微小バッファ層を用いる選択有機金属気相成長法によるGaN系面発光レーザ

AlN、GaN、InNおよびその混晶系は、緑色から紫外にかけての短波長発光半導体レーザへの応用が有望視される材料である。現在までに紫外から着色、緑色までの発光ダイオードが試作、実用化されており、短波長発光素子用の材料として注目されている。しかしながら、半導体レーザへの応用は、実現されていない。この原因については、薄膜中にクラックが生じること、反射鏡の製作が難しいこと、および結晶の欠陥密度が高いことなどに起因する。そこで本研究では、選択有機金属気相装置(MOVPE)を用いて、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)およびその混晶系の低欠陥選択結晶成長および短波長面発光レーザ素子の成長を実現することであった。面発光レーザ実現のための最適構造を従来のGaAsに代表されるIII-VI族化合物で用いられてきた線形利得の理論的検討を拡張して短波長発光材料であるGaN系に適応して、量子効果を考慮した活性層、クラッド層および反射鏡の構造の理論的最適化を図り、低しきい値動作GaN面発光レーザの設計を行った。さらに既設の有機金属気相成長装置を用いてGaN系材料の空間的選択結晶成長を行った。また、成長緩衝層の厚さ及び成長速度とエピキタキシャル層の結晶性について詳細に検討し、デバイス応用に適した成長条件の把握を行った。サファイア基板上にAlNバッファ層を介して選択成長することにより、表面モホロジーの良いGaN選択成長層の成長を実現した。

AlN、GaN、InNおよびその混晶系は、緑色から紫外にかけての短波長発光半導体レーザへの応用が有望視される材料である。現在までに紫外から着色、緑色までの発光ダイオードが試作、実用化されており、短波長発光素子用の材料として注目されている。しかしながら、半導体レーザへの応用は、実現されていない。この原因については、薄膜中にクラックが生じること、反射鏡の製作が難しいこと、および結晶の欠陥密度が高いことなどに起因する。そこで本研究では、選択有機金属気相装置(MOVPE)を用いて、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)およびその混晶系の低欠陥選択結晶成長および短波長面発光レーザ素子の成長を実現することであった。面発光レーザ実現のための最適構造を従来のGaAsに代表されるIII-VI族化合物で用いられてきた線形利得の理論的検討を拡張して短波長発光材料であるGaN系に適応して、量子効果を考慮した活性層、クラッド層および反射鏡の構造の理論的最適化を図り、低しきい値動作GaN面発光レーザの設計を行った。さらに既設の有機金属気相成長装置を用いてGaN系材料の空間的選択結晶成長を行った。また、成長緩衝層の厚さ及び成長速度とエピキタキシャル層の結晶性について詳細に検討し、デバイス応用に適した成長条件の把握を行った。サファイア基板上にAlNバッファ層を介して選択成長することにより、表面モホロジーの良いGaN選択成長層の成長を実現した。