半導体ヘテロ構造中の量子準位間遷移とテラヘルツ共振器輻射場の超強結合の物理と応用

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22241036
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平川 一彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)
• 連携研究者: 荒川 泰彦 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30134638) ; 岩本 敏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40359667)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: 半導体超格子 / 量子ドット / テラヘルツ

研究概要

我々は、半導体量子構造を強いテラヘルツ電磁場の中に置き、その量子伝導を制御することを目的として研究を行った。主な成果は以下の通りである;1)半導体超格子に強いテラヘルツ電磁波を照射することにより、高電界ドメインの発生を抑制することに成功した。2)量子ドットにナノギャップ電極を形成することにより、量子ドットとテラヘルツ電磁波の強い結合を実現し、テラヘルツ光子支援トンネル効果により単一電子の伝導を制御することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Quenching of thetransient miniband photoconductivityin semiconductor superlattices due toa cancellation of field accelerationby Bragg reflection (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ihara, J. R. Cardenas, Y.Sakasegawa, R. Ferreira, G. Bastard,and K. Hirakawa
  • 雑誌名: PhysicalReview B 巻: 86 ページ: 161305-1-5
  • DOI: doi:10.1103/PhysRevB.86.161305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photon-Assisted Tunneling through Se-lfAssembled InAs Quantum Dots in the Terahertz Frequency Range (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, A. Umeno, K. M. Cha, andK. Hirakawa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 ページ: 077401-1-4
  • DOI: doi:10.1103/PhysRevLett.109.077401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrating a plasmonic coupler to phdoettoector of terahertz frequenc (2012)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, K. hiIbsashi, S. Komiyama, N.Nagai, and K. Hirakawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 ページ: 091114-1-3
  • DOI: doi:10.1063/1.4748581
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノギャップ電極を用いた量子トランジスタの作製と電子伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平川一彦、柴田憲治、梅野顕憲
  • 雑誌名: Journal of theVacuum Society of Japan 巻: 55 ページ: 321-327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic structuresin single self-assembled InAs quantumdashes detected by nanogap metalelectrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, K. Seki, P. J. J. Luukko,E. Rasanen, K. M. Cha, I. Horiuchi, andK. Hirakawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99 ページ: 182104-1-3
  • DOI: doi:10.1063/1.3659479
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tuned spin-orbit interaction in aInnAs sel-fassembled quantum dot (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanai, R. S. Deacon, S. Takahashi, A. Oiwa, K. Yoshida, K. ShibKa.ta, Hirakawa, Y. Tokura and S. Tar:ucha
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 6 ページ: 511-516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Causality-basedmethod for determining the time originin terahertz emission spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Unuma, Y. Ino, K.-E. Peiponen, E.M. Vartiainen, M. Kuwata-Gonokami,and K. Hirakawa
  • 雑誌名: OPTICS EXPRESS 巻: 19 ページ: 12759-12765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intersubband transition energy andlinewidth modified by a submonolayerAlAs insertion into GaAs quantumwells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Unuma, S. Takata, Y. Sakasegawa, K.Hirakawa, and A. Nakamura:
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 ページ: 043506-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of tunnel couplingstrength between InAs quantum dots andnanogap metallic electrodes throughIn-Ga intermixing (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, M. Jung, K. M. Cha, and K.Hirakawa
  • 雑誌名: Physica E 巻: 42 ページ: 2595-2597
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz photonic bandgap for the transverse-magnetic modesformed by using a planar waveguidestructure with a photonic crystalelectrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakasegawa, T. Ihara, and K.Hirakawa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 97 ページ: 051110-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excitation spectra of terahertzBloch emission in semiconductorsuperlattices (2010)
  • 著者名/発表者名: J. R. Cardenas, T. Ihara, R. Ferreira,K. Hirakawa, and G. Bastard:
  • 雑誌名: Physical Review B, 巻: 82 ページ: 041310-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of thetime origin by the maximum entropymethod in time-domain terahertzemission spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Unuma, Y. Ino, M. Kuwata-Gonokami,E. M. Vartiainen, K.-E. Peiponen, andK. Hirakawa
  • 雑誌名: OPTICSEXPRESS 巻: 18 ページ: 15853-15858
  • 査読あり
• [学会発表] Control of electrontransport in semiconductor superlattices by intense THzradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hirakawa
  • 学会等名: International Symposiumon Development of Terahertz Gyrotronsand Applications
  • 発表場所: Fukui University,Fukui,Japan
  • 年月日: 20130313-0314
• [学会発表] Terahertz photon-assistedtunneling in single InAs quamntduot transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata anKd. Hirakawa
  • 学会等名: Internationalsymposium on Frontiers in THz technology (FTT 201,2)
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 年月日: 20121126-1130
• [学会発表] Terahertz photonassistedtunneling in self-assembledInAs quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata
  • 学会等名: BIT's 2nd AnnualWorld Congress of Nanoscience and Technology 2012
  • 発表場所: Qingdao,China
  • 年月日: 20121026-1028
• [学会発表] InAs量子ドットトランジスタにおけるTHz光アシストトンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治,張亜,K. M. Cha,長井奈緒美, 平川一彦
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学, 愛媛
  • 年月日: 20120911-0914
• [学会発表] Terahertz photonassistedtunneling in self-assembledInAs quantum dots (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Shibata, A. Umeno, K. M. Cha, andK. Hirakawa
  • 学会等名: 31stInternational Conference on thePhysics of Semiconductor
  • 発表場所: Zurich,Switzerland
  • 年月日: 20120729-0803
• [学会発表] Photon-assistedtransport in semiconductorsuperlattices induced by intense sub-THz radiation from a gyrotron (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakasegawa, H. Tanaka, N. Sekine,I. Hosako, T. Idehara, and K.Hirakawa
  • 学会等名: 31st International Conference on the Physics of Semiconductor
  • 発表場所: Zurich,Switzerland
  • 年月日: 20120729-0803
• [学会発表] THz photon-assisted tunneling in single quantum dot transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hirakawa, K. Shibata, Y.Zhang, and K. M. Cha
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Terahertz Nanoscience(TeraNano 2012)
  • 発表場所: Okinawa,Japan
  • 年月日: 20120704-0705
• [学会発表] Design of terahertz quantum cascade lasers for high temperature operations using non-equilibrium Green's function method (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yasuda, T. Kubis, I. Hosako, and K.Hirakawa
  • 学会等名: The 31st Progress In Electromagnetics Research Symposium
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 20120327-0330
• [学会発表] 単一自己組織化InAs量子ドットにおけるTHz光アシストトンネル (2012)
  • 著者名/発表者名: 柴田憲治,梅野顕憲,KyuManCha,平川一彦
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学会関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学東京
  • 年月日: 20120315-0318
• [学会発表] Physics of Bloch oscillation in semiconductor superlattices under intens1sub-terahertz radiation from a gyrotron (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Hirakawa
  • 学会等名: The 4th International Workshop on Far-Infrared Technologies 2012 (IW-FIRT2012)
  • 発表場所: Fukui,Japan
  • 年月日: 20120307-0309
• [学会発表] テラヘルツ電磁波技術の展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平川一彦
  • 学会等名: 日本学術振興会シリコン超集積化システム第165委員会
  • 発表場所: 弘済会館、東京
  • 年月日: 2012-04-13
• [学会発表] Determining the time origin in temporal waveforms of terahertz emission from semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Unuma, Y. Ino, E. M. Vartiainen, K.-E. Peiponen, M. K-Gonokami, and K. Hirakawa
  • 学会等名: Joint Conference for International Symposium on Terahertz Nanoscience & Workshop of International Terahertz Research Network
  • 発表場所: Osaka,Japan
  • 年月日: 20111124-1129
• [学会発表] Determination of the time origin in terahertz emission spectroscopy: basic schemes and application to semiconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Unuma, Y. Ino, E. -M. Vartiainen,K.-E. Peiponen, M. -K. Gonokami, and K. Hirakawa
  • 学会等名: The Ninth Japan-Finland Joint Symposium on Optics in Engineering (OIE'11)
  • 発表場所: Turku/Abo, Finland
  • 年月日: 20110908-0910
• [学会発表] サブテラヘルツ強電場駆動による超格子中の電流抑制と増大の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒瀬川洋平、出原敏孝、山口裕資、光藤誠太郎、関根徳彦、寳迫巌、平川一彦
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス、山形
  • 年月日: 20110829-0902
• [学会発表] Current suppression in semiconductor superlattices driven by intense sub-THz radiation from a gyrotron (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakasegawa, T. Idehara, Y.Yamaguchi, S. Mitsudo, and K.Hirakawa
  • 学会等名: 17th International Conference on Electron Dynamics in Semiconductors, Optoelectronics and Nanostructures
  • 発表場所: Santa Barbara, U.S.A
  • 年月日: 20110808-0812
• [学会発表] ジャイロトロンからのサブテラヘルツ強電場を用いた導体格子中の電流抑制 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒瀬川洋平、出原敏孝、山口裕資、光藤誠太郎、平川一彦
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、神奈川
  • 年月日: 20110324-0327
• [学会発表] 半導体超格子におけるTHz放射の複素電界スペクトルと励起子効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 井原章之,平川一彦,J.R.Cardenas,RFerreira,G.Bastard
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス、大阪
  • 年月日: 20100923-0926
• [学会発表] フォトニック結晶プレーナ電極を用いたテラヘルツ微小共振器の設計 (2010)
  • 著者名/発表者名: 酒瀬川洋平、平川一彦
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学 文教キャンパス、長崎
  • 年月日: 20100914-0917
• [図書] 高周波半導体の基盤技術とデバイス応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平川一彦
  • 総ページ数: 250-266
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 量子ドットエレクトロニクスの最前線 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平川一彦、柴田憲治
  • 総ページ数: 389-402
  • 出版者: NTS
• [備考]
  • URL: http://thz.iis.u-tokyo.ac.jp
• [産業財産権] 量子カスケードレーザ (2013)
  • 発明者名: 関根徳彦、平川一彦
  • 権利者名: 情報通信研究機構
  • 産業財産権番号: 特許5201544
  • 取得年月日: 2013-02-22