| 研究課題/領域番号 |
20K21004
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
喜多 隆 神戸大学, 工学研究科, 教授 (10221186)
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| 研究分担者 |
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
朝日 重雄 神戸大学, 工学研究科, 助教 (60782729)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| キーワード | 赤外線センサー / バンド内光学遷移 / 量子ナノ構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ヘテロ界面を利用した強いバンド内光学遷移のメカニズムを解明して光学遷移分極制御因子を明らかにするとともに、これを応用した室温動作超高感度量子型赤外線センサーを実現する。具体的には、以下のように研究を進めた。
（１）量子ナノ構造の作製と基礎光学特性評価・制御：分子線エピタキシー技術を利用して、GaAs(001)基板上にAlGaAs/GaAsヘテロ界面にInAs量子ドットを挿入した量子ナノ構造を作製した。独自の温度制御したInGaAsキャップ層の成長によって、量子ドットサイズをコントロールするとともに、量子ドットの多層積層成長によってバンド内遷移の光学遷移選択則を制御した。これらの量子ナノ構造について現有のフォトルミネッセンス分光やフォトルミネッセンス励起スペクトル測定システムを駆使して評価し、バンド内に形成される準位を明らかにするとともに、光電流スペクトルから赤外光に対する光感度基礎特性を明らかにした。
（２）バンド内光学遷移増強効果メカニズムの解明：量子ドットの形状制御によって、入射光に対する遷移選択則を最適化して光電場で誘起される電子分極を最大化するとともに、プラズモン効果を取り入れたバンド内光学遷移確率の理論計算を実施して局在表面プラズモン形成の様子を理論的に明らかにした。特に、理論計算では量子ドットの形状、サイズ、配置、電子密度が共鳴波長に及ぼす影響を調べて共鳴波長の制御に必要な因子を抽出した。
（３）光吸収係数の定量評価とバンド内遷移光電流の最大化：n-i-nデバイス構造を作製し、ヘテロ界面電子濃度に依存したバンド内光学吸収率を系統だてて明らかにした。
（４）赤外線センサーの試作と基礎特性評価：これらの成果をもとに赤外線センサデバイス構造の設計とシミュレーションによる最適化を行い、作製したデバイスについて赤外光検出基礎特性を明らかにした。
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