2018 Fiscal Year Annual Research Report
Application of InAs quantum dots with ultrafast carrier relaxation to terahertz wave detection devices
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16K06266
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
熊谷 直人 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (40732152)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
盧 翔孟 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 特任助教 (80708800)
南 康夫 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 特任准教授 (60578368)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 光電流 / 光伝導アンテナ / テラヘルツ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歪緩和InGaAs層に埋め込まれた超高速なキャリア緩和を持つInAs量子ドット層の光電流の評価はこれまでレーザーによる1500 nm付近での単一波長励起により行ってきたが、励起光の波長依存性つまり光電流スペクトルでの評価はされていなかった。今年度は光電流メカニズムの解明に向けて、光電流のスペクトルは重要であり、この温度依存性を測定して知見を得ることとした。
測定には光源にハロゲンランプ(50W)を用い、励起光を950～1800 nmに分光し、クライオスタットを用いて温度を4~292Kで変化させた。試料には4 mmの電極間隔を設け、バイアス電圧5Vを印加した。光電流の測定にはロックイン検出を用い、光源の強度はGeフォトダイオードを用いて較正した。
1400 nm付近にInAs量子ドット層からのブロードな光電流ピークが観測され、4Kから室温まで連続的な光電流が確認でき、温度上昇に伴い、光電流の増加傾向が見られた。スペクトルは低バイアス下で得られたことから、そのまま吸収スペクトルに相当すると考えられる。1400nm付近より長波長側では、159K以上にならないと殆ど光電流が生じていない一方で、1400 nm付近より短波長側では低温時から明瞭に光電流が観測された。159K以上では各波長における光電流温度依存性から、光電流の活性化エネルギーを得た。量子ドット層からの光電流ピークにおける長波長側の裾と短波長側の裾では、長波長側の裾の活性化エネルギーの方が短波長側の裾よりも大きかった。これら活性化エネルギーの違いはドットの大きさに由来して、励起されたキャリアが波動関数の重なるような高次励起準位や濡れ層の連続的な準位への熱脱出のし易さを示していると考えられる。これらの結果からInAs量子ドット層からの光電流メカニズムの解明について、熱活性面から重要な知見を得ることができた。
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