【研究分野】ナノ構造物理

【研究領域課題番号】25246004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子ドット / テラヘルツ / 単一電子トランジスタ / ナノ構造 / 量子ナノ構造 / 量子準位 / 帯電エネルギー / テラヘルツ電磁波

【研究成果の概要】

自己組織化InAs量子ドット中では、軌道間の量子化エネルギー差や帯電エネルギーが、テラヘルツの光子エネルギーに相当する。しかし、一般にテラヘルツ電磁波の波長に比べ、量子ドットのサイズが非常に小さいため、通常のテラヘルツ透過測定では単一量子ドットの信号を得ることは不可能である。本研究では、ソース・ドレイン電極をアンテナとして用いて、テラヘルツ電磁波を単一量子ドットに集光し、さらに同じ電極を用いて量子ドットを流れるテラヘルツ誘起光電流を計測することにより、量子ドットのサブレベル間エネルギーや帯電エネルギーなど、重要な電子状態のパラメータを決定することができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】電子デバイス・機器工学

【研究領域課題番号】13555104 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子ドット / 光検出 / 量子ナノ構造 / ヘテロ構造 / 赤外光 / サブバンド間遷移 / 単一電子トランジスタ / ナノ構造 / 赤外線 / トンネル効果 / サブハンド間遷移

【研究成果の概要】

波長数μm^〜数十μmの中赤外帯の光検出は、リモートセンシングや排ガス計測などの環境計測、宇宙物理、暗視装置、バイオ関連等の応用分野で極めて重要な技術となりつつある。近年、その作製技術や物性の理解が急速に進展しつつある自己組織InAs量子ドットは、作製の容易さ、電子閉じ込めエネルギー、光との散乱断面積の大きさ等の観点から、中赤外光検出の活性層として極めて魅力的である。
本研究では、高移動度変調ドープ量子井戸構造と自己組織化InAs量子ドットを組み合わせた新しい素子構造(変調ドープ量子ドット赤外光検出器)を提案し、量子ドットの光イオン化を用いた中赤外光の高感度検出を実現するとともに、その物性の理解と高性能化への指針を得ることを目標に研究を行った。現在までに、n型変調ドープ量子ドット赤外光検出器構造を用いて、従来の量子井戸赤外光検出器の感度の約10倍の感度(5A/W)を達成するとともに、p型変調ドープ量子ドット赤外光検出器構造においては、さらに高い感度を得ることができるであろうという感触を得た。また、光励起キャリアの緩和過程において、p準位や濡れ層の連続準位が重要なはたらきをしていることを明らかにした。
さらに、本研究では、量子ドットをクーロン島とする単一電子トランジスタ構造を作製し、それを光吸収量子ドットと積層化することにより、赤外単一光子検出を実現することをめざして研究を行った。その成果として、量子ドット単一電子トランジスタを実現し、量子ドットのシェル構造、帯電エネルギーなど、新しい知見を得た。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2003

【配分額】12,600千円 (直接経費: 12,600千円)