低エミッタンス・短パルス半導体フォトカソードの開発

• 研究課題/領域番号: 23760310
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 金 秀光 名古屋大学, 高等研究院, 特任助教 (20594055)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2012年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2011年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 半導体フォトカソード / 応答性 / 短パルス / 高量子効率 / 内部電界 / 電子源 / 超格子 / 量子効率

研究概要

速い応答性を得るためには、フォトカソードに内部電界を印加し、電子のトランジスタを速くする方法がある。申請者は活性層をAl0.2Ga0.8As層よりGaAs層まで、5つのステップに分けて、Alの組成を下げた。隣接した活性層にはバンドギャップの違いにより、界面に電界が生じる。
傾斜型AlGaAs試料のデールはバルクAlGaAsのそれより明らかに短くなった。この効果は、拡散モデルに内部電界を組み合わせることで説明できる。523 nm励起光において、傾斜型AlGaAsの量子効率は13%であり、バルクAlGaAsの8%の量子効率に比べ明らかな向上である。

研究成果

• [雑誌論文] Nano-scale characterization of GaAsP/GaAs strained superlattice structure by nano-beam electron diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, H. Nakahara, K. Saitoh, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 113106-113106
• [雑誌論文] Nano-scale characterization of GaAsP/GaAs strained superlattice structure by nano-beam electron diffraction (2014)
  • 著者名/発表者名: Xiuguang Jin, Hirotaka Nakahara, Koh Saitoh, Nobuo Tanaka, and Yoshikazu Takeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: VOL. 104 号: 11 ページ: 113106-113106
  • DOI: 10.1063/1.4869030
  • 査読あり
• [雑誌論文] High performance spin-polarized photocathodes using a GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, A. Mano, F. Ichihashi, N. Yamamoto, Y. Takeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 ページ: 15801-15801
• [雑誌論文] Effect of compressive strain relaxation on surface morphology in GaAsP growth on GaP substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, S. Fuchi, Y. Takeda
  • 雑誌名: J. Cryst. Growth 巻: 370 ページ: 204-204
• [雑誌論文] Picosecond electron bunches from GaAs/GaAsP strained superlattice photocathode (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, S. Matsuba, Y. Honda, T. Miyajima, M. Yamamoto, T. Utiyama, Y. Takeda
  • 雑誌名: Ultramicroscopy 巻: 130 ページ: 44-48
• [雑誌論文] Temporal Response Measurements of GaAs-Based Photocathodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Honda, S. Matsuba, X.G. J in, T. Miyajima,M. Yamamoto, T. Uchiyama, M. Kuwahara, Y. Takeda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 ページ: 86401-86401
• [雑誌論文] Phase-locking of oscillating images using laser-induced spin-polarized pulse TEM (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kuwahara, Y. Nambo, S. Kusunoki, X.G. Jin, T. Nakanishi, K. Saitoh, H. Asano, T. Ujihara, Y. Takeda, T. Nakanishi, N. Tanaka
  • 雑誌名: Microscopy Advance Access 巻: 62 ページ: 607-614
• [雑誌論文] Temporal response measurements of GaAs-based photocathodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Honda, S.Matsubara, X.G.Jin, T.Miyajima, M.Yamamoto, T.Uchiyama, M.Kuwahara, and Y.Takeda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.52 号: 8R ページ: 86401-86401
  • DOI: 10.7567/jjap.52.086401
  • NAID: 210000142576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of compressive strain relaxation on surface morphology in GaAsP growth on GaP substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G.Jin, S.Fuchi, and Y.Takeda
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: Vol.370 ページ: 204-207
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.09.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-performance spin-polarized photocathodes using a GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G.Jin, A.Mano, F.Ichihashi, N.Yamamoto, and Y.Takeda
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.6 号: 1 ページ: 125801-125801
  • DOI: 10.7567/apex.6.015801
  • NAID: 10031140457
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mean Transverse Energy Measurement of Negative Electron Affinity GaAs-based Photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Matrsuba, Y. Honda, X.G. J in, T. Miyajima, M. Yamamoto, T. Uchiyama, M. Kuwahara, Y. Takeda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 46402-46402
• [雑誌論文] Analysis of thickness modulation in GaAs/GaAsP strained superlattice by TEM observation (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, H. Nakahara, K. Saitoh, T. Saka, T. Ujihara, N. Tanaka, Y. Takeda, J. Cryst
  • 雑誌名: Growth 巻: 353 ページ: 84-84
• [雑誌論文] Fourfold increase of quantum efficiency in highly spin-polarized transmission-type photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, F. Ichihashi, A. Mano, N. Yamamoto, Y. Takeda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 108004-108004
• [雑誌論文] 30-kV spin-polarized transmission electron microscope using a GaAs-GaAsP strained superlattice photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kuwahara, S. Kusunoki, X.G. Jin, T. Nakanishi, Y. Takeda, K. Saitoh, T. Ujihara, H. Asano, N. Tanaka
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 33102-33102
• [雑誌論文] Mean Transverse Energy Measurement of Negative Electron Affinity GaAs-Based Photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Matduba
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 4R ページ: 46402-46402
  • DOI: 10.1143/jjap.51.046402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of thickness modulation in GaAs/GaAsP strained superlattice by TEM observation (2012)
  • 著者名/発表者名: X. Jin, H. Nakahara, K. Saitoh, T. Saka, T. Ujihara, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growtｈ 巻: 353 号: 1 ページ: 84-87
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.05.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fourfold increase of quantum efficiency in highly spin-polarized transmission-type photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G.Jin, F.Ichihashi, A.Mano, N.Yamamoto, and Y.Takeda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 号: 10R ページ: 108004-108004
  • DOI: 10.1143/jjap.51.108004
  • NAID: 210000141406
  • 査読あり
• [雑誌論文] 30-kV spin-polarized transmission electron microscope using GaAs-GaAsP strained superlattice photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kuwahara, Xiuguang Jin, Yoshikazu Takeda他
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 3 ページ: 0331021-0331024
  • DOI: 10.1063/1.4737177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elimination of local thickness modulation in GaAs/GaAsP strained superlattices for high (2011)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, Y. Maeda, T. Sasaki, S. Arai, S. Fuchi, T. Ujihara, and Y. Takeda
  • 雑誌名: J. Phys.: Conference Series 巻: 298 ページ: 12011-12011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Status of the high brightness polarized electron source suing transmission photocathode (2011)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: J. Phys.: Conference Series 巻: 298 ページ: 12017-12017
  • 査読あり
• [学会発表] Nano-scale characterization of GaAsP/GaAs strained superlattice structures by nano-beam electron diffraction (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, H. Nakahara, K. Saitoh, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 17^<th> International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Mo116, Warsaw, Poland(Poster)
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode using GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, N. Yamamoto, A. Mano, M. Yamamoto, Y. Takeda
  • 学会等名: 2013 International Workshop on Polarized Sources, Targets & Polarimetry
  • 発表場所: The University of Virginia, Charlottesville, USA
• [学会発表] Novel development of very high brightness and highly spin-polarized electron gun with compact 3D spin manipulator for SPLEEM (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Koshikawa, T. Yasue, M. Suzuki, K. Tsuno, S. Goto, X.G. J in, Y. Takeda
  • 学会等名: IVC-19/ICSS-15 AND ICN+T
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] Nano-scale characterization of GaAsP/GaAs strained superlattice structures by nano-beam electron diffraction (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, H. Nakahara, K. Saitoh, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Poland
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode using GaAs/GaAsP strain-compensated superlattice (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, N. Yamamoto, A. Mano, M. Yamamoto, Y. Takeda
  • 学会等名: The 2013 International Workshop on Polarized Sources, Targets & Polarimetry
  • 発表場所: The University of Virginia, USA
• [学会発表] ovel development of very high brightness and highly spin-polarized electron gun with compact 3D spin manipulator for SPLEEM (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Koshikawa, T. Yasue, M. Suzuki, K. Tsuno, S. Goto, X.G. Jin and Y. Takeda
  • 学会等名: IVC-19/ICSS-15 AND ICN+T
  • 発表場所: Paris, France
• [学会発表] LEEM and AES study of negative electron affinity GaAs photocathode degradation process (2013)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, A. Cotta, G. Chen, A. N`Diaye, A. K. Schmid, Y. Takeda
  • 学会等名: 9th International Symposium on Atomic Level Characterization for New Materials and Devices
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] Effect of compressive strain relaxation on surface morphology in GaAsP growth on GaP substrate (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, S. Fuchi, Y. Takada
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Paradise Hotel, Busan, Korea(TuP-74)
• [学会発表] Effects of mis-orientation of crystal planes on thickness modulation in GaAs/GaAsP strained superlattice (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, H. Nakahara, K. Saitoh, T. Saka, H. Katruno, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 16^<th> International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Busan, Korea(WeP-61)
• [学会発表] Initial emittance and temporal response measurement for GaAs based photocathodes (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Matsuba, Y. Honda, T. Miyajima, T. Uchiyama, M. Yamamoto, X.G. J in, Y. Takeda
  • 学会等名: International Particle Accelerator Conference 2012, MOPPP035
  • 発表場所: Ernest N. Morial onvention Center, New Orleans Louisiana, USA
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode for microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, F. Ichihashi, A. Mano, N.Yamamoto, M. Suzuki, T. Yasue, T. Koshikawa, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 14^<th> Joint Vacuum Conference
  • 発表場所: Libertas Rixos Hotel, Dubrovnik, Croatia(EMP-O41)
• [学会発表] Development of high performance photocathodes for microscopy and accelerator (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, F. Ichihashi, A. Mano, N. Yamamoto, Y. Takeda, M. Yamamoto, T. Miyajima, Y. Honda, T. Uchiyama, S. Matsuba
  • 学会等名: Photocathode Physics for Photoinjectors (P3)
  • 発表場所: Cornell University, Ithaca, NY, USA
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode using strain compensated superlattice (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, A. Mano, F. Ichihashi, N. Yamamoto,○Y. Takeda
  • 学会等名: 8^<th> international workshop on LEEM/PEEM
  • 発表場所: Regal Kowloon Hotel, Hong Kong
• [学会発表] Picosecond electron bunch from GaAs/GaAsP strained superlattice photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. J in, S. Matsuba, T. Miyajima, Y. Honda, M. Yamamoto, T. Utiyama, Y. Takeda
  • 学会等名: 8^<th> international workshop on LEEM/PEEM
  • 発表場所: Regal Kowloon Hotel, Hong Kong(Poster-session)
• [学会発表] Effect of compressive strain relaxation on surface morphology in GaAsP growth on GaP (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, S. Fuchi, Y. Takada
  • 学会等名: 16th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Paradise Hotel (Korea)
• [学会発表] Effects of mis-orientation of crystal planes on thickness modulation in GaAs/GaAsP strained superlattice (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, H. Nakahara, K. Saitoh, T. Saka, H. Katruno, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 16th International Conference on Metal Organic Vapor Phase Epitaxy
  • 発表場所: Paradise Hotel (Korea)
• [学会発表] Initial emittance and temporal response measurement for GaAs based photocathodes (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Matsuba, Y. Honda, T. Miyajima, T. Uchiyama, M. Yamamoto, X.G. Jin, Y. Takeda
  • 学会等名: International Particle Accelerator Conference 2012
  • 発表場所: Morial Convention Center(USA)
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode for microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, F. Ichihashi, A. Mano, N. Yamamoto, M. Suzuki, T. Yasue, T. Koshikawa,
  • 学会等名: 14th Joint Vacuum Conference
  • 発表場所: Libertas Rixos Hotel (Croatia)
• [学会発表] Development of high performance photocathodes for microscopy and accelerator (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, F. Ichihashi, A. Mano, N. Yamamoto, Y. Takeda, M. Yamamoto,
  • 学会等名: Photocathode Physics for Photoinjectors
  • 発表場所: Cornell University (USA)
  • 招待講演
• [学会発表] High performance spin-polarized photocathode using strain compensated superlattice (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, A. Mano, F. Ichihashi, N. Yamamoto, Y. Takeda
  • 学会等名: 8th international workshop on LEEM/PEEM
  • 発表場所: Regal Kowloon Hotel (Hong kong)
• [学会発表] Picosecond electron bunch from GaAs/GaAsP strained superlattice photocathode (2012)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, S. Matsuba, T. Miyajima, Y. Honda, M. Yamamoto, T. Utiyama, Y. Takeda
  • 学会等名: 8th international workshop on LEEM/PEEM
  • 発表場所: Regal Kowloon Hotel (Hong kong)
• [学会発表] Development of novel compact spin-polarized electron gun (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Koshikawa, T.Yasue, M.Suzuki, K.Tsuno, S.Goto, X.G. Jin, Y.Takeda
  • 学会等名: 8th international workshop on LEEM/PEEM
  • 発表場所: Regal Kowloon Hotel (Hong kong)
• [学会発表] 高輝度・高スピン偏極低エネルギー電子顕微鏡の開発とスピントロニクス磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 越川 孝範、鈴木 雅彦、安江 常夫、E. Bauer、 中西 彊、金 秀光、
  • 学会等名: 第53回真空に関する連合講演会
  • 発表場所: 甲南大学 (兵庫県)
  • 招待講演
• [学会発表] Novel development of very high brightness and highly spin-polarized electron gun with compact 3D spin manipulator (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Koshikawa, T.Yasue, M.Suzuki, K.Tsuno, S.Goto, X.G. Jin and Y.Takeda
  • 学会等名: 第11回顕微ナノ材料科学研究会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 (東京都)
  • 招待講演
• [学会発表] Super-high brightness and high spin-polarization photocathode for spin-polarized LEEM and (2011)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, A. Mano, N. Yamamoto, M. Suzuki, T. Yasue, T. Koshikawa, N. Tanaka,
  • 学会等名: The 19th international conference on electronic properties of two-dimensional systems
  • 発表場所: Tallahassee, Florida, USA
• [学会発表] Highly Polarized and High Quantum Efficiency Electron Source Using Transmission-type (2011)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, F. Ichihashi1, A. Mano, N. Yamamoto, T. Nakanishi, T. Ujihara, Y. Takeda
  • 学会等名: 2nd international particle accelerator conference
  • 発表場所: San Sebastian Spain
• [学会発表] 4 Times Improvement of Quantum Efficiency in High Spin-Polarization Transmission-Type (2011)
  • 著者名/発表者名: F. Ichihashi, X.G. Jin, N. Yamamoto, A. Mano, S. Fuchi, T. Ujihara, Y. Takeda
  • 学会等名: 33rd International Free Electron Laser Conference
  • 発表場所: Shanghai, China
• [学会発表] Effect of inhomogeneous strain distribution on the thickness modulation in GaAs/GaAsP (2011)
  • 著者名/発表者名: X.G. Jin, H. Nakahara, K. Saitoh, T. Saka, T. Ujihara, N. Tanaka, Y. Takeda
  • 学会等名: 24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [産業財産権] スピン偏極電子発生素子及びその作製方法 (2012)
  • 発明者名: 金 秀光
  • 権利者名: 金 秀光,渕 真悟,竹田美和
  • 出願年月日: 2012
• [産業財産権] 半導体フォトカソード (2012)
  • 発明者名: 金 秀光
  • 権利者名: 金 秀光,竹田美和,山本将博,宮島 司,本田洋介
  • 出願年月日: 2012
• [産業財産権] スピン偏極電子発生素子及びその作製方法 (2012)
  • 発明者名: 金 秀光、渕 真悟、竹田美和
  • 権利者名: 金 秀光、渕 真悟、竹田美和
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-05-01
• [産業財産権] 半導体フォトカソード (2012)
  • 発明者名: 金 秀光、竹田美和、山本将博、宮島 司、本田洋介
  • 権利者名: 金 秀光、竹田美和、山本将博、宮島 司、本田洋介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2012-10-01