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半導体量子ドットの自己組織化（自己形成）法、液滴エピタキシー法、ナノ領域の選択成長法などのボトムアップ法の他にナノ領域の選択エッチング法や溶液中の化学合成法などがある。中でもストランスキー・クラスタノフ（SK）成長モードに基づく自己形成法の研究は、1990年頃から活発に進められ、量子ドット構造の作製技術も着々と発展し、量子ドットの物性研究の進展とともに様々な量子ドットデバイスの試作開発が進められている。特に、光通信情報処理システムでは、量子ドットレーザー、量子ドット半導体光増幅器、量子ドット単一光子発生器などへの応用が進み、最近では量子ドット太陽電池への期待も高まっている。しかし、それら量子ドットデバイスの実用化および期待される高いパフォーマンスの実現にはまだ多くの課題も残されている。
本講演では、SK成長モードによる量子ドットの自己形成法を中心に、量子ドット構造の形成制御、成長メカニズム、量子ドット構造の評価解析などの作製評価技術から量子ドットのデバイス応用の基礎について解説し、これまでの研究開発の現状と今後の展開について述べる。
1. 量子ドットの基礎
1) 半導体ナノ構造の展開
2) 半導体量子ドット構造
2. 量子ドット構造の作製評価技術の基礎
1) 量子ドットの作製方法
a) ストランスキー・クラスタノフ(SK)成長法
b) 液滴エピタキシー法
c) 選択成長法
d) 選択エッチング法
e) 化学合成法
2) 量子ドット構造の評価解析法
a) 原子間力顕微鏡(AFM)
b) 走査電子顕微鏡(SEM)
c) 反射高速電子線回折(RHEED)
d) 透過電子顕微鏡(TEM)
e) 走査型トンネル顕微鏡(STM)
3. SK成長モードによる量子ドットの自己形成法
1) 半導体エピタキシャル成長技術の進展
2) SK成長モードによる量子ドットの自己形成法の基礎
3) 量子ドットの自己形成過程におけるその場観察技術
4. 自己形成量子ドットのデバイス応用
1) 量子ドットレーザーへの応用
a) 量子ドットレーザーの基礎
b) 量子ドットの高均一化
c) 量子ドットの高密度化
d) 量子ドットの発光波長制御
2) 量子ドット太陽電池への応用
a) 量子ドット太陽電池の基礎
b) 量子ドット層への不純物ドーピング
c) 量子ドットの積層成長
d) 量子ドットの面内高密度化
3) 量子ドット単一光子発生器への応用
a) 量子ドット単一光子発生器の基礎
b) 量子ドットの低密度化
c) 量子ドットの位置制御
d) 単一量子ドットの形成
5. まとめ
