2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of an intense terahertz pulse source using semiconductor heterostructures
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19K04540
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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, 准教授 (30758636)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | テラヘルツ放射 / GaSb/InAsヘテロ接合 / フォトデンバー効果 / パルス光源 / terahertz radiation / GaSb/InAs / photo-Dember effect / pulse light source |
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| Outline of Annual Research Achievements |
安価なGaAs基板上に成膜したInAs薄膜を利用した，フォトデンバー高強度テラヘルツパルス光源の開発を行っている。すでに，励起波長 800 nm のレーザで励起した場合には，GaSb/InAsヘテロ構造の利用により，GaSb光励起層からInAs放射層へのホットエレクトロン注入により，InAs薄膜のみに比べ，放射電界強度が1.4 倍増加することが分かっている。
GaSb/InAs ヘテロ接合のGaSb層厚依存性から、この層での光吸収の増大が放射強度の増加にも重要であるとの知見を利用して InGaSbを使ったヘテロ接合を形成し、1550 nm 励起の場合に、放射強度増大の可能性が得られた令和２年度の結果に基づき、InGaSb 層の InSb 組成と膜厚依存性に関する系統的な実験を進めた。
その結果、800 nm の励起においても In0.2Ga0.8Sb/InAs ヘテロ構造では、同じ膜厚の GaSb/InAs 構造に比べて放射強度が、どの (In)GaSb 膜厚においても増加することが確認され、表面層での光吸収の重要性が明らかになった。また、InGaSb 5 nm の試料では、GaSb 5 nm の強度を 2 割程度上回る強度が得られた。
また、InGaSb 層の InSb 組成依存性については、組成 0.1, 0.2, および 0.3 で検討を行ったところ、組成が 0.2 の試料で最も高い強度が観測された。組成 0.3 では、格子不整合が大きく、結晶欠陥が発生している可能性もあり、電子の InAs 放射層への注入過程に悪い影響を与えている可能性があることがわかった。
本研究によって、InAs 系ヘテロ構造が、電子の輸送過程を制御したPhoto-Dember効果が利用でき、高強度なテラヘルツパルス光源の開発おいて有用性が高いことが示された。
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