エピタキシャルグラフェンを用いた高出力テラヘルツLEDの実現

グラフェン積層接合に於いて電圧印加により高抵抗相から低抵抗相へ変化するスイッチングデバイスの創出に成功した。低電圧領域の高抵抗相の抵抗は、接合の状態により12桁以上変えることが出来ることが判った。1GΩ以上の高抵抗状態では、Fowler-Nordheim(FN)トンネル現象が観察され、グラフェン接合間距離は最大で6nm程度離れていることが判った。接合部にかかる5GV/mを越える強電界により、グラフェン間距離が減少しグラフェン同士が強く接触することにより低抵抗相へ遷移するメカニズムが推定される。低抵抗相においてS字（電流の増加に従って接合電圧が低下する）タイプの負性微分抵抗現象が観測された。低抵抗状態での電気特性はどのデバイスでもほぼ一致することから、接合状態でのグラフェン積層の電子状態を反映していることが推測される。今後、低抵抗状態での負性微分抵抗発現の原理解明が課題となるが、電子デバイスとして考えた場合、双方向サイリスタ的なスイッチングデバイスのみならず発信器等への応用展開可能性がある。電流注入によるグラフェンからの遠赤外線放射に関しては、放射スペクトル形状の詳細な解析から、放射の黒体輻射相当温度が243Kであること、及び、0.41Wの電力投入時における黒体輻射相当の温度上昇は14Kであることが判った。これらの事実は、SiC上グラフェンからの黒体輻射状の遠赤外線放射はジュール熱では無くグラフェンプラズモンーSiC表面フォノンカップリングにより生成されたエキシトンからの放射の可能性が考えられる。また、赤外カメラによる観察によりグラフェンからの遠席外線放射は主に水平方向になされていることが明らかとなった。これは近接場領域ではグラフェンの膜厚程度のナノ遠赤外線光源が実現されていることを示唆しており、ナノ赤外線イメージング等への応用展開が予測される。

グラフェン積層接合に於いて電圧印加により高抵抗相から低抵抗相へ変化するスイッチングデバイスの創出に成功した。低電圧領域の高抵抗相の抵抗は、接合の状態により12桁以上変えることが出来ることが判った。1GΩ以上の高抵抗状態では、Fowler-Nordheim(FN)トンネル現象が観察され、グラフェン接合間距離は最大で6nm程度離れていることが判った。接合部にかかる5GV/mを越える強電界により、グラフェン間距離が減少しグラフェン同士が強く接触することにより低抵抗相へ遷移するメカニズムが推定される。低抵抗相においてS字（電流の増加に従って接合電圧が低下する）タイプの負性微分抵抗現象が観測された。低抵抗状態での電気特性はどのデバイスでもほぼ一致することから、接合状態でのグラフェン積層の電子状態を反映していることが推測される。今後、低抵抗状態での負性微分抵抗発現の原理解明が課題となるが、電子デバイスとして考えた場合、双方向サイリスタ的なスイッチングデバイスのみならず発信器等への応用展開可能性がある。電流注入によるグラフェンからの遠赤外線放射に関しては、放射スペクトル形状の詳細な解析から、放射の黒体輻射相当温度が243Kであること、及び、0.41Wの電力投入時における黒体輻射相当の温度上昇は14Kであることが判った。これらの事実は、SiC上グラフェンからの黒体輻射状の遠赤外線放射はジュール熱では無くグラフェンプラズモンーSiC表面フォノンカップリングにより生成されたエキシトンからの放射の可能性が考えられる。また、赤外カメラによる観察によりグラフェンからの遠席外線放射は主に水平方向になされていることが明らかとなった。これは近接場領域ではグラフェンの膜厚程度のナノ遠赤外線光源が実現されていることを示唆しており、ナノ赤外線イメージング等への応用展開が予測される。