半導体ナノ粒子への不純物ドープによるキャリア密度制御と新規発光過程の探索

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 23104719
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 石墨 淳 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (10346314)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2012: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2011: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 量子ドット / 光物性 / 活性不純物

Outline of Annual Research Achievements

半導体ナノ粒子への不純物ドープによるキャリア密度制御を行い、ドープしたドナー電子が受ける量子閉じ込め効果の影響について研究するため、より良質な試料の作成手法の開発を行った。CdSナノ粒子コアをZnSシェル層で覆ったコア/シェル型ナノ粒子(CdS/ZnS)をドナードープの母体材料とし、II-VI族化合物半導体中でドナーやアクセプターとなる不純物をドープしたものを試料として作製を試みた。これまでは、室温で容易に合成可能な逆ミセル法を用いてきたが、より良質な試料を作製するため、新たに高温有機金属合成法でのナノ粒子合成法を導入し、試料作製手法の確立を目指した。まずは、MnイオンをドープしたCdS/ZnSコア/シェル型ナノ粒子において、Mnイオンのコア、シェル、コア/シェル界面への選択的なドーピングを試みた。作製したすべての試料において、明確なMn発光とバンド端発光が観測され、これらの発光強度、発光エネルギーのMn濃度依存性を調べることで、ナノ粒子コアからシェルにドープされたMnイオンへの高効率なエネルギー移動が起こっていることを示唆する結果が得られた。さらに、本試料作製手法を用いて、ドナー(Al)およびアクセプター(Ag)をドープしたCdS/ZnSナノ粒子の作製に成功した。発光ダイナミクス測定から、観測される発光はドナー・アクセプターペア発光の発光であることがわかった。本研究により試料作製手法が確立できたため、ナノ粒子におけるドナー電子の量子閉じ込め効果の影響を調べることができるようになった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Fabrication and optical properties of Mn2+-doped CdS/ZnS core/shell nanocrystals (2012)
  • Author(s): Masahiro Takada
  • Journal Title: Phys. Status Solidi C Volume: 9 Issue: 12 Pages: 2469-2472
  • DOI: 10.1002/pssc.201200271
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Eu3+をドープしたZnOナノ粒子の表面修飾とその発光特性への影響 (2012)
  • Author(s): 松井泰
  • Organizer: 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛大学、松山大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Fabrication and optical properties of Mn2+-doped CdS/ZnS core/shell nanocrystals (2012)
  • Author(s): Atsushi Ishizumi
  • Organizer: Fifth International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2012-06-06
• [Presentation] 半導体ナノ粒子への活性不純物ドーピングと光物性 (2011)
  • Author(s): 石墨淳
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(若手奨励賞受賞記念講演)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] 高温有機金属合成法による活性不純物ドープCdSナノ粒子の作製と光学特性 (2011)
  • Author(s): 石墨淳
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Photoluminescence Properties of Mn^<2+>-Doped CdS/ZnS Core/Shell Nanocrystals with Different Core Size and Shell Thickness (2011)
  • Author(s): A.Ishizumi
  • Organizer: 24^<th> International conference on amorphous and nanocrys talline semiconductors (ICANS 24)
  • Place of Presentation: Nara Prefectural New Publie Hall (Nara Japan)
  • Year and Date: 2011-08-25