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2011 Fiscal Year Annual Research Report

半導体物性物理に基づいた周波数バンド可変テラヘルツ電磁波発生素子構造設計原理構築

Research Project

Project/Area Number 22760010
Research InstitutionThe University of Shiga Prefecture

Principal Investigator

竹内 日出雄  滋賀県立大学, 工学部・電子システム工学科, 准教授 (50512779)

Keywordsテラヘルツ電磁波 / 超高速現象 / プラズモン / コヒーレント縦光学フォノン
Research Abstract

平成22年度に,undoped GaAs/n-type GaAsエピタキシャル構造においてundoped GaAs層厚を変化させることによって,-これはundoped層の内部電場を制御することにつながる-,テラヘルツ電磁波の周波数を可変化するという実績を上げた。これを受けて平成23年度は,ある任意のundoped GaAs/n-type GaAsエピタキシャル構造において,フェムト秒パルスレーザー光強度を変化させることにより,テラヘルツ電磁波の周波数バンド化変可ができるかどうかという研究を行った。すなわち生成されるキャリアの密度を変化させることによる周波数可変性を検証した。その結果として,i-GaAs層における縦光学フォノンとプラズモンとの結合を介したテラヘルツ電磁波発生という成果を得ることができた。応用的観点に立てば,電極構造を作りこむという複雑な手続きを経ることなく簡便に周波数可変テラヘルツ素子を設計できるという新規な物性物理に基づいた原理を提供できたという点に意義がある。これは,当初とは予想外の良好な結果である。しかもテラヘルツ電磁波素子の設計原理をなす物性物理分野に対して,多大な影響を与えるものであった。フェムト秒パルス光励起下でもコヒーレント縦光学フォノンとプラズモンとが結合し,結合後,半導体内部電場によってそれらが乖離するという現象を得られたからである。これは,従来の分光技術では観測することができなかった半導体中でのコヒーレント縦光学フォノンとプラズモンとのダイナミクスを明らかにしたという点で意義がある。以上の結果から,物性物理学に基づいた周波数可変テラヘルツ電磁波素子設計原理構築という研究テーマに関しては,ほぼ成果が得られたと考えられる。なお本研究を遂行していくなかで,コヒーレント縦光学フォノンからの高強度テラヘルツ電磁波の観測にも成功している。このことは,単色光テラヘルツ電磁波発生素子の開発につながる。このような素子は,これまでテラヘルツ研究分野における一つの課題であった。従って,こうした方面でも成果を得ることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初は,テラヘルツ電磁波の周波数制御には,試料上に電極をもうけるという加工技術が必要であるという仮定の下で,計画が立てられた。しかしながら高度な電極加工技術を必要としないテラヘルツ電磁波周波数可変技術を得ることができた。かつこれまでは微弱とされてきたコヒーレント縦光学フォノンからの高強度テラヘルツ電磁波発生にも成功した。以上の成果から.本研究は.当初の計画以上に進展していると結論される。

Strategy for Future Research Activity

昨年度では,コヒーレント縦光学フォノンとプラズモンとの結合に起因するテラヘルツ電磁波の周波数可変性を提案することができた。しかしながら超高速分光におけるプラズモンの振る舞いに関しては未解明な点があり,これを明らかにすることで,物性物理学に基づいたテラヘルツ電磁波発生素子の構築原理に更なる自由度を与えることができると考えられる。こうした点に関して研究を進めていく。さらに昨年度では,コヒーレント縦光学フォノンからのテラヘルツ電磁波発生にも成功している。この成功をさらに発展させ,超高速現象下でのコヒーレントフォノンのダイナミクスを明らかにし,テラヘルツ光源素子の研究を進めていく。

  • Research Products

    (14 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Detection of a coherent longitudinal optical phonon in a GaAs buffer layer optically covered with a GaSb top epitaxial layer using terahertz electromagnetic wave spectroscopy2011

    • Author(s)
      H. Takeuchi, S. Tsuruta, and M. Nakayama
    • Journal Title

      AIP Conference Proceedings

      Volume: 1416 Pages: 84-87

    • URL

      http://dx.doi.org/10.1063/1.3603046

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Emission of the terahertz electromagnetic wave from coherent longitudinal optical phonons in a GaAs buffer layer optically masked by a GaSb top epitaxial layer2011

    • Author(s)
      Hideo Takeuchi, Syuichi Tsuruta, Masaaki Nakayama
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 98 Pages: 151905 1-3

    • DOI

      10.1063/1.3574541

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Terahertz spectroscopy of dynamics of coupling between the coherent longitudinal optical phonon and plasmon in the surge current of instantane ously photogenerated carriers flowing through the i-GaAs layer of an i-GaAs/n-GaAs epitaxial structure2011

    • Author(s)
      Hideo Takeuchi, Syuichi Tsuruta, Masaaki Nakayama
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 110 Pages: 013515 1-6

    • DOI

      10.1063/1.3603046

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] GaSb/GaAsエピタキシャル構造の遮光されたGaAs緩衝層におけるコヒーレント縦光学フォノンからのテラヘルツ分光2011

    • Author(s)
      竹内日出雄, 鶴田修一, 中山正昭
    • Journal Title

      第22回光物性研究会論文集

      Volume: 22 Pages: 105-108

  • [Journal Article] (11n)面方位GaAs/InAlAs歪み多重量子井戸におけるコヒーレントLOフォノンからの高強度テラヘルツ電磁波2011

    • Author(s)
      浅井聡太, 鶴田修一, 竹内日出雄, 中山正昭
    • Journal Title

      第22回光物性研究会論文集

      Volume: 22 Pages: 109-112

  • [Presentation] i-GaAs/n-GaAs構造における縦光学フォノン・プラズモン結合モードによるテラヘルツ電磁波2012

    • Author(s)
      竹内日出雄, 鶴田修一, 中山正昭
    • Organizer
      第67回日本物理学会
    • Place of Presentation
      関西学院大学
    • Year and Date
      2012-03-26
  • [Presentation] GaSb/GaAsエピタキシャル構造の遮光されたGaAs緩衝層におけるコヒーレント縦光学フォノンからのテラヘルツ分光2011

    • Author(s)
      竹内日出雄, 鶴田修一, 中山正昭
    • Organizer
      第22回光物性研究会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2011-12-09
  • [Presentation] (11n)面方位GaAs/InAlAs歪み多重量子井戸におけるコヒーレントLOフォノンからの高強度テラヘルツ電磁波2011

    • Author(s)
      浅井聡太, 鶴田修一, 竹内日出雄, 中山正昭
    • Organizer
      第22回光物性研究会
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2011-12-09
  • [Presentation] Terahertz radiation from the coherent longitudinal optical phonon-plasm on coupled mode in an i-GaAs/n-GaAs epitaxial structure2011

    • Author(s)
      Shuichi Tsuruta, Hideo Takeuchi, Masaaki Nakayama
    • Organizer
      15th International Conference on Thin Films (ICTF-15)
    • Place of Presentation
      Kyoto Terrasa, Japan
    • Year and Date
      2011-11-09
  • [Presentation] GaSb/GaAsエピタキシャル構造における遮光されたGaAs緩衝層のコヒーレント縦光学フォノンからのテラヘルツ電磁波2011

    • Author(s)
      竹内日出雄, 鶴田修一, 中山正昭
    • Organizer
      第66回日本物理学会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] (11n)面方位GaAs/InAlAs歪み多重量子井戸におけるコヒーレントLOフォノンからのTHz電磁波発生2011

    • Author(s)
      浅井聡太, 鶴田修一, 竹内日出雄, 中山正昭
    • Organizer
      第66回日本物理学会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2011-09-21
  • [Presentation] Detection of a coherent longitudinal optical phonon in a GaAs buffer layer optically covered with a GaSb top epitaxial layer using terahertz electromagnetic wave spectroscopy2011

    • Author(s)
      Hideo Takeuchi, Syuichi Tsuruta, Masaaki Nakayama
    • Organizer
      15th International Conference on Narrow Gap Systems (NGS15)
    • Place of Presentation
      Virginia Polytechnic Institute, U.S.A.
    • Year and Date
      2011-08-04
  • [Presentation] Time evolution of terahertz electromagnetic waves from undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial layer structures clarified with use of a time-partiti oning Fourier transform method2011

    • Author(s)
      H.Takeuchi, S.Tsuruta, H.Yamada, M.Hata, M.Nakayama
    • Organizer
      The International Conference on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011
    • Place of Presentation
      University of Michigan, U.S.A.
    • Year and Date
      2011-06-29
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.e.usp.ac.jp/~edvw/site-takeuchi/

URL: 

Published: 2013-06-26  

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