2003 Fiscal Year Annual Research Report
テラヘルツフォトンと量子構造中の電子波の相互作用および超高周波デバイスへの応用
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15206038
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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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 | テラヘルツ増幅・発振素子 / 共鳴トンネル構造 / フォトンアシストトンネル / 絶縁体 / 半導体ナノ構造 / フッ化物ヘテロ接合 / ナノ傾城エピタキシー / サブバンド間遷移レーザ / テラヘルツ三端子素子 |
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| Research Abstract |
本研究は、テラヘルツ(THz)帯の固体増幅デバイスとして新しく提案した電子のフォトンアシストトンネルによる光遷移と走行電子波のビートによる集群効果を組み合わせた三端子増幅の実現を目標とし、このデバイスの材料系として金属/絶縁体/半導体ナノ構造の高精度結晶成長の確立とTHz電磁波に対する応答特性、デバイスの基本構造の形成とTHz増幅動作の可能性を明らかにすることを目的とし、本年度ば以下の成果を得た。
THzデバイス形成に向けて、ポテンシャル障壁が高く、量子準位が尖鋭になることが期待される金属/絶縁体/半導体ヘテロ接合材料系に対して、Si基板にほぼ格子整合するCaF_2(絶縁体)と金属(CoSi2)を用い、100nm程度の微細領域に結晶成長を限定したナノ領域エピタキシーを用いて共鳴トンネル構造を形成し、非常に均一性のよい室温微分負性抵抗特性を得ることに成功した。
並行して、デバイスに一体集積するためのTHz帯平面微細アンテナと基本的なデバイス構造を提案し、金属/絶縁体/半導体ヘテロ接合への応用に先んじて、半導体ヘテロ構造を用いて形成し特性を把握した。微細アンテナに関しては集積スロットアンテナと半導体共鳴トンネルダイオードを集積した発振デバイスにより、サブTHz(250GHz)の発振を得るとともに、理論解析によりサイズ縮小によりTHz帯も発振可能であることを明らかにした。基本となるデバイス構造の考案と作製に関しては、二次元電子ガスを用いたデバイスを考案し、素子中心部を形成することにより、直流特性から、電流量などTHz増幅に十分な特性を有することを明らかにした。これらのデバイスは、それ自体がサブTHz〜THz帯のデバイスとして有用な構造および特性を持つことが示されるとともに、金属/絶縁体/半導体THzデバイスの最適な構造に対する指針となった。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] M.Asada: "Theory of superradiance from photon-assisted tunneling electrons and its application to terahertz device"Journal of Applied Physics. 94・1. 677-685 (2003)
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[Publications] M.Asada: "Quantum theory of a semiconductor klystron"Physical Review B. 67・11. 115303 1-115303 8 (2003)
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[Publications] M.Asada: "Proposal and Analysis of a Travelling-Wave Amplifier in Terahertz Range Using Two-Dimensional Electron Gas"Japanese Journal of Applied Physics. 42(掲載予定). (2004)
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[Publications] M.Asada, M.Yamada: "Theoretical analysis of interaction between electron beam and electromagnetic wave for unidirectional optical amplifier"Journal of Applied Physics. 95(掲載予定). (2004)
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[Publications] M.Watanabe, M.Matsuda, H.Fujioka, T.Kanazawa, M.Asada: "Structural Dependence of the Negative Differential Resistance Characteristics of CdF_2/CaF_2 Resonant Tunneling Diodes grown on Si using Nanoarea Local Epitaxy"IEEE Transaction on Nanotechnology. (掲載予定). (2004)
