を緩和しつつ、さらなる電気特性の改善が期待される。既に超格子を導入したn型DBRにおいて、26周期で94%以上という高い反射率を実現している。

研究成果

• [文献書誌] M.Arita: "In GaN Vertical Microcavity LEDs with a Si-doped AIGaN/GaN Distributed Bragg Reflector"Physica Status Solidi(a). 194. 403-406 (2002)
• [文献書誌] M.Miyamura, K.Tachibana, Y.Arakawa: "High-density and size-controlled GaN self-assembled quantum dots grown by metalorganic chemical vapor deposition"Applied Physics Letters. 80. 3937 (2002)
• [文献書誌] S.Kako, T.Someya, Y.Arakawa: "Observation of enhanced spontaneous emission coupling factor in nitride-based vertical-cavity surface-emitting laser"Applied Physics Letters. 80-5. 722-724 (2002)
• [文献書誌] T.Nakaoka, S.Kako, S.Ishida, M.Nishioka, Y.Arakawa: "Optical anisotropy of self-assembled InGaAs quantum dots embedded in monorail and air-bridge structures"Applied Physics Letters. 81. 3954-3956 (2002)
• [文献書誌] Sang-Kee Eah, Wonho Jhe, Y.Arakawa: "Near-field optical photoluminescence microscopy of high-density InAs/GaAs single quantum dots"Applied Physics Letters. 80. 2779 (2002)
• [文献書誌] Z.-F.Li, W.Lu, S.C.Shen, S.Holland, C.M.Hu, D.Heitmann, B.Shen, Y.D.Zheng, T.Someya, Y.Arakawa: "Cyclotron resonance and magnetotransport measurements in Al xGa1-xN/GaN heterostructures for x=0.15--0.30"Applied Physics Letters. 80. 431 (2002)
• [文献書誌] Y.Arakawa: "Progress in Growth and Physics of Nitride-Based Quantum Dots"Springer. 18 (2002)