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タイトル: InGaAsP/InP系MOVPE選択成長のモデリングと光デバイス設計応用に関する研究
その他のタイトル: Modeling of Selective Area Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy and its Application for the Design of Photonic Devices
著者: 塩田, 倫也
発行日: 2006年2月3日
抄録: 本研究は, 光ファイバ通信波長帯1.55μmにおける光デバイスのモノリシック集積方法の1つである有機金属気相成長(MOVPE: Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)選択成長(SAG: Selective Area Growth)に対して反応工学的解釈を用いてモデル化し, 光デバイスの設計手段として応用することを試みたものである. まず第1章で研究の背景と目的を述べた後に, 第2章ではMOVPE選択成長の既往の研究を紹介し, 本研究の目的と, 達成するための方法論を明確にする. 具体的には, 世間的にはMOVPE選択成長では気相拡散が支配的であり, マスク近傍のみに表面拡散が影響すると言われていることを受け, モデル化を第1に気相拡散について行い(第3章), 第2に表面拡散について行う(第4章)ことを決める. 第3章では, MOVPE選択成長の気相拡散が最も支配的であろうとの想定の下, InGaAsPのIII族側製膜種それぞれに対して気相拡散モデルを用い, 任意の形状のマスクに対する製膜種の濃度分布を計算することによって, 選択成長領域の各地点での組成(即ち, 発光波長, 歪み)・膜厚を計算する. そしてマスク端から10μm以内の領域を除く領域においては気相拡散モデルによる特性の計算と精度良く一致することを示し, 気相拡散が支配的である想定の妥当性を示すとともにマスク近傍部以外での設計手段となりうることを示す. 第4章では表面拡散についてモデル化することを目的とし, 第3章で残されたマスク近傍でのInP成長の振る舞いをモデル化し, 設計可能な範囲をマスク近傍も含めた全域に広げることを試みた. マスク近傍では異常成長とも呼ばれる特徴ある形状を持つことが知られているが, 今回特に異常成長部形成の時間発展を調べることにより, 結晶成長初期には表面拡散成分がほとんどないことを示す. そして従来考案されていた選択成長マスクからのマイグレーション成分は全て気相拡散に含めることができ, 真に表面マイグレーションとして(100)結晶面に異常成長として寄与するのは(111)B面からの表面マイグレーションであることを示す. 一方InGaAsPの場合は表面拡散効果がほとんどみられないことを受け, 端面部でのファセット形成について考察する. 第5章では, 第3, 4章で行ってきた気相拡散・表面拡散以外の効果について(1)V族組成の分布(lnAsP成長), (2)歪み効果の計算の適用範囲(InGaAs成長)について調べる. 気相拡散におけるV族一定の想定に限界があり, 発光波長10nm程度の分布を持たせることを示す. 一方高歪みInGaAsの場合に組成比から計算される発光波長と歪み量に矛盾が生じてしまうことを示し, 計算方法によっても適用制限を受けることを示す. 第6章では, これまでのモデル確立の目的であった, 光デバイス設計応用に対して行う. 具体的な対象として偏波無依存半導体光増幅器を選び, 選択成長領域で偏波無依存特性が得られるような平坦領域の組成(発光波長・歪み)を計算する. 実際のデバイス特性を比較し, 実験による条件だしと比較した時の本手法の優位性を示す. 最後に第7章では本研究を総括し, 現状における達成と課題を把握し, 今後の展開について述べる.
内容記述: 報告番号: ; 学位授与年月日: 2006-03-23 ; 学位の種別: 修士 ; 学位の種類: 修士(工学) ; 学位記番号: ; 研究科・専攻: 工学系研究科電子工学専攻
URI: http://hdl.handle.net/2261/50148
出現カテゴリ:025 修士論文
1132225 修士論文(電子工学専攻)

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