| 研究課題/領域番号 |
21KK0068
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 (2022-2023)
愛媛大学 (2021) |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2023年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 化合物半導体 / ナノ構造 / GaAs / GaNAs / GaAsBi / ナノワイヤ / 半導体 / 通信帯光源 / 希釈窒化物 / 希釈ビスマス / 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究実績の概要 |
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。2023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。2022年度までにGaInNAs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をより広範に高品質結晶成長条件を探求していた。2023年度は同結果を踏まえ、コア-マルチシェルGaAs/GaInNAs多重量子井戸構造の高品質結晶成長とその通信帯域1.3μmでの室温発光観測に成功した。さらに、特筆すべき単体GaNAsナノワイヤにおける室温付近までのレーザー発振を得ることができた。また、GaAsBi系ナノワイヤに対してはその発光再結合過程を詳細に明らかにした。また、薄膜GaAsBiでは蛍光X線ホログラフィによるBi元素周辺の結晶の微細構造を詳細に調べた。
上述のGaInNAs系ナノワイヤの結果は連携するリンショピン大学および若手研究者の共同研究成果として論文報告を行うことができた。さらに、GaAsBi系結晶の発光再結合機構、結晶微細構造に対してもリンショピン大学、国内機関との共同研究より成果を得ることができた。以上より、多くの国際連携強化に資する成果が得られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
コア-マルチシェルGaAs/GaInNAs多重量子井戸構造の高品質結晶成長とその通信帯域1.3μmでの室温発光観測に成功し、これを国内外本研究参加研究者らによる共同研究成果としてApplied Physics Letters誌の論文報告を行うことができた。さらに、2022年度までの成果をもとに高品質結晶が得られていた単体GaNAsナノワイヤからは、リンショピン大学との共同研究で室温付近までのレーザー発振を得ることができ、共同研究成果としてACS Nano誌に論文報告を行えた。また、GaAsBi系ナノワイヤに対してはその発光再結合過程を詳細に明らかにした。また、GaAsBi薄膜およびナノワイヤに対して国内外の研究機関から蛍光X線ホログラフィによる薄膜低温成長GaAsBi化粧中Bi元素周辺の結晶の微細構造について知見を得、ナノワイヤではその発光再結合過程について明らかにした報告をScientific reports誌に共同研究成果として報告した。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のGaNAs,GaInNAs,GaAsBiナノワイヤおよび薄膜に対する高品質結晶成長を更に進展させ、精度の高い量子井戸構造形成を含めて通信帯域で高機能を発現するナノ結晶を創出していく。さらに、これらから培った光学特性評価および微細構造評価技術を得られた試料に対して適用していくことで、未踏の通信帯域ナノスケール光源を実現する。
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