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超高電界ダイヤモンド光電素子の開発とその高出力THz光源への応用

超高场金刚石光电器件研制及其在高功率太赫兹光源中的应用

基本信息

批准号：
09555008
负责人：
米田仁紀
金额：
$ 8.32万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

気相合成法(CVD)を用いた薄膜ダイヤモンドは大面積化が可能なこと、不純物制御が可能なこと、様々な電極構造をとりえることなどの利点があり、電気光学素子や高速デバイスとして期待されている。しかし、その多結晶性からの粒界のキャリヤーの動特性に対する影響が大きく、この詳細な物理を明らかにし、制御、膜質の改善を行うことが望まれていた。本研究では光伝導素子を構成させた超短パルスレーザー照射による電気パルス波形の観測、紫外ポンププローブ計測によるキャリヤー密度の時間発展の観測を行い、以下のような新しい知見を得た。1.粒径の減少によりその粒界内のキャリヤー寿命、移動度は減少するが0.1〜10μmの粒径試料ではその依存性はγ=80ps(d/10μm)^<0.177>、μ=30cm^2/Vs(d/10μm)^<0.43>になることが明らかになった。2.粒界内でキャリヤー寿命は大きく変化しており、また、5.0eV程度の紫外光照射ではトラップ準*の影響がキャリヤー寿命に大きな影響が出ることが分かった。3.粒界影響による低移動度はダイヤモンドの持つ高い絶縁破壊強度により高電界印加させることでフォノン相互作用による飽和ドリフト速度まで増加させることが可能で影響は設計により低減させることが可能である。また、これらCVDダイヤモンドの基礎特性が得られたことから光電動素子型の高出力THz光源の設計を行った。この際の最も重要な点は大面積化にともなう高電界印加可能な電極設計、出力THz光の空間コヒーレンス制御にある。THz光源でのダイヤモンドの優位性を確認するために実際に数千のギャップを2インチウエハ上に製作し、2ピコ秒の深紫外レーザーを用いて出力実験を行った。照射レーザーのバイナリーマスクによるコヒーレント制御性、電界の2乗スケーリング、波形の測定などが行われ、10mm^2の有効出射面積でこれまでのGaAsで達成された出力密度を越えるTHz波の発生に世界で初めて成功した。さらに高電界印加時の電流特性の評価から2インチウエハ前面に拡張することで出力強度としても最高値を得られることが明らかになった。

Phase synthesis method (CVD) is used to prepare thin films with large area, impurity control, electrode structure and high speed. The effect of polycrystallinity on the dynamic characteristics of grain is expected to be large, detailed, physical, control and film quality improvement. In this study, we have obtained the following new knowledge about the formation of optical conductors, the measurement of electrical waveforms, the measurement of ultraviolet radiation, and the time evolution of optical density. 1. The particle size decreases from 0.1 μ m to 10μm and the particle size dependence γ=80ps(d/10μ m)^<0.177>, μ= 30 cm^2/Vs(d/10 μ m)^<0.43>. 2. The lifetime of the particle is greatly affected by the ultraviolet irradiation of 5.0eV. 3. Low mobility of grain boundary influences low mobility of grain boundary influences high mobility of grain boundary influences high mobility The basic characteristics of this CVD device are derived from the design of high output THz light sources of photovoltaic devices. The most important point of this time is to enlarge the area of high electric field, and to design and control the space of THz light. THz light sources are available in thousands of seconds, and their optimality is confirmed. The radiation intensity of GaAs is higher than that of THz wave. The radiation intensity of GaAs is higher than that of THz wave. Evaluation of current characteristics in high voltage range