局所ドーピング構造半導体による単一光子発生に関する研究

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360004
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 矢口 裕之 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50239737)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 土方 泰斗 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021) ; 尾鍋 研太郎 東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (50204227) ; 片山 竜二 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (40343115) ; 八木 修平 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30421415) ; 窪谷 茂幸 東京大学, 新領域創成科学研究科, 助教 (70583615)
• Keywords: 半導体物性 / 光物性 / 結晶工学 / 応用光学・量子光工学 / MBE、エピタキシャル / 単一光子

Research Abstract

本研究では、原子層ドーピング技術などを用いて局所ドーピング構造半導体を作製し、量子暗号通信などの量子情報技術において重要な役割を果たす、優れた波長再現性・完全なランダム偏光・高い光子発生効率などの特徴を有する単一光子発生の実現を目指した。本年度の具体的な研究実績は以下の通りである。
1 基板面方位選択による発光特性制御
昨年度に引き続いて、成長に用いる半導体基板面方位を選択することによって、主に発光の偏光特性について検討を行った。昨年度までに明らかにしていた、(110)面上に作製した窒素局所ドーピング構造半導体においては窒素原子対の配列の違いによって偏光特性が異なることを利用して、特定の種類の窒素原子対を利用することによってランダム偏光を実現することができた。また、半導体基板面方位を選択することによって、配列の異なる窒素原子対による発光の観測頻度の違いが生じる様子を統計的に明らかにした。さらに、(001)面上に作製した窒素局所ドーピング構造半導体において、単一の等電子トラップからの発光に対する一軸応力の影響を明らかにした。
2 励起子分子を利用した量子もつれ光子対発生の可能性の検討
GaAs中の窒素原子対によって形成された単一の等電子トラップから励起子分子発光を観測することに成功した。励起子分子の束縛エネルギーは約8meVとInAs量子ドットに比べて大きくなることがわかった。
3 エルビウム原子ドーピング構造半導体の作製条件の検討
分子線エピタキシー法によってエルビウム原子をドーピングしたGaAsを作製する条件を検討し、濃度数パーセントのエルビウム原子を一様にドーピングすることに成功した。作製に際してエルビウム原子の表面偏析の影響も少なく、十分に原子層ドーピングを行える可能性を示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Single Photon Generation from Nitrogen Atomic-Layer Doped Gallium Arsenide (2012)
  • Author(s): K.Takamiya, Y.Endo, T.Fukushima, S.Yagi, Y.Hijikata, T.Mochizuki, M.Yoshita, H. Akiyama, S.Kuboya, K.Onabe, R.Katayama, H.Yaguchi
  • Journal Title: Materials Science Forum Volume: 706-709 Pages: 2916-2921
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.706-7-9.2916
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 窒素δドープGaAsにおける単一等電子トラップからの励起子分子発光 (2012)
  • Author(s): 高宮健吾, 福島俊之, 星野真也, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 片山竜二, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] 窒素δドープGaAs中の窒素原子対が形成する単一の等電子トラップからの発光に対する一軸応力の影響 (2012)
  • Author(s): 新井佑也, 星野真也, 高宮健吾, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] GaAs中窒素δドープ超格子のエネルギー構造評価 (2012)
  • Author(s): 野口駿介, 八木修平, 土方泰斗, 窪谷茂幸, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 早稲田大学(東京)
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] Biexciton Emission from Single Isoelectronic Traps in Nitrogen Atomic-Layey-Doped GaAs (2011)
  • Author(s): K.Takamiya, T.Fukushima, S.Yagi, Y.Hijikata, T.Mochizuki, M.Yoshita, H.Akiyama, S.Kuboya, K.Onabe, R.Katayama, H.Yaguchi
  • Organizer: 3rd International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures
  • Place of Presentation: International Academy Traunkirchen (Traunkirchen, Austria)
  • Year and Date: 2011-09-12
• [Presentation] 窒素δドープGaAs(110)中の単一等電子トラップからの発光の偏光特性 (2011)
  • Author(s): 高宮健吾, 福島俊之, 星野真也, 八木修平, 土方泰斗, 望月敏光, 吉田正裕, 秋山英文, 窪谷茂幸, 片山竜二, 尾鍋研太郎, 矢口裕之
  • Organizer: 第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形大学(山形県)
  • Year and Date: 2011-08-30
• [Presentation] Single Photon Generation from Nitrogen Atomic-Layer Doped Gallium Arsenide (2011)
  • Author(s): K.Takamiya, Y.Endo, T.Fukushima, S.Yagi, Y.Hijikata, T.Mochizuki, M.Yoshita, H.Akiyama, S.Kuboya, K.Onabe, R.Katayama, H.Yaguchi
  • Organizer: 7th International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
  • Place of Presentation: Quebec City Convention Centre (Quebec, Canada)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-03
• [Remarks]
  • URL: http://www.opt.ees.saitama-u.ac.jp/yagu.html