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2014 Fiscal Year Annual Research Report

半導体テラヘルツ光源に関する研究

Research Project

Project/Area Number 24560434
Research InstitutionNational Institute of Information and Communications Technology

Principal Investigator

関根 徳彦  独立行政法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所超高周波ICT研究室, 研究マネージャー (10361643)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsテラヘルツ / 光デバイス / カスケード / レーザ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、テラヘルツ(THz)領域の光源の実現を目的としており、特に新たな高性能THz帯量子カスケードレーザ構造の検討を行っている。研究計画の最終年度にあたる本年度は、昨年度から行ってきたシミュレーションを元に構造設計を行い、実際に結晶成長を行うと共にデバイス作製とその評価を行った。
前年度から検討してきた活性層構造の設計指針を基に、GaAs/AlGaAs系材料を用いたエピタキシャル結晶成長をMBE法により行った。このエピウェハーについてレーザ作製プロセスを行ったが、今年度から稼働を始めたプロセス装置を利用することにより、安定的なレーザプロセスが可能となった。これにより作製したmetal-metal導波路構造を有するTHz帯量子カスケードレーザ素子について、デバイス評価を行ったところ、レーザ発振は得られなかったが、設計通りの電流-電圧特性は得られ、また設計動作電圧付近にて、熱の効果以外の光出力が観測されており、今後の研究に期待ができる結果が得られた。
また、レーザ素子のキャリアダイナミクス等の物理的理解を得るため、外部から励起光を入射し、レーザ素子内部に擾乱を与えることにより、これがレーザ動作へ与える影響について調べた。レーザ端面にフェムト秒パルスを照射すると、発振スペクトルのシフトが起こり、そのシフト量やスペクトル形状はレーザのバイアス電流によっても異なることが観測された。このスペクトルの挙動は、光誘起四光波混合による横モードのモードホッピング・ピークマージとして理解できることが分かった。
更に外部励起光の強度を上げて強励起状態にすると、スロープ効率の変化を観測することができ、こちらは引き続き理論との比較を行いながら、活性層内部のキャリアダイナミクスを検討していく。これらの結果は、今後のTHz帯量子カスケードレーザ開発にフィードバックしてゆく。

  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014

All Presentation (5 results)

  • [Presentation] テラヘルツ量子カスケードレーザの水平横モードに対する光制御2015

    • Author(s)
      酒瀬川洋平、齋藤伸吾、関根徳彦、笠松章史、芦田昌明、寳迫巌
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県平塚市北金目4-1-1)
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] 共振器端面プラズマによるテラヘルツ量子カスケードレーザの強度変調2014

    • Author(s)
      酒瀬川洋平、齋藤伸吾、関根徳彦、笠松章史、芦田昌明、寳迫巌
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道札幌市北区北8条西5丁目)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [Presentation] A novel analytical model for optical injection in terahertz quantum cascade lasers2014

    • Author(s)
      Y. Sakasegawa, S. Saito, N. Sekine, A. Kasamatsu, M. Ashida, and I. Hosako
    • Organizer
      24th IEEE International Semiconductor Laser Conference (ISLC2014)
    • Place of Presentation
      Melia Palas Atenea, Palma de Mallorca (Spain)
    • Year and Date
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [Presentation] The effect of structural parameters on terahertz quantum cascade lasers2014

    • Author(s)
      N. Sekine and I. Hosako
    • Organizer
      the 35th Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS2014)
    • Place of Presentation
      Langham Place Guangzhou, Guangzhou (China)
    • Year and Date
      2014-08-25 – 2014-08-28
  • [Presentation] Waveguide structure in THz quantum cascade lasers for high-performance operation2014

    • Author(s)
      N. Sekine, A. Kasamatsu, and I. Hosako
    • Organizer
      International Symposium on Frontier of Terahertz Science
    • Place of Presentation
      the Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST), Okinawa (Japan)
    • Year and Date
      2014-08-04 – 2014-08-06

URL: 

Published: 2016-06-03  

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