超高濃度Er、O共添加による半導体光増幅素子の作製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305022
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 竹田 美和 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20111932)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野々垣 陽一 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (40300719) ; 田渕 雅夫 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (90222124) ; 藤原 康文 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (10181421)
• Keywords: 希上類元素 / 共添加 / 半導体 / 光増幅素子 / 超高濃度

Research Abstract

本研究では、GaInP/(GaAs:Er,0)/GaInP及びGaInP/(GaInAs:Er,0)MQW/GaInP導波路構造の作製と外部光ポンピングによる利得特性の測定、導波路構造を挟むpn接合の作製と電流注入励起による光利得特性の測定、導波路構造に集積した励起光源の作製と内部光ポンピングによる利得特性の測定を行い、EOSA(Er&O co-doped Semiconductor Amplifier)の実現を目的とする。
本年度の実績の概要を下記に示す。
1.デバイスを構成する基本構造であるGaInP/GaAs/GaInP界面に意図しない中間層が形成され、これが不必要な発光中心となること、また、これがそれ以上の成長層の品質に悪い影響を及ぼすことを明らかにした。
2.この原因がGaAs/GaInP界面(GaAsが上)にあること、それがInのテールであることをX線CTR散乱法で明らかにした。
3.また、これが540℃という比較的低い成長温度(しかもEr-20発光が最も効率的な温度)で形成することで完全に除去できることを示した。
4.これらの条件下でGaInP/(GaAs:Er,0)/GaInPを基盤とするpn接合を有する発光デバイスを作製し、室温でEr-20に由来する注入発光を世界で初めて得ることに成功した。
5.更に、このデバイス構造における発光のパルス応答特性から励起断面積を求め、2×10^<-15>cm^2を得た。これはSiの場合に比べて2桁大きい値である。
6.活性層厚さと励起断面積との相関を求め、活性層が厚いほど求められる励起断面積が小さくなることが分かった。
7.これは、活性層中の電子及び正孔の拡散距離が、無添加GaAs中に比べて短いためであることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] A.Koizumi et al.: "Room-temperature electroluminescence properties of Er, O-codoped GaAs injection-type light-emitting diodes grown by organometallic vapor phase enitaxy"Applied physics Letters. 83巻・22号. 4521-4523 (2003)
• [Publications] A.Koizumi et al.: "Room-temperature 1.54μm light emission from Er, O-codoped GaAs/GaInP light-emitting diodes grown by low-pressure organometallic vapor phase epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. 42巻・4B号. 2223-2225 (2003)
• [Publications] 田渕雅夫, 他: "InP/GaInAs/InPおよびGaAs/GaInP/GaAsヘテロヘテロ界面の原子レベル構造と成長条件依存性"信学技報TECHNICAL REPORT OF IEICE. CPM2003-63号. 13-18 (2003)
• [Publications] 竹田美和: "不純物XAFS-特定原子の周辺構造を見る-"応用物理学会結晶工学分科会第8回結晶工学セミナー. 10月21日号. 29-35 (2003)
• [Publications] A.Koizumi et al.: "Effects of active layer thickness on Er excitation cross section in GaInP/GaAs : Er, O/GaInP double heterostructure light-emitting diodes"Physics B. 340-4342巻. 309-314 (2003)
• [Publications] Y.Takeda: "Effects of growth process on GaInP/GaAs/GaInP heterointerface structures and device characteristics revealed by X-ray CTR scattering measurements"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 28巻. 11-14 (2003)