Exploring novel dilute nitride and bismide quantum light source innovating optical communications
| Project/Area Number |
21KK0068
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University (2022)
Ehime University (2021) |
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Principal Investigator |
石川 史太郎 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (60456994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
富永 依里子 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 准教授 (40634936)
樋浦 諭志 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (30799680)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | ナノワイヤ / 半導体 / 通信帯光源 / 化合物半導体 / 希釈窒化物 / 希釈ビスマス / ナノ構造 / 分子線エピタキシー / 光特性 / 量子ナノ構造 / 希釈窒化物半導体 / 希釈ビスマス半導体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、近年発達したナノワイヤ・量子構造・低温成長を駆使したエピタキシャル成長技術により可能となる、新しい希釈窒化物・希釈ビスマス量子ナノ半導体を実現し、その新機能発現と応用を目指す。特徴的な電子の局在や熱・スピンとの相関が報告される同材料群において、近年発展したエピタキシャル成長によって実現するナノスケール構造が与える影響について詳細な物性評価を行う。さらに、これを用いた近赤外域発光・受光・スピンデバイス応用を提案する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、通信帯域光源として期待できる希釈窒素・希釈ビスマス量子ナノ構造の新展開を目指し、未開拓の成長条件、構造探求を行う。2022年度はより通信帯域で高品質な光源の探求のため、薄膜において通信光源として大きな期待が寄せられたGaInNAs混晶の高品質ナノワイヤ結晶作製に挑戦した。これまでGaInNAsナノワイヤは合成には成功したものの構造、光学特性の良好なものではなく、その高品質化が困難であった。今回、加工基板を用いた選択成長を用いることで成長可能条件のをより広範に探求した。その結果、選択成長を用いない場合と比較して成長時圧力、供給Ga照射量は3倍以上程度の広範囲で良好な結晶成長が進行することを見出した。最適化された条件下では構造、光学特性ともに高品質なGaInNAs結晶が得られ、コア-マルチシェル積層構造でGaAs/GaInNAs多重量子井戸構造を得ることができた。同試料は連携するリンショピン大学研究者らによってその良好な光学特性が確かめられた。さらに、同グループからは従来提供していたGaNAsナノワイヤで特徴的なフォトン・アップコンバージョンが得られる特異な光学特性も判明した。また、低温成長GaAsBi薄膜において、分担者と従来報告の無い固相成長現象を見出し、その成長機構の詳細を明らかにすることに取り組めた。以上より、国際連携の強化に資する成果が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
着手当初から継続するGaNAs系ナノワイヤ結晶成長について、開口部を設けた加工基板を用いた位置選択成長を行うことで構造、発光特性が優れた結晶成長を行えることを見出した。また、従来の加工基板を使用しない条件下では大容量合成が進展し、２インチ基板全面で良好なナノワイヤ積層構造が得られることが判明した。より良好な通信帯域光源の実現、実用に向けた大容量合成への展望が得られた。さらに、同材料からフォトンアップコンバージョンが得られる特異な光機能が判明した。GaAsBiの固相成長に関する知見も得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでで得られた加工基板利用による選択成長、加工基板を用いない大容量合成、GaInNAs混晶、GaNAsBi混晶の有効性をより大きく活用した高品質な通信帯域半導体ナノ光源を開拓する。具体的には1.3μmを超える赤外帯域まで発光・動作波長を拡張し、長距離通信1.5μm帯までを見据えたより高効率な光源開発を連携研究者らと推進する。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
