量子電子物性の研究概要

上杉　直
量子物性研究部

情報通信技術に大きな変革をもたらす先端半導体成長技術を駆使した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その研究内容を下記に示します。

量子電子物性研究グループ
(１) 低次元半導体ヘテロ構造中のキャリア状態解明の研究（高移動度半導体中二次元電子、正孔の輸送特性、二層二次元系（電子・電子ならびに電子・正孔近接系）のキャリア相関状態解明、低次元半導体中キャリアの磁気光学特性解明）
(２) 量子ドット半導体構造における単一電子状態制御の研究（高品質縦型量子ドット（人工原子）の作製と電子状態解明、結合縦型量子ドット（人工分子）の電子状態解明と結合状態の電磁波・磁場等による制御、横型結合量子ドット（人工分子）の結合状態のマイクロ波分光、人工分子を用いた量子計算機構成法の基本特性解明）
(３) 半導体へテロ構造制御、ナノスケール評価（高指数面を用いた格子不整合へテロ構造成長機構の解明とデバイスへの応用、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) GaN結晶成長技術の研究（低欠陥GaN有機金属気相成長機構の解明、ｐ型高濃度ドーピング技術、デバイス作製加工技術の確立）
(２) ファセット形状制御成長法の研究（GaNファセット成長機構の解明とデバイス作製、InP系材料のファセット成長法の解明と長波長帯面発光レーザの実現）
(３) GaN半導体デバイス物理の研究（量子井戸構造GaNの光物性・電子物性の解明と耐環境・高温動作電子デバイスの実現、短波長域半導体レーザの実現）
(４) 微小重力下結晶成長技術の研究（微小重力下における高品質InGaAs混晶結晶成長法の開発）

本研究分野の本年度の代表的な研究成果２件を次ページ以降に掲載しています。まず、２つの高品質二次元電子ガスを近接させた電子二層系を作製し、極低温、一定磁場の実験で、二層の電子密度を独立に変化させると磁気抵抗特性に周期的な構造が現れることを見出しました。この周期構造は量子力学的に結合した二層の軌道を電子が順番に占めていく様子を反映しており、半導体中でのキャリア相関を積極的に利用する「量子相関エレクトロニクス」への道を開く学術的な成果です。また、原子レベルで平坦な結晶成長技術と窒化物に特有な分極効果による内部電界を抑圧することにより、室温での連続電流注入時に世界最短波長の346 nmで発光するAlGaN量子井戸LEDを実現しました。これは、今後の紫外発光半導体レーザ実現に繋がる研究成果です。

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