半極性面窒化物半導体を用いた発光デバイスに関する研究

本年度は長波長化に向けたSi基板上高In組成(1-101)InGaN発光層の作製について行った。従来長波長で発光するInGaNでは、低温成長ならびに下地GaNとの格子不整合によって結晶品質が低下し、発光効率が非常に低い問題があった。そこで従来とは異なる結晶面である(1-101)面を用いたInGaN発光層の作製を目指した。この結晶面はIn取り込み効率が良いため他の結晶面に比べ高温で成長が可能である。さらに(1-101)面を含む非極性面は、従来の結晶面とは異なる緩和機構を持つことから、格子不整合の影響を低減可能である。これらの特長を持つ(1-101)面GaN上に従来の成長速度の数倍でInGaNを成長した結果、In取り込み効率の上昇により高温で成長可能で、成長レートが早いにもかかわらず平坦性の良い結晶の作製に成功した。次に更なる長波長化のため意図的にInGaN層を緩和させ、上記で述べた緩和機構を利用した長波長化を試みた。その結果、成長温度やIn原料を変化させることなく、InGaN層の膜厚の増加により長波長化することに成功した。この手法で長波長化すると、従来とは異なり発光強度が低下することなく長波長化が可能であった。最後にこの意図的に緩和したInGaN層を発光層下に挿入した発光層を提案した。実際に緩和したInGaN層上にInGaN/GaN発光層を成長した結果、緩和したInGaN層を挿入した発光層は未挿入の発光層に比べ長波長化し、発光強度が上昇するという結果が得られた。以上より長波長で発振するSi基板上LD作製に向け、発光層の結晶性向上ならびに発光効率の向上に成功した。

本年度は長波長化に向けたSi基板上高In組成(1-101)InGaN発光層の作製について行った。従来長波長で発光するInGaNでは、低温成長ならびに下地GaNとの格子不整合によって結晶品質が低下し、発光効率が非常に低い問題があった。そこで従来とは異なる結晶面である(1-101)面を用いたInGaN発光層の作製を目指した。この結晶面はIn取り込み効率が良いため他の結晶面に比べ高温で成長が可能である。さらに(1-101)面を含む非極性面は、従来の結晶面とは異なる緩和機構を持つことから、格子不整合の影響を低減可能である。これらの特長を持つ(1-101)面GaN上に従来の成長速度の数倍でInGaNを成長した結果、In取り込み効率の上昇により高温で成長可能で、成長レートが早いにもかかわらず平坦性の良い結晶の作製に成功した。次に更なる長波長化のため意図的にInGaN層を緩和させ、上記で述べた緩和機構を利用した長波長化を試みた。その結果、成長温度やIn原料を変化させることなく、InGaN層の膜厚の増加により長波長化することに成功した。この手法で長波長化すると、従来とは異なり発光強度が低下することなく長波長化が可能であった。最後にこの意図的に緩和したInGaN層を発光層下に挿入した発光層を提案した。実際に緩和したInGaN層上にInGaN/GaN発光層を成長した結果、緩和したInGaN層を挿入した発光層は未挿入の発光層に比べ長波長化し、発光強度が上昇するという結果が得られた。以上より長波長で発振するSi基板上LD作製に向け、発光層の結晶性向上ならびに発光効率の向上に成功した。