Creating science of vacuum-ultraviolet optical processes in semiconductors

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00246
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Fujita Shizuo 京都大学, 工学研究科, 名誉教授 (20135536)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾沼 猛儀 工学院大学, 先進工学部, 教授 (10375420) ; 太田 優一 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 研究開発本部物理応用技術部電気技術グループ, 副主任研究員 (50707099)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 超ワイドギャップ半導体 / 酸化物半導体 / 真空紫外光 / 光物性 / 量子構造

Outline of Final Research Achievements

We investigated crystal growth and detailed optical processes of high-quality MgZnO semiconductors, which possesses optical functions in the vacuum ultraviolet region. We have constructed a spectroscopy system for observing optical properties up to 115-nm in wavelength, with which we obtained cathodoluminescence at <200 nm. Excitonic transition contributed greatly to the emission mechanism, suggesting excellent physical properties as a light-emitting material, while iso-electronic traps dominated the emission processes, whose formation and association should be controlled. The MgZnO/MgO heterointerface was classified both from experiment and theory as type I-type band alignment, suitable for quantum structure. The research results, together with knowledges on conductivity control etc., contributes to establishment of science of vacuum ultraviolet semiconductors. Evolution of application fields such as vacuum ultraviolet sensors has also been demonstrated.

Free Research Field

半導体物性工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

波長200 nm以下の真空紫外光を含む短波長の光は、殺菌、加工、光化学等の応用に不可欠である一方で、光源には水銀や希ガスの放電が一般に用いられている。固体による発光の実現は、脱水銀や希少資源の保護と、任意の波長での光源開発につながり、また真空紫外線センサは新たな環境観測技術を提供し、ここに本研究成果の社会的意義がある。MgZnOは真空紫外域の光機能を持つ半導体であり、発光機構、バンドアライメント、ドーピング等その光物性と応用に関する基礎的な知見を多く得て学理の創成に寄与したことに学術的意義がある。今後の真空・深紫外光の開拓に向けた貢献が期待されるところが本研究の価値である。