窒化物半導体を用いたTHz帯量子カスケードレーザによる未踏周波数領域の開拓研究

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22760258
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• キーワード: Quantum cascade laser / III-Nitride semiconductors / Intersubband / THz / DETA technique

研究概要

我々はテラヘルツ帯量子カスケードレーザ(THz-QCL)における未踏周波数領域5-12 THz帯の開拓を目指して、III族窒化物半導体を用いたTHz-QCLの開発研究を行った。本課題において、RF-MBE法によって熱処理によるドロップレット除去(DETA)法を用いたGaN/AlGaN系QCL構造を作製し、その構造特性及び発光特性を評価した。その結果、DETA法を適用することでQC構造の多周期化が可能になり、かつ構造特性・結晶性が改善することが分かった。また、この方法を用いて作製したTHz-QCL構造の電流注入において、1.4～2.8 THzのサブバンド間遷移発光に初めて成功した。

研究成果

• [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: 8 ページ: 2302
  • 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: 208 ページ: 1187
  • 査読あり
• [雑誌論文] 「量子カスケードレーザー」特集号、「窒化物半導体系テラヘルツ帯量子カスケードレーザーの開発」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: Vol.39, No.10 ページ: 769-774
  • 査読あり
• [雑誌論文] GaN系THz帯量子カスケードレーザ構造の作製と自然放出光の観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌 ページ: 131-134
• [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: 3 ページ: 125501
  • 査読あり
• [学会発表] GaN系THz帯量子カスケードレーザ構造の作製と自然放出光の観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: 電子情報通信学会、レーザ・量子エレクトロニクス(LQE)研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20111117-18
• [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: 36th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves(IRMMW-THz 2011)
  • 発表場所: Hyatt Regency Houston, Houston, Texas, USA
  • 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: 36th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves(IRMMW-THz 2011)
  • 発表場所: Hyatt Regency Houston, Houston, Texas, USA
  • 年月日: 20111002-07
• [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: The 11th International Conference on Intersubband Transitions in Quantum Wells(ITQW 2011)
  • 発表場所: Le Dune Resort & Spa, Badesi, Sardinia, Italy
  • 年月日: 20110911-17
• [学会発表] GaN系THz-QCL構造における発光起源の解明 (2011)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 20110829-0902
• [学会発表] GaN系THz-QCLにおける両面金属導波路構造作製に向けたAl/Auメタルボンディング条件の探索 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本壮太、寺嶋亘、安田隆、平山秀樹
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 20110829-0902
• [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: 9th International Conference on Nitride Semiconductors(ICNS-9), Scottish Exhibition and Conference Centre(SECC)
  • 発表場所: Glasgow, Scotland, UK
  • 年月日: 20110710-15
• [学会発表] GaN系QCLからのTHz帯自然放出光の観察 (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺嶋亘、平山秀樹
  • 学会等名: 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター講演会「GaN系プラネットコンシャスデバイス・材料の現状」
  • 発表場所: 東北大学片平さくらホール
  • 年月日: 20101104-05
• [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: International Workshop on Nitride semiconductors 2010(IWN2010)
  • 発表場所: Marriott Tampa Waterside Hotel & Marina, Tampa, Florida, USA
  • 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: 35^<th> International Conference on Infrared and Millimeter Waves, 18^<th> International Conference on Terahertz Electronics(IRMMW-THz 2010)
  • 発表場所: Angericum Univ., 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: The 3^<rd> International Symposium on Growth of III-Nitrides(ISGN3)
  • 発表場所: Corum, Montpellier, France
  • 年月日: 20100704-08
• [学会発表] 「テラヘルツ・超高周波デバイス、QCLの進展」"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: 日本学術振興会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
  • 発表場所: キャンパスイノベーションセンター東京(田町)
  • 年月日: 2010-05-07
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/lab/THz-device/