研究課題
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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すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件) 備考 (1件)
Journal of Applied Physics
巻: 134 ページ: 163301-1~11
10.1063/5.0160228
Materials Science in Semiconductor Processing
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https://plasma.ed.kyushu-u.ac.jp/~inorganic/index.html
