2016 Fiscal Year Annual Research Report
ハイクオリティ原子層ヘテロ構造の作製とバレーフォトニクスデバイスの創製
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16H03825
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
北浦 良 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (50394903)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 原子層 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 発光デバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、最終的なデバイス構造を作製するために必要となるヘテロ積層構造の構築法の確立を中心に研究を進めた。まず、ヘテロ積層構造の個々の構成要素となる単層の遷移金属ダイカルコゲナイド(単層TMD)の合成法の改良を行った。具体的には、既存のMBE装置にロードロック機構を取り付け、チャンバーの真空度を一桁改善するとともに、合成実験後に基板の温度が合成温度から室温まで下がることを待たずに基板の交換ができるようにした。これによって、実験のスループットが飛躍的に改善した。さらに、既存のCVD装置にも改良（異なる原料を流路を分けて供給する）を加えることで、これまで問題となっていた基板に到達するまでに起こる原料の余計な反応を抑え、安定してTMDの成長が出来るようになった。
上記の改良MBEおよびCVD法によって合成した単層TMDを用いて、自作のマニピュレーションシステムによる六方晶窒化ホウ素(hBN)とのヘテロ積層構造(hBN/TMD/hBN)を作製した。作製したヘテロ積層の試料は、本研究課題で新たに導入した高感度電子冷却CCDカメラを備えた蛍光イメージングシステムを用いてその蛍光像を観察し、蛍光強度とその分布からクオリティを迅速に評価した。
クオリティ評価に基づいた作製法の改良を通して、TMDのヘテロ積層構造を高品質に作製することが可能となった。また、蛍光像の観察に加えて、評価の一環で行った低温での分光測定（蛍光スペクトルの即知恵）から、励起子分子の生成や層間励起子の微細構造の観察など、当初は予期していなかった興味深い光応答を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請当初に予定していたMBEおよびCVD装置の改良は予定通りに終え、それらを用いたTMDの成長は順調に進んでいる。さらに、予定していた装置の準備（高感度電子冷却CCDカメラを組み込んだ蛍光像観察システム）も終え、それを用いた試料の評価が順調に進んでいる。新装置を用いた試料作成と、新測定システムを用いた試料クオリティの評価が上手く噛み合い、初年度に予定していた試料作成技術の確立が進んだ。また、当初予定していなかった、作製したヘテロ積層構造の低温分光測定を通した新たな知見も得られている。以上のことから、当初の計画以上の進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、当初の予定通り、初年度に確立した装置および手法を用いてヘテロ積層構造の作製とクオリティの改善を続けるとともに、デバイス作製とその電子物性測定を行う。すでに本年の４月にはデバイスを試作し、その基礎的な電子物性評価を行っている。今後は、TMDに由来する特異な電子物性の観測を進める。今年度の前半は、デバイスの試作と電子物性を中心に検討を行い、後半からpn接合の作製を進め、最終的な目標であるTMDの特性を活かした発光デバイスの実現へと繋げていく。
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