Терагерцовое излучение неравновесных 2D плазмонов из наногетероструктуры AlGaN/GaN / Молдавская М.Д., Шалыгин В.А., Винниченко М.Я., Паневин В.Ю., Маремьянин К.В., Воробьев Л.Е., Фирсов Д.А., Korotyeyev V.V., Suihkonen S., Kauppinen C., Сахаров А.В., Заварин Е.Е., Артеев Д.С., Лундин В.В.

Плазмоника является быстро развивающейся областью науки и техники. В частности, интереспредставляет возможность получения эмиссии терагерцового (ТГц) излучения при возбуждении 2Dплазмонов. С одной стороны, уже создан ряд эмиттеров, основанных на возбуждении когерентных2D плазмонов и обеспечивающих довольно широкую полосу ТГц излучения [1]. С другой стороны,могут быть созданы узкополосные источники ТГц излучения, принцип действия которых базируетсяна возбуждении некогерентных 2D плазмонов. Подобные эксперименты ранее проводились снеравновесными 2D плазмонами в кремниевых МОП-транзисторах и в гетероструктурахAlGaAs/GaAs [2]. Недавно была предпринята попытка получить селективное ТГц излучение привозбуждении электрическим полем некогерентных 2D плазмонов в гетероструктуре AlGaN/GaN [3].В этой работе был зарегистрирован лишь слабый пик излучения, соответствующий рассеянию 2Dплазмонов, амплитуда которого не превышала 20% от широкополосного фонового сигнала,обусловленного джоулевым разогревом образца.В настоящей работе исследована эмиссия ТГц излучения из наногетероструктурыAlGaN/GaN/Al2O3 с периодической металлической решеткой на поверхности в условиях разогрева 2Dэлектронов латеральным электрическим полем. Основной акцент сделан на создании существеннонеравновесных условий, когда эффективные температуры 2D электронов и 2D плазмонов в несколькораз превышают температуру кристаллической решетки. Это позволило наблюдать и исследоватьвысокодобротные пики интенсивного ТГц излучения, соответствующие 2D-плазмонному резонансу.Предварительно теоретически моделировались спектры ТГц пропускания, отражения и поглощенияструктур. С точки зрения исследования 2D плазмонов интерес представляют спектры для излучения,линейно поляризованного перпендикулярно металлическим полоскам решетки. Главная особенность– это провалы в спектре пропускания и пики в спектре поглощательной (излучательной) способностипри частотах, соответствующих модам 2D-плазмонного резонанса. Дизайн структур оптимизировалсяс целью обеспечить максимальную амплитуду основной моды 2D плазмонов при условии еёпопадания в полосу чувствительности детектора Ge:Ga. Эксперименты проводились на образцах сразличными периодами решетки, а также на реперных образцах без решетки. Исследование спектровпропускания при разных температурах, а также спектров ТГц электролюминесценции (ЭЛ) приварьировании поля позволило однозначно идентифицировать моды 2D плазмонов. Исследованиеинтегральной интенсивности ЭЛ при разных уровнях возбуждения, а также вольт-амперныххарактеристик позволило определить эффективные температуры 2D электронов и плазмонов взависимости от поля.