Photoconductive devices based on quantum dot superlattice for THz generation and detection

基于量子点超晶格的光电导器件，用于太赫兹产生和检测

基本信息

批准号：
19K04532
负责人：
和田修
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はこれまでに製作した多重積層InAs/GaAs量子ドット(QD)光伝導アンテナ(PCA)デバイスの電気的・光学的な基本特性を明らかにするための研究を進めた。また、800 nmおよび1500 nm域のPCA動作可能性の検討に加え、さらなる特性向上に向けたPCA設計・製作技術の基礎検討を行った。PCAデバイス基本特性の解析については、多重積層QD-PCA素子における光電流生成のメカニズムを解明するための検討を行った。レート方程式による光電流の励起光強度依存性の解析から、QDsでのキャリア励起に加えて、GaAs障壁層のバンドギャップ内の準位を介したキャリア励起が光電流に寄与しており、弱励起領域では励起光強度に対して光電流は線形に増加するが、強励起領域ではキャリ再結合の効果によって、非線形に増大することが明らかになった。この結果は、PCA動作の基となる光電流発生起源の解明に向けて活用していく。PCAのフェムト秒光照射下における動特性を評価するために、800 nm波長光パルス照射時特性の評価実験を検討した。研究者の異動に伴う光学系の再構築を行い、テラヘルツ波特性評価へ応用可能である水準であることを確認した。続いてPCA素子の動特性評価を試みたが、光照射時における光電流が一般的な低温成長GaAs基板よりも大きい問題が見つかり、これがテラヘルツ波検出動作を難しくしている可能性があることが分かった。1500 nm波長域でのテラヘルツ波発生・検出の検証を目指した検討に関しては、1500nm波長のフェムト秒レーザを用いた光学系の設定最適化を進め、PCAによるテラヘルツ波発生の観測が可能となる実験系を得た。さらなるPCA性能向上に向けた方策として、励起光強度増強を目指したブラッグ反射層付きのPCA構造を設計し、実験的検証に向けたQDエウハ製作までを完了した。

今年，我们进行了研究，以阐明我们迄今为止我们已经制造的多层INAS/GAAS量子点（QD）光导天线（PCA）设备的基本电气和光学特性。除了研究800 nm和1500 nm范围内PCA操作的可能性外，还进行了PCA设计和制造技术的基础知识，以进一步改善特征。关于PCA设备的基本特征的分析，我们研究了多层QD-PCA设备中光电流产生的机理。使用速率方程式对激发光强度依赖的光电流依赖性分析表明，除了在QD处进行携带激发，在GAAS屏障层的带隙内通过水平激发载体激发还会有助于光电通剂，并且在弱激发区域中，光电剂在携带方面还会增加携带的启发，但在强度的效果上增加了兴奋区域，而不受兴奋区域的效果，则在强度上增加了兴奋区域。重组。该结果将用于阐明光电流产生的起源，这是PCA操作的基础。为了评估飞秒光照射下PCA的动态特性，检查了一个实验，以了解800 nm波长光脉冲照射的特性。对研究人员的转移重建了光学系统，并确认它的水平可以应用于Terahertz Wave特征评估。接下来，我们试图评估PCA设备的动态特性，发现光照射期间光电流的问题大于典型的低温生长GAAS基板的问题，这可能会使Terahertz波波检测操作变得困难。关于旨在验证1500 nm波长范围内的Terahertz波的生成和检测的研究，我们使用1500 nm波长的飞秒激光器开始优化光学系统的设置，并获得了使用PCA观察Terahertz Waves的实验系统。作为进一步提高PCA性能的措施，我们设计了一种具有Bragg反射层的PCA结构，旨在增加激发光的强度，并完成了QD EUHA的生产以进行实验验证。