阪大ら,SiCの界面発光中心のエネルギー準位を解明

大阪大学と豊田中央研究所は,絶縁膜/炭化ケイ素(SiC)界面発光中心のエネルギー準位を解明することに成功した(ニュースリリース)。

炭化ケイ素(SiC)は,量子材料であるダイヤモンドと同様の優れた材料物性を示し,ダイヤモンドと比較して微細加工やプロセス技術も進展していることから,オンチップ集積(一つのチップの上にシステムの動作に必要な機能を収め,さらに異なる機能を持つチップを集積させること)が可能な量子技術の実現が期待される。

固体中の発光中心は単一光子源として機能し,量子技術において重要な役割を果たす。例えば,光子の偏光や位相などの自由度を利用した量子コンピューティングや量子暗号通信の方式が提案されている。

これまでに SiC の発光中心がいくつか報告されているものの、その多くは発光が弱い(光子の放出が遅い)という欠点があった。その中,絶縁膜/SiC 界面発光中心は,量子研究の主流であるダイヤモンドNV センターよりも強い発光を示すことで知られていた。しかし,界面発光中心はその起源(原子レベルでの構造)や発光メカニズムが理解されておらず,研究が十分に進展していなかった。

今回,研究グループは,絶縁膜/SiC界面発光中心の起源および発光メカニズムの解明に向け,発光中心の重要な物性であるエネルギー準位の解明に取り組んだ。界面発光中心はSiC基板を酸化することで形成するが,今回の研究では酸化条件(酸化温度・酸素分圧)を広い範囲で変化させて絶縁膜/SiC構造を作製し,界面の光学特性と電気的特性を詳細に調査した。

その結果,界面発光中心と電子トラップとの間に明確な相関を見いだし,両者が共通の起源に由来することを突き止めた。さらに電子トラップが特定のエネルギー範囲に分布することが分かり,界面発光中心が特定のエネルギー準位(SiCの伝導帯下端から0.65–0.92eV)を持つことを示した。

判明したエネルギー準位をもとに先行の理論研究と比較したところ,発光中心の起源の候補は限られており,中でも界面近傍SiC中の置換型炭素ダイマー((C2)Si)が有力候補であることを示した。また,検出したエネルギー準位を介する発光と介さない発光とに場合分けして発光メカニズムの可能性を示し,理解を大きく進展させた。

研究グループは,この研究で確立した界面発光中心の基礎的理解を足掛かりとして,今後発光中心の制御が進展すれば,発光中心を単一光子源として利用した量子技術の実現が期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 本研究での推定対象である光共振器

    理研と東大など、光の量子状態スムージングを実証 推定精度を向上

    理化学研究所と東京大学などの国際共同研究グループは、ある時点以前と以後の観測記録を組み合わせ、光の量子状態の変化を推定する「量子状態スムージング」を実証した(ニュースリリース)。従来手法に比べ、光の量子状態をより正確に推…

    2026.11.02
  • 量子のイメージ

    量子コンピューターの最前線を解説 Photonics Innovation 2026 プレイベントを開催

    オプトロニクス社は、11月4日(水)16時~17時、法政大学 情報科学部教授の川畑史郎氏を講師に迎え、無料ウェビナー「量子コンピュータの最先端とビジネス展望:誤り耐性量子コンピュータの時代へ」を開催する。本ウェビナーは1…

    2026.10.29
  • 核融合・光電融合・量子・宇宙、次世代成長市場の技術が集結 Photonics Innovation 2026開催

    次世代エネルギーとして期待される核融合、AIインフラの進化を支える光電融合、実用化に向けた開発が進む量子コンピューター、そして民間企業の参入が相次ぐ宇宙ビジネス。いずれも将来の成長市場として投資家の関心を集める分野であり…

    2026.10.28
  • 二酸化チタンの「境界」で光触媒反応が活発に

    広島大とKEKなど、二酸化チタン光触媒の反応分布を可視化 結晶界面で反応が最大に

    広島大学、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、米ブルックヘブン国立研究所の研究グループは、二酸化チタン光触媒の表面で、反応が活発に起きる場所を世界で初めて直接観察した(ニュースリリース)。異なる結晶が接する界面付近で反…

    2026.10.26
  • 富士通、米ニューメキシコ州と量子コンピューティング研究センター拠点を設立へ 

    富士通は、量子コンピューティング研究センターの設立に向けて米ニューメキシコ州と協業を開始したと発表した(ニュースリリース)。量子コンピューティング分野のハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム、理論にわたる先端研究を進め…

    2026.10.09

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア