平山量子光素子研究室

深紫外（波長200-350nm）やテラヘルツ(THz)周波数帯の半導体レーザ、LEDなど、これまで実現が難しかった未開拓半導体発光素子は、殺菌や医療、高密度光記録、生化学産業、化学工業、各種非破壊・透視検査など広範囲にわたる新たな応用分野への展開が期待され、それらの開発が強く求められております。当研究室では、新規半導体材料の結晶成長技術の開拓、ならびに、原子・ナノスケール人工構造による電子・光制御の導入により、革新的な半導体発光素子を実現する研究を行っております。これまで、ワイドギャップ半導体の新規結晶成長法の考案による世界最高品質結晶の実現とそれを用いた発光効率の飛躍的向上や、新しい原理に基づく量子へテロ構造・フォトニックナノ構造の導入により、実現が難しいとされてきた未踏波長領域の深紫外LED、テラヘルツ量子カスケードレーザを実現し、さらにそれらの限界性能の追及を行ってきました。新しい発光素子の実現とそれらの高性能化により様々な応用分野が切り開かれ、今後の産業発展への大きな貢献が期待されます。

研究テーマ

• AlGaN系半導体の結晶成長と深紫外発光ダイオード（DUV-LED）の開発
• 深紫外レーザダイオード（DUV-LD）の開発
• GaAs、GaN系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

主要論文

1. Lin, T.T., Ying, L., and Hirayama, H.:
   "Threshold current density reduction by utilizing high-Al-composition barriers in 3.7 THz GaAs/AlGaAs quantum cascade lasers"
   Appl. Phys. Express, Vol. 5, 012101 (2011)
2. Mino, T., Hirayama, H., Takano, T., Tsubaki, K., and Sugiyama, M.:
   "Realization of 256-278 nm AlGaN-based Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes on Si Substrates Using Epitaxial Lateral Overgrowth AlN Templates"
   Appl. Phys. Express 4, 092104 (2011)
3. Fujikawa, S., and Hirayama, H.:
   "284-300 nm Quaternary InAlGaN-based Deep-Ultraviolet Light-Emitting Diodes on Si (111) Substrates"
   Appl. Phys. Express, 4 061002 (2011)
4. Terashima, W. and Hirayama, H.:
   "The Utility of Droplet Elimination by Thermal Annealing Technique for Fabrication of GaN/AlGaN Terahertz Quantum Cascade Structure by Radio Frequency Molecular Beam Epitaxy"
   Appl. Phys. Express, Vol. 3, No. 12, 125501-1-3 (2010)
5. Hirayama, H., Noguchi, N., and Kamata, N.:
   "222 nm Deep-Ultraviolet AlGaN Quantum Well Light-Emitting Diode with Vertical Emission Properties"
   Appl. Phys. Express, 3, 032102 (2010)
6. Hirayama, H., Tsukada, Y., Maeda, N., and Kamata, N.:
   "Marked Enhancement in the Efficiency of Deep-Ultraviolet AlGaN Light-Emitting Diodes by Using a Multiquantum-Barrier Electron Blocking Layer"
   Appl. Phys. Express, 3, 031002 (2010)
7. Hirayama, H., Noguchi, N., Fujikawa, S., Norimatsu, J., Takano, T., Tsubaki, K., and Kamata, N.:
   "222-282nm AlGaN and InAlGaN based high-efficiency deep-UV-LEDs fabricated on high-quality AlN on sapphire"
   Physica Status Solidi (a), 206, pp. 1176-1182 (2009)
8. Hirayama, H., Noguchi, N., Yatabe, T., and Kamata, N.:
   "227 nm AlGaN light-emitting diode with 0.15 mW output power realized using thin quantum well and AlN buffer with reduced threading dislocation density"
   Appl. Phys. Express, 1, 051101 (2008)
9. Hirayama, H., Yatabe, T., Noguchi, N., Ohashi, T., and Kamata, N.:
   "231-261nm AlGaN deep-ultraviolet light-emitting diodes fabricated on AlN multilayer buffers grown by ammonia pulse-flow method on sapphire"
   Appl. Phys. Lett. 91, 071901 (2007)
10. Hirayama, H.:
    "Quaternary InAlGaN-based high-efficiency ultraviolet light-emitting diodes"
    J. Appl. Phys. Vol. 97, pp. 091101 1-19 (2005). (Focused Review: Invited Paper)