核スピン濃度と分布を制御した半導体超構造の作製と評価

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本研究では半導体中の核スピンに着目し、世界でも例のない半導体中の核スピンの濃度と分布を制御したシリコン(Si)およびゲルマニウム(Ge)構造を作製・評価する事を目的とする。量子コンピュータの実現に向けても半導体中の核スピンを利用することが最近提案されて大きな注目を集めている。そこではSiまたはGeに^<31>Pのように核スピンを有する不純物を一定間隔に埋めこみ、各^<31>Pの核スピンのup状態とdown状態を制御し、相互作用させることから量子コンピュータを実現しようとする。^<31>P同士の距離が離れすぎると相互作用が弱まり量子コンピュータは実現しないが、近すぎるとお互いの相互作用が強すぎて核スピンの緩和時間が短くなり、実効計算時間がかせげない。更に、^<31>Pを埋めこんでいるSiや,Ge自体が核スピンを有すると、^<31>P核スピンと相互作用することから、^<31>P核スピンの緩和時間が短くなる。よって、核スピンを有する同位体を排除したSiおよびGe単結晶を成長することが重要となる。そこで、平成10年度には、不純物核スピンを利用したSiおよびGe量子コンピュータの実現の可能性を調べることを目的とし、核スピンを排除したGe単結晶の成長を行った。また、核スピンを排除したSi単結晶の成長の実現にむけて、粉末状の^<28>Siを坩堝を用いずに棒状に固める手法を開発した。棒状に固められた^<28>Siは専用の結晶成長装置中で溶解され、現在は、帯精製法による純度の向上を行っている。