2016 年度研究成果報告書

両面金属導波路構造作製技術の構築によるＧａＮ系ＴＨｚ－ＱＣＬの高温動作化

研究課題

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研究課題/領域番号	15K13982
研究種目	挑戦的萌芽研究
配分区分	基金
研究分野	電子デバイス・電子機器
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	寺嶋亘国立研究開発法人理化学研究所, 平山量子光素子研究室, 研究員 (30450406)
研究協力者	林宗澤
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード	量子カスケードレーザ / テラヘルツ / 窒化物半導体 / 砒化ガリウム / 両面金属導波路
研究成果の概要	本研究は砒化ガリウム材料および窒化ガリウム材料における量子構造の最適化と両面金属導波路構造の作製技術の構築を行うことで、テラヘルツ帯量子カスケードレーザの最大の課題である動作温度の高温化を実現することを目的とした。砒化ガリウム系材料において変調障壁層と電子引抜障壁層を量子カスケード構造に組み込むことで、145 Kまでの高温動作化に成功した。窒化ガリウム系材料における両面金属導波路構造の作製技術構築では、メタルボンディング条件を確立しレーザアブレーションを施すことによって窒化ガリウム系量子構造をサファイア基板から剥離することに成功した。
自由記述の分野	半導体工学、電子デバイス、光デバイス
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究は量子カスケードレーザ(QCL)の課題である動作温度の高温化を目指しており、本課題の遂行によって砒化ガリウム(GaAs)系材料で145 Kまでの高温化を達成した。また窒化ガリウム(GaN)系材料では高温動作に有利な両面金属導波(DMW)構造の作製技術の構築を目指した。DMW構造の完成までには至らなかったが、その前段である基板からの量子構造の分離プロセスまでの技術を獲得した。病理組成診断・危険物検査・半導体物性検査等様々な分野での応用が期待できるTHz光を身近な光にするためには小型堅牢なTHz-QCLの室温動作化が必須であり、本研究成果は高温動作化のための重要な知見が得られたと考えられる。