ナノ構造形成ナノ光電子物性量子情報デバイスナノ光電子デバイスIoTフォトニクス

ナノ技術開拓:量子ドットとフォトニック結晶

電子や光子を個々に制御するナノシステムの創成を目標にし、MOCVDやMBEなどの結晶成長技術や電子線描画技術を用いて、量子ドットやフォトニック結晶などナノ構造の形成技術を開拓しています。最近では、光通信および量子情報向けの砒化インジウム系および窒化物系量子ドットやナノワイヤの形成に取り組んでおり、いずれも世界最高品質を誇っています。また、3次元フォトニック結晶の作製技術開発にも取り組んでおり、3次元フォトニック結晶ナノ共振器における世界最高Q値を達成するとともに、レーザ発振を初めて実現しました。また光のスピン角運動量制御を可能にする3次元キラルフォトニック結晶の作製にも成功しています。

ナノ光電子物性探索量子情報素子基礎研究

 フェムト秒レーザ分光や磁気・電気光学分光を駆使し、量子ドットやフォトニック結晶の電子・光物性を実験的に探究しています。特に、一つの量子ドットを分光し、単一光子を検出・分析できる先端的光学システムを開発し、世界をリードする成果を次々と上げています。最近では、量子ドット励起子のコヒーレント制御技術開発や量子ドット-フォトニック結晶ナノ共振器結合系の物性探索を進めています。量子情報デバイスの基礎研究も推進し、通信波長帯1.55μm高性能単一光子源を実現するとともに、量子鍵配送システムを構築し、100 kmの安全鍵伝送を実証しました。さらに、窒化物系量子ドットによる350 Kでの単一光子発生、光通信波長帯単一光子LEDの実現など、多くの研究成果を挙げています。

ナノ光電子デバイス

量子ドットやフォトニック結晶を取り込んだ先端ナノフォトニックデバイスの実現に向けて研究を推進しています。特に産業界との強力な連携のもと、高品質量子ドットレーザの開発に取り組んでいます。更なる高性能化に向けて、高密度・高均一な高利得量子ドットの形成技術開発を進め、ファブリペロー型(FP)レーザの温度安定25 Gbps動作、分布帰還型(DFB)レーザの10 Gbps動作などを実現しています。さらに、シリコン基板上高効率光源の研究を中心に、次世代の光電子融合技術の開発も進めており、ウェハ融着法を用いてシリコン基板上で通信波長帯1.3μm量子ドットレーザやその高速直接変調動作を実現するなどの成果を挙げています。


IoTフォトニクス基盤技術開発

フォトニクス技術によるモノのインターネット(IoT)の実現に貢献するため、高効率エネルギー変換デバイスや次世代ナノレーザ、光電子融合集積システム技術などの研究開発に取り組んでいます。一例として、中間バンド型太陽電池において理論効率75%が達成可能であることを示すと共に、高度な成長技術を活かした高性能量子ドット太陽電池の作製を進めています。また、高品質フォトニック結晶ナノ共振器を用いた単一量子ドットレーザ、室温動作ナノワイヤ量子ドットレーザの実現にも成功しています。