量子情報デバイス応用に向けたEu添加GaNナノコラム結晶の作製と量子光学物性評価

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04233
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21050:電気電子材料工学関連
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ユーロピウム / 窒化ガリウム / ナノコラム

研究成果の概要

光量子コンピュータは超並列計算を実現し，人工知能の発展，自然現象の予測の開発と多岐にわたる分野への貢献がきたいできるため，その要素技術の開発は急務である。エネルギー揺らぎの少ない量子準位をもつEu原子を活用すれば長い量子情報保持時間をもつ量子メモリが実現できるが、微細集積化に適した母材は見つかっていない。この研究では，Eu原子を添加した窒化物半導体に着目した。Eu原子の量子準位の効率的な利用のために結晶中に欠陥を含まず、ひずみ緩和効果が発現する柱状ナノ結晶を用いて高品質化を目指し，量子準位の均一化を図るためナノ結晶の形状制御技術に取り組み，集積可能な量子情報デバイス実現への可能性を調べた。

自由記述の分野

半導体結晶成長

研究成果の学術的意義や社会的意義

結晶中にEu原子を効率よく活性化するために，Euを均一に取り込みかつ，光学遷移を活性化させる必要がある。しかしながら，活性化のための抜本的な解決策は見出されておらず，今回取り組んだナノコラム結晶の利用はこの問題を解決できる可能性を秘めている。選択成長技術を見出すことで，均一な取り込み制御と発光効率の向上が期待でき，その可能性の模索が行われた。このような技術が見出されれば，量子コンピューティングだけでなく，室温で明るい単一光源や外部環境に依存せず高い波長安定性を有する赤色発光デバイス，超小型増幅器の集積化にも貢献すると期待できる。