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

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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。