窒化物半導体極短波長面発光レーザの研究

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面発光レーザダイオードは、(1)へき開を必要としないこと、及び(2)モード間隔が広く、動的単色性に優れること、など従来のレーザダイオードにはない特徴を有している。東工大の伊賀教授らのグループにより初めてGaAs系で赤外発振に成功している。短波長面発光レーザに関しては、同教授等のグループを中心としてII-VI族化合物半導体を用いて研究が遂行中である。III族窒化物半導体はII-VI族化合物半導体と同様、大きな直接遷移型バンド構造を有するため、短波長面発光レーザの実現に有望である。III族窒化物半導体を用いて面発光レーザを実現するためには、電気的特性の制御は勿論のこと、利得生成、高反射率鏡作製のための屈折率波長分散の組成依存性等の基礎物性の把握が第一に重要である。本研究では、本科学研究費による補助などにより、【.encircled1.】分光エリプソメーターを用いたAlGaN,GaInN混晶における屈折率の波長分散の測定、【.encircled2.】AlGaN/GaN DH,AlGaN/GaInN DHの作製と窒素パルスレーザを励起光源として用いた誘導放出の測定、【.encircled3.】励起ストライプ変化法によるバルクGaNの室温における光学利得の測定を行った。その結果、1.価電子帯上端-伝導帯下端間近くのエネルギーでのM1特異点による波長分散の混晶組成依存性を明らかにし、2.特にAlGaN/GaN DHにおいて室温面発光光励起紫外光誘導放出を実現した。また、3.室温でのGaNの光学利得が励起密度200KW/cm^2において160cm^<-1>であることが明かとなった。一方、光学利得はバンド端と比較して約90meV程度低エネルギー側で発生し、従来のIII-V族半導体における電子正孔プラズマモデルでは必ずしも説明出来ない点があることもわかった。今後、この機構を明らかにし、短波長面発光レーザダイオード実現に向けて研究を遂行する。