TERAHERTZ EMISSION FROM GaInAs p-i-n
DIODES PHOTOEXCITED BY FEMTOSECOND LASER PULSES
Ignas Nevinskas, Sandra Stanionytė, Vaidas Pačebutas, and Arūnas
Krotkus
Center for Physical Sciences and Technology, A. Goštauto 11,
LT-01180, Vilnius, Lithuania
E-mail: ignas.nevinskas@ftmc.lt
Received 28 September 2015; accepted 29 September 2015
Lattice-matched GaInAs p-i-n diodes
of different i-region thicknesses have been MBE grown
on n-type InP (100) and (111) crystallographic
orientation substrates. It has been found that terahertz
emission from such structures when illuminated with
femtosecond laser pulses can be more efficient than that from
the known to date best surface terahertz emitter (111) p-InAs.
The explanation of the terahertz generation mechanism from p-i-n
diodes is based on ultrafast photocurrent effects. Anisotropic
transient photocurrents causing the 3ϕ azimuthal angle
dependence are observed in the sample on (111) substrate.
These p-i-n structures allow covering a
technologically important 1.55 μm range and may
provide controllability and compactness of a THz-TDS system
when biased with an external voltage source.
Keywords: surface
terahertz emitter,
p-i-n diode, GaInAs
PACS: 72.40.+w, 72.20.Ht
TERAHERCINĖ SPINDULIUOTĖ IŠ
GaInAs p-i-n DIODŲ, APŠVIESTŲ FEMTOSEKUNDINIAIS
LAZERIO IMPULSAIS
Ignas Nevinskas, Sandra Stanionytė, Vaidas Pačebutas, Arūnas
Krotkus
Fizinių ir technologijos mokslų centras, Vilnius, Lietuva
Tiriama THz spinduliuotės
emisija iš GaInAs p-i-n darinių, užaugintų
molekulių pluoštų epitaksijos būdu ant InP padėklų, žadinant
juos femtosekundinio lazerio impulsais. Eksperimente tirti trys
dariniai, turintys skirtingą nelegiruotosios srities plotį: 200,
400 ir 750 nm. Nustatyta, kad p-i-n darinys su
siauriausia nelegiruota sritimi generavo THz impulsus, kurių
amplitudė, žadinant lazerio bangos ilgiais nuo 1 iki 1,5 μm,
buvo panašaus stiprio kaip iš geriausio žinomo paviršinio
emiterio p-InAs, nors kitų bandinių spinduliuojami
impulsai buvo žymiai stipresni. Nustatyta, kad pagrindinis THz
emisijos mechanizmas yra fotosrovė, atsiradusi fotosužadintiems
krūvininkams judant p-i-n sandūros elektriniame lauke.
Didesnė anizotropinės fotosrovės mechanizmo įtaka THz emisijai
pasireiškė žadinant bandinius trumpesniais lazerio bangos
ilgiais iš InP padėklo pusės. Optinės spinduliuotės vertimo į
THz efektyvumą galima padidinti prijungus papildomą išorinę
įtampą atgaline kryptimi ir panaudojant i-sričiai kitą
medžiagą su siauresniu draustinių energijų tarpu. Tokie
prietaisai gali būti perspektyvūs THz emiteriai kompaktiškose
THz laikinės spektroskopijos sistemose, naudojančiose
skaidulinius lazerius.
References
/
Nuorodos
[1] M. Tonouchi, Cutting
edge terahertz technology, Nature Photon.
1(2), 97–105
(2007),
http://dx.doi.org/10.1038/nphoton.2007.3
[2] A. Krotkus, Semiconductors for terahertz photonics
applications, J. Phys. D
43(8), 273001 (2010),
http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/43/27/273001
[3] X.-C. Zhang, Y. Jin, K. Yang, and L.J. Schowalter, Resonant
nonlinear susceptibility near the GaAs band gap, Phys. Rev.
Lett.
69(15), 2303–2306 (1992),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.69.2303
[4] M. Reid, I.V. Cravetchi, and R. Fedosejevs, Terahertz
radiation and second-harmonic generation from InAs: Bulk versus
surface electric-field-induced contributions, Phys. Rev. B
72(3),
035201 (2005),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.72.035201
[5] X.-C. Zhang and D.H. Auston, Optoelectronic measurement of
semiconductor surfaces and interfaces with femtosecond optics,
J. Appl. Phys.
71(1), 326–338 (1992),
http://dx.doi.org/10.1063/1.350710
[6] H. Dember, Über eine photoelektronische Kraft in
Kupferoxydul-Kristallen, Phys. Zs.
32, 554–556 (1931)
[7] T. Dekorsy, H. Auer, H.J. Bakker, H.G. Roskos, and H. Kurz,
THz electromagnetic emission by coherent infrared-active
phonons, Phys. Rev. B
53(7), 4005–4014 (1996),
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.53.4005
[8] V.L. Malevich, P.A. Ziaziulia, R. Adomavičius, A. Krotkus,
and Y.V. Malevich, Terahertz emission from cubic semiconductor
induced by a transient anisotropic photocurrent, J. Appl. Phys.
112(7), 073115 (2012),
http://dx.doi.org/10.1063/1.4758181
[9] C. Affentauschegg and, H.H. Wieder, Properties of
InAs/InAlAs heterostructures, Semicond. Sci. Technol.
16(8),
708–714 (2001),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/16/8/313
[10] R. Adomavičius, A. Urbanowicz, G. Molis, A. Krotkus, and E.
Šatkovskis, Terahertz emission from p-lnAs due to the
instantaneous polarization, Appl. Phys. Lett.
85(13),
2463–2465 (2004),
http://dx.doi.org/10.1063/1.1795980
[11] A. Krotkus, R. Adomavičius, G. Molis, and V.L. Malevich,
Terahertz emission from InAs surfaces excited by femtosecond
laser pulses, J. Nanoelectron. Optoelectron.
2(1),
108–114 (2007),
http://dx.doi.org/10.1166/jno.2007.011
[12] A. Arlauskas and A. Krotkus, THz excitation spectra of
AIIIBV semiconductors, Semicond. Sci. Technol.
27(11),
115015 (2012),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/27/11/115015
[13] S. Sasa, S. Umino, Y. Ishibashi, T. Maemoto, M. Inoue, K.
Takeya, and M. Tonouchi, Intense terahertz radiation from InAs
thin films, J. Infrared Milli. Terahz. Waves
32(5),
646–654 (2011),
http://dx.doi.org/10.1007/s10762-010-9694-0