Si 基板上への電流注入型IV-VI 族半導体中赤外レーザ作製に向けた半導体ヘテロ界面バンドオフセットの検討

摘要

IV-VI 族半導体は、オージェ非発光再結合確率が小さく、波長2.5 以上の中赤外領域のレーザとして期待できる。中赤外の波長域には分子の基本振動に起因する様々な気体の吸収帯があり、シングルモードチューナブルレーザは、希薄気体の検出・分析用光源としての応用がある。最近、Si(111)基板上への高品質なIV-VI 族半導体薄膜成長や光励起レーザ動作が報告されており、キャビティ長25m 程度のショートキャビティ端面発光レーザ構造によるシングルモード動作も報告されている。しかし、ショートキャビティレーザのパルス動作ではスペクトル線幅が広く、狭いスペクトル線幅を実現するには電流注入により連続動作するレーザの開発が望まれる。Si 基板上への電流注入型IV-VI 族半導体中赤外レーザの実現にはIV-VI 族半導体とSi の界面での低抵抗化が必要であり、Si とIV-VI 族半導体間のバンドオフセットの解明も必要である。Fig.1 はCdTe、Si、PbTe の間のバンドオフセットを示す。CdTe/PbTe 界面の価電子帯バンドオフセットは0.1eV程度であるとの報告があり、それを基にSi/PbTe へテロ界面のバンドオフセットを考えると、PbTe の伝導帯下端がSi の価電子帯上端より下に位置するタイプII のヘテロ接合になると予想される。本講演では、Si/PbTe、Si/PbSやSi/SnTe 界面の電流-電圧特性とヘテロ接合のバンドオフセットについて報告し、界面抵抗の低い効果的なレーザ構造について議論する予定である。