有機金属気相成長法によるGaInNAs系自己形成量子ドットと面発光レーザ応用

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将来の情報化社会を支える光伝送用光源として,2次元アレイ等の利点を持つ長波長(1.5μm)帯面発光レーザが求められており,この実現には高効率なGaAs上長波長帯発光材料の開拓が要となっている.そこで本研究では,GaInNAs系自己形成量子ドットの確立とレーザ応用を研究目標とし,量子ドット構造への微量窒素原子の添加による量子ドットレーザの更なる長波長化及びレーザ特性の改善を目指し,有機金属気相成長法による研究を行っている.本年度は,窒素添加による新たなドット形成制御法の開拓とドット形成特性の解明として,GaInNAsバッファ層上InAs量子ドットのデバイス形成時の高温加熱プロセスに対する発光特性を調査した.その結果,熱アニール温度増加に対して350℃で室温発光強度が減少する一方,それ以上の温度で回復する現象が見出された.この原理として水素と窒素雰囲気下での発光特性の熱アニール温度依存性の比較から水素パッシベーション効果を提案し,窒素添加バッファ層上量子ドット特有の高温プロセス過程を明らかにした.更に,窒素添加による量子ドット密度制御の展開として,Si基板上Gap薄膜にInAs量子ドットを形成した.窒素非添加では,GaAs系量子ドットと比較してマイグレーションが過剰であることに起因して密度は1桁以上低いのに対して,窒素添加バッファ層を用いることでGaAs系量子ドットと同等のドット密度を実現した.以上により,窒素添加バッファ上量子ドットのデバイス形成に伴う特性変化に関して新たな知見が得られたほか,他材料系への窒素添加技術の有効性を実証した.採用期間を通して,長波長化と発光効率の両立などの諸問題に関して,本課題の提案する量子ドット構造への窒素添加により抜本的な解決方針を示してきた.本課題より,光伝送用高性能光源に向けた長波長帯量子ドット高品質形成への窒素添加の有効性が示された.