東大ら、低欠陥InGaAs／GaAsナノ円盤構造を作製：MOVPEでInGaAsナノ円盤構造も

東京大学大規模集積システム設計教育研究センター（VDEC）の肥後昭男特任講師らによる研究グループは、バイオテンプレートと中性粒子ビームエッチング技術を組み合わせて、欠陥が少ないInGaAs／GaAs（インジウムガリウムヒ素／ガリウムヒ素）ナノ円盤構造（量子ドット）を作製することに成功した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

バイオテンプレートと中性粒子ビームエッチングを組み合わせ

　東京大学大規模集積システム設計教育研究センター（VDEC）の肥後昭男特任講師らによる研究グループは2019年9月、バイオテンプレートと中性粒子ビームエッチング技術を組み合わせて、欠陥が少ないInGaAs／GaAs（インジウムガリウムヒ素／ガリウムヒ素）ナノ円盤構造（量子ドット）を作製することに成功したと発表。さらに、有機金属気相成長装置（MOVPE）を用いて、GaAsの埋め込み再成長に成功し、InGaAsナノ円盤構造を作製した。

　今回の研究成果は肥後氏の他、北見工業大学の木場隆之助教、北海道大学の村山明宏教授、東北大学材料科学高等研究所（AIMR）および、流体科学研究所（IFS）の寒川誠二教授、東京大学先端科学技術研究センターの杉山正和教授、東京大学大学院工学系研究科の中野義昭教授らによるものである。

　GaAsなどの化合物半導体は、光の発光効率や吸光効率がシリコンに比べ極めて高い。特に、化合物半導体量子ドットは、量子効果によってより単色化され、少ない電力消費で温度に対する影響も少なく発光するという特長がある。一方で、従来の加工方法だと欠陥が増えて、発光効率が大きく劣化するなどの課題もあった。

　研究グループは今回、バイオテンプレート極限加工法を用い、InGaAs／GaAsの損傷を抑えてエッチングをする技術を開発した。この方法を用いて、欠陥が少ないInGaAs／GaAsナノ円盤構造を有する柱状構造（ナノピラー構造）を、約20nm間隔で2次元配置することに成功した。

バイオテンプレートと中性粒子ビームを用いた量子ドット作製技術 出典：東京大学他

中性粒子ビームエッチング技術 （クリックで拡大） 出典：東京大学他

上は試作したナノ円盤構造のプロセス概略図、下はバイオテンプレートと中性粒子ビームによるInGaAs／AlGaAsナノピラー構造のSEM像およびTEM像 出典：東京大学他

　さらに、MOVPEを用いてGaAsバリア層を再成長させ保護膜を形成、InGaAsナノ円盤構造の作製にも成功した。作製したナノ円盤構造で、発光することを確認した。

作製したInGaAsナノ円盤構造による発光特性 出典：東京大学他