Ⅲ-Ⅴ族半導体量子ドットネットワーク構造の創製と量子デバイスへの応用

III-V族半导体量子点网络结构的创建及其在量子器件中的应用

• 批准号: 22K04196
• 负责人: 山口 浩一
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04196/
• 关键词: 量子ドット; インジウム砒素; 電子的強結合; ミニバンド形成; 分子線エピタキシー; フォトルミネッセンス; ２次元物質; 均一エネルギー幅; 量子デバイス; III-V族半導体; 結晶成長

令和３年度の主要な研究業績は、面内超高密度InAs量子ドット層における隣接量子ドット間の電子的な面内強結合による面内ミニバンド化の実証であり、その成果は2022年10月にJapanese Journal of Applied Physics誌に掲載された。研究代表者は、分子線エピタキシー(MBE)によりGaAs(100)基板上に自己形成したInAs/InAsSb系量子ドットの面内密度が1×1012 cm-2の世界最高密度を達成している。本研究では、その面内超高密度InAs量子ドット層のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルの温度依存性について、PLスペクトルの最小エネルギーの温度依存性に着目した。温度上昇による個々の量子ドットの均一エネルギー幅の増大により隣接量子ドット間の電子的な強結合が起こるモデルを提案した。量子ドット間の強結合による最低エネルギーの温度依存性において、ある温度からバンドギャップの温度依存性（Varshni shift）よりもさらに低エネルギーシフトが起こり、再び低エネルギー側でVarshni shiftに従う傾向を示す実験結果を得た。提案モデルによるモンテカルロシミュレーションによって実験結果を再現し、面内強結合よる量子ドット間でのミニバンド形成を世界で初めて実証した。この成果により、量子ドット層における電子状態の零次元電子系から２次元電子系への遷移を温度によって制御できることを明らかにした。また、面内超高密度InAs量子ドット層における面内電気伝導特性についても実験を試みており、非線形特性が得られることを明らかにした。この結果より、量子ドットネットワーク構造の物理的なリザバーコンピューティングへの応用が期待される状況である。

2021年的主要研究成就是通过电子间上的强度耦合在超高密度INAS量子点层中的相邻量子点之间的强量耦合的表明，并在日本应用物理学杂志上发表了结果，该杂志在10月2022年的Applied Physics杂志上达到了世界上的100次量子/量子。分子束外延（MBE）的底物，面积密度为1×1012 cm-2。在这项研究中，我们着重于平面中超高密度INAS量子点的光致发光（PL）光谱的温度依赖性以及PL光谱的最低能量的温度依赖性。我们提出了一个模型，在该模型中，由于温度升高而导致单个量子点的均匀能量宽度增加，因此相邻量子点之间的电子强耦合发生。在量子点之间由于较低的键引起的最低能量的温度依赖性，比带隙的温度依赖性（VARSHNI SHIVES）发生较低的能量转移（VARSHNI SHIVE），实验结果表明，这再次倾向于跟随低能侧的Varshni偏移。实验结果是通过蒙特卡洛模拟使用所提出的模型复制的，以及通过强平面偶联的量子点之间的最初表明量子点之间的小型形成。该结果表明，电子状态从零维电子系统到量子点层中二维电子系统的过渡可以通过温度控制。此外，已经进行了有关平面中超高密度INAS量子点层的面内电导率特性的实验，表明可以获得非线性特性。该结果表明，量子点网络结构有望应用于物理储层计算。

项目成果

面内超高密度InAs量子ドットの成長技術とその半導体レーザ応用

面内超高密度InAs量子点生长技术及其在半导体激光器中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Sim jui Oon;Naoya Miyashita;Koichi Yamaguchi;山口浩一，田中元幸
• 通讯作者: 山口浩一，田中元幸

Abnormal Temperature Dependence of Photoluminescence Properties of In-Plane Ultrahigh-Density InAs/InAsSb Quantum-Dot Layer

面内超高密度InAs/InAsSb量子点层光致发光特性的异常温度依赖性

• 发表时间: 2023
• 作者: Sim jui Oon;Naoya Miyashita;Koichi Yamaguchi
• 通讯作者: Koichi Yamaguchi

Demonstration of in-plane miniband formation in InAs/InAsSb ultrahigh-density quantum dots by analysis of temperature dependence of photoluminescence

通过分析光致发光的温度依赖性演示 InAs/InAsSb 超高密度量子点中面内微带的形成

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac9349
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Tatsugi Sho;Miyashita Naoya;Sogabe Tomah;Yamaguchi Koichi
• 通讯作者: Yamaguchi Koichi

国立大学法人 電気通信大学 山口浩一研究室

国立大学法人电气通信大学山口浩一实验室