希土類元素添加半導体における電流励起光学利得とその最適化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15656004
• 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: 希土類元素添加族半導体 / エルビウム / 原子レベル制御成長 / 固体光増幅器 / ダブルヘテロ構造

研究概要

本研究では「希土類元素添加半導体」を次世代半導体光デバイスの基幹材料の一つとして位置づけ、希土類元素に起因する光学利得を電流注入下で観測し、電流励起による高効率新規固体光増幅器の実現可能性を探ることに最終ターゲットを設定する。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。研究期間内には、(1)電流励起によるEr光学利得の確認、(2)その光学利得とEr局所構造の相関、(2)Er局所構造とDH構造の観点からEr光学利得の最適化を行うことを目指す。
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)GaInP/GaAs:Er/GaInP DH構造における電流励起Er励起断面積の評価:
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。このことはEr励起プロセスが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)