| Project/Area Number |
21K18731
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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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 | Kyushu University |
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Principal Investigator |
板垣 奈穂 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (60579100)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
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| Keywords | 励起子 / ZnO / ZnMgO / 再結合寿命 / スパッタリング / 量子構造 / ZAION |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，代表者オリジナル技術を背景に，励起子が量子情報を記憶する革新的デバイスを創製するものである．励起子を「電子と正孔が再結合する過程 (=中間状態）としての準粒子」として扱い，受発光を伴うその生成と消滅に着目した工学的応用を行ってきたこれまでの励起子研究を転換させる点で，挑戦的研究としての意義を有する．この記憶する励起子を用い，大規模集積化において有利な光によるデータ伝送を前提とした量子コンピュータの実現を目指す点で，実用的観点からも意義を有する．本研究は，明るい励起子そのもののを長寿命化させる，というアイデアにより，従来の励起子において存在した寿命と制御性のトレードオフ問題を解決する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，明るい励起子そのもののを長寿命化させる，というアイデアにより，従来の励起子において存在した寿命と制御性のトレードオフ問題を解決し，革新的量子デバイスを実現することを目的としている．昨年度までの研究で，長寿命な明るい励起子実現の鍵となる， サファイア基板上へのZnMgO/ZnO超高品質ヘテロ界面の形成を行うとともに，ZnMgOの室温での励起子発光を確認した．基板と膜との間の大きな格子不整合率（18%）がボトルネックとなったが、代表者が開発した逆Stranski-Krastanov (逆SK)法が単結晶膜の作製を可能にした．一方、これら単結晶薄膜の励起子寿命ならびに励起子発光メカニズムを明らかにするため時間分解ルミネッセンス計測を行ったところ、非輻射再結合寿命がpsecオーダーと短く、これがデバイス性能を支配する可能性が示唆された。非輻射再結合中心密度は10^18 /cm3と見積られたが，XRD測定結果からこれらは転位ではなく点欠陥に起因していることが分かった。これら点欠陥は、非平衡型の欠陥であるZn空孔との複合欠陥である可能性が示唆されたため、今年度は、装置を改造し熱平衡に近い条件にてサンプルを作製し評価を行った。その結果、非輻射再結合寿命が10 psec超まで伸びることが分かり、やはり熱平衡に近い条件での薄膜成長が、非輻射再結合中心となる欠陥の低減に有効という指針が得られた。また、逆SK法における結晶成長の前段階として，極性制御層としての極薄MgO膜を形成することで、更なる高品質化を実現した．反射高速電子線回折等による分析から、上述の結晶品質の向上は、MgO層の導入により吸着原子マイグレーションに有利なO極性面が形成されたためと考えられる。現在上記結果を基にZnO/ZnMgO歪量子井戸を形成し、量子ビットとしての機能発現の確認を行っている。
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Report
(3 results)
Research Products
(82 results)
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[Presentation] Sputter epitaxy of Zn1-xMgxO films on lattice-mismatched sapphire substrates utilizing ZnO(N)/MgO buffer layers fabricated by Ar/N2 and Ar/O2 discharges2023
Author(s)
T. Yunoue, K. Yataka, N. Yamashita, D. Yamashita, T. Okumura, K. Kamataki, H. Kiyama, K. Koga, M. Shiratani, H. Yabuta, N. Itagaki
Organizer
ICPIG2023
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[Presentation] サファイア基板上への Zn1-xMgxO 膜のスパッタエピタキシー：ZnON/MgO バッファー層の効果2022
Author(s)
湯上貴文, 矢高功太郎, 三石遼, 山下尚人, 山下大輔, 奥村賢直, 鎌滝晋礼, 木山治樹, 古閑一憲，白谷正治, 薮田久人, 板垣奈穂
Organizer
プラズマ・核融合学会 九州・沖縄・山口支部 第26回 支部大会
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