2016 Fiscal Year Annual Research Report
Epitaxial growth of 3D structured single crystal
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15K21095
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三宅 正男 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (60361648)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フォトニック結晶 / 水溶液プロセス / 水熱合成 / エピタキシャル成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体材料に多孔質構造を形成し、特性の向上や新たな機能の獲得を目指す研究が多く行われているが、これまでに報告されているほとんどの三次元メソポーラス材料は、微結晶あるいはアモルファスで構成されているため、欠陥密度が高く、発光特性および電気的特性が著しく低い。これを単結晶化すれば、特性の飛躍的な改善が期待でき、多くの分野での応用への発展に繋がると考えられる。そこで、本研究では、三次元構造のテンプレート内に半導体をエピタキシャル成長させることで、単結晶からなる三次元メソポーラス材料を得る技術の開発を行った。
サファイア基板上にエピタキシャル ZnO シード層をスパッタリングにより形成した後、コロイド結晶を堆積させそ、その空隙内に ZnO を水溶液からエピタキシャル成長させた。これまでよりも粒径の小さい粒径 200 nm のコロイド粒子をテンプレートに用いた場合にも、その空隙に ZnO を成長させることが可能であった。その後、テンプレートを除去することで、三次元の周期多孔構造をもつ ZnO 層が得られた。これがエピタキシャル成長したものであることを X 線回折測定により確認した。得られたエピタキシャル成長 ZnO 多孔質層のフォトルミネッセンス測定を行い、バンド間遷移による強い発光を観測した。また、電気伝導率およびホール効果測定を行った結果、多孔構造の形成によって、導電率は低下するものの、多孔質膜に比べて大幅に高い値を保つことを明らかにした。
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