導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作

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本研究の目的は,有機金属気相成長装置(MOVPE)を用いて,低欠陥結晶成長および面発光レーザ素子の成長を実現することである.まず、GaN系面発光レーザの電流注入に関する検討をおこなった。面発光レーザはデバイスの大きさが非常に小さいため,電流注入方法が高性能化を行う上で非常に重要である.本研究では電気的特性の良好なエピタキシャル・基板界面の制御を導入する観点から電子の注入について理論的に考察する.計算方法には、WKB近似を用いた。また、界面付近の波動関数を量子力学的に解析した。この結果、従来用いられてきたAlNおよびAlGaN混晶系では電流注入に問題があることがわかった。このため、6H-SiC基板に直接成長するGaNをエピタキシャル成長することが重要である。以上より、GaNを6H-SiC基板に直接成長することを続けて研究することにした。GaNを直接成長するためには、結晶の初期成長状態の把握およびその制御が重要となる。よって、有機金属分子線エピタキシャル成長法を結晶成長方法として採用し、高速電子線回折(RHEED)により結晶成長中にその場観察を行った。その結果、GaN薄膜中に残る歪みは基板と薄膜の格子不整合によるものよりも熱膨張係数差による影響が大きいことがわかった。これは計算結果より高性能発光デバイスの製作に問題を生じさせるものであることがわかった。また、選択成長は前出の歪みによるクラック防止に有効であると考えられる。初期的実験としてサファイア基板上にInGaNおよびGaNの選択成長を行った。この結果、成長阻害物として二酸化珪素を用いたが、三族原料のマイグレーションにより膜厚分布が生じやすく適切なV/III比が必要であることがわかった。以上により、導電性基板上への選択成長によるGaN系青色面発光レーザ構造の製作にむけ、重要な知見が得られた。