東北大とローム、GaN FET構造で量子ドットを観測：量子デバイスへの応用などに期待

東北大学とロームの研究グループは、窒化ガリウム電界効果トランジスタ（GaN FET）構造で、量子ドットが形成されることを観測した。半導体量子ビットや量子センサーへの応用、材料内のミクロな不純物評価などへの活用が期待される。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

不純物による量子ドット形成の仕組みを解明

　東北大学電気通信研究所の大塚朋廣准教授とロームの中原健研究開発センター長らによる研究グループは2020年9月、窒化ガリウム電界効果トランジスタ（GaN FET）構造で、量子ドットが形成されることを観測したと発表した。研究成果は半導体量子ビットや量子センサーへの応用、材料内のミクロな不純物評価などへの活用が期待される。

　シリコン（Si）FET構造では、材料中の不純物や欠陥などに起因する量子ドットの形成が報告されているという。そこで研究グループは、GaN FET構造でも同様に、不純物などに起因する量子ドットが観測されるかどうかを調べた。

　実験では、シンプルなGaN／AlGaN（窒化アルミニウムガリウム）FET構造について、低温下で電気伝導測定を行った。そして、トランジスタのオン／オフ領域境界の伝導チャネルが消失する条件近傍において、量子ドットの形成に特徴的な「クーロンダイヤモンド」と呼ばれる電気伝導特性を観測することに成功した。

GaN FET構造において観測された量子ドットの電気伝導特性出典：東北大学

　観測したデータを詳細に解析した結果、「複数の量子ドットが結合し多重量子ドットを形成している」ことや、「絶縁膜作製手法の異なる試料との比較により、不純物濃度によって量子ドット形成が変化する」ことなどが明らかとなった。

測定したGaN／AlGaN FET構造の模式図と試料表面の顕微鏡写真 出典：東北大学