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

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21246005
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 平山 秀樹 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, チームリーダー (70270593)
• 研究分担者: 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) ; 池田 典明 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, 研究員 (90267477)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 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 / 分子線エピタキシー / サブバンド間遷移 / 自然放出光 / 電流注入

研究概要

GaN/AlGaN系窒化物半導体超格子を用いることにより、これまで未開拓周波数領域であった5-12THz帯量子カスケードレーザの開発を行った。原子層レベルで平坦なヘテロ界面を有するGaN/AlGaN系量子カスケード構造の作製を行い、世界で始めて窒化物半導体からのTHz周波数のバンド内遷移自然放出発光を実現すると共に、発光の偏波依存性などから発光の起源を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Threshold current density reduction by utilizing high-Al-composition barriers in 3.7 THz GaAs/AlGaAs quantum cascade lasers (2011)
  • 著者名/発表者名: T. T. Lin, L. Ying and H. Hirayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: Vol.5 ページ: 012101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of terahertz quantum cascade laser based on III-nitride semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 雑誌名: The Review of Laser Engineering 巻: Vol.39, No.10 ページ: 769-774
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular beam epitaxy growth of GaN/AlGaN quantum cascade structure using droplets elimination by thermal annealing technique (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi A 巻: Vol.1 ページ: 1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous emission from GaN/AlGaN terahertz quantum cascade laser grown on GaN substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: Vol.8 ページ: 2302-2304
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Utility of Droplet Elimination by Thermal Annealing Technique for Fabrication of GaN/AlGaN Terahertz Quantum Cascade Structure by Radio Frequency Molecular Beam Epitaxy (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: Vol.3 ページ: 12550-1-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and fabrication of terahertz quantum cascade structure based on III-Nitride semiconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: Vol.6 ページ: 614-617
  • 査読あり
• [学会発表] Recent progress of THz quantum cascade lasers(invited) (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Hirayama
  • 学会等名: The 4th Japan-Korea Joint Workshop on Terahertz Technology
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 20111219-20
• [学会発表] Terahertz intersubband electroluminescence from GaN/AlGaN quantum cascade laser structure on AlGaN template (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 学会等名: IRMMW-THz 2011
  • 発表場所: Houston, U. S. A
  • 年月日: 20111002-07
• [学会発表] Significant reduction of threshold current density of GaAs/AlGaAs terahertz quantum cascade lasers by using high-Al-content AlGaAs barrier (2011)
  • 著者名/発表者名: T. T. Lin, L. Y. Ying and H. Hirayama
  • 学会等名: IRMMW-THz 2011
  • 発表場所: Houston, U. S. A
  • 年月日: 20111002-07
• [学会発表] Au/Al-Metal Bonding Conditions for Double Metal Waveguide on GaN based Terahertz Quantum Cascade Laser Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Matsumoto, W. Terashima, T. Yasuda and H. Hirayama
  • 学会等名: IRMMW-THz 2011
  • 発表場所: Houston, U. S. A
  • 年月日: 20111002-07
• [学会発表] Temperature dependence of threshold current density of GaAs/AlxGa(1-x) As terahertz quantum cascade lasers with different Al composition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. T. Lin and H. Hirayama
  • 学会等名: ITQW 2011
  • 発表場所: Badesi, Italy
  • 年月日: 20110911-16
• [学会発表] Terahertz electroluminescence from intersubband levels in quantum cascade laser based on III-Nitride semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 学会等名: ITQW 2011
  • 発表場所: Badesi, Italy
  • 年月日: 20110911-16
• [学会発表] 2.67-2.82 THz intersubband emission from GaN/AlGaN quantum cascade structure (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 学会等名: ICNS-9
  • 発表場所: Glasgow, UK
  • 年月日: 20110710-15
• [学会発表] First Observation of Spontaneous Emission on Injection Current from GaN/AlGaN Terahertz-Quantum Cascade Laser (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 学会等名: IWN2010
  • 発表場所: Florida, U. S. A
  • 年月日: 20100919-24
• [学会発表] GaN/AlGaN THz-QCLからの電流注入による自然放出光の観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 20100914-17
• [学会発表] Spontaneous Emission from GaN/AlGaN based Terahertz Quantum Cascade Laser Structure grown on GaN Substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima and H. Hirayama
  • 学会等名: IRMMW-THz 2010
  • 発表場所: Rome, Italy
  • 年月日: 20100905-10
• [学会発表] RF-MBE Growth of Terahertz Quantum Cascade Structure on GaN Substrate using Droplets Elimination by Thermal Annealing Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima, S. Matsumoto and H. Hirayama
  • 学会等名: ISGN3
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 20100704-08
• [学会発表] GaN系THz-QCLからの電流注入による自然放出光の観測 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: ワイドギャップ半導体光・電子デバイス第162委員会第69回研究会(招待講演)
  • 発表場所: キャンパスイノベーションセンター東京
  • 年月日: 2010-05-07
• [学会発表] 窒化物半導体を用いた未踏周波数領域テラヘルツ帯量子カスケードレーザの開発研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: 財団法人光科学技術振興財団平成19年度研究助成成果報告講演会(招待講演)
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2010-03-04
• [学会発表] GaN/AlGaN系THz帯量子カスケードレーザ構造の作成と評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、應磊瑩、平山秀樹
  • 学会等名: H21年度共同プロジェクト研究会「量子カスケードレーザの高性能化と応用に関する研究」(招待講演)
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2009-11-04
• [学会発表] Fabrication of device structure for GaN/AlGaN terahertz quantum cascade laser (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Terashima, L. Ying and H. Hirayama
  • 学会等名: 8^<th> International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] Ag-metal bonding conditions for low-loss double-metal waveguide for terahertz quantum cascade laser (2009)
  • 著者名/発表者名: L. Ying, N. Ikeda and H. Hirayama
  • 学会等名: The 34^<th> International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 2009
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] Agを用いた両面金属導波路を有するTHz量子カスケードレーザの作製 (2009)
  • 著者名/発表者名: 應磊瑩、堀内典明、寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: エクストリームフォトニクスシンポジウム
  • 発表場所: 和光本所
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] 窒化物半導体を用いたTHzカスケードレーザの構造設計と素子作製 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、應磊瑩、平山秀樹
  • 学会等名: エクストリームフォトニクスシンポジウム
  • 発表場所: 和光本所
  • 年月日: 2009-05-20
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/lab/THz-device/index.html