GaNAsBiの結晶成長と温度無依存光通信用半導体レーザへの応用

GaNAsBi 晶体生长及其在与温度无关的光通信半导体激光器中的应用

• 批准号: 20J22804
• 负责人: 長谷川 将
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J22804/
• 关键词: 希釈Bi系III-V族半導体; 希釈N系III-V族半導体; 分子線エピタキシー; ラマン散乱; フォノン・プラズモン相互作用; 光半導体デバイス; 組成傾斜層; 多重量子井戸構造; GaNAsBi; MBE; 多重量子井戸; MQW; GaAsBi; 半導体レーザ; レーザダイオード

メインチャンバーのリークおよびAlセルの故障により、レーザーダイオードの製作は行えなかったが、デバイス性能の向上に繋がる有益な知見を得た。前年度の知見を基盤として、ラマン散乱に現れるフォノン・プラズモン相互作用現象をGaAsBi/GaAsヘテロ構造中のキャリア閉じ込め評価に応用した。誘電応答関数モデルに基づくラマンスペクトルの形状解析によって光励起キャリア密度を求めた。Bi組成が1.7%から6.4%の範囲で増加するにつれて光励起キャリア密度は増加した。この結果はGaAsBi/GaAsヘテロ界面の伝導帯オフセットの増加による電子オーバーフローの抑制によって説明できる。更に、ラマン測定の結果とフォトルミネッセンス測定の結果を組み合わせることで、Bi組成4%以上ではキャリア閉じ込めと光学品質がトレードオフの関係にあることを明らかにした。GaAsBi少数キャリアデバイスの性能を改善する方法として、GaAsBi/GaAsヘテロ界面に組成傾斜層を導入することを提案し、その効果を実験的に検証した。組成傾斜層を導入したpinダイオードの開放電圧は、GaInNAs(Sb)などと同等かそれ以上の値まで改善した。また、低温成長開始時に組成傾斜層を導入することで、EL強度は約50倍に増加した。これは成長中断に起因した不純物の取り込みを防ぐことができたためと考えられる。レーザダイオードの前段階として、GaNAsBi/GaAs多重量子井戸発光ダイオードを製作した。前年度の検討を基に、Bi表面再構成の遷移時間を考慮してシャッター制御を行い、量子井戸構造中のNおよびBiの深さ方向の分布を改善した。しかしながら、それら発光ダイオードからは十分な発光効率が得られなかった。四元混晶では、Biが取り込まれる条件を満たしながら、Nの非格子サイトへの取り込みを抑制するための新しい術を探求する必要がある。

メ イ ン チ ャ ン バ ー の リ ー ク お よ び Al セ ル の fault に よ り, レ ー ザ ー ダ イ オ ー ド の production line は え な か っ た が, デ バ イ ス performance の upward に 繋 が る な beneficial knowledge を た. Before the annual の knowledge を base plate と し て, ラ マ ン scattered に now れ る フ ォ ノ ン · プ ラ ズ モ ン interaction phenomenon を GaAsBi/GaAs ヘ テ ロ constructor の キ ャ リ ア closed じ 込 め review 価 に 応 with し た. Electric 応 lure a number of masato モ デ ル に base づ く ラ マ ン ス ペ ク ト ル の shape analytic に よ っ て excitation light up the キ ャ リ ア density を o め た. The composition of Bi is が1.7%, ら6.4%, <s:1> range 囲で increases するに れて れて れて, light-excited キャリア density <e:1> increases た. こ の results は GaAsBi/GaAs ヘ テ ロ interface の 伝 guide 帯 オ フ セ ッ ト の raised plus に よ る electronic オ ー バ ー フ ロ ー の inhibit に よ っ て illustrate で き る. More に, ラ マ ン の results と フ ォ ト ル ミ ネ ッ セ ン ス determination の results を group み close わ せ る こ と で, more than 4% of Bi で は キ ャ リ ア closed じ 込 め と optical quality が ト レ ー ド オ フ の masato is に あ る こ と を Ming ら か に し た. GaAsBi minority キ ャ リ ア デ バ イ ス の improvement を す る method と し て, GaAsBi/GaAs ヘ テ ロ interface of に seam を import す る こ と を proposal し, そ の unseen fruit を be 験 of に 検 card し た. Of seam を import し た pin ダ イ オ ー ド の open electric 圧 は, GaInNAs (Sb) な ど と equal か そ れ above の numerical ま で improve し た. Youdaoplaceholder0, at the beginning of low-temperature growth, に forms an inclined layer を is introduced する とで とで, and the EL intensity また is approximately 50 times に and increases by た た. The cause of the interruption of <s:1> れ えられる growth に is た impure substances た 込みを prevention ぐ とがで とがで たためと たためと たためと たためと えられる えられる えられる えられる えられる たためと たためと たためと たためと たためと えられる えられる study えられる. Youdaoplaceholder0, レ, ザダ, <s:1>, ド, と, て, GaNAsBi/GaAs multiquantum ITO hachimori ダ, ドを, ドを, た. Beg を before annual の 検 に, Bi surface again の migration time を consider し て シ ャ ッ タ ー suppression を line い, opens the quantum well structure の N お よ び Bi の deep の さ direction distribution を improve し た. し か し な が ら, そ れ ら 発 light ダ イ オ ー ド か ら は very な 発 が light working rate to ら れ な か っ た. Quaternary mixed crystal で は, Bi が り 込 ま れ を る conditions against た し な が ら, N の non lattice サ イ ト へ の take り 込 み を inhibit す る た め の new し い を operation to search す る necessary が あ る.

项目成果

Investigation of deep level defects in n-type GaAsBi

• DOI: 10.1117/12.2607597
• 发表时间: 2022-03
• 作者: M. Fregolent;M. Buffolo;C. de Santi;Sho Hasegawa;Junta Matsumura;H. Nishinaka;M. Yoshimoto;G. Meneghesso;E. Zanoni;M. Meneghini

Improving the photovoltaic properties of GaAs/GaAsBi pin diodes by inserting a compositionally graded layer at the hetero-interface

• DOI: 10.1088/1361-6641/ac66fa
• 发表时间: 2022-06-01
• 期刊: SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY
• 影响因子: 1.9
• 作者: Kawata, Hiromu;Hasegawa, Sho;Yoshimoto, Masahiro
• 通讯作者: Yoshimoto, Masahiro

Raman scattering study of photoexcited plasma in GaAsBi/GaAs heterostructures: Influence of carrier confinement on photoluminescence

• DOI: 10.1016/j.mssp.2023.107543
• 发表时间: 2023
• 期刊: Materials Science in Semiconductor Processing
• 影响因子: 4.1
• 作者: Sho Hasegawa;N. Hasuike;K. Kanegae;H. Nishinaka;M. Yoshimoto

ラマン分光法による GaAs/GaAsBi 構造中の光励起キャリアの特性評価

拉曼光谱表征 GaAs/GaAsBi 结构中的光生载流子

• 发表时间: 2022
• 作者: 長谷川将 ;蓮池紀幸 ;鐘ケ江一孝 ;西中浩之 ;吉本昌広
• 通讯作者: 吉本昌広

パドバ大学(イタリア)

帕多瓦大学（意大利）