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

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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。