Mukai Lab
Kohki MUKAI
 向井 剛輝  Kohki MUKAI
職   名:教授
研究組織:大学院工学研究院
       機能の創生部門/固体の機能分野
教育組織:大学院工学府
       システム統合工学専攻/材料設計工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>光半導体材料工学,光・電子材料工学
       <学  部>材料物理学,電磁物性半導体材料,
        力学演習1
       <第二部>
専   門:ナノテクノロジー,量子光学材料
連絡先  :E-mail
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● 研究テーマと概要 ●
 人類の繁栄にとって不可欠となっている科学技術を根底で支えているのは、材料技術です。当研究室では、現在のIT社会の基盤である光情報処理技術やナノテクノロジーなどの、主に半導体を舞台とした先端技術に関わる材料研究を行なっています。特に現在は「マイクロ・ナノ構造で光を制御する」というキーワードのもと、量子ドット、フォトニックドット、マイクロマシン、全光信号処理素子、等の研究を展開しています。これまでナノテクノロジーの分野では、量子効果や機能を探求する物理・化学的研究と、加工技術や精度を追求する機械工学的研究は独立に行われてきた感があります。これからは例えば光学的・磁気的高機能性を備えたハイブリッド型マイクロ・ナノマシンの創成といったような、真の意味でのナノテクノロジー技術が必要とされるでしょう。ここが当研究室の出発点です。

 現在の研究の中心である量子ドットは、数個の電子だけをその中に収容することのできる、10ナノメートル程度の大きさを持った極微小の箱です。化合物半導体の気相成長中に自己形成させることができ、電子・光デバイスの集積度や機能を飛躍的に向上させる材料として、また量子通信や量子コンピュータを実現する未来の素材として、大きな期待を寄せられています。我々は現在、量子ドット構造の評価・電子状態の制御に関して理論・実験の両面から取り組むほか、これをいわゆるフォトニックドットと呼ばれるマイクロキャビティに内包させ、その特性をマイクロマシンの手法などを用いて任意に制御できる、新しい構造の微小光量子回路の提案とその実現に取り組んでいます。

 また我々は、金属あるいは金属化合物を最先端光造形技術に組み込むことによる、ハイブリッド型高機能マイクロ機械システムの製造技術にも取り組んでいます。金属は機械特性に優れ、磁性・剛性・形状記憶効果などの特有な性質によって幅広い応用への期待が持てるのにもかかわらず、半導体などに比べて微小構造の加工が難しいために、マイクロマシンの分野ではこれまでほとんど用いられていません。特に複雑な3次元立体構造については、これまで全く実現方法がありませんでした。当研究室では、独自に考案した方法によって、金属の3次元的微小マシン構造を、どんな複雑な形状であっても比較的簡単な方法で高精度に製造する技術を開発するとともに、材料の複合化によって、この微小なナノ・マイクロマシンに磁性などの機能を付与する検討も行っています。
Plan-view transmission electron microscope image of selfassembled quantum dots.
Figure 1
Photonic dot structure which emits photons horizontally to a built-in waveguide
Photoluminescence spectra of quantum dots at various excitation power density
Figure 2
Micro Molding of Three-Dimensional Metal Structures by Electroless Plating of Photopolymerized Resin


● 主な公表論文 ●
1)"Characterization of columnar-shaped InAs/GaAs quantum-dot structures using grazing incidence X-ray diffraction", Kohki Mukai et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol.48, No.4, pp.04c147, 2009.
2)"Computational study on the in-plane symmetry of electron wavefunctions in self-assembled InAs/GaAs quantum dots", Kohki Mukai et al., J. Nanosci. Nanotech.,Vol.9, No.1, pp.108-114, 2009.
3)"Electroless and Electrolytic Plating of Ni, Cu, and CoxFe2-xO4 for the Application of Three-Dimensional Micro-Molding", Kohki Mukai et al., J. Photopolym. Sci. and Technol., Vol.21, pp.53-58, 2008.
4)"Suppression of the polarization dependence of the vertical photoluminescence from InAs/GaAs quantum dots by InGaAs strain- reducing layer", Kohki Mukai et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol.47, pp. 5057-5061, 2008.
5)"Ferrite and copper electroless plating to photopolymerized resin for micro molding of three-dimensional structures", Kohki Mukai et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol.47, pp.3232-3235, 2008.
6)"Experimental Study of Twin-Cavity Semiconductor Laser Diode", Kohki Mukai et al., Opt. Laser Technol. Vol.40, pp.510-516, 2008.

My laboratory researches into semiconductor materials aiming at nanotechnology application. The present study is focusing on the experimental and theoretical research on self-assembled quantum dot. The quantum dot's atom-like density of states should significantly improve performance in optoelectronic devices such as semiconductor laser and semiconductor optical amplifier, and also contribute to the development of novel functional integrated electronic devices. However, due to the difficulty of their fabrication, no quantum-dot device has been commercialized. In order to achieve further progress of quantum-dot devices, fundamental research on the material is indispensable . Our present research interests are : (1) formation mechanism of various types of self-assembled quantum dots, (2) physics on the growth surface and interface of quantum dots, and (3) new semiconductor properties in combination with nanostructure.

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