バンド間遷移及びサブバンド間遷移長波長赤外線レーザの研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15560274
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 藤安 洋 静岡大学, 工学部, 教授 (60022232)
• 研究分担者: 井上 翼 静岡大学, 工学部, 助手 (90324334) ; 石田 明広 静岡大学, 工学部, 助教授 (70183738)
• キーワード: 中赤外線 / 量子カスケード / 窒化物半導体 / IV-VI族半導体 / 量子井戸 / 赤外線レーザ

研究概要

本研究では、波長5〜30μm領域の長波長赤外線レーザ作製を目的に、バンド間遷移IV-VI族半導体レーザとAlN/GaN量子井戸サブバンド間遷移レーザの研究を行ってきた。AlN/GaN系量子井戸サブバンド間遷移レーザの研究では、[(AlN)_1/(GaN)_<n1>]_m/(AlN)_<n2>量子カスケード構造をホットウォールエピタキシー法により成長させ、その構造を透過電子顕微鏡(TEM)及びX線回折により評価した。高分解能TEM測定により急峻なヘテロ界面を持つ量子井戸構造が作製できていることが判った。一方、X線回折では、成長層のc面からのずれ(揺らぎ)が大きくなると、周期構造に対応するサテライトピークの強度が弱くなり、X線回折により量子井戸構造を精度良く評価できることが判った。平坦性の良い量子カスケード構造を作製することにより、ほぼ理論通りのX線回折パターンが得られた。上記量子カスケード構造をAlGaNクラッド層で挟んだレーザ構造も作製し、ドライエッチングによりメサストライプ構造も作製した。クラッド層として用いるAlGaN上へも周期性と平坦性の良い量子カスケード構造が作製できたので、GaN基板上へのAlGaN/GaN/[(AlN)_1/(GaN)_<n1>]_m/(AlN)_<n2>/GaN/AlGaNレーザ構造の作製も試みた。GaNとAlGaNとの格子不整合(〜0.3%)により、成長層にクラックが発生してしまい、GaN基板上へのレーザ構造の作製ではクラックを低減する方策が必要であることがわかった。
IV-VI族半導体バンド間遷移レーザの研究では、PbCaTe/PbSnTe量子井戸レーザを作製し、サイドオプティカルキャビティレーザにおいて波長10μm付近でのレーザ動作が得られた。

研究成果

• [文献書誌] A.Ishida, Y.Inoue, H.Nagasawa, N.Sone, K.Ishino, J.J.Kim, H.Makino, T.Yao, H.Kan, H.Fujiyasu: "[(AlN)_1/(GaN)_<n1>]_m/(AlN)_<n2>-based quantum wells for quantum-cascade-laser application"Physica E. Vol.21. 765-769 (2004)
• [文献書誌] Y.Inoue, H.Nagasawa, N.Sone, K.Ishino, A.Ishida, H.Fujiyasu, J.J.Kim, H.Makino, T.Yao, S.Sakakibara, M.Kuwabara: "Fabrication and characterization of short period AlN/GaN quantum cascade laser structures"J.Cryst.Growth. (印刷中). (2004)