Si基板上量子カスケードレーザ(QCL)

当研究室ではSi基盤上にCaF₂及びCdF₂を数nm程度の厚さに積層する技術を有しています。

量子カスケードレーザ（QCL：Quantum cascade laser）は、量子薄膜構造において量子井戸内に形成されるサブバンドと呼ばれる、量子準位の間で電子が遷移を起こすことによる発光素子です。従来の素子が電子と正孔の再結合により発光するのとは大きく異なる、 電子のみによる発光デバイスです。

この素子の利点は、量子井戸の膜厚により、量子準位のエネルギー差を制御している、 すなわち同一材料で自由度の高い発光波長の設計が可能であるということがあげられます。 同様に発光波長が自由に設計される量子薄膜レーザに対しても、通常のレーザが伝導帯と価電子帯の間で遷移して発光しているのに対して、こちらは伝導帯中のサブバンド間遷移です。

Siヘテロ構造量子効果デバイス(RTD)

現在、デバイスの微細化は困難な段階にさしかかっています。そこで量子効果デバイスの研究が盛んに行われています。

その一つである共鳴トンネルダイオード(RTD：Resonant Tunneling Diodes)は超高速のスイッチング速度と微分負性抵抗を持った電流特性を持ちます。これにより超高速高集積回路を目指すことが可能です。

本研究室ではこのような量子効果デバイスをSi基板上に実現することを目的として研究を行っています。 フッ化物絶縁体フッ化カルシウム(CaF₂)及びフッ化カドミウム(CdF₂)は大きな伝導体バンド不連続を持ち、顕著な量子効果が期待できる、Siとの格子不整合が小さいSi基板上量子効果デバイス材料として有用です。

超高速・高集積論理デバイス／メモリ

共鳴トンネルダイオード(RTD)は主に発振器として用いられますが、THzを見据えた高周波応用に向けた課題としてヒステリシス(メモリ効果)の改善が挙げられます。このメモリ効果を逆利用することで、共鳴トンネル効果に基づく電荷蓄積型の不揮発性メモリ(RT-RAM)として発展させた素子の研究を行っています。

RT-RAMは二端子素子のため、クロスポイント構造による大規模集積化が期待できます。実用化に向け、回路要素/機能の設計や、集積プロセスの技術開発も行っています。

相補型・共鳴トンネルダイオード（RTD）を用いたインバータ回路