監修者
荒川　泰彦　　　東京大学　ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構　特任教授/東京大学名誉教授

執筆者(掲載順)
荒川　泰彦　　　東京大学　ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構　特任教授/東京大学名誉教授
山口　浩一　　　電気通信大学　大学院情報理工学研究科　教授
海津　利行　　　電気通信大学　量子未来創生デバイス開発センター　准教授
間野　高明　　　国立研究開発法人物質・材料研究機構　電子・光機能材料研究センター　半導体エピタキシャル構造グループ　グループリーダー
大竹　晃浩　　　国立研究開発法人物質・材料研究機構　電子・光機能材料研究センター　半導体エピタキシャル構造グループ　主幹研究員
舘林　潤　　　　大阪大学　大学院工学研究科　准教授
上松　太郎　　　大阪大学　大学院工学研究科　准教授
亀山　達矢　　　信州大学　繊維学部　准教授
鳥本　司　　　　名古屋大学　未来社会創造機構　量子化学イノベーション研究所　教授
大岩　顕　　　　大阪大学　産業科学研究所　教授
小寺　哲夫　　　東京科学大学　工学院　准教授
深井　利央　　　大阪大学　産業科学研究所　助教
藤田　高史　　　大阪大学　産業科学研究所　准教授
榎本　航之　　　国立研究開発法人理化学研究所　創発物性科学研究センター　研究員
金　大貴　　　　大阪公立大学　大学院工学研究科　教授
夫　勇進　　　　国立研究開発法人理化学研究所　創発物性科学研究センター　チームディレクター
中村　秀司　　　国立研究開発法人産業技術総合研究所　物理計測標準研究部門　上級主任研究員
立間　徹　　　　東京大学　生産技術研究所　教授
イ　スンヒョク　東京大学　生産技術研究所　特任助教
齋藤　健一　　　広島大学　自然科学研究支援開発センター研究開発部門/大学院先進理工系科学研究科　教授
向井　剛輝　　　横浜国立大学　大学院工学研究院　システムの創生部門　教授/学科長
柴田　憲治　　　東北工業大学　大学院工学研究科　教授
菰田　卓哉　　　山形大学　フレックス大学院　客員教授
江部　日南子　　山形大学　理学部　助教
宮永　昭治　　　TOPPAN株式会社　エレクトロニクス事業本部　ディスプレイ技術開発部　第二技術開発本部　QD 技術開発部　部長
岡田　至崇　　　東京大学　先端科学技術研究センター　特任教授
劉　東　　　　　電気通信大学　大学院情報理工学研究科　研究員
史　国鉦　　　　電気通信大学　大学院情報理工学研究科　研究員
丁　超　　　　　電気通信大学　大学院情報理工学研究科　研究員
沈　青　　　　　電気通信大学　大学院情報理工学研究科　教授
菅原　充　　　　株式会社QDレーザ　Founder兼最高技術顧問
武政　敬三　　　株式会社QDレーザ　視覚情報デバイス事業部　部長/常務執行役員
西　研一　　　　株式会社QDレーザ　レーザデバイス事業部　アドバイザ
大西　裕　　　　株式会社QDレーザ　レーザデバイス事業部　部長/執行役員
權　晋寛　　　　東京大学　ナノ量子情報エレクトロニクス研究機構　特任准教授
赤羽　浩一　　　国立研究開発法人情報通信研究機構　ネットワーク研究所　フォトニックICT研究センター　光アクセス研究室　室長
黒田　隆　　　　国立研究開発法人物質・材料研究機構　電子・光機能材料研究センター　量子フォトニクスグループ　グループリーダー
肥後　昭男　　　東京大学　大学院工学系研究科　特任講師
今井　喜胤　　　近畿大学　理工学部　教授
宇津木　健　　　株式会社日立製作所　研究開発グループ　研究員
大塚　朋廣　　　東北大学　材料科学高等研究所/電気通信研究所　准教授
木山　治樹　　　九州大学　大学院システム情報科学研究院　准教授
今村　行雄　　　京都大学　大学院工学研究科　研究員
山田　翔太　　　名古屋大学　未来社会創造機構　量子化学イノベーション研究所　特任助教
湯川　博　　　　国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(QST)　量子生命科学研究所　プロジェクトディレクター/名古屋大学　未来社会創造機構　量子化学イノベーション研究所　特任教授
馬場　嘉信　　　国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(QST)　量子生命科学研究所　所長/名古屋大学　未来社会創造機構　量子化学イノベーション研究所　特任教授
外間　進悟　　　京都工芸繊維大学　分子化学系　助教
白矢　昂汰　　　京都工芸繊維大学　大学院工芸科学研究科　

総　論　量子ドットの発展
〈荒川　泰彦〉
1.はじめに
2.量子ドット前史～金属微粒子,量子井戸,量子細線～
3.量子ドット～ 3 次元量子ヘテロ構造～
4.エピタキシャル量子ドットの発展とレーザへの展開
5.ナノ微粒子・コロイド量子ドット～もう1 つの量子ドットの系譜～
6.量子ドット黎明期における2 つの系譜の出発点
7.むすび

第1編　基礎編
第1章　作製技術
第1節　分子線エピタキシー(MBE)法による量子ドットの作製技術
〈山口　浩一/海津　利行〉
1.はじめに
2.量子ドットのSK モード成長
3.量子ドットの高均一化
4.量子ドットの高密度化
5.量子ドットの面内超高密度化
6.おわりに
第2節　液滴エピタキシー法による量子ドットの作製技術
〈間野　高明/大竹　晃浩〉
1.はじめに
2.GaAs/AlGaAs 格子整合系量子ドットの自己形成
3.AlGaAs/GaAs(111)A 上のGaAs 量子ドット形成
4.おわりに
第3節　ナノワイヤ量子ドットの作製技術
〈舘林　潤/荒川　泰彦〉
1.はじめに
2.InGaAs/GaAs ナノワイヤ量子ドットの作製技術と光学・構造特性
3.ナノワイヤ量子ドットを活用した応用例
4.おわりに
第4節　コロイダル量子ドットの作製技術
〈上松　太郎/亀山　達矢/鳥本　司〉
1.はじめに
2.ガラス中の量子ドット
3.水溶液中の量子ドット
4.高沸点溶媒中の量子ドット合成
5.コア/シェル量子ドット
第5節　ゲート制御半導体量子ドットの開発
〈大岩　顕〉
1.はじめに
2.ゲート制御半導体量子ドットの基礎
3.ゲート制御半導体量子ドットの作製方法
4.おわりに

第2章　物性制御
第1節　ゲート制御型シリコン量子ドットの作製技術
〈小寺　哲夫〉
1.はじめに
2.スピン量子ビットの動作原理
3.スピン量子ビット向けのゲート型Si 量子ドットの構造と作製プロセス
4.おわりに
第2節　量子ドットにおける光子偏光から電子スピンへの量子状態転写
〈深井　利央/藤田　高史〉
1.はじめに
2.量子状態転写の原理
3.実　験
4.展　望
第3節　量子ドット超格子における電子状態結合の次元制御技術
〈榎本　航之/金　大貴/夫　勇進〉
1.はじめに
2.QD の空間的・電子状態的1D 連結制御
3.おわりに
第4節　量子ドットを用いた微小電流の発生とその精密計測技術
〈中村　秀司〉
1.はじめに
2.動的に形成される量子ドットとその電子輸送特性
3.量子ドットを流れる微小電流の精密計測
4.おわりに

第3章　コロイダル量子ドットの発展と信頼性・安全性の向上
第1節　次世代ディスプレイ向け量子ドットへの電荷注入の効率化
〈立間　徹/イ　スンヒョク〉
1.量子ドットと次世代ディスプレイ
2.量子ドットディスプレイの種類
3.量子ドットのリガンドとリガンドエンジニアリング
4.溶液中でのリガンド交換
5.非極性溶媒中でのリガンド交換
6.基板上でのリガンド交換
7.SILAR 法による量子ドット層の作製
第2節　液相化学合成した多元半導体量子ドットの光機能
〈亀山　達矢/上松　太郎/鳥本　司〉
1.はじめに
2.I-III-VI 半導体量子ドットのエネルギーギャップと電子エネルギー構造の制御
3.I-III-VI 半導体量子ドットにおける発光の波長制御と増強
4.I-III-VI 半導体量子ドットの発光先鋭化
5.合成後の処理による量子ドットの均質性向上
6.おわりに

第4章　量子ドットの高性能化,高効率化,信頼性向上
第1節　高効率発光するシリコン量子ドットの開発―合成・光物性・塗布型LED―
〈齋藤　健一〉
1.はじめに
2.シリコン量子ドットの優位性
3.コロイダルシリコン量子ドットの合成法
4.簡便な高効率発光するシリコン量子ドットの合成・構造・光物性
5.塗布法によるSiQD LED の製造
6.おわりに
第2節　量子情報技術への応用を目的としたPbS 量子ドットへのシリカコーティング
〈向井　剛輝〉
1.シリカコート量子ドットの量子情報技術への適用
2.PbS QD へのシリカコーティングと発光特性の変化
3.シェルサイズ拡大のための逆ミセルサイズの制御
4.TEOS の熱分解を用いたQD 表面の保護
5.まとめ
第3節　単一コロイド量子ドットにおける電気伝導の評価
〈柴田　憲治〉
1.はじめに
2.単一コロイド量子ドットトランジスタの作製
3.単一コロイド量子ドットの電気伝導特性
4.おわりに

第2編　応用編
第1章　ディスプレイ
第1節　量子ドットを利用したLCD,OLED,LED ディスプレイへの応用
〈菰田　卓哉〉
1.はじめに
2.量子ドットの種類
3.QD のディスプレイへの応用例
4.おわりに
第2節　高性能赤色ペロブスカイト量子ドットLED の開発
〈江部　日南子〉
1.研究背景
2.CsPbI3 量子ドットの合成と粒径制御
3.CsPbI3 量子ドットの表面欠陥パッシベーション
4.CsPbI3 量子ドット間のエネルギー移動
第3節　次世代ディスプレイ用カドミウムフリー量子ドット蛍光体の合成法開発と量産技術確立
〈宮永　昭治〉
1.はじめに
2.ディスプレイ用量子ドットには何が求められているか
3.コロイダルQD およびその合成方法と量産化
4.QD ディスプレイ
5.QD ディスプレイを実現するための課題と解決策

第2章　太陽電池
第1節　量子ドット太陽電池の原理とその実現技術
〈岡田　至崇〉
1.はじめに
2.量子ドットを用いた中間バンド太陽電池
3.おわりに
第2節　硫化鉛量子ドット太陽電池による高変換効率
〈劉　東/史　国鉦/丁　超/沈　青〉
1.はじめに
2.PbS CQDs 太陽電池の発展過程
3.PbS CQDs 太陽電池の作製プロセス
4.おわりに

第3章　レーザと単一光子源
第1節　半導体量子ドットレーザの基盤技術と実用化開発
〈菅原　充/武政　敬三/西　研一/大西　裕〉
1.はじめに
2.自己形成InAs 量子ドットウェハの量産製造技術
3.量子ドットレーザの量産と光通信市場への展開
4.光配線用シリコンハイブリッド量子ドットレーザ
5.おわりに
第2節　シリコン基板上量子ドットレーザの集積技術
〈權　晋寛〉
1.はじめに
2.集積技術の概要と課題
3.おわりに
第3節　1550 nm 帯量子ドットレーザの開発
〈赤羽　浩一〉
1.はじめに
2.ひずみ補償技術を用いたInAs 量子ドットの高密度化
3.量子ドットモードロックレーザの開発
4.おわりに

第4章　量子光源
第1節　量子ドット単一光子源とは
〈黒田　隆/間野　高明〉
1.はじめに
2.単一光子を発生させる方策
3.量子ドットからの単一光子発生
4.実用を目指した取り組み
5.量子もつれ光子源
6.まとめと今後の展望
第2節　発光効率を高める量子ドットの開発
〈肥後　昭男〉
1.III-V 族量子ドットとIII-N 量子ドット
2.III-N 量子ドットの作製手法
3.量子構造による発光効率向上
4.まとめ
第3節　ペロブスカイト量子ドットを用いた円偏光の発生技術
〈今井　喜胤〉
1.外部磁場誘起円偏光発光
2.ペロブスカイト量子ドットからの円偏光発光
3.ペロブスカイト量子ドットからの円偏光電界発光
4.まとめ

第5章　量子ビット
第1節　量子ビットの基礎と量子コンピュータの開発
〈宇津木　健〉
1.はじめに
2.ゲート型半導体量子ドットによる量子ビット
3.シリコン量子ドットの大規模化の現状と課題
4.シリコン量子コンピュータシステム開発の現状と課題
5.おわりに
第2節　グラフェンにおける高速量子ビット読み出し手法の開発
〈大塚　朋廣〉
1.はじめに
2.高周波測定に向けたデバイス構造の改良
3.高周波反射測定
4.高周波反射測定による量子ドット測定
5.おわりに
第3節　二重ラッチング機構による高精度単一電子スピン読み出し
〈木山　治樹〉
1.はじめに
2.二重ラッチング機構による単一電子スピン読み出しの原理
3.二重ラッチング機構による単一電子スピン読み出しの実証実験
4.二重ラッチング機構によるスピン読み出しのゲート電圧パルス最適化
5.おわりに

第6章　生体応用
第1節　量子ドットによるパーキンソン病の病態変化の可視化技術
〈今村　行雄〉
1.はじめに
2.生命科学・医療分野における量子ドット技術応用の進歩の概要
3.パーキンソン病の病態変化の可視化
4.今後の課題と展望
5.おわりに
第2節　低毒性量子ドットによる移植幹細胞イメージング技術
〈山田　翔太/湯川　博/馬場　嘉信〉
1.はじめに
2.多元素系量子ドットの開発
3.幹細胞移植治療の課題と量子ドット蛍光イメージングが果たす役割
4.量子ドットの幹細胞標識方法
5.量子ドット標識による移植幹細胞生体内蛍光イメージング
6.おわりに
第3節　カーボン量子ドットを利用したナノ温度計の開発
〈外間　進悟/白矢　昂汰〉
1.はじめに
2.合成法
3.吸収・発光の性質
4.温度計測
5.生体計測応用におけるカーボン量子ドット
6.おわりに