| Project/Area Number |
19K04532
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
Wada Osamu 神戸大学, 産官学連携本部, 非常勤講師 (90335422)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 磨 千葉工業大学, 工学部, 教授 (00415845)
海津 利行 京都大学, 産官学連携本部, 特定研究員 (00425571)
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
北田 貴弘 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 特任教授 (90283738)
南 康夫 日本大学, 生産工学部, 准教授 (60578368)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | InAs量子ドット / 量子ドット超格子 / 低温成長GaAs / 光伝導アンテナ（PCA） / 超高速キャリア緩和 / 光Hall効果 / 光電流特性 / 電場増強構造 / テラヘルツ波発生 / テラヘルツ波デバイス / THｚ発生・検知 / 光導電型デバイス |
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| Outline of Research at the Start |
テラヘルツ波特有の伝搬特性を利用して、通信、センシング、イメージングの高性能化や新機能の実現ができると期待されている。光導電型(PCA)デバイスはテラヘルツ波発生・検知に必須であるが、将来システムに向けた高性能化が不可欠である。
本研究は、我々独自の量子ドット超格子材料を導入することにより、従来の性能を大幅に凌駕する新しいPCAデバイスを実現するものである。この目的を達成するために、光励起下における光導電の物理機構、特にその超高速現象の詳細を明らかにするとともに、光入射部電界増強効果を考慮した新規量子ドット超格子PCAデバイス構造を生み出すことによって、超高性能デバイスの実現を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Photoconductive antenna (PCA) is one of the key devices for wider application of terahertz (THz) systems, and its operation at the telecom wavelength (1550 nm) is demanded. In this study, a novel PCA consisting of InAs/GaAs quantum dot (QD) superlattice has been fabricated by molecular-beam epitaxy technique and characterized for its application to the THz operation under 1550 nm excitation. The photoconductive property of this structure has been studied by evaluating the photo-Hall effect, the excitation power dependence of photocurrent spectra, and the ultrafast pump-probe reflection measurement. A few interesting features found include that this PCA structure has a low dark current and non-saturating hole dominant photocurrent with sub-ps relaxation time, which are favorable for THz operation of these PCAs. THz wave generation at ~1 THz has been successfully demonstrated with this PCA under 1550 nm, ~100 fs pulse excitation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究で提案したInAs/GaAs QD超格子構造においては構造中のミッドギャップ準位に起因して1550 nm励起下でもPCA動作が期待できる大きな光電流が確認された。さらに、光Hall効果測定からは、光電流には高易動度の正孔電流が寄与していること、また、光電流の励起強度依存性評価からは、高励起域でキャリア再結合過程が現れること、など本構造の物理特性に関する新たな学術的知見が得られた。また、1550 nm励起によるPCA動作の実証は、成熟した光通信用光源の活用が可能で、かつ高性能・安価なTHz発生・検知素子の実現を可能とし、ひいてはTHzシステムの広範な応用を促すものとして社会的意義が大きい。
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