多波長光デバイス集積化のための異種材料一体化技術

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種々の発光デバイスをSi基板上に集積することを目的として,GaN系及びGaAs系発光デバイスをSi基板上に作製した。GaN系ではSi基板上に高品質結晶を成長させるには高温成長AlNを緩衝層に使うと高品質結晶が得られるがAlNとSi接触部の電気抵抗が高いという問題があった。この原因として考えられていたAlNとSiのバンドオフセットを測定し,AlN層の高抵抗化の原因を確かめた。また,薄いAlNを使うことによりSi基板上GaInN LEDで従来7〜10Vであった20mA注入時の動作電圧を4.1Vまで下げることができ,発光特性も改善できた。Si基板上GaAs系素子では,初年度にSiO_2マスクの開口部から結晶成長させ,更に横方向成長させることにより240時間というレーザの動作寿命を達成した。プラズマ処理による欠陥不活性化を目指した実験を行い,PH_3系プラズマ処理が有効である可能性を確かめた。しかし,素子寿命改善のためには更に研究を進める必要がある。Si基板と発光デバイスの接着ではSeS_2を用いる接着法および新たに考案した2段階接着法により,GaAs基板上に成長させたGaAs系受光デバイスをその特性を大きく損ねることなくSi基板に接着し,GaAs基板を分離することができた。発光素子への応用は今後の課題として残った。活性領域の微細化により,欠陥を避けてデバイスを作製し素子寿命を延ばそうとする方法では初年度にInGaAsドットを活性領域とするレーザで80時間の動作寿命を得たが,その後大きな改善は得られなかった。GaInN系発光素子はSi基板上でも良好な特性を示し,実用化に近いが,Si基板上のGaAs系発光素子の実用化には更に多くの研究が必要である。