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窒化物半導体を用いた未開拓領域5-12THz帯の量子カスケードレーザ(QCL)の開発を課題として、本年度は「高品質厚膜成長のための新しい成長法(DETA法)の導入とその効果の検証」と「高品質GaN基板上GaN/AlGaN系QCL素子構造作製と電流注入」についての研究を行った。成長表面に析出した金属液滴を熱によって蒸発させる成長手法のDETA法を導入したことにより、これまで困難であった精密な原料供給比制御が容易になり、長時間の成膜を要する厚膜成長が可能になった。又、DETA法を用いることで表面、構造特性が改善する効果があることが分かり、結晶の高品質化にも貢献した。高品質GaN基板上に作製したQCL構造への電流注入では、サブバンド間遷移に起因する自然放出光の発光スペクトルを観察することに初めて成功した。電流注入による窒化物半導体からのサブバンド間遷移発光を実証した結果はこれまでに例がなく、世界的に見ても非常に画期的な成果である。
現時点で、窒化物半導体QCLから電流注入において自然放出光(スペクトル)が観察された段階である。今後、サブバンド間エネルギー等の窒化物半導体の詳細な物性値等を検証しながらQC構造のディチューニングを行い、設計どおりの周波数での発光を目指す。さらに、今後は本格的にGaN基板やAlNテンプレートを用い、高品質QCL構造の作製・評価(発光・電気特性、メカニズム等)を精力的に進めていき、レーザ発振を実現する。来年度中には、レーザ発振及び発振波長のチューニングを行う予定である。
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