2009 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物半導体を用いたテラヘルツ量子カスケードレーザの研究
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21246005
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
平山 秀樹 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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺嶋 亘 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, 基幹研究所研究員 (30450406)
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| 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 / MBE結晶成長 / サブバンド間遷移 / 超格子 |
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| Research Abstract |
電波と光波の両方の性質を兼ね備え持つ、未開拓の光、テラヘルツ(THz)光は、近年、特定試薬・化学物質・構造等を非破壊かつ安全に検出するテラヘルツ分光イメージングの光源として注目され幅広い分野での利用が急速に進みつつある。テラヘルツ帯量子カスケードレーザは、小型、高効率、高出力、長寿命、狭線幅テラヘルツレーザ光源として大変に期待されている。しかし、量子カスケードレーザでは電子-LOフォノン散乱による非発光再結合確率が大きいため5-12THz帯のレーザ発振がこれまで得られなかった。一方、窒化物半導体では散乱波長帯はより高エネルギー側にあるため、これまで不可能であった5-12THz帯のレーザ発振が可能になると考えられる。本研究では、窒化物半導体を用いた量子カスケードレーザ実現のための技術開拓を新たに行い、それを実現することにより、これまで不可能であった5-12THz帯を含むTHzレーザ発振を実現することを目的とする。
今年度は、窒化物MBE装置を用いて、GaN系THz-QCL構造を作製した。Al組成5-30%程度の範囲で高品質AlGaN超格子の成長条件を把握し、1000層程度からなる窒化物QCL構造を原子1層の精度で成膜し作製した。ドライエッチングプロセスを用いて片面プラズモン導波路構造を作製した。クライオスタットで冷却しながら電流注入を行いTHz発光(自然放出発光)の観測を試みた。AlGaN/GaN-QCL構造に、約8Aのパルス電流注入を行った結果、20Kにおいて1.4THz付近から自然放出発光が観測された。これは、窒化物系QCLからの電流注入による世界初の自然放出光観測である。作製したQCLは9THzで発光するように設計していたので、発光周波数の差が何に起因しているのか今後検討を行うと共に、高強度THz発光を目指す予定である。
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