希土類元素添加半導体を基盤とした波長超安定新規発光デバイスの高性能化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360164
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 藤原 康文 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10181421)
• 研究分担者: 宮本 智之 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (70282861) ; 竹田 美和 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20111932) ; 吉田 博 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929)
• キーワード: 希土類添加III-V族半導体 / 新規半導体レーザ用材料 / 原子レベル制御成長 / 誘導放出 / エルビウム / ダブルヘテロ構造

研究概要

本研究では、これまでの研究成果を大きく発展させ、「電流注入による希土類元素発光準位を介する誘導放出」を用いた光情報通信帯域波長超安定新規半導体レーザ実現の可能性を探ることを目的とする。高品質な希土類元素添加III-V族半導体の作製には、既に我々のグループで構築している原子レベル制御不純物添加技術(有機金属気相エピタキシャル(OMVPE)法を基盤としており、高い発光効率を示すように設計された希土類原子周辺局所構造を選択的に作り込むことが可能である。)を用いる。希土類元素添加半導体を活性層とする「高品質なレーザ構造」の作製条件をデバイス特性評価を介して最適化し、「電流注入」による希土類元素発光準位を介する誘導放出の観測を目指す。
本年度に得られた知見を以下にまとめる。
(1)GaAsへの原子レベル制御Er添加技術の再点検:Er-20発光強度を指標として、結晶成長時のEr,O共添加条件(成長温度、ErおよびO供給量、等)を最適化した。しかしながら、SIMS測定の結果、ErとOの濃度比は1:2よりむしろ、2:1であることが明らかとなり、より一層の最適化が必要である。
(2)QaInP/Ga4s:Er,O/GaInP DH構造発光ダイオードや作製と特性評価:発光強度の注入電流密度依存性および時間展開を解析することにより得られたEr励起断面積は実用化されているEr添加光ファイバ増幅器のものと比較して、5〜6桁高かった。Er添加GaAs活性層厚の増加とともに、指数関数的に減少した。この減少はクラッド層から注入される電子および正孔の拡散長により律速されていることを示唆している。

研究成果

• [文献書誌] 藤原 康文: "希土類添加III-V族半導体による電流注入型発光デバイス"応用物理. 73(2). 224-228 (2004)
• [文献書誌] Y.FUJIWARA: "Room-temperature 1.5μm electroluminescence from GaInP/Er, O-codoped GaAs/GaInP double heterostructure injection-type light emitting diodes grown by OMVPE"Materials Science and Engineering B. 105(1-3). 57-60 (2003)
• [文献書誌] Y.FUJIWARA: "Reactor structure dependence of interface abruptness in GaInAs/InP and GaInP/GaAs grown by organometallic vapor phase epitaxy"Applied Surface Science. 216. 564-568 (2003)
• [文献書誌] Y.FUJIWARA: "Extremely large Er excitation cross section in Er, O-codoped GaAs light emitting diodes grown by organometallic vapor phase epitaxy"Materials Research Society Symposium Proceedings, Progress in Semiconductors II, Electronic and Optoelectronic Applications. 744. 149-154 (2003)
• [文献書誌] A.KOIZUMI: "Room-temperature electroluminescence properties of Er, O-codoped GaAs injection-type light emitting diodes grown by organometallic vapor phase epitaxy"Applied Physics Letters. 83(22). 4521-4523 (2003)
• [文献書誌] A.KOIZUMI: "Room-temperature 1.54μm light emission from Er, O-codoped GaAs/GaInP LEDs grown by low-pressure organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 42(4B). 2223-2225 (2003)