ワイドバンドギャップ半導体光デバイス用超格子共鳴トンネル電極の実用開発

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ZnSe系II-VI族ワイドギャップ半導体による新光デバイス(青-緑レーザ/発光ダイオード,青-紫外線光検出器など)は、次世代マルチメディアシステムで必須となる高速大容量光ディスクシステム構築のキーデバイスとして期待されている。しかしながら、基板とZnSe系成長層との組み合わせから上記光デバイスの基板はn型GaAs, ZnSeに制約されており,上部電極コンタクト層にトンネル効果を利用した「超格子電極」を設ける必要がある。このような現在のデバイス構造においては、超格子電極に起因したレーザの素子劣化、光センサーの吸収損失といった重要な問題を抱えている。本研究の基盤技術である「超格子電極」は、表面電極金属からの電子・正孔注入時の大きなショットキ障壁を避けることができない材料系にいおいて、半導体超格子の共鳴トンネル現象を利用して電子・正孔の高密度注入を可能とするものである。本研究代表者は、分子線エピタキシー(MBE)による原子層レベルの結晶成長技術と有限要素法による理論シミュレーション技術を組み合わせることにより、実用レベルの最適電極構造を開発した。さらに本研究では、新たにp型GaAs基板結晶からp型ZnSe成長層への正孔注入障壁低減を目的として、成長界面に「共鳴トンネル超格子層」を導入する。本技術の確立により、現在までp型基板上では実現し得なかった新規デバイス構造の採用が可能となった。その結果ZnSSe系PIN型光検出器、ZnSSe系アバランシェフォトダイオード、およびZnSSe : Te/ZnMgSSeダブルヘテロ構造発光ダイオードにおいて、デバイス上部の光吸収損失を低減することができ、受光感度の向上および発光効率の向上を実現した。