| 研究概要 |
PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発の遅れている中赤外線領域の受光・発光素子材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板にPbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やロシア,アメリカを中心に実用化研究が進んでいる.室温連続発振が可能な光励起型半導体レーザも実現しているが,電気絶縁性(111)基板を使用しているため光励起VCSEL構造に限定され,受光素子や周辺電子回路との集積化が困難であるという問題がある.
本研究では,受光素子や周辺電子回路との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しいヘテロ構造を開発する.障壁層にPbTeと格子整合するCdTeを採用し,PbTe/CdTeという新しい材料システムを対象とした.
結晶成長は固体ソースの分子線エピタキシーで行い,GaAs(100)面基板上に高品質CdTeバッファ層を成長させ,その上にPbTe/CdTeの量子井戸を作製した.PbTe量子井戸の井戸幅は1〜5nmである.この量子井戸から,世界で始めて,中赤外線領域のフォトルミネセンスを観測した.発光は極低温から500Kの高温まで観測可能で,特に,室温以上の発光強度は,従来のPbTe/PbEuTe量子井戸よりも1桁高いことが判明した.発光メカニズムは量子井戸に閉じ込められた電子と正孔の再結合に基づき,半導体レーザへの応用に適している.昨年度末より,この新しい材料システムに興味を持ったJKUリンツ大学(オーストリア)の半導体・固体物理研究所のW.Heiss教授の研究グループと共同研究を開始し,現在も実施中である.室温以上における高い発光効率がPbTeのドット化に基づいている可能性が見出され,現在,結晶成長プロセスの詳細検討ならびに断面TEMによる構造解析,発光強度の温度依存性や時間分解発光特性について研究を進めている.
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