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高In組成窒化物半導体による室温連続動作量子カスケードレーザの実現に向けた研究

研究課題

研究課題/領域番号 17560040
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用光学・量子光工学
研究機関立命館大学

研究代表者

笠原 健一  立命館大学, 理工学部, 教授 (70367994)

研究分担者 荒木 努  立命館大学, 理工学部, 准教授 (20312126)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,750千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 150千円)
2007年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2006年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2005年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
キーワード量子カスケードレーザ / 窒素化合物半導体 / 光デバイス / 環境 / 生命科 / 窒化物半導体 / 生命科学
研究概要

高In組成窒化物半導体による室温連続動作量子カスケードレーザの実現に向けて2つの内容で研究を進め、以下の成果が得られた。1)量子カスケードレーザ(QCL)の利得形状、線幅増大係数に関する研究:QCLの発振閾値電流を下げ、室温連続発振を可能にするためにはサブバンド間での利得形成メカニズムを理解し、構造設計する必要がある。しかしながら、波長が中赤外域にあり、有効な手段がなかったためにこれまでその解明は進んでいなかった。本研究ではQCLの線幅増大係数(αパラメータ)とそのデチューニング特性を調べることで利得形成や閾値以上での利得形状を明らかに出来た。戻り光を利用する非対称Self-Mixing法を考案し、これを8/5μm-QCLに適用してαを測定した。その結果、αは利得ピーク波長に対して非対称となり、利得がピーク波長に対して対称でないことを見出した。この原因としてサブバンドの非放物線性とそれに基づく利得形状の理論的検討、更には非平衡フォノンが電子緩和に及ぼす影響の解析を進めた。その結果、LOフォノン共鳴を使う3準位系QCLでは利得が長波長側に尾を引く非対称形状となり、αパラメータのデチューニング特性を説明できることが分かった。またこの測定を通してQCLのαが発明当初から言われていたようなゼロではなく、デチューニング依存性を持つことを初めて明確に示すことに成功した。2)InN/InGaNヘテロ接合に関する研究:InGaN/InN系QCLの実現に向けて内部電界の影響を受けず、高い発光効率が期待される無極性面での結晶成長技術の開発を進めた。RF-MBE法を用い、R面サファイア基板上に窒化処理を行った後、テンプレート用A面InNを形成した。その上に400℃でInNとInGaNとを成長させた。RHEEDとXRD測定から六方晶A面結晶が成長していることを確認でき、PL測定ではInGaNからの明瞭な発光ピークを観測されるに至っている。またInN層とInGaN層との間に低温InGaN中間層を導入することでInGaNの表面平坦性が向上でき一定の前進が得られた。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2008 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (32件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] First Direct Observation of the Small Linewidth Enhancement Factor of a Fabry-Perot Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, Y.Takagi, M.Ishihara, K.Kasahara, N.Akikusa and T.Edamura
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. 47

      ページ: 1607-1608

    • NAID

      210000064302

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, Y.Takagi, M.Ishihara, K.Kasahara, A.Sugiyama, N.Akikusa and T.Edamura
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. 92

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectral Behavior of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, Y.Takagi, M.Ishihara, K.Kasahara, A.Sugiyama, N.Akikusa and T.Edamura
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. (未定)(In printing)

    • NAID

      40016211004

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First Direct Observation of the Small Linewidth Enhancement Factor of a Fabry-Perot Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M. Ishihara, K. Kasahara, N. Akikusa, T. Edamura
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appi. Phys. 47

      ページ: 1606-1608

    • NAID

      210000064302

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M.Ishihara, K. Kasahara, A. Sugiyama, N. Akikusa, T. Edamura
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. 92

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spectral Behavior of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M.Ishihara, K. Kasahara, A. Sugiyama, N. Akikusa, T. Edamura
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appi. Phys. (In printing)

    • NAID

      40016211004

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] First Direct Observation of the Small Linewidth Enhancement Factor of aFabry-Perot Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, et. al.
    • 雑誌名

      Jpn.J.Appl.Phys. Vol.47

      ページ: 1606-1606

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of aMid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, et. al.
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Lett. Vol.92(in press)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of aMid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, et. al.
    • 雑誌名

      Proc.Conference on Lasers and Electro-Optics 2008 JThA17(To be published)

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザの遠視野像2008

    • 著者名/発表者名
      石原 幹斗, 他
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケード・レーザの線幅増大係数2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 石原 幹斗, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 雑誌名

      信学技報 107

      ページ: 11-14

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth of A-plane (11-20) In-ritch InGaN on R-plane (10-12) Sapphire by RF-MBE2007

    • 著者名/発表者名
      M.Noda, Y.Kumagai, S.Takado, D.Muto, H.Na, H.Naoi, T.Araki, and Y.Nanishi
    • 雑誌名

      Phys.Stat.Sol. 4

      ページ: 2560-2563

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of the Linewidth Enhancement Factor of Fabry-Perot Quantum Cascade Laser2007

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M.Ishihara, K. Kasahara, N. Akikusa, T. Edamura
    • 雑誌名

      IEICE Tehnical Report 107

      ページ: 11-14

    • NAID

      110006549532

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Growth of A-plane(11-20) In-ritch InGaN on R-plane(10-12) Sapphire by RF-MBE2007

    • 著者名/発表者名
      M. Noda, Y. Kumagai, S. Takado, D. Muto, H. Na, H. Naoi, T. Araki, Y. Nanishi
    • 雑誌名

      Phys. Stat. Sol. 4

      ページ: 2560-2563

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 量子カスケード・レーザの線幅増大係数2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 他
    • 雑誌名

      信学技報 Vol.107,No.372

      ページ: 11-11

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケード・レーザの反転分布形成に関する検討2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 他
    • 雑誌名

      平成19年度秋季第応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第3分冊

      ページ: 1163-1163

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザの線幅増大係数(II)-バンドの非放物線1生の影響2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 他
    • 雑誌名

      平成19年度秋季第応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第3分冊

      ページ: 1164-1164

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザの線幅増大係数2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹 他
    • 雑誌名

      平成19年度秋季第応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Vol.3

      ページ: 1222-1222

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザーにおける光閉じ込めの検討2007

    • 著者名/発表者名
      熊本 哲郎 他
    • 雑誌名

      Phy.Stat.Sol(B) Vol.3

      ページ: 1222-1222

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Growth of A-plane(11-20) In-rich InGaN on r Plan(10-12) Sapphire by RF-MBE2007

    • 著者名/発表者名
      M.Noda et al.
    • 雑誌名

      Phy.Stat.Sol(B) (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A-plane (1120) InN Growth on Nitridated R-plane (1012) Sapphire by ECR-MBE2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Kumagai, A.Tsuyuguchi, H.Naoi, H.Na, and Y.Nanishi
    • 雑誌名

      Phys.Stat.Sol. 243

      ページ: 1468-1471

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A-plane(1120) InN Growth on Nitridated R-plane(1012) Sapphire by ECR-MBE2006

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumagai, A. Tsuyuguchi, H. Naoi, H. Na, Y. Nanishi
    • 雑誌名

      Phys. Stat. Sol. 243

      ページ: 1468-1471

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザの相対雑音強度2006

    • 著者名/発表者名
      高木 陽平 他
    • 雑誌名

      平成18年度秋季第応用物理学関係連合講演会講演予稿集 Vol.3

      ページ: 1053-1053

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケード・レーザの中空ファイバ伝送効率2006

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹 他
    • 雑誌名

      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集

      ページ: 218-218

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子カスケードレーザ相対強度雑音のパラメーター依存症2006

    • 著者名/発表者名
      高木 陽平 他
    • 雑誌名

      電子情報通信学会総合大会講演論文集

      ページ: 273-273

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A-Plane(1120) InN growth on nitridated R-Plane(1012) sapphire by ECR-MBE2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Kumagai et al.
    • 雑誌名

      Phy.Stat.Sol(B) Vol.243

      ページ: 1468-1471

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] In_<0.78>Ga_<0.22>N/InN-MQWにおける内部電界の検討2006

    • 著者名/発表者名
      熊本 哲郎
    • 雑誌名

      平成18年度春季第応用物理学関係連合講演会講演予稿集

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] ECR-MBE法による(10-12)サファイア基板上(11-20)InNの成長-無極性InNの検討2005

    • 著者名/発表者名
      熊谷 裕也
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 ED2005-120

      ページ: 105-105

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Linewidth Enhancement Factor of 5-μm Quantum Cascade Laser Asymmetric to Gain Peak

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, Y.Takagi, M.Ishihara, K.Kasahara, A.Sugiyama, N.Akikusa and T.Edamura
    • 雑誌名

      Photon.Technol.Lett. (Accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linewidth Enhancement Factor of 5-tm Quantum Cascade Laser Asymmetric to Gain Peak

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M.Ishihara, K. Kasahara, A. Sugiyama, N. Akikusa, T. Edamura
    • 雑誌名

      Photon. Technol. Lett. (Accepted)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication of InN/InGaN Quantum Well Structures by RF-MBE

    • 著者名/発表者名
      Masahito Kurouchi
    • 雑誌名

      Phys.Stat.Sol. (Accepted)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A-plane (11-20) InN Growth on Nitridated R-plane (10-12) Sapphire by ECR-MBE

    • 著者名/発表者名
      Yuuya Kumagai
    • 雑誌名

      Phys.Stat.Sol. (Accepted)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N.Kumazaki, Y.Takagi, M.Ishihara, K.Kasahara, A.Sugiyama, N.Akikusa, and T.Edamura
    • 学会等名
      Conf.on Laser and Electrooptics
    • 発表場所
      San Jose,USA
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケード・レーザの線幅増大係数の電流依存性2008

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 石原 幹斗, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成20年度秋季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      千葉
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケード・レーザの光ビーム特性2008

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 石原 幹斗, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成20年度秋季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      千葉
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケードレーザの遠視野像2008

    • 著者名/発表者名
      石原 幹斗, 熊崎 直樹, 高木 陽平, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会講演会
    • 発表場所
      北九州学術研究都市
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Detuning Characteristics of the Linewidth Enhancement Factor of a Mid-infrared Quantum Cascade Laser2008

    • 著者名/発表者名
      N. Kumazaki, Y. Takagi, M. Ishihara, K. Kasahara, A. Sugiyama, N. Akikusa, T. Edamura
    • 学会等名
      Conf. on Laser and Electrooptics
    • 発表場所
      San Jose
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケードレーザ相対強度雑音のパラメータ依存性2007

    • 著者名/発表者名
      高木 陽平, 熊崎 直樹, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会講演会
    • 発表場所
      名古屋
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケードレーザの線幅増大係数2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 熊本 哲郎, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成19年度春季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケードレーザにおける光閉じ込めの検討2007

    • 著者名/発表者名
      熊本 哲郎, 熊崎 直樹, 高木 陽平, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成19年度春季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケード・レーザの反転分布形成に関する検討2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 石原 幹斗, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成19年度秋季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      北海道
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 熊崎直樹,高木陽平,石原幹斗,笠原健一,秋草直大,枝村忠孝2007

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹, 高木 陽平, 石原 幹斗, 笠原 健一, 秋草 直大, 枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成19年度秋季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      北海道
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] In_<0.78>Ga_<0.22>N/InN-MQWにおける内部電界の検討2006

    • 著者名/発表者名
      熊本 哲郎, 山本 雅之, 笠原 健一, 黒内 正仁, 荒木 努, 名西 〓之
    • 学会等名
      平成18年度春季第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] In_<0.78>Ga_<0.22>N/InN-MQWにおける内部電界の検討(II)2006

    • 著者名/発表者名
      熊本 哲郎, 山本 雅之, 笠原 健一, 黒内 正仁, 荒木 努, 名西 〓之
    • 学会等名
      平成18年度秋第応用物理学関係連合講演会講演会
    • 発表場所
      滋賀
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケードレーザの相対雑音強度2006

    • 著者名/発表者名
      高木 陽平、熊崎 直樹、笠原 健一、秋草 直大、枝村 忠孝
    • 学会等名
      平成18年度秋第応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      滋賀
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] 量子カスケード・レーザの中空ファイバ伝送効率2006

    • 著者名/発表者名
      熊崎 直樹、高木 陽平、熊本 哲郎、笠原 健一、秋草 直大、枝村 忠孝
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエテイ大会講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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