横成長によるハイブリッド構造GaN系面発光レーザの検討に関する研究

本年度は、GaN系面発光レーザの実現を目指し、(i)MOVPE法によるレーザ構造の製作,(ii)サファイア基板の研磨による面発光レーザ構造の製作,(iii)サファイア基板剥離による共振器構造の製作を目的とした。(i)MOVPE法によりサファイア基板上にバッファ層としてAlNを500Å,クラッド層GaNを0.5μm成膜した。この上には、昨年度に得た最適条件によって、GaInN/AlGaN多重量子井戸活性層を用い、クラッド層GaNを1μmとするレーザ構造を製作した。フォトルミネッセンス測定により、ピーク波長452nm,半値全幅183meVの発光が得られた。(ii)面発光レーザ構造としては、2種類の高反射率反射鏡に挟まれた短共振器構造を形成した。結晶成長時に製作できるGaN/AlN層の半導体多層膜反射鏡を用いていたから、今回は比較的容易に高反射率の反射鏡が製作できるSiO_2/ZrO_2多層膜反射鏡を用いることを考えた。この場合、サファイア基板の吸収が問題となるので、機械的に基板を薄く研磨し、できるだけ損失の少ない構造にすることを考えた。この面発光レーザ構造のデバイスを光励起し測定したところ、共振器構造による共振モードが観測でき、これにより共振器構造ができていることを確認した。(iii)また、成長基板に強励起のレーザ光を照射し、GaNがGaとNになるよう熱分解させて、サファイア基板と剥離する方法を試した。これにより、数ミクロンの結晶成長層のみを得ることが出来、その両側に比較的簡単に高反射率が得られる誘電体多層膜反射鏡を蒸着して短共振器構造を形成した。このデバイスをHe-Cdレーザにより励起実験を行ったところ青色の発光が見られ、剥離によるダメージがあまりないことがわかった。今後、サファイア基板を剥離した成長層のみの薄膜を誘電体多層膜反射鏡で、挟んだ構造を製作していく。これらにより、GaN系面発光レーザの実現に大きく、寄与したと考える。

本年度は、GaN系面発光レーザの実現を目指し、(i)MOVPE法によるレーザ構造の製作,(ii)サファイア基板の研磨による面発光レーザ構造の製作,(iii)サファイア基板剥離による共振器構造の製作を目的とした。(i)MOVPE法によりサファイア基板上にバッファ層としてAlNを500Å,クラッド層GaNを0.5μm成膜した。この上には、昨年度に得た最適条件によって、GaInN/AlGaN多重量子井戸活性層を用い、クラッド層GaNを1μmとするレーザ構造を製作した。フォトルミネッセンス測定により、ピーク波長452nm,半値全幅183meVの発光が得られた。(ii)面発光レーザ構造としては、2種類の高反射率反射鏡に挟まれた短共振器構造を形成した。結晶成長時に製作できるGaN/AlN層の半導体多層膜反射鏡を用いていたから、今回は比較的容易に高反射率の反射鏡が製作できるSiO_2/ZrO_2多層膜反射鏡を用いることを考えた。この場合、サファイア基板の吸収が問題となるので、機械的に基板を薄く研磨し、できるだけ損失の少ない構造にすることを考えた。この面発光レーザ構造のデバイスを光励起し測定したところ、共振器構造による共振モードが観測でき、これにより共振器構造ができていることを確認した。(iii)また、成長基板に強励起のレーザ光を照射し、GaNがGaとNになるよう熱分解させて、サファイア基板と剥離する方法を試した。これにより、数ミクロンの結晶成長層のみを得ることが出来、その両側に比較的簡単に高反射率が得られる誘電体多層膜反射鏡を蒸着して短共振器構造を形成した。このデバイスをHe-Cdレーザにより励起実験を行ったところ青色の発光が見られ、剥離によるダメージがあまりないことがわかった。今後、サファイア基板を剥離した成長層のみの薄膜を誘電体多層膜反射鏡で、挟んだ構造を製作していく。これらにより、GaN系面発光レーザの実現に大きく、寄与したと考える。