2001 Fiscal Year Annual Research Report
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13450137
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浅田 雅洋 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30167887)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡辺 正裕 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (00251637)
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| Keywords | 光領域三端子素子 / ナノ構造 / フォトンアシストトンネル / 電子波ビート / コヒーレント超放射 / CaF_2 / CdF_2 / Siヘテロ接合 / 共鳴トンネルダイオード |
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| Research Abstract |
本研究は、光領域の三端子素子の可能性として、新たに提案した固体ナノ構造中の電子の赤外領域におけるフォトンアシストトンネル遷移とトンネルした走行電子波ビート集群による電磁波出力を組み合わせた三端子増幅素子の実現を目指し、1.デバイス形成のための微細構造の結晶成長と形成プロセスの確立、2.遠赤外から近赤外領域に至るフォトンアシストトンネルと電子波ビート集群効果の観測と特性把握を行い、デバイスの増幅動作の可能性を明らかにすることを目的とし、本年度は以下の成果を得た。
提案した素子の特性を理論的に見積もる際、これまで半古典的解析による荒い近似しか手段がなかったが、今回、新たに密度行列理論を導入することにより量子論的解析による正確な見積もりが可能となった。これにより走行電子波のビート集群が、集団的なコヒーレント超放射という、特殊な自然放出により出力電磁波を放射するメカニズムが明瞭に解析でき、半古典論をもとに提案・予測してきた素子特性の精度が明らかになったとともに、電子散乱が特性に与える影響や通常の自然放出が関与する割合、信号対雑音比など種々の特性が明らかになった。素子の応答周波数の上限は、半古典論での予測がほぼ成り立ち、出力層の電子走行時間で決まり、素子構造により遠赤外〜近赤外が可能であるとの見積もりも得た。
デバイス形成のための微細構造の結晶成長の第一段階として、ポテンシャル障壁が高いために量子化エネルギーの尖鋭化が期待されることから、提案した素子の動作に適したCaF_2/CdF_2/Siヘテロ接合系を選択し、結晶成長を行った。ヘテロ構造の層厚を原子層レベルで制御するため、結晶成長を100nm程度の微細領域に限定するナノ領域エピタキシーを提案して素子の入力部分となる二重障壁RTDを形成し、室温において非常に均一性のよい微分負性抵抗特性を得た。
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[Publications] M.Tsutsui, M.Asada: "Dependence OF Drain Current on Gate Oxide Thickness of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFETs"Japan. J. Applied Physics. 41(掲載予定). (2002)
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[Publications] M.Tsutsui, T.Nagai, M.Asada: "Analysis and Fabrication of p-type Vertical PtSi Schottky Source/Drain MOSFET"Trans. Electron. IEICE of Japan. E85-C(掲載予定). (2002)
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[Publications] M.Asada: "Theoretical Analysis of Terahertz Harmonic Generation in Resonant Tunneling Diodes"Japan. J. Applied Physics. 40,12. 6809-6810 (2001)
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[Publications] M.Asada, N.Sashinaka: "Nonlinear Terahertz Gain Estimated from Multiphoton-Assisted Tunneling in Resonant Tunneling Diodes"Japan. J. Applied Physics. 40,9. 5394-5398 (2001)
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[Publications] M.Asada: "Density-Matrix Modeling of Terahertz Photon-Assisted Tunneling and Optical Gain in Resonant Tunneling Structures"Japan. J. Applied Physics. 49,9. 5251-5256 (2001)
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[Publications] T.Maruyama, M.Watanabe: "Theoretical Analysis of the Threshold Current Density in BeMgZnSe Quantum Well Ultraviolet Lasers"Japan. J. Applied Physics. 40,12. 6872-6873 (2001)
