2023 Fiscal Year Annual Research Report
Photoconductive devices based on quantum dot superlattice for THz generation and detection
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19K04532
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
和田 修 神戸大学, 産官学連携本部, 非常勤講師 (90335422)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小島 磨 千葉工業大学, 工学部, 教授 (00415845)
海津 利行 京都大学, 産官学連携本部, 特定研究員 (00425571)
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
北田 貴弘 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 特任教授 (90283738) [Withdrawn]
南 康夫 日本大学, 生産工学部, 准教授 (60578368)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | InAs量子ドット / 量子ドット超格子 / 低温成長GaAs / 光伝導アンテナ（PCA） / 超高速キャリア緩和 / 電場増強構造 / テラヘルツ波発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光通信波長帯用の励起光で動作する光導電性アンテナ（PCA）を、多重積層InAs/GaAs量子ドット(QD)超格子構造を用いて実現することを目指して研究を進めた。本最終年度には、光導電特性に関する知見をまとめるとともに、本PCAを用いたTHz波発生実験を行い、波長1550nmの光通信波長帯の光励起によるTHz波発生の観測に成功した。
本研究全体としては以下のような成果が得られた。
（１）分子ビーム結晶成長法を用いて20層積層InAs/GaAsQD構造を持つ超格子構造を作製し、これを用いてギャップ長6ミクロンのPCA構造を作製することにより、暗電流の小さいPCA素子を得た。（２）励起波長を変化させながら光電流の励起光強度依存性を測定することにより、光導電特性を調べた。低励起強度では光電流は強度に比例するが高励起強度では冪勾配α＝0.67～0.7を示すサブリニア特性を示すことが分かった。これらの特性はバンドギャップ内準位を仮定したレート方程式解析結果と符合することが判明した。（３）光照射ホール効果測定法を用いて光キャリアの挙動を調べた。照射光波長が変わるとホール係数に符号反転が起こることが分かり、この現象が、長波長光励起下でのギャップ内準位に起因する正孔電流の増大に因ることが判明した。（４）短波長(800 nm)フェムト秒分光法により、本QD構造において光キャリアがサブピコ秒の超高速緩和を示すことが観測され、QD 構造によるキャリア寿命の短縮化を示すものと考えられる。（５）本PCA素子を波長1550 nmのフェムト秒レーザー光で励起することにより、1～3THｚにわたるTHz波の発生を確認した。
以上により、InAs/GaAsQD超格子構造を用いたPCA素子を製作し、光導電特性の解明とともに、光通信波長帯光励起によるTHz波発生動作を実現した。
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