2016 Fiscal Year Research-status Report
高品質InAs薄膜を利用した高強度テラヘルツパルス光源の開発
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16K06326
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐々 誠彦 大阪工業大学, 工学部, 教授 (50278561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 政俊 大阪工業大学, 工学部, 講師 (30758636)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Terahertz radiation / テラヘルツ放射 / GaSb/InAs / InAs |
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| Outline of Annual Research Achievements |
InAs薄膜を利用したテラヘルツ放射素子の高強度化に向けた検討を行っている。この研究はパルスレーザ励起でテラヘルツ波を簡便に発生する放射素子の開発を目指し，InAs薄膜のフォトデンバー効果を利用した放射素子を形成する。光スイッチのような電極構造がなく，正確な光学位置合わせを必要としないため，取り扱いが簡便な素子が実現できる。これまでに，バルクInAs基板を超える強度が薄膜で得られることを示してきた。本研究では，さらに放射強度を高めるため，光励起後のキャリアの拡散電流を増強するため，GaSb/InAsへテロ構造を利用することで，GaSb中に励起されたキャリアをInAs中に注入することで，伝導帯エネルギー差を電子の加速に利用し，高エネルギー電子の注入を行って，放射テラヘルツの高強度化を検討した。
分子線結晶成長法により，InAs放射層 1 um の上にGaSb層を 5-300 nm 成長し，放射強度を測定した。GaSb層の厚さを薄くすると放射強度は増大したが，InAs層のみの構造より強度は低いという結果となった。
その原因が，GaSb方面でのバンドのピニングの効果にあると考え，GaSb層(50 nm)の上にさらに 1 nm のInAs層を成長した試料を作製し，放射強度を測定したところ，放射強度はInAs層のない構造に比べ，約２倍に増強した。
この結果は，電子注入にヘテロ構造が及ぼす効果が大きいことを示しており，さらに表面のピニングレベルの制御が重要であることを示している。GaSb層を薄層化したInAs/GaSb/InAs構造で，さららなる高強度化が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の目的に沿い，光励起キャリアを高速化するためのGaSb/InAsへテロ構造の検討を行った。GaSb層の厚さを 5-300 nm で変化させ，ヘテロ構造を作製し，電気的な評価を行い，結晶性を評価し，良好な試料が作製できていることを確認後，Tiサファイアレーザを励起光として，放射強度の測定を行った。GaSb層の厚さを薄くするとともに，放射強度は増大した。
しかし，GaSb 5 nmの試料の放射強度がInAs薄膜のみの試料の強度にほぼ並んだところで，その強度には及ばず，その理由を検討した。放射強度を低下させる原因には，大別するとGaSb表面でのバンドピニングによる内部電界の効果と谷間散乱の効果が考えられる。そこで，前者の効果に注目し，内部電界を弱めるためにGaSb 50 nmの上にさらにInAsの薄膜を1 nm成長した試料を作製し，InAs層のないものと放射強度を比較した。その結果，表面にInAs層を設けた試料では，放射強度が約2倍に増加した。これは，GaSb/InAsヘテロ構造では，表面ピニングの効果が主となり放射強度が低下したこと示している。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の結果を踏まえ，29年度ではGaSb層を薄層化したInAs/GaSb/InAs構造で，さらなる高強度化が期待できるため，引き続き，InAs表面層を設けたGaSb/InAsヘテロ構造で放射強度増強の検討を進める。
さらに，本ヘテロ接合構造の特徴を活かし，より超波長の光源で励起した場合の放射特性についての評価を行い，放射素子としての基本特性を明らかにする。期待するキャリア注入機構が実現している場合には，超波長の励起によっても高い放射強度が得られるものと期待できる。
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| Causes of Carryover |
年度末に結晶成長装置の排気ポンプが故障し，修理を依頼したが，年度内に修理が完了せず，平成29年度での完了となったため，当該予算及び装置故障がなかった場合に予定していた装置の運転費用を次年度に繰り越すこととなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記のように，繰越た研究費は装置修理に充当し，残りの額も装置の運転費用として平成29年度の研究に使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
