ナノレーザダイレクトプリント、光コンピューティング/量子セキュリティの鍵

January, 22, 2026, Daejeon--大規模AI向けの高速光コンピューティング、量子暗号通信、超高解像度拡張現実(AR)ディスプレイなどの将来のハイテク産業では、光を使って情報を処理するナノレーザが次世代半導体の中核部品として注目を集めている。KAIST研究チームは、半導体チップ上にナノレーザを高密度配置できる新しい製造技術を提案した。これは人間の髪の毛よりも細い空間で情報を処理する。

KAISTは、機械工学科のJi Tae Kim教授とPOSTECHのJunsuk Rho教授が率いる合同研究チームが、「垂直ナノレーザ」を生成できる超精密3Dプリント技術の開発を発表した。これは超高密度光集積回路の主要部品である。

リソグラフィのような従来の半導体製造方法は同一構造の大量生産に効果的だが、プロセスが複雑かつ高コストのため、デバイスの形状や位置を自由に変更するのが難しいという制約がある。さらに、既存のレーザの多くは基板上に水平に置かれた構造物として設計されており、そのため大きなスペースを消費し、基板への光漏れによる効率低下が見られる。

これらの問題を解決するために、研究チームは次世代の半導体材料であるペロブスカイトを垂直に積み重ねる新しい3Dプリント法を開発した。この技術は「超微細電気流体力学的3Dプリント」として知られ、電圧を利用してアトリター(attoliter)スケール($10^{-18}$ L)で目に見えないインクの滴を正確に制御する。

この方法により、チームは複雑な減法処理(材料を削り取る)を必要とせず、人間の髪よりはるかに細い柱状ナノ構造を、望ましい場所に直接垂直にプリントすることに成功した。

この技術の核心は、プリントされたペロブスカイトナノ構造の表面を極めて滑らかにすることでレーザ効率を大幅に向上させることにある。プリントプロセスと気相結晶制御技術を組み合わせることで、チームはほぼ単結晶性の整列を持つ高品質な構造を実現した。その結果、光損失を最小限に抑え、安定的に動作する高効率の垂直ナノレーザを実現した。

さらに、チームはナノ構造の高さを調整することで、放出されたレーザ光の色を正確に調整できることを実証した。これを活用して、肉眼では見えないレーザセキュリティパターンを作り出し、専門機器でしか識別できないものとなり、偽造防止技術の商業化の可能性を裏付けた。

Jitae Kim教授は次のように話している。「この技術により、複雑な処理を行わずに、光計算半導体をチップ上で直接高密度に実装することが可能になる。超高速光学コンピューティングと次世代セキュリティ技術の商業化を加速させることになる。」

この研究成果は、機械工学科のDr.Shiqi Huを筆頭著者として、2025年12月6日にナノ科学分野の国際的に権威ある学術誌『ACS Nano』にオンラインで掲載された。
Paper Title: Nanoprinting with Crystal Engineering for Perovskite Lasers
DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.5c16906