極限高速トランジスタ開発に向けた原子層ヘテロ接合型ホットエレクトロンエミッタ

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18861
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 斗内 政吉 大阪大学, レーザー科学研究所, 教授 (40207593)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: テラヘルツデバイス / ホットエレクトロン / 超格子 / 歪緩和 / テラらヘルツ帯音響フォノン / カーボンナノチューブ / エキシトン / 半導体表面高速電荷

研究成果の概要

原子層ヘテロ構造の例としてInGaN層 の厚さが1.5nm、2,4nmおよび3.0nmのGaN/InGaNヘテロ接を作製し、ヘテロ接合にフェムト秒レーザーを照射し、放射されるテラヘルツ波から、量子井戸構造への光励起が、ヘテロ接合面における歪を解消すると同時にテラヘルツ帯音響フォノンパルス生成され、そのGaN中の伝搬と電荷ダイナミクスの関係を明らかにた。（現在論文執筆中）
またグラフェン半導体接合面における電荷注入を光励起で行うことで、半導体表面での高速電荷を記述する理論式を新たに導き、現在投稿中である。
またベース材料として、カーボンナノチューブを想定し、その高速電荷ダイナミクスを明らかにした。

自由記述の分野

テラヘルツ波工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

原子層ヘテロ接合極限高速トランジスタ開発に向けて、光励起による電荷注入について検討した。GaN/InGaN超格子を作製し、電荷注入により、ヘテロ接合内の歪が解放されると同時にテラヘルツ帯音調フォノンが生成伝搬し、表面で強いテラヘルツ波を放射することを見出した。また、エミッター開発に不可欠な高速光電荷の振る舞いを記述する新しい理論式を提案し、高速トランジスターベース材料として、グラフェン・ナノチューブの利用も検討した。その結果、ナノチューブの高速エキシトン解離のメカニズムを明らかにするなど、今後の高速デバイス開発に資するホットエレクトロンエミッターの基礎を築いた。