[PDF]    http://dx.doi.org/10.3952/physics.v55i4.3223

Open access article / Atviros prieigos straipsnis

Lith. J. Phys. 55, 274279 (2015)


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