埋め込みボイドクラッドを用いた LD の作製

埋め込みボイドクラッドを用いたLDの作製を試みた. ストライプ方向は[1¯100]とし, 溝幅, テラス幅はそれぞれ2 µm, 2 µmとした. 以下ではその構造評価の結果について述べる.

7.2.1 ^断面 SEM

作製したLD構造の断面SEM像を図7.6に示す. 図7.6(a)に示すように, 良好な周期性を 持つボイド構造が作製できている. また, その上に平坦な界面を有するLD構造が成長してい

るのが図7.6(b)^{から分かる}. ^第7.1.3節でボイドの成長過程について詳細に調べたことによ

り, ボイドが埋め込まれた直後にLD構造を作製できるようになったため, 光閉じ込めの効果 を高められる可能性が高い.

65 66 67 68 69 70 71 X R

D in te ns ity [a rb . u ni ts ]

InGaN/GaN DQW

InGaN/GaN

SLWG AlGaN clad

(a)

配置M 配置C*

65 66 67 68 69 70 71

2θ [degree]

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3

∆ω [degree]

XR D in tens ity [a rb. u nits ]

GaN

SLWG AlGaN

配置M

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3

∆ω [degree]

XR D In tens ity [a rb. u nits

] GaN

SLWG AlGaN

(b) (c)

配置C*

図7.7 埋め込みボイドクラッド層を用いたLD構造の(a) XRD 2θ/ωスキャンプロファ イル. 配置M, 配置C^∗の2通りの配置で測定を行った. (b) 対称面(11¯22)の配置M, (c) 配置C^∗におけるωスキャンプロファイル.

7.2.2 XRD ^測定

次に, 同試料の XRD 2θ/ω スキャンプロファイルを図 7.7 に示す. 配置 M と, 配置C^∗ の 2種類の配置で測定を行った. 図 7.7(a)に示すように, M, C^∗ いずれの配置においても

InGaN/GaN DQWに由来するサテライトピークが観測され, 周期構造ができていることが分

0.00 Height [nm] 4.52

2 µm RMS: 0.74 nm

図7.8 埋め込みボイドクラッド層を用いたLD構造のAFM像.

かる.

また, 図7.7(b), (c)に示すように, ωスキャンではLD構造の傾きを検出することはできな かったため, コヒーレント成長していることが示唆される.

DQW由来のサテライトピークの位置と周期から構造を解析すると, InGaN QW ^のIn ^組 成: 33.2%, 井戸幅: 4.0 nmと見積もられた. この構造は理論上は約550 nmで発光する構造 である. 一方, この構造は臨界膜厚を理論上は超えてしまっている. しかしながら, XRD測定 の結果からはコヒーレント成長を示唆する結果が得られているため, ^膜厚かIn ^{組成のいずれ} かを大きく見積もっている可能性がある.

7.2.3 AFM ^測定

表面平坦性の評価を行うため, AFM^{測定を行った}. 埋め込みボイドクラッド層を用いたLD 構造のAFM像を図7.8に示す. [1¯100]方向に沿った周期的な構造が見られるが, これはボイ ド上でわずかに構造が盛り上がっていると考えられる. しかし, この領域全体のRMS粗さは 0.74 nm^であり, 平坦性は良好であると言える.

7.2.4 埋め込みボイドクラッド構造を有する LD 構造の発光分布

図7.9(a)に, 埋め込みボイドクラッド構造を有するLDの蛍光顕微鏡像を示す. 室温におい

て緑色で発光している様子が観測された. しかしながら, ボイドと同様の周期で発光分布に何 らかの変化が生じていることが分かる. この変化を定量的に調べるため, 顕微 PL測定を行っ

0 5 10 15 20 0.5

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1

510 515 520 525

PL pe ak in ten sit y [ no rm ali ze d]

Position [ ^µ m]

W av ele ng th [nm ]

1.00

0.50

517.8

510.8

PL pe ak w av ele ng th

[nm ] PL pe

ak in ten sit y

[ar b.

un its ]

(c) (b)

(d) (a)

図7.9 2 µm/2 µmパターンの埋め込みボイドクラッド構造を有するLDの(a) 蛍光顕微 鏡像, (b) 同領域のPLピーク強度マッピング, (c) PLピーク波長マッピング, (d) 破線で 示した領域におけるPL強度および波長のラインプロファイル. スケールバーは4 µmを 表す.

た. 対物レンズには, 倍率100×, N.A. 0.95のものを用い, 測定は室温で行った. PLピーク強 度とPLピーク波長の顕微PLマッピング像をそれぞれ図7.9(b), (c)に示す. 蛍光顕微鏡像で 筋状に見えていた領域では, 他の領域と比べて発光強度が強く, 発光波長が短くなっているこ とが分かった. 図7.9(d)には, マッピング像の中に示した破線に沿った発光強度 ·^{発光ピーク} 波長を示す. 発光強度と発光ピーク波長の関係がより明瞭になった.

これらのことから, ボイド上では発光強度が強く, 発光波長が短波長になっていると考えら れる. 発光波長が短波長になったのは, Inの取り込み効率が低下したか, 歪の低減によって内 部電界が減少したためであると推測される. また,発光強度が強くなったのは, 内部電界が減少 したために輻射再結合確率が向上したか, あるいは光取り出し効率が向上したと考えられる.

このように, 埋め込みボイドクラッド構造上の LD^では, 発光強度および波長に分布が生じ ることに注意を払わなければならない. [¯1¯123]方向にキャビティを作製する場合には, キャビ ティと埋め込みボイド構造が垂直になるため, 発光分布の影響を避けることができない. 一方, [1¯100]方向にキャビティを作製する場合には, キャビティと埋め込みボイド構造が平行になる ため, 発光分布のスケールよりも小さいストライプ幅のデバイスをボイドの直上に作製すれば 影響を最小限に抑えられる.