【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.07.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23HK0048
利用課題名 / Title
半導体光デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
半導体微細構造/ Semiconductor microstructure,ALD,スパッタリング/ Sputtering,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,電子顕微鏡/ Electronic microscope,原子薄膜/ Atomic thin film,フォトニクス/ Photonics
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小田島 聡
所属名 / Affiliation
北海道大学大学院工学研究院
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
森有子,遠堂敬史,松尾保孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-602：超高精度電子ビーム描画装置(125kV)
HK-617：原子層堆積装置（粉末対応型）
HK-619：ICP高密度プラズマエッチング装置（塩素）
HK-611：多元スパッタ装置
HK-404：超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
半導体量子ドット試料を用い、個数制御・波長制御された光子発生デバイスの開発を行う。半導体量子ドット試料をナノスケールの円柱構造に微細加工することで量子ドットの個数制御を行い、単一光子としての純度を高める。本構造を圧電素子上に転写することにより、応力印可による発光波長のチューニングを可能にする。
実験 / Experimental
GAs(111)A基板上に液滴成長されたGaAs/Al0.3Ga0.7As 量子ドット(QD)試料を、超高精度電子ビーム描画装置(HK-602)とICP高密度プラズマエッチング装置(HK-619)によりナノピラー構造に加工した(図1a)。 多元スパッタ装置(HK-611)により電極形成された圧電素子(図1b)上に、へき開されたナノピラーを散布し(図1c)、原子層堆積装置(HK-617)を用いたAl2O3成膜により、このナノピラーを圧電素子上に固定した(図1d)。図1eに作製されたナノピラーと、へき開により倒壊されたナノピラーのSEM像(超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡(HK-404)を示す。
結果と考察 / Results and Discussion
図2にナノピラーQDからの発光特性を示す。バルク試料からの発光は巨視的数のQDにより連続的な波長分布を持つが、ナノピラー状の加工により個々のQDからの寄与を選別することが可能となる。図2aにおいてsh1,2およびbr1,2といったQD由来のピーク構造が観測されるが、圧電素子による応力印可でこれらQDからの発光エネルギーのチューニングが可能となった(図2b)。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1. サンプル作製工程 (a)-(d) と半導体ピラー構造のSEM像 (e)
図2. 作製したサンプルからの発光スペクトル (a) と電圧印可による発光スペクトルのチューニング (b)
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Satoru Odashima, Kosei Tabata, Reina Kaji, "Fabrication of the QD nanopillar photon emitter and PL spectral tuning by piezoelectric external force", 36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2023, Sapporo), 令和5年11月17日
- 田端孝成、鍜治怜奈、小田島聡、足立智、"歪印可デバイスの作製と単一QD発光エネルギー変化"、第59回応用物理学会北海道支部学術講演会 (札幌)、令和6年1月7日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件