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Semiconductor nitrides have many applications for optoelectronic
devices; particularly, blue-violet laser diodes (LDs) are required
for blu-ray optical disc systems. Molecular beam epitaxy (MBE) is
a well-established technique for depositing III-V heterostructures,
its success exhibited by the MBE-growth of many commercial infrared
LDs. However, MBE-growth of nitrides is much more difficult, because
providing enough nitrogen atoms at the growth surface, sustaining
the high growth temperatures in addition to finding the right growth
parameters have proved to be very challenging. We reported the world's
first InGaN LDs by MBE in 2004, demonstrating that those problems
can be solved and the capability of MBE to produce high-quality optoelectronic
devices. Here, we review the significant progress made in the development
of nitride LDs by MBE at Sharp Laboratories of Europe. We report on
MBE-grown 405 nm InGaN LDs on freestanding GaN substrates and on sapphire
templates, with threshold current-densities <10 kA/cm2 and threshold
voltages <10 V, approaching state-of-the-art values. We also demonstrate
quasi-cw pulsed operation and report on our efforts to achieve room-temperature
cw operation.
窒化物半導体はオプトエレクトロニクス分野で幅広く応用されているが，特に青紫色半導体レーザは光ディスク：BD（Blu-ray Disc）用光源として不可欠である。分子線エピタキシー（MBE）法はIII-V族ヘテロ構造成長方法として既に確立された手法であり，MBE法による赤外レーザの量産も報告されている。しかしながらMBE法による窒化物の成長は，高い成長温度を維持した状態で成長面に十分な窒素原子を供給する必要があり，かつその状態で適切な成長パラメータを探し当てる必要があることから，遙かに難しい挑戦的な研究テーマであった。筆者らは2004年にMBE法としては世界初のInGaN系半導体レーザを発表した。このことは，上記課題が克服可能であることを示すものであり，MBE法が高品質なオプトエレクトロニクスデバイス実現のための有効な手段であることを実証するものである。本稿ではシャープヨーロッパ研究所におけるMBE法による窒化物半導体レーザの研究成果について概説する。筆者らは窒化ガリウム（GaN）基板，およびサファイアテンプレート基板上にMBE法で波長405nmのInGaN系半導体レーザを成長し，閾値電流密度10kA/cm2以下，閾値電圧10V以下を実現し，最先端の水準に近づきつつある。また疑似CW動作にも成功したこと，室温連続発振に向けた取り組みについても述べる。 |
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