2018 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication and quantum optical characteristics of Eu doped GaN nanocolumn for quantum information device
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18K04233
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
関口 寛人 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00580599)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ユーロピウム / 窒化ガリウム / 希土類元素 / 量子情報デバイス / フォトニック結晶 / ナノコラム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギー揺らぎの少ない量子準位をもつEuイオンを活用した長い量子情報保持時間をもつ優れた量子メモリの実現に向けて，微細集積化に適するGaN母材の可能性について検討が本研究の目的である。母材中でのEuイオンの量子準位の効率的な活用に向けて，結晶中に欠陥を含まず，歪み緩和効果が発現するナノコラム結晶に着目し研究を進めた。
GaNへのEu添加は結晶性の劣化を引き起こすためEuイオンの光学的活性化率に大きく影響を与えることが知られている。今年度は自己形成のGaN:EUナノコラムを作製し，Eu濃度と発光特性の関係性をレート方程式を用いて解析を行った。Eu濃度の増加に伴って光学的活性化率が低下していくが，これはEuイオンへのエネルギートランスファーよりもEuイオンから母材へとエネルギーが戻るバックトランスファープロセスへの影響が強い現れるためであることを明らかにした。またEu濃度の2乗に伴って光学的に活性化されたEuイオン数が増加することが示され，Eu-Euペアを作ることで光学的に活性化することが示唆された。
ナノコラム結晶とコントロール光の相互作用を高めるために光共振器が求められるため，選択成長法を活用したフォトニック結晶構造の作製に取り組んだ。ナノ加工プロセスと結晶成長条件を最適化することで，ハニカム格子配列をベースとした空孔型フォトニック結晶の作製に成功した。
さらにシングルフォトンエミッタへの応用に向けてEu濃度が減少させた場合にイエロールミネッセンスの影響が出ないようにSi基板上への選択成長技術を検討しEuイオンからのみの発光を得ることに成功した。またナノコラム1本のみを評価する技術としてSiO2を介してリフトオフプロセスを検討し，選択成長間における意図しない自己形成ナノコラムを除去することに成功した。
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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
自己形成によるGaN:Euナノコラムの光学特性評価を詳細に明らかにした一方で、フォトニック結晶効果を得るための選択成長技術が飛躍的に進んだ。シリコン上へのGaN:Euナノコラムの形成にも成功し，SiO2マスク導入による意図しないナノ結晶のリフトオフ除去技術についても成功した。以上のように，自己形成、配列ナノコラムの両面において研究成果が得られており，当初の計画以上に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
さらに詳細な光学特性評価を行うために，研究連携者とコラボレーションすることでPL-PLEマッピング法などによる評価技術を加えて作製する結晶に関する理解を深める。またナノコラム結晶のより微細な選択成長技術を開拓することで、自由度のあるフォトニック結晶を作製技術を開拓する。
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