光ネットワークと光デバイス技術：光通信用材料としての化合物半導体材料の技術動向

摘要

光通信用の化合物半導体には、おもにInPに格子整合する材料が用いられている。 III-V族半導体InPおよびInGaAsP系材料は、石英ファイバーに使用される波長、1.3μm、1．55μmなどの発光·受光に適したバンドギャップを有している。 発光素子は、InP基板上に量子井戸構造InGaAsP薄膜を多層成長したエピタキシャル層を発光層とするレーザーダイオードである。 受光素子は、InP基板上にこの系でもっともバンドギャップの小さい（発光波長の長い）InGaAsエピタキシャル層を受光層としたものを用いている。こうしたInP系化合物半導体材料の薄膜形成、加工技術に関して記していきたい。 特徴を明確化するために表1に、InPとSiとの物性値比較を記す。 InP系半導体材料は、Siに比して、①大型結晶成長が困難である②脆い③光素子は、エピタキシャル層を持ち、そこには歪がかかる場合が多いといった特色がある。これらのことがSi半導体と異なるウエハ加工、取扱い技術の制約となっている。 ①は、りん(P)の解離圧が高いためであり、②は共有結合力の弱さに起因する。 ③は発光系では、光特性を向上させるために量子井戸に歪を入れるのが一般的であり、受光系では感度を確保するためにInPとは熱膨張係数の異なるInGaAsの厚膜(2～4μm)を形成する必要があるからである。