2011 Fiscal Year Research-status Report
低エミッタンス・短パルス半導体フォトカソードの開発
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23760310
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
金 秀光 名古屋大学, 高等研究院, 特任助教 (20594055)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 電子源 / 超格子 / 量子効率 |
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| Research Abstract |
新型構造の設計、特にヘテロ構造の設計は本研究の成否を左右する。傾斜ミニバンドは、各井戸層の電子の準位を徐々に変えることにより得られ、井戸層と障壁層のバンドギャップ、厚さを変えることで可能になる。従来型GaAs/GaAsP超格子型フォトカソードに対して、本研究ではAlGaInAs/AlGaInP超格子構造を用いる。AlGaInAsとAlGaInPは両方とも4元混晶材料であり、その特徴は、格子定数、バンドギャップを独立的に制御することができる。Model-solid理論とKronig-Pennyモデルによりミニバンド計算を行い、超格子層の組成と層厚を決めた。 フォトカソードの作製は有機金属気相エピタキシャル成長法(MOVPE)により行う。AlGaInAs、AlGaInP材料系をGaAs基板上に成長し、その後、X線回折法、フォトルミネッセンス法により結晶性評価を行い、最適な成長圧力、成長温度、成長速度、III族原料とV族原料比などを決定する。その後、1段階で設計されたAlGaInAs/AlGaInP超格子構造の作製を行った。 実際作製したフォトカソードは、TEM観察を行う。超格子構造では、急峻な界面、組成分布などの問題が予想される。また、本計画では超格子の層厚と組成を変化する構造を作製するため、層厚と組成の確認が重要である。それで、TEM観察により、超格子の層厚を確認し、さらにEDX測定により超格子各層での組成の分布を調べた。作製した試料は、量子効率がバンドギャップ付近で、0.4％であり、これは従来のGaAs型のフォトカソードの0.1％により、4倍の大改善である。
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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
本研究では、新しいGaInP系材料を用いた電子源を開発を挑んだ。新型構造の設計、特にヘテロ構造の設計は本研究の成否を左右する。従来型GaAs/GaAsP超格子型フォトカソードに対して、本研究ではGaInP/AlGaInP超格子構造を用いた。GaInP/AlInPその特徴は、格子定数、バンドギャップを独立的に制御することができる。Model-solid理論とKronig-Pennyモデルによりミニバンド計算を行い、最適な超格子構造を決定し、作製を行った。 作製した新しい試料では、バンドギャップ付近での量子効率が0.4％であり、これは従来のGaAs型の量子効率に比べて、４倍の大改善である。GaInPの材料系を電子源に用いるのは世界中初めてであり、十分の高性能を示している。 今後この成果をベースに短パルスト低エミッタンスの測定を行う予定であり。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後この成果をベースに、フォトカソードのパルス実験をKEKの装置で行う。～100 fsパルス幅のレーザを励起光として、取り出した電子ビームを時間分解することにより、ビームの幅と電荷量を測定する。 その後、Mn、Feなどが挙げられ、これらはにより添加可能である。先に、GaAs基板上に違う密度のMn、Feを添加したGaAs層を成長する。成長した試料は、時間分解フォトルミネッセンス法により、電子のライフタイムの測定を行う。電子のライフタイムが短いほど、添加した材料による電子の除去効果が有効であることを示す。これより最適な添加材料とその密度を決める。 最後に、AlGaInAs/AlGaInP超格子構造を作製し、その後上の段階で決定した材料系を添加したGaAs表面層をMOVPE成長法により作製する。作製した新しいフォトカソードのパルス実験はKEKで行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成24年度交付額と、平成23年度からの繰越額をあわせ、下記のとおり経費の執行を計画している。東京での成果発表(東京2日間、2回)と韓国釜山で開けるICMOVPEへの出席しと、研究成果発表する。KEKでの実験出張する。 （20日間)有機金属原料TBPの購入する予定である。
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[Journal Article] Status of the high brightness polarized electron source suing transmission photocathode2011
Author(s)
N. Yamamoto, X.G. Jin, A. Mano, T. Ujihara, Y. Takeda, S. Okumi, T. Nakanishi, T. Yasue, T. Koshikawa, T. Ohshima, T. Saka, H. Horinaka
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Journal Title
J. Phys.: Conference Series
Volume: 298
Pages: 012017
Peer Reviewed
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