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独自の窒化インジウム(InN)ナノ構造制御手法をベースにした新規ナノ構造活性層を提案し、未開発の緑色半導体レーザの実現を目標とした研究を行い、以下の成果を得た。
1. 1分子層InN量子井戸構造の分子層レベル制御による発光波長の飛躍的長波長化に成功
本研究ではInN井戸層厚が1分子層(^-0.3nm)の超薄膜InN/GaNナノ構造制御に成功しており、この量子井戸構造は励起子局在効果や量子効率の改善が可能であるため、高効率発光デバイスの活性層として期待される。しかし、このInN/GaN量子井戸の主な発光波長域は380nm〜430nmであり、本研究の目標である青-緑域(450-530nm)よりも短波長であった。本研究では、InNナノ構造形成技術をベースにした新規量子井戸構造を提案し、1分子層InN量子井戸の特長を活かしつつ、緑色域までの長波長化に成功した。
1) 1分子層InNとInGaN層を組み合わせたGaN/1分子層InN/InGaN/GaN非対称量子井戸の作製に成功 : 従来のInN/GaN量子井戸構造にInGaN層を挿入することで、発光波長の長波長化に成功した。InGaN挿入による界面平坦性・光学特性の悪化を防ぐための構造として非対称量子井戸を提案し、超薄膜InN井戸層の形成と540nmまでの緑色発光制御に成功した。
2) 1分子層InN構造をベースとした緑色発光ダイオードの試作に成功 : 上記の非対称量子井戸構造を活性層とした発光ダイオードを試作し、電流注入下で500nm付近の発光を確認。1分子層InNナノ光デバイスが緑色域まで動作可能であることを実験的に示した。
2. 超薄膜InN量子井戸半導体レーザ構造の試作と光励起による誘導放出光の確認に成功
デバイスシミュレータを用いて、1分子層InN/GaN量子井戸を活性層に用いた半導体レーザ構造を設計。その結果を用いて実際にレーザ構造を試作し、400nm付近で1分子層InN量子井戸からの誘導放出の確認に成功した。
以上の結果は、1分子層InNナノ構造が高効率青緑域光デバイスや緑色半導体レーザの実現・応用において極めて有望であることを示す重要な結果であるといえる。
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