窒化物半導体量子構造に基づくサブバンド間遷移機能光デバイスの研究

本研究の目的は、(1)MOVPEによるGaN/AIN単原子層急峻ヘテロ界面の形成MOVPEでは、成長が1100度以上の高温で行われること、原料ガスの対流が生じること、ガス切り替え時にそれまでの原料ガスが残留することを主因として界面のボケが生じ、サブバンド間遷移波長の短波長化を阻害する。中でも高温成長の問題が大きい本研究では、III族原料のパルスインジェクションという新たな技術を開発し、高品質なAINをMOVPEとしては画期的な800度で成長することに成功した。平成18年度は、同じパルスインジェクションでGaNを成長する条件を確立し、単原子層急峻ヘテロ界面を有すると考えられるGaN/AIN多重量子井戸構造の形成を実際に行った。(2)窒化物半導体多層構造のハイメサ導波路加工平成18年度は、AINの加工に際しドライ加工後にウェット加工を追加する方式を導入し、非常に良好なストライプ導波路を得ることに成功した。特にストライプ導波路側面平滑性の格段の改善によって、これまで作製が困難であったリッジ型導波路を実現した。具体的には、ドライ加工におけるAINのダメージ層をTMAHまたはKOHで取り除く。ただしGaNがこの溶液ではほとんどエッチングされることがないため、ハイメサ型導波路において良好な側面を得るには、いま少しの研究が必要な状況である。(3)相互吸収変調型超高速全光スイッチの試作実際にこの技術を使用してデバイスを作製し、動作確認を行った。現状では成長装置の問題から動作の低エネルギー化を実現するまでには至っていないが、AINを緩衝膜とした構造で初めてリッジ導波路における動作を実現し、吸収の生じないTEモードにおいて素子の長さに対して損失がほとんど変化していない結果を得た。

本研究の目的は、(1)MOVPEによるGaN/AIN単原子層急峻ヘテロ界面の形成MOVPEでは、成長が1100度以上の高温で行われること、原料ガスの対流が生じること、ガス切り替え時にそれまでの原料ガスが残留することを主因として界面のボケが生じ、サブバンド間遷移波長の短波長化を阻害する。中でも高温成長の問題が大きい本研究では、III族原料のパルスインジェクションという新たな技術を開発し、高品質なAINをMOVPEとしては画期的な800度で成長することに成功した。平成18年度は、同じパルスインジェクションでGaNを成長する条件を確立し、単原子層急峻ヘテロ界面を有すると考えられるGaN/AIN多重量子井戸構造の形成を実際に行った。(2)窒化物半導体多層構造のハイメサ導波路加工平成18年度は、AINの加工に際しドライ加工後にウェット加工を追加する方式を導入し、非常に良好なストライプ導波路を得ることに成功した。特にストライプ導波路側面平滑性の格段の改善によって、これまで作製が困難であったリッジ型導波路を実現した。具体的には、ドライ加工におけるAINのダメージ層をTMAHまたはKOHで取り除く。ただしGaNがこの溶液ではほとんどエッチングされることがないため、ハイメサ型導波路において良好な側面を得るには、いま少しの研究が必要な状況である。(3)相互吸収変調型超高速全光スイッチの試作実際にこの技術を使用してデバイスを作製し、動作確認を行った。現状では成長装置の問題から動作の低エネルギー化を実現するまでには至っていないが、AINを緩衝膜とした構造で初めてリッジ導波路における動作を実現し、吸収の生じないTEモードにおいて素子の長さに対して損失がほとんど変化していない結果を得た。