• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実施状況報告書

炭化ケイ素半導体を用いたもつれ光子対発生デバイスの実現

研究課題

研究課題/領域番号 22K18292
研究機関埼玉大学

研究代表者

土方 泰斗  埼玉大学, 情報メディア基盤センター, 准教授 (70322021)

研究分担者 松下 雄一郎  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (90762336)
大島 武  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, センター長 (50354949) [辞退]
針井 一哉  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主任研究員 (00633900)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
キーワード炭化ケイ素(SiC) / もつれ光子対 / 単一光子源 / MOS界面
研究実績の概要

第一原理計算を駆使して3準位系を有する表面SPSの欠陥構造を特定し,その形成エネルギーの計算から欠陥形成に適した酸化プロセスを構築していく.応募者らが過去に行った酸素関連欠陥の形成エネルギーの計算結果よると,最表面Siサイトに酸素が入った欠陥(OSi(1))は3準位系を有し,酸素化学ポテンシャルの高い領域で形成エネルギーが低いため,十分な酸素供給量を有する雰囲気(高圧酸素雰囲気下等)での酸化を行うことで優先的に形成されると予想される.
本年度は,酸化条件として酸素圧を0.3-2atmまで変えて試料を作製し,それぞれの試料で表面SPSと思われる発光点のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルおよびPLマッピング,光子相関測定,並びに偏光特性評価を行なった.その結果,PLスペクトルやPLマッピング,光子相関測定による単一光子源生成率に関しては特段の差異は見られなかったものの,唯一2atmの偏光特性測定において,直線偏光の偏光方位が統一されるという結果が得られた.
エレクトロルミネッセンス(EL)デバイスの実現に向けて,1つのデバイスに対し1つないしは数個の表面SPSを内包するための「表面SPS間引きプロセス」の開発を行った.まず,酸化膜をフッ酸で除去した領域は,表面SPSを完全には除去できないことを確認した.そこで,Arミリングを用いて,酸化膜だけでなくSiC層も30nmほどエッチングしたところ,今度は表面SPSの完全除去を確認した.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

酸素圧2atmで見られた偏光方位が統一化されるという結果は,等方的な(0001)Si面から放出された光子であることを考慮すると,極めて奇妙な結果である.現在,使用基板にオフ角が与えられている点に着目し,異方性の有するステップ面((11-20)a面)で優先的にSPSが形成されたのではないかと推論している.これを検証するため,基板オフ角の小さな基板を用い,原子ステップを基板表面から減らし,ステップとSPSの位置関係を明らかにすることでメカニズム解明を目指す.
表面SPSを任意の位置・密度に制御することが可能な,表面SPS間引きプロセスの開発に成功した.これにより,今後単一光子やもつれ光子対のELデバイスを開発する上で極めて有用なデバイス作製プロセスが構築された.
しかしその一方,肝心のもつれ光子対の観測にはまだ成功できていない.まずは高圧酸化試料に対し赤外域の発光点を丹念に探索し,発見でき次第,今年度においてようやく完成した*赤外域光子相関測定系を用い,まずはその光子源が3準位系であるかどうかを検証する.
*当時の半導体不足により 納品が1年間遅れていた

今後の研究の推進方策

まずは酸素圧2atmの試料に対し,赤外域PLスペクトルおよびPLマッピング,光子相関励起強度依存性等の測定を実行し,3準位系SPS形成を検証する.3準位系の確認後,カスケード光放出に伴うもつれ光子対生成の検証を行う.ここで,まずは光励起によってもつれ光子対の確認を試みる.量子もつれの検証には量子状態トモグラフィ法あるいは伝令付きHanbury-Brown-Twiss干渉計を用いた光子相関測定により執り行う.光励起によるもつれ光子対生成に成功した場合,今度は電流注入励起に挑戦し,もつれ光子対発生デバイスの実現を目指す.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The Influence of Oxygen‐Related Defects on the Formation of In2O3‐Based Low‐Fluorescence Transparent Conducting Film2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Maki、Shugo Masataka、Mori Shun、Hijikata Yasuto、Aikawa Shinya
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 220 ページ: 2200896

    • DOI

      10.1002/pssa.202200896

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optically detected magnetic resonance of silicon vacancies in 4H-SiC at elevated temperatures toward magnetic sensing under harsh environments2023

    • 著者名/発表者名
      S. Motoki, S.-i. Sato, S. Saiki, Y. Masuyama, Y. Yamazaki, T. Ohshima, K. Murata, H. Tsuchida, and Y. Hijikata
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 133 ページ: 154402

    • DOI

      10.1063/5.0139801

    • 査読あり
  • [学会発表] 12C濃縮4H-SiC中に形成したシリコン空孔のODMR特性2024

    • 著者名/発表者名
      山城 宏育, 佐藤 真一郎, 村田 晃一, 花輪 雅史, 張 盛杰, 山﨑 雄一, 土田 秀一, 土方 泰斗, 大島 武
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会 (23a-52A-7)
  • [学会発表] 4H-SiC及びSiO2上Pt/Co強磁性薄膜の磁気異方性制御2024

    • 著者名/発表者名
      六田 大貴, 針井 一哉, Qixian Liao, 丁 浩, 好田 誠, 土方 泰斗, 大島 武
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会 (25a-12F-7)
  • [学会発表] RFマグネトロンスパッタ法で作製したSnO2:N薄膜のバルク内酸素空孔低減およびバルク内組成の評価2024

    • 著者名/発表者名
      川口 拓真, 大石 竜嗣, 清水 麻希, 土方 泰斗, 相川 慎也
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会 (24p-P16-14)
  • [学会発表] 低蛍光強度の透明導電膜を用いたNVセンタの電荷制御2024

    • 著者名/発表者名
      大石 竜嗣, 木菱 完太, 土方 泰斗, 波多野 睦子, 牧野 俊晴, 相川 慎也, 清水 麻希
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会 (25a-P06-3)
  • [学会発表] ナノダイヤモンドNVセンタにおける被膜の影響2024

    • 著者名/発表者名
      小島 翔太, 山口 智弘, 土方 泰斗, 石橋 幸治, 清水 麻希
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会 (24p-1BB-15)
  • [学会発表] Density and polarization controls of the single photon sources formed at the MOS interface2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuto Hijikata
    • 学会等名
      The 4th Asia-Pacific Conference on Silicon Carbide and Related Materials (APCSCRM) 2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 熱酸化時の酸素圧によるSiO2/SiC界面単一光子源の偏光制御2023

    • 著者名/発表者名
      大山倫句,土方 泰斗
    • 学会等名
      先進パワー半導体分科会第10回講演会 (IB-10)
  • [図書] "SiC thermal oxidation process and MOS interface characterizations: From carrier transportation to single-photon source" (Chapter 8) in "Handbook of Silicon Carbide Materials and Devices"2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Hijikata, Y.-I. Matsushita, and T. Ohshima
    • 総ページ数
      464
    • 出版者
      Taylor & Francis, CRC
    • ISBN
      9780367188269
  • [備考] 土方泰斗のWeb Page

    • URL

      http://www.opt.ees.saitama-u.ac.jp/yasuto/index-j.html

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi