ナロウギャップ半導体短波長量子カスケードレーザー

• Project/Area Number: 16686020
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Electronic materials/Electric materials
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大谷 啓太 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40333893)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2005: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2004: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000)
• Keywords: 量子井戸 / サブバンド / レーザ / 発光ダイオード / 中赤外 / InAs / レーザー / 超格子

Research Abstract

平成17年度はこれまで研究を進めてきたナロウギャップ半導体InAsを用いた量子カスケードレーザの高温動作化と波長4ミクロンまでの短波長化を行った。以下にその成果を示す。
(1)高温動作化
活性領域の発光層には平成16年度に低閾値電流密度化を実現したInAs/AlGaSb超格子構造を用いた。活性領域の注入層におけるドーピング濃度がレーザ発振特性にどのように影響を及ぼすかについて検討を行ったところ、注入層のドーピング濃度を増大させると自由キャリア吸収により閾値電流密度は増大するが、微分負性抵抗が表れるまでに流れる電流が増加することがわかった。以上の知見をもとに、注入層のドーピング濃度を最適化し、波長12ミクロンで発振するInAs/AlGaSb超格子量子カスケードレーザを作製したところ、室温における閾値電流密度は4.0kA/cm^2、最高動作温度は325Kを実現し、これまでの特性(閾値電流密度12kA/cm^2,最高動作温度305K)を大幅に改善することに成功した。
(2)波長4ミクロンまでの短波長化
InAs量子カスケードレーザで短波長化を行う場合、ツェナートンネル効果や電子衝突電離などの高電界効果によりホールが生成して光利得係数が減少するという問題がある。高電界効果を抑制する方法として、注入層の層数を増大させ1周期あたりのカスケード構造の総膜厚を厚くすることで動作電界を下げる手法を提案した。平成16年度に提案した高濃度にドーピングした注入層を用いる手法と合わせることで、InAs量子カスケードレーザの波長4クロンまでの短波長化、及びInAs量子カスケード構造発光ダイオードの波長3.2ミクロンまでの短波長化に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Mid-infrared InAs/AlGaSb superlattice quantum cascade lasers (2005)
  • Author(s): K.Ohtani, K.Fujita, H.Ohno
  • Journal Title: Applied Physics Letters 87
• [Journal Article] InAs quantum cascade lasers based on coupled quantum well structures (2005)
  • Author(s): K.Ohtani, K.Fujita, H.Ohno
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44 Pages: 2572-2574
  • NAID: 10015704914
• [Journal Article] InAs Quantum Cascade Lasers Based on Coupled Quantum Well Structures (2005)
  • Author(s): K.Ohtani, K.Fujita, H.Ohno
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. (掲載決定)(印刷中)
  • NAID: 10015704914
• [Journal Article] A Low Threshold Current Density InAs/AlGaSb Superlattice Quantum Cascade Laser Operating at 14μm (2004)
  • Author(s): K.Ohtani, K.Fujita, H.Ohno
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys (Express Letters) 43,7A
  • NAID: 10013276870