Updated on 2026/04/28

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SUZUKI SAFUMI
 
Organization
Institute of Integrated Research Laboratory for Future Interdisciplinary Research of Science and Technology Professor
Title
Professor
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News & Topics
  • Nonlinear Optical Detection of Terahertz-Wave Radiation from Resonant Tunneling Diodes

    2017/04/05

    Languages: English

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    Scientists at Tokyo Tech and RIKEN Center for Advanced Photonics have introduced an optical detection technique for compact electronic terahertz (THz)-wave sources. By incorporating a resonant tunneling diode (RTD), a wavelength from a THz wave can be converted to a near-infrared (NIR) wave that can be detected using a commercial photodetector. The scientists report this technique will open up new opportunities in THz-wave applications.

  • 光波長変換によりテラヘルツ波を高感度に検出―室温で動作するテラヘルツ波領域の小型非破壊検査装置の実現へ―

    2017/03/03

    Languages: Japanese

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    要旨 理化学研究所(理研) 光量子工学研究領域テラヘルツ光源研究チームの瀧田佑馬基礎科学特別研究員、縄田耕二基礎科学特別研究員、南出泰亜チームリーダーと東京工業大学(東工大) 科学技術創成研究院の浅田雅洋教授、同大学 工学院の鈴木左文准教授らの共同研究チームは、理研が開発した光波長変換技術による小型・室温動作・高感度テラヘルツ波検出装置を用いて、東工大が開発した共鳴トンネルダイオードからのテラヘルツ波放射を高感度に検出することに成功しました。

  • テラヘルツデバイス~世界で初めて室温電子デバイスから1テラヘルツを越える周波数の電波を発生

    2010/06/22

    Languages: Japanese

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    東京工業大学大学院総合理工学研究科 物理電子システム創造専攻の鈴木左文助教と浅田雅洋教授は,NTTフォトニクス研究所と共同で,1テラヘルツ(テラは10の12乗)の周波数を越える超高周波電磁波を直接発生する室温電子デバイスの実現に世界で初めて成功した.この周波数は、光と電波の中間にあり,透過イメージングや高速大容量通信への応用が期待されながらも、コンパクトな光源が無いため未開拓となっていた.この成果はテラヘルツ波の応用を広げる新しい光源として期待される.

Research Areas

  • Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Electron device and electronic equipment

Papers

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Research Projects

  • Breaking the operational limit of electronic device by revealing its hidden wave nature

    Grant number:24H00031  2024.4 - 2029.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

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    Grant amount:\206960000 ( Direct Cost: \159200000 、 Indirect Cost:\47760000 )

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  • メタエレクトロニクスによる電子光融合デバイスの創生

    Grant number:21H04552  2021.4 - 2024.3

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    鈴木 左文

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    Grant amount:\42900000 ( Direct Cost: \33000000 、 Indirect Cost:\9900000 )

    本研究で新たに提案する非共振メタ表面について、本年度はまず電磁界解析を用いて応答の解析を行った。電磁界解析には半導体デバイスの動作を反映させることはできないので、これまでの研究で共鳴トンネルダイオードを等価回路モデル化したものを利用し、そこからメタ表面における反射係数の見積を行った。見積の結果、ダイオードのバイアス電圧によって反射係数の変化が起こり、ダイオードの負性抵抗領域では反射係数が高くなることが明らかとなった。
    上記解析を元にデバイスの作製を通常の半導体プロセスにより行った。メタ原子が多数並ぶため、駆動電流が大きくなり、大きな発熱も問題になることが試作、および、熱解析から明らかとなった。そこで、共鳴トンネルダイオードの層構造を見直し、層の下部にある熱導電性の低いInGaAs導電層を熱導電性の高いInPに変え放熱性を向上させた構造を利用しデバイスを作製した。その結果、放熱性の向上が明らかになると共に、メタ表面の構成要素であるメタ原子の作製に成功した。
    このように作製したメタ原子について動作を実証するため、テラヘルツ帯で用いられているパルス光源により広帯域に応答を測定した。フェムト秒パルスレーザーを光伝導アンテナ照射して発生したテラヘルツパルスをメタ原子に照射し、反射・受信されたパルス波の波形をフーリエ分解し周波数特性を調べた。その結果、作製したメタ原子では200GHz付近をおおよそのピークとして反射係数が高くなり、その反射係数はバイアス依存性を持つことが実験的に示され、理論とおおよそ一致することが明らかとなった。以上から、新たに提案したメタマテリアルの動作実証に成功した。
    さらに、最終的に目指すレーザー型デバイスに向け、メタ表面を分布型ブラッグ反射鏡の上に置いた単純な構造について解析を行ったところ、メタ表面と反射鏡の結合によって反射鏡による共振が現れることも明らかとなった。

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  • Exploration of breakthrough in terahertz-device performance by understanding the radiation mechanism from view point of electron travelling and transition

    Grant number:16H06292  2016.4 - 2021.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Specially Promoted Research

    Asada Masahiro

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    Grant amount:\537810000 ( Direct Cost: \413700000 、 Indirect Cost:\124110000 )

    This study was done aiming at elucidation of device operation, achievement of high performance, and the development and expansion of applications, for semiconductor light sources in the terahertz frequency band using resonant tunneling diode oscillators, and many results were obtained. In the elucidation of the device operation, a theory for the response to terahertz waves was constructed. In the high-performance operation, 1.98 THz oscillation was achieved, which is the highest frequency of room-temperature electronic single oscillators to date, and a new structure capable of oscillating up to 2.8 THz was proposed. Oscillation with high output power of 0.7 mW at 1 THz by array configuration, frequency-variable oscillators, and oscillation with 1 Hz line width were also achieved. In the application, basic operation was demonstrated for spectroscopy, high-capacity communication, radar, and three-dimensional imaging

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  • Monolithic Integrated Terahertz Transceiver using Resonant Tunneling Diodes

    Grant number:16K14246  2016.4 - 2018.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

    SUZUKI SAFUMI

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    Grant amount:\3640000 ( Direct Cost: \2800000 、 Indirect Cost:\840000 )

    We proposed and designed a monolithic integrated terahertz (THz) transceiver using resonant tunneling diodes (RTDs), and investigated fundamental operation principle. We simulated the amplifier gain using electromagnetic simulation of the circuit and measured THz characteristics with THz vector network analyzer. From the simulation, we obtained an amplifier gain of ~2 dB at around 1 THz range using RTDs with 0.4 square micron mesa. We fabricated the 300 GHz device for preliminary experiments. However, the amplification was not obtained because of parasitic oscillation with biasing circuit. THz amplification can be obtained by suppress the parasitic oscillation.

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  • Resonant-Tunneling-diode Terahertz Oscillator with Functional Heterostructure for High Performance

    Grant number:24560398  2012.4 - 2015.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

    SUZUKI Safumi

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    Grant amount:\5460000 ( Direct Cost: \4200000 、 Indirect Cost:\1260000 )

    Terahertz oscillators with Resonant tunneling diodes (RTDs) and slot antennas were investigated for high frequency and high output power. To obtain high-frequency oscillation, we optimized the thickness of the collector spacer layer, for which a trade-off relation exists in terms of the reduction of the electron transit time and capacitance. A narrow quantum well for short dwell time and an antenna structure for low conduction loss were also employed. By these procedures, room-temperature fundamental oscillation of up to 1.92 THz was achieved. To date, this is the highest oscillation frequency in a single solid-state electronic oscillator. For high-output power operation of the RTD oscillators, we employed offset-fed slot antenna for impedance matching between RTD and antenna, and also utilized power combination technique with array configuration. To date, 610 μW has been obtained in a preliminary experiment performed at 620 GHz using a two-element array of the offset slot antennas.

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  • Terahertz oscillating resonant tunneling diode having beam shaping function using three-dimensionally integrated antenna structure

    Grant number:22760247  2010 - 2011

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

    SUZUKI Safumi

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    Grant amount:\4160000 ( Direct Cost: \3200000 、 Indirect Cost:\960000 )

    Terahertz oscillating resonant tunneling diode with three-dimensionally integrated micro size Yagi antenna array was proposed. The radiation pattern was calculated and fabrication process was studied. A high antenna gain of around 19 dBi was theoretically expected in the RTD oscillator integrated with three element Yagi antenna array. The conditions for fabrication of thin substrate and thick dielectric layer were experimentally studied.

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  • Development of devices and systems toward realization of high-capacity wireless communications by terahertz waves

    Grant number:21226010  2009.5 - 2014.3

    Japan Society for the Promotion of Science  Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

    ASADA Masahiro, MIYAMOTO Yasuyuki, NISHIYAMA Nobuhiko, SUZUKI Safumi

      More details

    Grant amount:\213330000 ( Direct Cost: \164100000 、 Indirect Cost:\49230000 )

    Toward realization of high-capacity wireless communications in the undeveloped terahertz frequency region, we investigated oscillation and modulation of terahertz waves, and wireless data transmission. For the oscillation device, we achieved room-temperature oscillation at 1.55 THz using resonant tunneling diodes with reduced electron delay, which is the highest frequency of semiconductor electron devices. High-power oscillation and high-speed direct modulation of these oscillators were achieved with the structure optimization of the integrated micro-antennas. Modulators for terahertz waves with optical signal and transistors with high current drivability for modulation were also obtained. Wireless data transmission was demonstrated with the resonant- tunneling-diode transmitter and Schottky-barrier-diode receiver, and feasibility of high-capacity communication was obtained.

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  • バレー間散乱による走行遅延を抑制した共鳴トンネル構造を持つテラヘルツ発振素子

    Grant number:21860032  2009 - 2010

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    鈴木 左文

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    Grant amount:\2678000 ( Direct Cost: \2060000 、 Indirect Cost:\618000 )

    テラヘルツ周波数帯光源のキーデバイスである共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いたテラヘルツ発振器において、素子の高周波化を行うためには、空乏層に高い電圧が印可されていることによって起こるΓ-Lバレー間散乱を抑圧することが必要である。そのため、今年度スパイクドーピング構造を持つRTDと、極薄バリアと傾斜エミッタを持つRTDに関して研究を行った。
    スパイクドーピング構造を持つRTDでは、コレクタ側スペーサ層に濃度の異なるスパイクドーピングを持つRTD発振素子を作製し、発振特性を測定した。測定より、スパイクドーピングの濃度が上昇すると、RTDの容量が大きくなってしまうが、空乏層の電界が緩和されΓ-L散乱は抑圧出来きることが分かった。スパイクドーピングの濃度がおよそ2x10^<18>cm^<-3>の時最適となり、その基板により、898GHzまで発振周波数が向上出来た。
    上記構造ではRTDの容量が大きくなってしまうため、新たに、極薄バリアと傾斜エミッタを持つRTDを提案し、発振素子を作製した。傾斜エミッタにより動作点の電圧が下がり、空乏層にかかる電界が小さくなるため、Γ-L散乱の抑圧ができ走行時間が短縮される。さらに薄膜バリアによりトンネル時間も短縮される。この構造を持つ発振素子により室温電子デバイスでは最高周波数の951GHzの基本波発振を達成した。さらなるRTDのデバイス面積の縮小により、1THzを超える発振が期待できる。

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