高い発光効率の光集積素子を開発　No.015

背景
　光集積素子の発光特性（波長ごとの発光強度）は、レーザー発生部の品質に左右されます。この部分の作製法として、SiO₂マスクの間にレーザー活性層（InGaAsP層）の結晶を成長させる選択成長法が開発されています。この方法を用いると、従来の方法に比べ工程が短縮されるため、製品の低価格化が実現します。
　しかし、InGaAsP層は1.5 マイクロメートルという狭い領域なので、その層の組成を精度良く測定する手法がなく、結晶品質を的確に制御することができませんでした。

成果の詳細
　InGaAsP層の組成を知るには格子定数**を測定する必要があります。そのためには数マイクロメートル以下の空間分解能をもつX線回折測定法が求められ、SPring-8 の放射光を利用することによって実現しました。その結果、マスク幅に依存するInGaAsP層の組成を従来に比べ１桁以上高い精度で解析することができました。さらに、InGaAsP層に含まれるV 族元素（AsとP）の組成比がマスク幅のサイズに応じて変化するという、これまでの常識を破る新たな知見も得られました。
　これらの結果を活用することによって、結晶組成と格子定数をデバイス設計通りに制御することが可能になりました。

レーザー活性層の選択成長

SiO₂膜などで部分的に覆ったInP基板の表面に、原料となる気体の化合物を拡散させ、熱分解反応によって結晶を成長させます。この方法を「選択成長法」といい、マスク以外の領域に選択的にInGaAsP層を結晶成長させることができます。しかも、異なる組成の導波路（Eg1、Eg2）の実現が可能です。

SiO₂マスク幅とInGaAsP層に含まれるV族元素（AsとP）の変化

高輝度放射光によるＸ線マイクロビームを利用して、レーザー活性層であるInGaAsP層（0.1～0.2µm厚、数～数十μm幅）の格子定数を測定しました。この結果、SiO₂マスク幅（Wm）のサイズに応じて、InGaAsP層のIII族元素(GaとIn)のみならずV族元素(AsとP)の組成比が変化することをつきとめました。