Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

これまで半導体を用いた二次元電子系においては量子ホール効果、分数量子ホール効果をはじめとした様々な電子物性や量子相関が明らかにされてきた。しかしながらさらに次元性の低い一次元、ゼロ次元電子系では電子物性研究の進展やデバイス応用の研究が著しく遅れている。この原因は平坦な二次元構造では原子スケールの構造精度がほぼ完全に達成されているのに対し、一次元・ゼロ次元構造ではそれが極めて不完全であることによる。本計画ではこれまで半導体ナノ構造の製造技術として開発を進めてきたMEE技術を進化・最適化することにより、おもにIII-V族化合物半導体を用いて、構造精度の極めて高い量子細線構造、量子ドット網構造などの製作技術を確立し、それらの構造を用いた新しい現象の探索を行った。III-V族化合物半導体の特性を生かすにはヘテロ接合が不可欠である。このため低次元構造の製作技術に関してはAlGaAs/GaAsをはじめ、InAs/GaAs、InGaAs/GaAsなどの諸材料を用いて行った。量子細線、量子ドット等の製作では、サイズと配列の不均一性・不規則性を排除するため、これまでの自己形成型の手法はとらず、電子線露光をベースに選択エピタキシャル成長の方法をとった。ナノ構造を設計どおりに実現するには横方向成長を阻止する必要があったが、MEE法を最適化することによりこれを実現した。その結果極めて均質性の高い一次元量子細線、ゼロ次元量子ドットの製作に成功すると共に、これらを用いた二次元格子配列構造の製作技術が確立できた。AlGaAs/GaAsを用いた量子ドット格子は、二次元フォトニック結晶として有効に機能することが明らかになった。さらに量子ドット-量子細線ネットワークの製作にも成功し、所期の性能を得た。一方InAs/GaAs量子ドット構造ではヒロックの発生に直面したが、結晶学的な解析によりその原因を究明し、この系においても構造精度の高い低次元構造の実現を可能にした。

【研究分担者】
宗田孝之	早稲田大学	理工学部	教授	(Kakenデータベース)
小野満恒二 (小野満恒二)	早稲田大学	理工学部	助手	(Kakenデータベース)
PLOOG Klaus	早稲田大学	Paul-Drude研究所	所長