ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №9
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.9.6
УДК: 538.9
ФОТОПРОВОДЯЩИЕ ТЕРАГЕРЦЕВЫЕ АНТЕННЫ
НА ОСНОВЕ GaN {LT-InxGa1−xN/GaN}
Е.Р. Бурмистров1,2, Л.П. Авакянц1, Н.А. Парфентьева2, С.Н. Гаврилин2
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
физический факультет.
119991, Москва, Ленинские горы, д.1, стр.22 Московский государственный строительный университет,
институт цифровых технологий и моделирования в строительстве,
кафедра общей и прикладной физики,
129337 Москва, Ярославское шоссе, 26
Статья поступила в редакцию 3 июня 2025 г.
Аннотация. Предложена многослойная структура на основе низкотемпературного нитрида галлия (LT-GaN), выращенного на сапфировой подложке Al2O3 с кристаллографическим направлением (0001), для создания фотопроводящих антенн терагерцевого диапазона. Активная область исследуемых структур включает в себя 10 периодов InxGa1−xN/GaN с мольной долей индия в фотопроводящем слое 0.32. Показано, что при мощности лазерного возбуждения 57 мВт и напряжении смещения 15 В фотопроводящая антенна на основе LT-InxGa1−xN/GaN генерирует терагерцевые импульсы со средней выходной мощностью 4.5 мкВт. Частота повторения импульсов Ti:сапфирового лазера 60 МГц. Получены временные формы терагерцевых импульсов и соответствующие им частотные спектры фурье амплитуд, характеризующие излучение антенн на основе LT-GaN.
Ключевые слова: фотопроводящие антенны, нитрид галлия, терагерцевое излучение, оптическая накачка, временные формы.
Финансирование: Данная работа была поддержана грантом 2025 года на проведение фундаментальных научных исследований (НИР/НИОКР) научными коллективами НИУ МГСУ, проект № 15-661/130. Работа выполнена при поддержке фонда развития теоретической физики и математики «Базис».
Автор для переписки: Бурмистров Евгений Романович, burmistrover@my.msu.ru
Литература
1. Yeritsyan H. N. et al. In-Situ Study of Non-Equilibrium Charge Carriers’ Behavior under Ultra-Short Pulsed Electrons Irradiation in Silicon Crystal //Journal of Modern Physics. – 2019. – Т. 10. – №. 9. – С. 1125-1133. https://doi.org/10.1088/0022-3727/43/27/273001
2. Burford N. M., El-Shenawee M. O. Review of terahertz photoconductive antenna technology //Optical Engineering. – 2017. – Т. 56. – №. 1. – С. 010901-010901. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.1.010901
3. Pashnev D. et al. Investigation of two-dimensional plasmons in grating-gated AlGaN/GaN heterostructures with terahertz time domain spectrometer //2020 45th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). – IEEE, 2020. – С. 1-1. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz46771.2020.9370916
4. Yang S. H. et al. 7.5% optical-to-terahertz conversion efficiency offered by photoconductive emitters with three-dimensional plasmonic contact electrodes //IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. – 2014. – Т. 4. – №. 5. – С. 575-581. https://doi.org/10.1109/TTHZ.2014.2342505
5. Castro-Camus E., Alfaro M. Photoconductive devices for terahertz pulsed spectroscopy: a review //Photonics Research. – 2016. – Т. 4. – №. 3. – С. A36-A42. https://doi.org/10.1364/PRJ.4.000A36
6. Kuznetsov K. et al. Improved InGaAs and InGaAs/InAlAs photoconductive antennas based on (111)-oriented substrates //Electronics. – 2020. – Т. 9. – №. 3. – С. 495. https://doi.org/10.3390/electronics9030495
7. Frankel M. Y. et al. High-voltage picosecond photoconductor switch based on low-temperature-grown GaAs //IEEE transactions on electron devices. – 2002. – Т. 37. – №. 12. – С. 2493-2498. https://doi.org/10.1109/16.64523
8. Valdmanis J., Mourou G., Gabel C. Subpicosecond electrical sampling //IEEE Journal of Quantum Electronics. – 1983. – Т. 19. – №. 4. – С. 664-667. https://doi.org/10.1117/12.966086
9. Liu X. et al. All-fiber femtosecond Cherenkov radiation source //Optics letters. – 2012. – Т. 37. – №. 13. – С. 2769-2771. https://doi.org/10.1364/OL.37.002769
10. Zeng L. et al. Characteristics comparison of SiC and GaN extrinsic vertical photoconductive switches //IEEE Journal of the Electron Devices Society. – 2024. https://doi.org/10.1109/JEDS.2024.3372596
11. Xu G. et al. Investigation of terahertz generation due to unidirectional diffusion of carriers in centrosymmetric GaTe crystals //IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. – 2010. – Т. 17. – №. 1. – С. 30-37. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2010.2046628
12. Saleem M. F. et al. Factors Affecting Terahertz Emission from InGaN Quantum Wells under Ultrafast Excitation //International Journal of Optics. – 2023. – Т. 2023. – №. 1. – С. 5619799. https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.02398
13. Greene B. I. et al. Picosecond pump and probe spectroscopy utilizing freely propagating terahertz radiation //Optics letters. – 1991. – Т. 16. – №. 1. – С. 48-49. https://doi.org/10.1364/OL.16.000048
14. Wang Z. et al. Non-destructive evaluation of thermally grown oxides in thermal barrier coatings using impedance spectroscopy //Journal of the European Ceramic Society. – 2019. – Т. 39. – №. 15. – С. 5048-5058. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.06.053
15. Yoneda H. et al. High-power terahertz radiation emitter with a diamond photoconductive switch array //Applied Optics. – 2001. – Т. 40. – №. 36. – С. 6733-6736. https://doi.org/10.1364/AO.40.006733
16. Chizhov P. A. et al. Photoconductive terahertz generation in nitrogen-doped single-crystal diamond //Optics Letters. – 2021. – Т. 47. – №. 1. – С. 86-89. https://doi.org/10.1364/OL.446750
17. Burmistrov E. R., Avakyants L. P. Terahertz Time-Domain Spectroscopy (THz-TDS) of LED Heterostructures with Three and Five In x Ga1–x N/GaN Quantum Wells //Journal of Experimental and Theoretical Physics. – 2023. – Т. 136. – №. 5. – С. 593-604. https://doi.org/10.1134/S1063776123050072
18. Eljarrat A. et al. Quantitative parameters for the examination of InGaN QW multilayers by low-loss EELS //Physical Chemistry Chemical Physics. – 2016. – Т. 18. – №. 33. – С. 23264-23276. https://doi.org/10.1039/C6CP04493J
19. O'leary S. K. et al. Steady-state and transient electron transport within the III–V nitride semiconductors, GaN, AlN, and InN: a review //Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2006. – Т. 17. – С. 87-126. https://doi.org/10.1007/s10854-006-5624-2
20. Пономарев Д. С. и др. Электрические и тепловые свойства фотопроводящих антенн на основе InxGa1-xAs (x> 0.3) с метаморфным буферным слоем для генерации терагерцового излучения //Физика и техника полупроводников. – 2017. – Т. 51. – №. 9. – С. 1267-1272. http://doi.org/10.21883/FTP.2017.09.44893.8508
Для цитирования:
Бурмистров Е.Р., Авакянц Л.П., Парфентьева Н.А., Гаврилин С.Н. Фотопроводящие терагерцевые антенны на основе GaN {LT-InxGa1-xN/GaN}. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.9.6