量子電子物性の研究概要
平山祥郎
量子物性研究部先端半導体成長技術を駆使した情報通信技術に大きな変革をもたらす革新的半導体デバイスの提案、ならびに電子物性分野における学術的貢献を目指して研究を進めています。本研究分野の研究は量子電子物性研究グループ、ワイドギャップ半導体研究グループにより進められています。各研究グループの研究項目と本年度の代表的な研究成果の概要を下記に示します。
量子電子物性研究グループ
(１) 半導体ヘテロ構造中のキャリア相関の研究（高移動度半導体二層二次元系のキャリア相関、伝導電子と核スピンの相関） (２) 量子ドット半導体構造における量子電子状態制御の研究（スピン/電子状態制御、キャリアダイナミクス、固体量子計算機に向けた基本特性の解明） (３) 半導体ナノメカニクスの研究（構造作製と物性評価） (４) 低温STMによる電子状態のナノスケール直接観測 ワイドギャップ半導体研究グループ
(１) 紫外LED光デバイスとその物理、マイクロファセットを用いた光デバイスの研究 (２) 窒化物FET、HBTデバイスとキャリア輸送特性の研究 (３) ワイドバンドギャップ半導体へのドーピング特性の研究 (４) 高品質ダイヤモンド結晶成長と電子デバイスへの応用 (５) InNなどの新しい半導体材料の研究 本研究分野の本年度の代表的な研究成果を次ページ以降に掲載しています。
量子ドット系に関しては電気的なポンプ・プローブ法を結合ドットにおける単一電子のコヒーレント操作に応用し、半導体電荷量子ビットの１量子ビット動作（ブロッホ球上での任意の制御）に成功しました。これは全電気型半導体量子コンピュータの実現に向けた第一歩です。
強磁場中では二次元電子系は分数量子ホール効果状態を示します。この状態では特定の条件で異なる電子スピン状態がエネルギー的に縮退します。このような条件で、電子スピン・核スピンの相関が生じ、この相関が電子スピン状態に極めて敏感であることを見出しました。また、メゾスコピックスケールでの核スピン偏極の制御も実現しました。
高品質ダイヤモンド薄膜を用いて、ダイヤモンド電界効果トランジスタ（FET） をウルム大学と共同で作製しました。ダイヤモンドFETの中では世界最高の遮断周波数を得ることに成功するとともに、ミリ波帯域(30〜300 GHz)でも電力増幅が可能であることを世界で初めて実証しました。
ベース再成長技術を駆使して、電流利得が高く、良好な特性を示す窒化物半導体ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（HBT）の作製にも成功しました。直流で230,000 W/cm2という高出力特性を示し、窒化物半導体HBTの高出力動作を実証しました。
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