| 研究課題/領域番号 |
23656220
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
藤原 康文 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10181421)
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| 研究分担者 |
寺井 慶和 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90360049)
西川 敦 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60417095)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| キーワード | 希土類添加半導体 / テラヘルツ波 |
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| 研究概要 |
本研究では、我々により超高速（サブピコ秒）のキャリア緩和を示すことが見いだされたEr,O共添加GaAs (GaAs:Er,O)を新しいテラヘルツ波発生／検出用材料として位置づけ、そのデバイス応用可能性を明らかにすることを目的とする。具体的には、GaAs:Er,Oの成長条件や素子構造の最適化を通じて、テラヘルツ波発生／検出素子を試作し、その究極性能を明らかにすることを目指す。 【課題１】Er添加条件の最適化： GaAs:Er,Oは現有のOMVPE装置により作製した。低温成長GaAs (LT-GaAs)を凌ぐ超高速なキャリア緩和を実現するために、添加するEr濃度をパラメータとした。得られた試料のキャリア緩和時間は現有のフェムト秒レーザを用いたポンプ・プローブ光反射率測定により評価した。Er濃度の増加とともにキャリア緩和時間が短くなり、高Er添加試料ではLT-GaAsを凌ぐキャリア緩和が得られることが明らかになった。不純物添加によるキャリア緩和時間制御については世界で初めての結果である。 【課題２】テラヘルツ波発生素子の試作・特性評価： テラヘルツ波発生特性の精密評価とデバイス応用を目的にダイポール型光伝導アンテナを作製した。得られた光伝導アンテナのテラヘルツ波発生特性は室温において、LT-GaAs光伝導アンテナを検出器とした現有の評価システムにより調べた。フェムト秒レーザの照射によりテラヘルツ波の発生が観測され、そのテラヘルツ波強度は照射パワーとともに増大するものの、飽和傾向を示した。この現象は光励起キャリア密度の増大によって発生するスクリーニング効果に起因している。無添加GaAsにおけるテラヘルツ波発生の場合と比較して、GaAs:Er,Oでは照射パワーに対する飽和傾向が小さく、Er濃度の増加とともに、飽和傾向の抑制が顕著に生じることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Er濃度によりキャリア緩和時間が系統的に制御できること、サブピコ秒のキャリア緩和によりスクリーニング効果が効果的に抑制できること等、今後の研究展開の鍵を握る重要な知見が着実に得られており、当初、設定した課題に対して順調に研究が進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成23年度の研究課題を継続的に発展させながら、テラヘルツ波検出素子の作製・特性評価および、テラヘルツ波発生・検出素子の性能向上に取り組む。【課題３】テラヘルツ波検出素子の試作・特性評価： テラヘルツ波発生素子として用いたものと同様の構造を有する光伝導アンテナのテラヘルツ検出性能を前述のシステム（この場合、試料はディテクター位置にセットする）により評価する。テラヘルツの発生にはLT-GaAs光伝導アンテナを用いる。測定温度は室温とする。照射するフェムト秒レーザの照射パワーと印加電圧をパラメータとして、試作したGaAs:Er,O素子の性能を評価する。【課題４】層構造素子の検討： これまでのGaAs:Er,Oテラヘルツ波発生／検出素子はGaAs基板上に成長したGaAs:Er,O単層膜を用いてきた。そのために電極ギャップ間に光励起されたキャリアは多方面へ拡散する。GaAs:Er,O層に印加される電界を制御することを目的に、層構造試料を作製する。作製された層構造試料から光伝導アンテナを作製し、そのテラヘルツ波発生／検出性能を評価する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
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