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3～5ミクロン帯の中赤外波長域には一酸化炭素、二酸化炭素や炭化水素ガスの光吸収線があり、この波長帯の高性能で小型のレーザ、受光素子へのニーズは高い。しかしながら材料選択の制限からこれまでこの波長帯域のデバイスは近赤外波長帯などに比べて性能は大幅に劣っていた。本研究では中赤外波長帯域までの長波長化、超広帯域な光源のための多波長集積技術、光センシング応用デバイスの実現を目指している。
今年度はInAs基板上において中赤外波長域で発光可能であり、高効率化に必須となる深い井戸型ポテンシャルの形成可能な材料の探索を行った。大きなバンドギャップボーイング（非線形因子）をもつInAsSbを量子井戸材料に用いるともに、バンドギャップが大きなAlGaAsSb障壁層を組み合わせ、両者の格子歪のバランスをとる歪補償構造を導入することで、長波長化と量子井戸の多層化が可能になることをX線回折スペクトルで確認した。また、フォトルミネッセンス測定で3ミクロン帯の発光を確認するなど良好な結晶性を確認した。
また様々なセンシング応用に必要な広帯域化については、GaAs基板上の量子井戸の組成、膜厚をあえて不均一にすることで、150ナノメートルを超える半値幅をもつフォトルミネッセンス発光の確認をし、スーパールミネッセントダイオードの試作で電流注入デバイスを実現した。
今後は基板の格子定数と異なる材料の集積が可能なメタモルフィック成長を検討し、近赤外から中赤外まで広い範囲のスペクトルを持つ小型で高出力な光源の実現を目指す。
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