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単一のナノメートル半导体细线の强い光吸収を観测

记者発表について

1. 発表日時 平成17年6月13日（月）14時30分～

2. 発表場所 安田講堂4階会議室

3. 発表タイトル 　単一のナノメートル半导体细线の强い光吸収を観测

4. 発表者
东京大学物性研究所?助教授　秋山英文
东京大学物性研究所?助手　吉田正裕
东京大学物性研究所?东京大学大学院新领域创成科学研究科博士课程3年　高桥和

5. 発表概要

断面寸法が14ナノメートル×6ナノメートルの极细で高品质の骋补础蝉半导体细线（量子细线）を作製し、そのたった1本の半导体细线の光吸収を测定することに成功した。その结果、直感的な予想に反して、ナノメートル半导体细线がとても强い光吸収を示すこと、したがって応用上も非常に有利であることなどが明らかにされた。

6. 発表内容

　江崎玲於奈先生らの1969年の提案以降、半导体超格子、即ち、异なる种类の半导体をナノメートルの厚みごとに人工的に积层した薄膜构造の研究は急速に进歩し、光エレクトロニクス产业の基盘技术にまで発展した。そして今では、薄膜构造から、ナノメートルサイズの细线や箱の构造にまで兴味や技术が広がり、ナノ构造?ナノサイエンス?ナノテクノロジーをキーワードとした研究が基础?応用両面において世界中で精力的に展开されている。

これら细线や箱のかたちをもつ単一の半导体ナノ构造を作製し、その电気伝导や光吸収などの基本测定を行うことは、ナノサイエンスを代表する研究目标である。また、ナノテクノロジーに向けた応用サイドからの要请も强い。しかし、対象があまりにも小さいために、通常の方法では测定が极めて困难であり、光吸収実験はこれまで谁も成功していなかった。

今回、东京大学物性研究所の秋山助教授?吉田助手の研究グループは、米国ルーセントテクノロジー社?ベル研究所のファイファー博士らのグループ、科学技术振兴机构（理事长?冲村宪树）と共同で、量子细线と呼ばれる极细でかつ高品质のナノメートル半导体细线を作製し、そのたった1本の半导体细线の光吸収を测定することに世界で初めて成功した。

极细かつ高品质の半导体细线の作製には、半导体超格子などナノメートル薄膜の研究で最も典型的な骋补础蝉および础濒骋补础蝉化合物半导体材料と、分子线エピタキシー装置という结晶成长装置、ファイファー博士が1990年に开発したへき开再成长法という技术、高品质化のために吉田助手が2000年に开発した成长中断アニールという手法を用いる。同グループでは、これらの方法を用い、2002年に断面寸法が14ナノメートル×6ナノメートル（原子の层にして50层×30层）で世界一均一性が高い単一骋补础蝉半导体量子细线を作製した。さらにこれを光导波路と组み合わせた世界一细い単一量子细线レーザーを开発?研究してきた。

今回、同グループはその単一细线レーザー构造を用い、通常の测定法では検出困难である単一の半导体细线の光吸収を测定することに成功した。単一细线レーザーは、光の通り道となる太さ约1マイクロメートル长さ0．5ミリメートルの光导波路の中央に、断面寸法が14ナノメートル×6ナノメートルの半导体细线が组み込まれた构造で、光导波路内における伝搬光と细线との重なりが最大になる様に设计されている。そこで、その光导波路の一端から光を入射し、他端に抜け出てくる光の强度を测定することで、単一细线の光吸収测定を実现した。その结果、この半导体细线に共鸣する波长において、入射した光のエネルギーのうち98%がこの単一细线で吸収され、通り抜けてくるのは残りのたった2%だけとなるほどの强い光吸収が起こることが実験で确かめられた。

断面寸法がナノメートルの半导体细线は、1次元的な构造であることやその体积が小さいことから、レーザーや光変调器などの光デバイスに応用したときに消费电力が小さくなるなどの性能向上に繋がる物理的な効果が予测されている。その一方で、「ナノメートルの细线では、体积が小さくなり过ぎ、光吸収や利得が小さくなりデバイス性能が悪化するのではないか」という直感に基づく悬念もしばしば唱えられてきた。今回の结果は、そのような直感的な悬念を科学的に否定し、かつ、デバイス性能を定量的に予测するためのデータを提供するものであり、デバイス応用の観点においても意义深い。

7. 発表雑誌

米国学術雑誌「Applied Physics Letters」 2005年6月20日
论文タイトル　
“Strong photo-absorption by a single quantum wire in waveguide-transmission spectroscopy”

8. 問い合わせ先

东京大学物性研究所　先端分光研究部门　　助教授　秋山英文

9. その他　

　本研究は、国立大学法人?东京大学?物性研究所?运営费交付金、独立行政法人科学技术振兴机构?戦略的创造研究推进事业?プロジェクト研究费、文部科学省?科学研究费补助金の研究费を受けて行われた。