有機金属気相選択成長法を用いたナノ結晶の作製とそのフォトニックデバイスへの応用

有机金属气相选择生长法制备纳米晶及其在光子器件中的应用

• 批准号: 05J08890
• 负责人: 竹田 潤一郎
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J08890/
• 关键词: 有機金属気相成長; 選択成長法; 二次元フォトニック結晶スラブ; インジウム憐; インジウムガリウム砒素; 横方向成長; 有機金属気相成長法; 化合物半導体; ガリウム砒素

光通信波長帯域の光を発光可能なインジウム燐系材料を用いた二次元フォトニック結晶スラブ発光素子への応用を目指し、有機金属気相選択成長法を用いてインジウム燐・インジウムガリウム砒素の二次元空孔周期配列の作製に取り組み、またその実現に向けインジウム燐系へテロ構造周期配列の作製に取り組んだ。空孔配列の作製は、六角形形状の酸化シリコンマスクを三角格子状に周期的に配列したインジウム燐(111)基板上に、インジウム燐やインジウムガリウム砒素を、有機金属気相成長装置を用いて結晶成長することにより、マスク開口部からのみ結晶成長が開始され、垂直な側面を持つ均一な六角ネットワーク(空孔)構造を形成出来る。フォトニック結晶の効果(フォトニックバンドギャップによる光の閉じ込め等)を得るには、その空孔サイズや周期、成長高さ等を最適化しなくてはならないが、有機金属気相選択成長法では、成長条件によっては縦方向の成長だけでなく横方向の成長が支配的になり、空孔が埋まってしまうことがある。そのため、基板面方位、成長条件の依存性を確認することにより、(111)B面基板に650〜700℃で成長することにより、マスク基板を踏襲した横方向成長の少ない空孔配列を、光通信波長帯域でフォトニックバンドギャップが出現する500nm周期で作製することに成功した。さらには、上記成長条件を用いてインジウムガリウム砒素量子井戸を内包したインジウム燐空孔配列を作製することにも成功し、フォトルミネッセンス測定では量子井戸層からの強い発光を確認している。これは、量子井戸層を上下だけでなく、横方向成長により側面もバリア層で覆っているため、表面再結合等を抑制し発光効率が向上したためと考えられる。以上より、空孔配列の空孔サイズや周期等を発光波長に合わせて最適化することにより、フォトニック結晶の効果を持った発光素子の実現が可能であると考えられる。

Optical Communication Wavelength Range Optical Emission Possibility for Phosphorus-Based Materials Application of Two-Dimensional Crystallization of Phosphorus-Based Materials Application of Organic Metal Phase-Selective Growth Method Application of Two-Dimensional Void Periodic Arrangement of Phosphorus-Based Materials The hole arrangement is made in hexagonal shape, and the periodic arrangement in triangular lattice shape is made on the substrate. The organic metal phase growth device is used for crystal growth. The vertical bottom surface is uniform and hexagonal (hollow). The crystal structure is optimized for the growth period, growth height, etc. of the voids. The organic metal phase selective growth method is optimized for the growth conditions. The growth direction is opposite to the growth direction. The substrate orientation and growth condition dependence were confirmed. The substrate orientation was 650 ~ 700 ℃ and the growth condition was (111) B-plane substrate. The substrate orientation was 650 ~ 700℃ and the growth condition was (111) B-plane substrate. The substrate orientation was 650 ~ 700 ℃ and the growth condition was (111) B-plane substrate. In addition, the growth conditions described above were used to determine the intensity of light emission from the quantum well layer. For example, the quantum well layer is divided into two layers, and the bottom layer is divided into two layers, and the surface recombination is divided into two layers. The above hole arrangement, hole spacing, period, etc., can be optimized for the realization of light emitting elements.

项目成果

Selective-area MOVPE fabrication of GaAs hexagonal air-hole arrays on GaAs (111)B substrates using flow-rate modulation mode

使用流量调制模式在 GaAs (111)B 衬底上选择性区域 MOVPE 制造 GaAs 六角形气孔阵列

• 发表时间: 2005
• 期刊: Nanotechnology 16
• 作者: Yoshisato YOKOYAMA;Takashi FUKUSHIGE;Seiichi HATA;Kazuya MASU;Akira SHIMOKOHBE;Junichiro Takeda
• 通讯作者: Junichiro Takeda