次世代光記憶装置用青紫色ガリウムナイトライド微小共振器型面発光レーザの開発研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355015
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 荒川 泰彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (30134638)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斉藤 敏夫 東京大学, 国際産学共同研究センター, 助手 (90170513) ; 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097) ; 黒田 和男 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10107394) ; 小野村 正明 (株)東芝研究開発センター, 個別半導体板技術ラボラトリー, 研究主務
• Keywords: 微小共振器 / 量子ドット / 窒化ガリウム / 面発光LED / 面発光レーザ / MOCVD / 結晶成長 / デバイスプロセス

Research Abstract

電流注入型窒化物半導体青色面発光レーザの実現に向けた基盤技術の確立をはかった。本年度の主な成果は下記の通りである。
1.高反射率n型AlGaN/GaN分布ブラッグ反射鏡(DBR)の作製
GaN層結晶成長時のキャリアガス流量を最適化し、面内均一性の改善に成功した。また、成長温度の誤差変動を1℃単位で補正し、DBRの膜厚揺らぎを抑制した。これらの結果、ノンドープDBR(33周期)上にn型DBR(9周期)を積層したAlGaN/GaN DBRにおいて99%以上の反射率を得ることができた。すでに同等の反射率のDBRを用いた窒化物面発光レーザにおいて室温光励起発振が実現しており、電流注入型青色面発光レーザの実現が大いに期待される。
2.InGaN活性層の発光効率改善
室温フォトルミネッセンス(PL)発光強度の障壁層Siドーピング量依存性を調べて、成長条件の最適化を進めた。Siドーピング量を高めるにつれてPL発光強度が増大し、ノンドープのものより4桁以上高い強度に達した。Siドープによって生じたキャリアがInGaN井戸層内の内部電界の遮蔽をもたらし、電子と正孔の波動関数の重なりが増したものと考えられる。一方、Siドーピング量をある値以上に増やしてもPL発光強度のさらなる増大は観測されなかったが、これは内部電界の遮蔽が飽和に至ったものと考えることで定性的には説明できる。
3.窒化物半導体面発光デバイスプロセスの開発
基板密着性に優れ、逆メサ形状を有する2層レジスト工程を開発した。ベークしたAZ1500上にAZ5206Eを塗布し画像反転プロセスを行うと、レジスト流れも無く、かつ逆メサ形状を有するパターンの形成が可能である。レジストの濡れ性がよくない窒化物半導体上の微細メタルリフトオフプロセスへの応用が可能であり、窒化物面発光レーザの高密度アレイが高い歩留まりで信頼性よく作製できる。

Research Products

• [Publications] Masahiro NOMURA: "Differential Absorption in InGaN Multiple Quantum Wells and Epilayers Induced by Blue-Violet Laser Diode"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.43, No.3A. L340-L342 (2004)
• [Publications] M.-S.Nomura: "Thickness dependence of transient absorption spectrum for InGaN thin films"phys.stat.sol.(c). Vol.0 No.7. 2606-2609 (2003)
• [Publications] Masahiro Nomura: "Nondegenerate pump and probe spectroscopy in InGaN thin films"J.Appl.Phys.. Vol.94 No.11. 6468-6471 (2003)