ワイドギャップ半導体を用いた単電子ナノ構造の作製とその集積化に関する基礎研究

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量子ドットを用いると,電子デバイスならびに光デバイスにおける状態密度の離散値化などにより高性能化が期待される。現在これらの実現を目指してInGaAs系を中心にその製作方法の研究進展がめざましい。しかし発光波長の観点からは赤外発光に偏っており,より広い発光波長領域への拡大や,量子ドットに閉じ込められた励起子や励起子分子の解明を進めるためには,より広範な半導体による量子ドット作製技術の展開が必要である。特にワイドギャップ半導体では発光波長の短波長化とともに,励起子束縛エネルギーが大きいことから,量子ドットを形成して室温における励起子効果をより顕在化できる可能性がある。さらにこうした電子系の量子化に加えて光場の量子化も実現し両者の相互作用を強めることができれば,高速・高性能発光素子の実現が期待できる。本研究はこのような量子ドット構造の作製ならびに光ドットの作製と両者の複合化に関連し,特にワイドギャップ半導体の自己組織化ドット構造が作製できること,また原子価不整合系ヘテロ構造ではドットが不安定になる可能性があるが,陽原子共通ヘテロ接合系では安定なドット構造が作製できることを示した。これと並行してAFM/SEM複合ナノリソグラフィによって高解像度のパタ-ニングが可能であること、パタ-ニングされたマスクを用いドット構造の選択成長も可能であることを示した。これらの成果は,今後さらに電子系の量子ドットサイズの制御,密度の向上を計るとともに,半波長(100nm程度)サイズの光ドットとの結合により高速,コヒーレントな微小発光素子,その集積化による並列光処理を実現する基礎となる。