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July 2015 の投稿一覧です。
東京大學納米電子研究機構的荒川泰彥教授、舘林潤特任助教對于作為高效能納米激光的納米導線量子點激光 ,在工作溫度為300K(27℃)下進行操作并在世界上取得首次成功。
這種激光,是世界最小體積的量子點激光,直徑290nm、長度4. 3μm的半導體納米導線中有50層層疊的量子點的光增益,同時還實現了把單一的納米導線兩端作為鏡子諧振器結構。此次的室溫振蕩的完成,會促進結品增長的高度精密控制技術和尖端的激光設計手法。并且,作為半導體激光的性能指標的特性溫度也達到了133K的納米導線激光最高值,證實了基于量子點的性能提升。通過此次成功,具有量子點本來的超低功率·高濕度安定性等的超小型·高性能的納米激光的高密度集中化成為可能,面向硅光子領域的光電子融合集成電路等的安裝以及環境·生物領域的應用開拓都值得期待。

研發成的技術的特長
a)實現納米導線中量子點的層疊化·高均一化
為了在納米導線中層積量子點,高質量·高均一的納米導線是必需的。基于詳細的實驗·分析確立了由MOCVD法制造GaAs納米導線的選擇增長技術。
而且,作為通過增長的納米導線中InGaAs/IGaAs多層相異結構來增長形成層疊量子點(高度7nm,寬度45nm,層積數50),進一步形成GaAs/AIGaAsIGaAs芯膜結構覆蓋、嵌入量子點的納米導線結構。
這些結構是基于尖端的激光設計手法而選擇增長實現的。通過完備各個量子點的發光能源來改善均一性,通過引入線芯表層結構有效的封閉于作為載體的量子點發光層中,其結果,成功做到了室溫條件下也能充分的發光。
b)通過納米導線量子點激光的光激勵實現室溫條件下振蕩
納米導線量子點激光的設備評價的結果,在世界上首次實現了由光激勵的室溫振蕩。作為設備性能指標的特性溫度為133K、與以前的納米導線激光的最高價(=109K)比較也得到了提高。此次通過量子點的引進也預示著可有效的封閉于載體內。
為納米導線激光導入量子點結構來實現室溫振蕩,從而,今后納米激光光源的高性能(低黑暗值·高溫下穩定性)·多功能(波長控制性)化也將成為可能,通過增長·經過·評價技術的深化形成更低值動作化和長波長化,甚至還可以面向實用化、把由電流驅動的激光振蕩動作作為研究目標。不單單停留在硅光子領域的光集成電路的集積·裝載,還能服務于今后的納米焦點以及面向環境·生物各種領域發揮巨大作用。
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  此次發表的納米導線激光,雖然產生于GaAs基板,不過,據館林先生講,該種激光像UCSB一樣也能利用硅基板生成。另外,現在雖然只是光激發,不過,研究小組作為下面的課題將專心致力于電激發,把數年以內成功實現作為既定目標。如果解決排除掉幾個難題的話,5~10年可以做成向象谷歌眼鏡一樣的可穿戴設備。
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據尼爾斯·玻爾研究所(Niels Bohr Institute)的最新研究成果,用納米導線制作的LEDs作為光源因低能耗而顯示了出色的性能。
 LED,不僅僅具有照明和殺菌用途,弗吉尼亞州大學還將它應用于高速數據通信。
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圖1 這里,納米導線的線芯是GaAs,表層是InGaN。高度是2μm,直徑400nm。前面所提到的東大的納米導線,長度為4. 3μm,直徑則只有290nm。

科研小組使用X射線顯微鏡檢測了納米導線。另外、用該方法還可以正確顯示出,為了得到最高的特性而如何設計納米導線。此研究成果,被ACS Nano刊載。
 納米導線極為細小,高度僅有約2μm、直徑10~500nm。適合LEDs的納米導線,線芯是GaN,表層是InGaAs,這些均都是半導體材料。
「那種二極管的光,依賴于在雙方的材料間存在的機械偏態,而偏態取決于2個層如何互相作用。到現在為止、利用X射線顯微鏡所調查的大量納米導線的結果表明,納米導線原理雖然一樣,但實際上有差別,結構更是大不同」,哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所長Robert Feidenhans’l教授對此做了說明。
此項研究,利用了位于德國漢堡DESY的電子回旋加速器的納米比例尺X射線顯微鏡。這個方法非常花費時間,通常,所出結果有可能極為有限或僅限于單個研究課題。可是在這里,研究小組在檢測過程中沒有破壞到納米導線,而且使用特別設計的納米焦點X射線能同時能測量一連串的直立納米導線。
「 我們測量了20件納米導線,觀測圖像時能夠詳細而清楚地看到各個納米導線,我們真的非常吃驚。線芯和外層的結構兩個都能看到。如果結構有缺陷或有一點點彎曲的話就不能正常發揮作用。因此,可以正確地判定出哪個納米電線是最好的、是不是最高效率的線芯/外層結構」。研究小組的PhD學生Tomas Stankevic做了說明。
 該種納米導線由瑞典的企業制造,這個新的信息可以應用于納米導線的層結構的微調整。根據Robert Feidenhans’I教授的說明,此種納米導線有巨大的發展前途。LEDs更接近自然光,電力消耗也壓倒性的少。另外,也能使用于智能手機、電視機的制造和許多的照明形態。研究小組認為產品的實用化5年內有望實現。
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圖2 各個納米導線的X射線圖像,顯示了線芯的GaN和表層的InGaN的散亂強度及機械性偏態的分布。偏態表示著表層與線芯完美地貼緊。


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圖3 用納米焦點X射線掃描一連串的納米導線、測量不同的來自納米結晶面的反射。反射的位置,會提供關于納米導線的傾斜和變形的信息。