| 研究課題/領域番号 |
20H02635
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
深津 晋 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (60199164)
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| 研究分担者 |
金崎 順一 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (80204535)
安武 裕輔 東京大学, 大学院総合文化研究科, 技術専門職員 (10526726)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
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| キーワード | 超薄Ge / 多軸応力 / 超高歪 / 直接遷移端 / 光利得 / 電流注入 / 共振器ポラリトン / 高正孔移動度 / 超薄ゲルマニウム / 疑似直接遷移化 / 室温電流注入光利得 / バレー間音響フォノン散乱 / マルチ軸応力 / 擬似直接遷移化 / 強結合 / 微小共振器 / 励起子ポラリトン / 超薄膜ゲルマニウム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
IV族半導体は一般に間接遷移型のバンド構造をもつため反転分布の形成には不利と考えられてきた。異方性歪を内包したゲルマニウムにおける間接・直接バレーの反転は、これに向けた有効な戦略でありながらも波長域の赤外シフトという本質的な問題を抱えていた。本研究は、精密に制御した多軸の非等方的応力下で生じるゲルマニウム単結晶量子井戸のバンド構造変化にもとづく新機軸の物性制御・機能改変の試みである。薄膜直接接合、超高精度エッチング、インターカラント介在エピタキシーの技術融合によって非従来型のポンテシャル分布制御を達成し、マルチ軸精密高歪制御ウルトラ薄膜化ゲルマニウムの室温電流駆動光利得とレーザー発振を目指す。
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| 研究成果の概要 |
多軸高歪下の超薄ゲルマニウム(Ge)における室温電流注入光利得とレーザー発振への足がかりを模索した。薄膜転写、高精細エッチングとエクサクタントエピタキシーの融合により超薄Geの関連構造を構築し、直接端バンド分散の情報取得と低散逸環境での利得発生を目指した。新規に開発した機械的応力印加機構とスピン敏感発光励起相関法を用いてスプリットオフ正孔関与の共鳴電子ラマン遷移近傍で円偏光利得を達成した。さらにドーピング不要の電流注入法を開発、面直共振器との融合からGe直接バレー励起子のポラリトン化を検討する過程で複合系における室温ボーズ凝縮の物理を論じ、次元交差Ge界面では高正孔移動度と量子振動を見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
IV族半導体レーザーは物質科学の究極目標のひとつであり、低温のフェムト秒パルス励起とはいえ擬似連続的かつGeバンド端近傍のとくに通信帯波長で円偏光利得が達成できたことは社会的にも意義があり、当該研究分野に大きなインパクトをもつ。 一方、これを可能にした新規開発の応力印加機構とスピン敏感なフェムト秒発光励起相関法は、物性評価の技術開発の位置づけでも意義深い。さらに一定の物性評価が定まった超薄Geの作製技術は、薄膜技術の進化形に明確に位置づけられることになる。一方、ハイブリッドGe界面における正孔ガス、模擬ポラリトンシステムで見出された室温ボーズ・アインシュタイン凝縮は物理の観点からも意義深い。
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