周波数可変テラヘルツ電磁波光源の実現に向けた励起子物性の制御（国際共同研究強化）

• 研究課題/領域番号: 16KK0129
• 研究種目: 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 小島 磨 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (00415845)
• 研究期間 (年度): 2017 – 2019
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
• キーワード: テラヘルツ電磁波 / 半導体 / 量子井戸 / 励起子 / 非線形光学 / 差周波混合 / テラヘルツ分光 / 多重量子井戸

研究成果の概要

本研究は半導体中の励起子を利用した差周波混合によるテラヘルツ電磁波の発生に関して、励起子の役割を明らかにすることを目的に行われた。半導体素子は国際共同研究先である英国グラスゴー大学で作製され、テラヘルツ電磁波の観測を含む光学測定は神戸大学で実施された。光変調スペクトル測定や超短パルスを用いた第二次高調波に関する測定結果から、単一の励起子準位を励起した場合の効果を明らかにできたが、その一方で、二つの励起子準位を励起した場合の効果については、未だ、不明である。この点については、今後の研究で解明していく。

研究成果の学術的意義や社会的意義

半導体中の励起子は高い振動子強度を有していることから、光デバイスへの応用が期待される一方、GaAsでは束縛エネルギーが小さく、室温で励起子が安定に存在できないとされてきた。そのような状況で、室温で励起子を利用したデバイスへの提案ができた点は重要な意義があると考えている。さらに、半導体レーザーとの組み合わせで小型のテラヘルツ電磁波分光システムを実現できると期待でき、有毒または有害な分子を高速に検出できる小型システムは今後、社会的に必要とされると考えている。

研究成果

• [国際共同研究] Glasgow大学(英国) (2017)
• [雑誌論文] Electron transport in a silicon crystal observed by energy transfer luminescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Kojima Osamu、Yukako Ito、Kita Takashi、Shim Yong-Gu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 59 号: 8 ページ: 082005-082005
  • DOI: 10.35848/1347-4065/aba3f6
  • NAID: 120007140172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of a thin nitrogen-doped layer on terahertz dynamics in GaAs containing InAs quantum dots (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojima Osamu、Izumi Ryo、Kita Takashi
  • 雑誌名: OSA Continuum 巻: 2 号: 5 ページ: 1621-1621
  • DOI: 10.1364/osac.2.001621
  • NAID: 120006621636
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of modulation of ultrafast transient carrier dynamics by interface on terahertz signal (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Shintaro、Kojima Osamu、Kita Takashi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1220 号: 1 ページ: 012013-012013
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1220/1/012013
  • NAID: 120006713581
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Exciton dynamics as a function of excitation intensity and double-pulse excitation in cyanine molecule thin films: Toward low-power optical switches (2019)
  • 著者名/発表者名: Kojima Osamu、Nagauchi Junpei、Kita Takashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 126 号: 3 ページ: 033103-033103
  • DOI: 10.1063/1.5090831
  • NAID: 120006713585
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterisation of thin-layer resonant tunnelling diodes grown by MOVPE (2019)
  • 著者名/発表者名: Razvan Baba, Osamu Kojima, Kristof JP Jacobs, Brett A Harrison, Ben J Stevens, Toshikazu Mukai, Richard A Hogg
  • 雑誌名: Proc. SPIE Quantum Dots and Nanostructures: Growth, Characterization, and Modeling XVI 巻: 10929 ページ: 1092909-1092909
  • DOI: 10.1117/12.2510119
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における連続波励起子共鳴励起による変調効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小島 磨、喜多 隆、Hogg Richard
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] GaAs/AlAs多重量子井戸における差周波混合によるテラヘルツ電磁波発生に対する励起子の重ね合わせ効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 坂上 寛太、小島 磨、喜多 隆、Hogg Richard
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Extension of excitation energy to generate terahertz wave to smaller than GaAs bandgap energy due to growth of InAs quantum dots and nitrogen doped layer (2019)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Control of exciton interference in GaAs/AlAs multiple quantum wells (2019)
  • 著者名/発表者名: O. Kojima, T. Kita
  • 学会等名: SemiconNano2019
  • 国際学会
• [学会発表] GaAs/AlAs 多重量子井戸の励起子共鳴励起下での励起子分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小島 磨, 井山 華澄, 喜多 隆, R. Hogg
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Characterisation of thin-layer resonant tunnelling diodes grown by MOVPE (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Baba, O. Kojima, K. J. P. Jacobs, B. A. Harrison, B. J. Stevens, T. Mukai, R. A. Hogg
  • 学会等名: Photonic West 20019
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 神戸大学フォトニック材料学研究室
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/
• [備考]
  • URL: http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-photonics/kojima/Kojima.htm