研究課題別中間評価結果
- １．研究課題名
- 原子層制御量子ナノ構造のコヒーレント量子効果
- ２．研究代表者名
- 小倉 睦郎 （産業技術総合研究所 研究グループ長）
- ３．研究概要
- V−X化合物半導体を用いた低次元量子ナノ構造の光学、電子特性の基礎物性の解明と、これらの量子効果を利用した非線形光学素子及び電子デバイスの新機能素子の実現性を実証することを目的とする。このために、高品質な量子ナノ構造を作製するための新しい有機金属気相エピタキシャル成長方法（MOCVD）、分子線エピタキシャル成長方法（MBE）を開発する。量子構造としては、量子細線を主体に研究を進め、その物性評価を行い、機能素子への展開を図る。
- ４．中間評価結果
- ４−１．研究の進捗状況と今後の見込み
- MOCVD、MBEで独自の工夫をすることによって、世界トップレベルの高品質の量子細線の作製技術を開発し、研究を推進するのに不可欠な「かぎ」となる技術を高いレベルで獲得した。具体的には、MOCVD量子細線によって１μmにもおよぶ量子コヒーレンスを実現したこと、これを用いた量子細線レーザーによる室温発振の確認、MBE量子細線電界効果トランジスタ（FET）による負性抵抗の確認などで、量子細線デバイスへの展開も今後に見込める。
- ４−２．研究成果の現状と今後の見込み
- 有機砒素を用いた独自の流量調整法によるMOCVDと基板V溝のエッチングの工夫により、V溝に自己形成的に結晶品質として極めて均一性の良い量子細線を作成することに成功した。１次元方向に1μmにわたり均一なフォトルミネッセンスによるエキシトン発光を観測し、１μmに及ぶ量子コヒーレンスを実証した。これは、世界のトップレベルの量子細線作成技術といえる。また、原子状水素を用いたMBEの結晶ファセット成長を利用した選択成長によって、幅20 nm以下の量子細線を作成し、これを用いた量子細線FETによって、世界ではじめて負性抵抗を観測した。
多層量子細線を形状揺らぎなく作成する技術を開発することによって、ファブリペロ型量子細線レーザーを作成し、基底レベルからの室温発振に成功した。また、0.3μm〜0.4μmピッチの複数列の多層量子細線によって、DFBレーザーを試作するなど、デバイス機能創出も見込まれる成果が出ている。
- ４−３．総合的評価
- 高品質の量子細線を作成する技術は、本研究を進める基盤であるが、それを世界トップレベルで達成したことは大いに評価できる成果である。これを用いた新しい物理、新しいデバイスの創出には、更に細線作成技術の改良が必要となろうが、そのための研究体制も着実に整備されてきている。V−X化合物半導体での１μmに及ぶ量子コーヒレンスを有する量子細線作成技術による量子光機能の創出と、幅20 nm以下の極微細量子細線による量子電子デバイス機能の創出に向けた方向性は、今後の量子デバイスの本流の一つになる可能性が高く、基本的には正しい方向と云える。より具体的な量子機能の創出を期待する。
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