半導体エピタキシャル構造の内部電場制御によるテラヘルツ電磁波発生の制御

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 24656018
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 中山 正昭 大阪市立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30172480)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: テラヘルツ電磁波 / コヒーレント縦光学フォノン / 半導体エピタキシャル構造 / i-GaAs/n-GaAs構造 / GaAs/InAlAsひずみ多重量子井戸構造 / p-i-nダイオード構造（GaAs） / 内部電場制御 / フォノン分極

研究概要

以下に示す半導体エピタキシャル構造を試料として、コヒーレント縦光学フォノンからのテラヘルツ（THz）電磁波発生の内部電場による制御機構について研究を行った。
i-GaAs/n-GaAs構造では、表面フェルミレベルピニングによる表面電場によって、(11n)面GaAs/In0.1Al0.9As歪み多重量子井戸構造では、格子歪みによるピエゾ電場によって、分極増大を介してTHz電磁波が顕著に増強されることを明らかにした。さらに、p-i-nダイオード構造では、バイアス電圧によって内部電場を制御し、THz電磁波強度を連続的、かつ、劇的に増強できることを実証し、THzデバイスの新たなコンセプトを提示した。

研究成果

• [雑誌論文] Radiation of terahertz electromagnetic waves from coherent longitudinal optical phonons in multiple quantum wells (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakayama
  • 雑誌名: J. Nanoelectron. Optoelectron 巻: Vol. 8 ページ: 415-4242013
  • DOI: 10.1166/jno.2013.1501
  • 査読あり
• [雑誌論文] Voltage-controllable terahertz radiation from coherent longitudinal optical phonons in a p-i-n diode structure of GaAs (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakayama, S. Asai, H. Takeuchi, O. Ichikawa, and M. Hata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol. 103 ページ: 141109-1-141109-4
  • DOI: 10.1063/1.4823595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement mechanism of terahertz radiation from coherent longitudinal optical phonons in undoped GaAs/n-type GaAs epitaxial structures (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsuruta, H. Takeuchi, H. Yamada, M. Hata, and M. Nakayama
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: Vol. 113 ページ: 143502-1- 143502-5
  • DOI: 10.1063/1.4799060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Terahertz radiation from the coherent longitudinal optical phonon-plasmon coupled mode in an i-GaAs/n-GaAs epitaxial structure (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Tsuruta, H. Takeuchi, and M. Nakayama
  • 雑誌名: J. Phys.Conf. Ser 巻: Vol. 417 ページ: 012051-1-012051-6
  • DOI: 10.1088/1742-6596/417/1/012051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intense monochromatic terahertz electromagnetic waves from coherent GaAs-like longitudinal optical phonons in (11n)-oriented GaAs/In_0.1Al_0.9As strained multiple quantum wells (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Takeuchi, S. Asai, S. Tsuruta, and M. Nakayama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: Vol. 100 ページ: 242107-1-242107-4
  • DOI: 10.1063/1.4729125
  • 査読あり
• [学会発表] GaAsダイオード構造におけるコヒーレントLOフォノンからのテラヘルツ電磁波発生の電圧制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山正昭, 浅井聡太, 竹内日出雄, 市川磨, 秦雅彦
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] アンドープGaAs/n-type GaAsエピタキシャル構造における縦光学フォノンのRaman散乱分光とテラヘルツ電磁波発生 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内日出雄, 浅井聡太, 鶴田修一, 中山正昭
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2014-03-28
• [学会発表] i-GaAs/n-GaAsエピタキシャル構造におけるコヒーレントLOフォノンからのテラヘルツ電磁波に対する内部電場効果の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中森一平, 竹内日出雄, 中山正昭
  • 学会等名: 第24回光物性研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • 年月日: 2013-12-13
• [学会発表] i-GaAs/n-GaAsエピタキシャル構造におけるコヒーレントLOフォノンからのテラヘルツ電磁波の増強機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中森一平, 竹内日出雄, 中山正昭
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
  • 年月日: 2013-09-27
• [学会発表] Radiation of terahertz electromagnetic waves from coherent longitudinal optical phonons in multiple quantum wells (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Nakayama
  • 学会等名: Collaborative Conference on Materials Research
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2013-06-25
  • 招待講演
• [学会発表] (11n)面方位GaAs/InAlAs歪み多重量子井戸におけるコヒーレントLOフォノンからの高強度THz電磁波発生II (2013)
  • 著者名/発表者名: 浅井聡太, 竹内日出雄, 中山正昭
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] (11n)面方位GaAs/InAlAs歪み多重量子井戸におけるコヒーレントLOフォノンからのテラヘルツ電磁波発生の励起強度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 浅井聡太, 竹内日出雄, 中山正昭
  • 学会等名: 第23回光物性研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学杉本キャンパス
  • 年月日: 2012-12-07
• [学会発表] アンドープGaAs/n型GaAsエピタキシャル層構造におけるキャリア輸送過程に起因した超高速光応答 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長谷川尊之, 高木芳弘, 竹内日出雄, 山田永, 秦雅彦, 中山正昭
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 横浜国立大学常盤台キャンパス
  • 年月日: 2012-09-18