光センシング用半導体素子の適用波長域を拡大させる新規材料と転位制御の研究

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06305
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 荒井 昌和 宮崎大学, 工学部, 准教授 (90522003)
• 研究協力者: 前田 幸治
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 電子デバイス

研究成果の概要

ガスのレーザガスセンシングの応用には波長2.5から5ミクロン帯の半導体レーザや高感度な受光素子が必要となる。本研究では有機金属気相成長法を用いて、InAs基板上にInAs/GaSb超格子を作製し、2.5から5ミクロンまでの明瞭なフォトルミネッセンススペクトルを確認した。また、GaSb成長時のAsの混入を様々な膜厚の試料作製とX線回折により、推定する方法を提案、実証した。GaAs基板上にInAsバッファ層を成長する際の成長温度を調整することや、2段階に分けて成長することで平坦性が大幅に改善する方法を提案した。これにより、GaAs基板上においても中赤外波長域の発光を確認した。

自由記述の分野

工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では量産性に優れた有機金属気相成長法で超格子構造を作製する際のV族材料の混入を推定し、抑制する方法を提案した。これにより、波長2.5から5ミクロン帯のレーザ、受光素子の大量生産が可能となる。高い精度で組成変化を制御できるため、超格子の歪を低減し、信頼性の高いデバイス作製が可能となる。また、高価なInAs基板ではなく、GaAs基板上にも超格子を作製するためのバッファ層の高品質化も行った。これにより低価格化が可能となる。これらの技術はガス漏れや一酸化炭素中毒などを防止する小型のセンサ実現に有望と考えられる。