2017 Fiscal Year Annual Research Report
超ワイドギャップ酸化物半導体量子構造によるサブ200nm光機能の創成
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17H01263
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
藤田 静雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (20135536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾沼 猛儀 工学院大学, 先進工学部, 准教授 (10375420)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光物性 / 量子井戸 / 酸化物 / 深紫外 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超ワイドギャップを特徴とする酸化物半導体の多重量子井戸構造により、窒化物半導体では不可能な200nm以下の発光を実現することを目的に研究を行った。波長200nm以下の光は、材料プロセス、光化学、強い殺菌等に利用されているが、その発光には、水銀や希ガスを用いる技術が用いられている。いうまでもなく水銀の撤廃は世界的な課題であり、希ガスは貴重な資源として保護する必要がある。あわせてこれらの方法では発光効率が低く、多くの電気エネルギーを必要とする。これが固体からの発光で得られれば、任意の波長での発光が可能という点でその応用分野を広げ、また、地球環境への負荷低減につながる。
本研究では、波長200nm以下の発光が可能な材料として、バンドギャップが非常に大きい酸化物半導体を用いることにした。また結晶成長には、安全な原料が利用でき、装置が簡単な「ミストCVD法」を用い、地球環境に優しい半導体技術の開拓に寄与することを目指した。
平成29年度の研究において、波長208nmまでの発光を得ることができた。また、原料として炭素を含まないものを利用することで、深紫外領域に単一ピークを持つ発光が得られた。平成30年度以降の研究ではさらに短波長での発光を目指すが、波長190nm以下の光は酸素に吸収されるため大気中での測定が困難である。そこで、窒素ガス置換雰囲気化で測定が可能となる装置を構築した。
今後、目的波長の実現に向け、結晶成長と光学測定の両面で研究を加速してゆく予定である。これにより、新しい光の領域が開拓され、光科学の学術的側面と材料プロセスや殺菌という応用的側面で社会に貢献してゆく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新しいい炭素フリー原料を利用した結果、MgZnOにおいて深紫外領域における単一の発光ピークが得られたことが、本研究の進捗を支える最も大きな成果と言える。現時点で波長208nmまでの短波長光が得られたことで、研究は著しく進歩していると考えている。一方、バンドギャップに対して発光ピークが約1eV長波長にあるという、いわゆる大きなストークスシフトが明らかになり、これをいかに克服するかという予期せぬ課題が生じたことが、研究の進展を引き戻す方向に働いていると考える。しかし、各種学会での発表の結果多くの研究者から支持を受け、総じて、「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
MgZnOにおけるMg組成を増加させ、まず200nm以下の波長での発光を実証する。その後、MQWの構造を最適化し、また詳細な光物性評価を通じて発光の起源やストークスシフトの要因を明らかにし、成長条件や構造設計にフィードバックして、高効率のサブ200nm発光を実現してゆく。
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