分子線エピタキシー選択成長による量子ネットワークの自己組織的形成に関する研究

本研究は、加工基板上へ結晶成長法を行う際に発現する、線状(量子細線)あるいは点状(量子ドット)のキャリアじ込め構造が自己組織的に形成される現象を利用して、高密度量子ドットが量子細線により相互に結合された量子ネットワークを形成することを目的とする。本研究で得られた成果の概略を以下に記す。(1)InP基板表面に正方形のメサ(台地状の構造)と線状のメサが相互に結合した構造をリソグラフィー・エッチングにより形成し、この上に分子線エピタキシ(MBE)法によりInAlAs/InGaAs/InAlAs構造の成長を行った。構造観察の結果、適切な成長条件下で、正方形メサ上にInGaAs量子ドットが、線状メサ上にInGaAs量子細線が形成され、InGaAs量子細線と量子ドットの結合構造が実現されることが明らかとなった。(2)上記のInGaAs量子細線と量子ドットの間には、細いInGaAs量子細線が形成されており、これがポテンシャル障壁として働き、細線-障壁-ドット-障壁-細線という2重障壁ポテンシャルプロファイルが実現されていることを明らかにした。(3)また、初期加工基板形状・成長条件等を様々に変えて形成した細線-ドット結合構造の構造観察から、ドット・細線・ポテンシャル障壁の細部・細線サイズ・ポテンシャル障壁幅の最小値としてそれぞれ100nm,30nm,80nmを実現している。以上の成果は、本研究で開発した加工基板上へのMBE選択成長法による量子細線-量子ドット結合構造形成手法が、精密かつ複雑なポテンシャルプロファイル制御を必要とする量子デバイスネットワーク・単電子デバイスネットワーク形成のための有望な手段となりうることを示している。

本研究は、加工基板上へ結晶成長法を行う際に発現する、線状(量子細線)あるいは点状(量子ドット)のキャリアじ込め構造が自己組織的に形成される現象を利用して、高密度量子ドットが量子細線により相互に結合された量子ネットワークを形成することを目的とする。本研究で得られた成果の概略を以下に記す。(1)InP基板表面に正方形のメサ(台地状の構造)と線状のメサが相互に結合した構造をリソグラフィー・エッチングにより形成し、この上に分子線エピタキシ(MBE)法によりInAlAs/InGaAs/InAlAs構造の成長を行った。構造観察の結果、適切な成長条件下で、正方形メサ上にInGaAs量子ドットが、線状メサ上にInGaAs量子細線が形成され、InGaAs量子細線と量子ドットの結合構造が実現されることが明らかとなった。(2)上記のInGaAs量子細線と量子ドットの間には、細いInGaAs量子細線が形成されており、これがポテンシャル障壁として働き、細線-障壁-ドット-障壁-細線という2重障壁ポテンシャルプロファイルが実現されていることを明らかにした。(3)また、初期加工基板形状・成長条件等を様々に変えて形成した細線-ドット結合構造の構造観察から、ドット・細線・ポテンシャル障壁の細部・細線サイズ・ポテンシャル障壁幅の最小値としてそれぞれ100nm,30nm,80nmを実現している。以上の成果は、本研究で開発した加工基板上へのMBE選択成長法による量子細線-量子ドット結合構造形成手法が、精密かつ複雑なポテンシャルプロファイル制御を必要とする量子デバイスネットワーク・単電子デバイスネットワーク形成のための有望な手段となりうることを示している。