研究内容

 化合物半導体ヘテロ構造の新結晶成長法および物性評価法の開発,更に一般照明用太陽光スペクトルLED,医療用・次世代光記録・三次元ディスプレイ用可視~紫外レーザダイオード,究極効率タンデム型太陽電池,超高出力高耐圧スイッチングデバイス,Si―GaN融合デバイス,新機能・低電力超高速演算素子の実現を目指す。

Si基板を用いた半極性InGaNレーザーダイオードに関する研究

低消費電力化を目指したGaNパワーデバイスに関する研究

昇華法を用いたAlNバルク結晶成長に関する研究

GaNナノワイヤにおける光学および電気特性に関する研究

GaN系半導体を用いたNEA半導体フォトカソードに関する研究

InGaNを用いた太陽電池に関する研究

新材料の開拓に関する研究

 半導体発光ダイオ-ド(LED)は表示素子として、半導体レ-ザ-(LD)は 光通信やCDなどに使われている。表示素子としてのLDは波長範囲の 拡大と性能の向上が、CD用LDとしては短波長化が望まれている。青色領域のLEDとLDの開発はワイドギャップ半導体GaNによって実現された。本研究室では、GaN系半導体がポストシリコンのエレクトロニクスとホトニクスを担う新材料としての可能性を有することに着目し、その結晶成長法と微細構造作製技術の開拓を行っている。 有機金属気相成長法によって、GaN/AlGaN、GaN/InGaNなどの、ヘテロ接合構造の作製や、選択成長法によるサブミクロン六角錐列の作製に成功し、その結晶性、電子・光物性を明らかにするとともに、真空マイクロエレクトロニクス、ホトニック結晶への応用に関する研究を行っている。

量子ナノ構造の物性制御と超高速応答に関する研究

 光通信の分野では高速・並列信号処理技術の高度化を、宇宙や環境技術の分野では堅牢で高精細な画像処理装置の開発を要求している。 また、コンピュ-タの演算装置に用いられているシリコン集積回路はジュ-ル熱として莫大なエネルギ-を浪費している。量子ナノ構造、結合量子井戸構造を用いるデバイスはこれらの課題に応え得ると期待される。本研究室では、化合物半導体ヘテロ接合・超格子構造、結合量子井戸構造の 電子・光物性を、フェムト秒時間分解分光システムを用いて研究している。ナノ構造に注入された電子の緩和時間、トンネル効果による遷移過程の解明のほか、電流磁気効果による電子散乱と伝導機構を解明している。 また、結合三重量子井戸構造における光非線形性に関する研究では数ピコ秒で応答する強い光非線形性を見いだし、これを用いた超高速並列光変調器を提案している。

量子デバイス・ホトニックデバイスの開発に関する研究

 超高速をねらう集積電子・光デバイスでは信号の入出力として光を用いることによりさらにその機能が高度化される。素子の動作原理として結合量子井戸構造におけるトンネル効果や電子波干渉効果を用いる量子化機能デバイスを用いると、ジュ-ル熱の発生を極力抑えた省エネルギ-型信号処理システムを構築できる可能性がある。この目的のため、ビ-ム径2.5ナノメ-トルの 100keV電子ビ-ム描画装置(超高真空仕様)と分子線エピタキシャル装置を用い、GaAs/AlGaAs系立体結合量子井戸構造の作製を試みている。 また、電子波デバイス、単電子デバイスの動作を決定する 結合量子ドット構造における電子のトンネル効果に及ぼす ドット形状の効果を明らかにするため、 平面型トンネル構造の作製・評価と計算機による波束の運動のシミュレ-ションを行っている。

GaN系半導体研究課題

  • 窒化物半導体結晶成長,光・電子制御と新デバイス創成
  • 原子層制御AlGaInNヘテロエピタキシ
  • GaN系ナノワイヤードエピタキシ
  • GaN/AlGaInNナノヘテロエピタキシ
  • 傾斜基板上へのGaN/AlGaNヘテロ成長
  • 非極性GaNのHVPE厚膜成長
  • 傾斜Si基板上GaN基板の大型化
  • Si基板上GaN/AlGaInNヘテロ構造による緑色レーザの創成
  • 医療用・三次元ディスプレイ用可視~紫外レーザダイオード
  • 究極効率太陽光スペクトルLED・タンデム型太陽電池
  • 次世代電気自動車用超大電力・高耐圧スイッチングデバイス

GaAs系半導体研究課題

  • GaAs系半導体ナノ構造の作製と電子・光制御
  • MBE-VLS法によるナノワイヤ成長
  • EB/MBEグラフォエピタキシ
  • 結合立体量子構造による量子演算素子創製
  • 結合量子井戸・細線構造による電子波・光結合
  • 結合量子構造のフェムト秒分光