2022 Fiscal Year Annual Research Report
自由空間電子走行型光電変換デバイスの創生とテラヘルツ波パルスビームの実現
| Project/Area Number |
20H00253
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
加藤 和利 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (10563827)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永妻 忠夫 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (00452417)
硴塚 孝明 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (20522345)
金谷 晴一 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (40271077)
前田 辰郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究主幹 (40357984)
高畑 清人 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 准教授 (40780797)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | テラヘルツ波発生 / 光電変換デバイス / 真空デバイス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
真空フォトダイオードの層構造設計を進め、周波数応答の光吸収層構造依存性を明らかにし、300 GHz超級の周波数応答可能性を示した。また、試作構造を勘案したテラヘルツ出力のシミュレーションを進め、ミリワット級出力に向けた層構造および動作波長条件を見出した。得られた設計値を用い真空フォトダイオードを産業技術総合研究所の高速電子デバイス製造ラインで作製した。デバイス構造内での自由空間の形成を、半導体犠牲層上にアノード電極を形成したのちに犠牲層をエッチングで除去する手法を開発し、InGaAs光吸収層上の1um離れた空間にアノード電極を形成することに成功した。また、ウエハ接合法による自由空間形成の検討も進め、(a)接合面材料と高電界印加時の絶縁耐性が、真空フォトダイオード動作に必要な20Vよりも十分に大きいこと、(b)自由空間形成のエッチングで生じた接合面粗さはその後のプロセスに十分耐えられる接合強度であること、(c) 100アレー規模（大きさ3mm×3mm）が可能なウエハ平坦性が得られていることを明らかにした。さらに、光吸収層から自由空間への光電子放射の高効率化を行うためCsO処理アルカリ活性面による光電面の電子親和力低減の検討を行い、InGaN系材料において電子放出効率を一桁以上向上させ、最大電流密度1400A/cm2を得た。これは半導体光電効果としては世界最高の光電流密度の達成となった。加えて、その耐久性評価においても、光電流（1000A/cm2）の連続放出時間80時間以上も達成した。これらの結果より、電流10mAの見込みが得られ、THzパワーとしては300GHzで1ミリワットの出力が得られることが理論的に確かめられた。
今年度得られた上記結果は、学術論文4件（査読あり）、国際会議13件（査読あり）、その他国内学会8件（査読なし）で発表した。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
