Research for Far-infrared-Terahertz Quantum Cascade Lasers using Nitride-based Semiconductors

• Project/Area Number: 19206004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: HIRAYAMA Hideki The Institute of Physical and Chemical Research, テラヘルツ量子素子研究チーム, チームリーダー (70270593)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TERASHIMA Wataru 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツ量子素子研究チーム, 研究員 (30450406) ; IKEDA Noriaki 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツ量子素子研究チーム, 研究員 (90267477)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥49,010,000 (Direct Cost: ¥37,700,000、Indirect Cost: ¥11,310,000); Fiscal Year 2008: ¥19,890,000 (Direct Cost: ¥15,300,000、Indirect Cost: ¥4,590,000); Fiscal Year 2007: ¥29,120,000 (Direct Cost: ¥22,400,000、Indirect Cost: ¥6,720,000)
• Keywords: テラヘルツ / 量子カスケードレーザ / 窒化物半導体 / 金属プラズモン導波路 / 分子線エピタキシー / サブバンド間遷移 / 自然放出光 / 電流注入 / MBE結晶成長 / 超格子

Research Abstract

窒化物半導体超格子を用いることにより、これまで未開拓周波数領域であった5-12THz帯量子カスケードレーザの開発を行った。原子層レベルで平坦なヘテロ界面を有するGaN/InAlGaN系無歪超格子量子カスケード構造の作製に成功した。また、GaN/AlGaN系量子カスケードレーザ構造を用い、世界で始めて電流注入による窒化物半導体からのテラヘルツ周波数帯のバンド内遷移発光を実現した。

Research Products

• [Journal Article] Design and fabrication of terahertz quantum cascade structure based on III-Nitride semiconductors (2009)
  • Author(s): W. Terashima, H. Hirayama
  • Journal Title: Physica Status Solidi (c) 6(S2)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and fabrication of terahertz quantum cascade structure based on III-Nitride semiconductors (2009)
  • Author(s): W. Terashima, H. Hirayama
  • Journal Title: Physica Status Solidi(c)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ag-metal bonding condition for low-loss double-metal waveguide of terahertz quantum cascade laser (2008)
  • Author(s): L Ying, N. Horiuchi, H. Hirayama
  • Journal Title: Jap. J. Appl. Phys 47(10) Pages: 7926-7928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ag-metal bonding condition for low-loss double-metal waveguide (DMW) of THz-quantum cascade laser (2008)
  • Author(s): L Ying, N. Horiuchi, H. Hirayama
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 47 Pages: 7926-7928
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 深紫外半導体発光素子及びTHz量子カスケードレーザの開発 (2007)
  • Author(s): 平山 秀樹
  • Journal Title: 電気学会、光・量子デバイス研究会資料 OQD-07-60 Pages: 1-10
• [Presentation] 窒化物半導体を用いたTHz帯量子カスケードレーザ構造の量子設計と作製 (2008)
  • Author(s): 寺嶋 亘, 他
  • Organizer: 2008年春応用物理学会(第65回)
  • Place of Presentation: 日本大学
  • Year and Date: 2008-03-28
• [Presentation] Investigation of quantum cascade lasers based on III-nitride semiconductors in the terahertz frequency range (2008)
  • Author(s): Terashima W., Hirayama H.
  • Organizer: 33^<rd> International Conference on Infrared and Millimeter Waves, 16^<th> International Conference on Terahertz Electronics (IRMMW-THz 2008)
  • Place of Presentation: Pasadena California
• [Presentation] Design and fabrication of terahertz quantum cascade laser structure based on III-nitride semiconductors (2008)
  • Author(s): W. Terashima, H. Hirayama
  • Organizer: International Workshop on Nitride Semiconductors 2008 (IWM2008)
  • Place of Presentation: Montreux, Switzerland
• [Presentation] 深紫外半導体発光素子およびTHz量子カスケードレーザの開発 (2007)
  • Author(s): 平山 秀樹
  • Organizer: 電気学会・光・量子デバイス研究会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2007-12-14
• [Presentation] 表面プラズモン導波路を用いたテラヘルツ半導体レーザ (2007)
  • Author(s): 平山 秀樹, 他
  • Organizer: 応用物理学会・応用電子物性分科会研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2007-10-25
• [Presentation] THz-QCLの低損失プラズモン導波路に向けた銀メタルボンディング条件の検討 (2007)
  • Author(s): 應 磊瑩, 他
  • Organizer: 2007年秋応用物理学会(第68回)
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] 両面金属導波路を用いたTHz-QCLの作製 (2007)
  • Author(s): 堀内 典明, 他
  • Organizer: 2007年秋応用物理学会(第68回)
  • Place of Presentation: 北海道工業大学
  • Year and Date: 2007-09-05
• [Presentation] Development of Deep-UV and Terahertz Semiconductor Emitting devices and their Applications (2007)
  • Author(s): H.Hirayama
  • Organizer: The 13^<th> International Micromachine/Nanotech Symposium, -MEMS Frontier-
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2007-07-26
• [Presentation] Development of Ag-metal bonding process for low-loss double metal waveguide of THz quantum cascade laser (2007)
  • Author(s): L.Ying, et. al.
  • Organizer: 26^<th> Electronic Material Symposium(EMS-26)
  • Place of Presentation: Shiga
  • Year and Date: 2007-07-04
• [Presentation] Fabrication of THz quantum cascade laser with low propagation loss Agmetal waveguide (2007)
  • Author(s): N.Horiuchi, et. al.
  • Organizer: 26^<th> Electronic Material Symposium(EMS-26)
  • Place of Presentation: Shiga
  • Year and Date: 2007-07-04
• [Presentation] 窒化物半導体による深紫外及びテラヘルツ発光素子開発の現状と展望 (2007)
  • Author(s): 平山 秀樹
  • Organizer: ワイドギャップ半導体光・電子デバイス、日本学術振興会第162委員会、特別講演会
  • Place of Presentation: 四ツ谷
  • Year and Date: 2007-01-25
• [Presentation] Development of Deep-UV and terahertz semiconductor emitting devices and their applications (invited) (2007)
  • Author(s): Hirayama H.
  • Organizer: 13th International Micromachine/Nanotech Symposium
  • Place of Presentation: Tokyo
• [Book] 平成18年度光技術動向調査(量子カスケードレーザによる中赤外、テラヘルツ波の発生) (2007)
  • Author(s): 平山秀樹