バンドフォールディングを利用した高効率硫化物基緑色発光ダイオードの開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15170
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 半沢 幸太 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (30849526)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 半導体 / エピタキシャル成長 / 光電子物性 / カルコゲナイド / ペロブスカイト

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、III-V族半導体をベースとした発光ダイオードが抱えるグリーンギャップ問題（緑色波長領域において発光量子効率が激減する課題）の抜本的解決を目指し、非結合性軌道とバンドフォールディングに着目した独自の化学的材料設計指針に基づき見いだされたペロブスカイト型硫化物半導体SrHfS3のエピタキシャル薄膜を用いたpnホモ接合を作製することで、SrHfS3の緑色発光ダイオード特性を評価することを目的としている。
本研究では、高品質なSrHfS3多結晶焼結体をターゲットとしたパルスレーザー堆積法を用いることで、二次的なアニール処理による表面汚染を避け、清浄かつ平坦表面が実現出来るin-situでのSrHfS3薄膜の作製、さらにはそのエピタキシャル薄膜成長を試みた。その結果、基板温度とパルスレーザー強度といった薄膜成長条件を最適化することで、斜方晶構造を反映した2階の面内回転対称性を有するドメインが互いに90度ずつずれて成長するツインドメインのSrHfS3エピタキシャル薄膜を得ることに成功した。
本年度はその結晶品質の更なる最適化を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

SrHfS3エピタキシャル薄膜の作製、および得られた薄膜試料を用いた発光や電気特性評価を目標にした。その中で最も重要かつ困難な試料作製においてエピタキシャル薄膜のさらなる高品質化を成し遂げることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

得られているSrHfS3エピタキシャル薄膜のフォトルミネッセンスやホール効果測定といった光電子特性評価を行う。さらに、多結晶体バルク試料において明らかにしているn型、p型ドーピング用の異種元素置換を行うことで、粒界や不純物の影響が少ない本質的な電気特性を評価する。

Causes of Carryover

SrHfS3エピタキシャル薄膜の作製を行い、高品質化を成し遂げることが出来た。粒界や不純物の影響が少ない本質的な光電子特性をだけでなく、異種元素置換による電子輸送特性の評価をはじめとしたより詳細な物性評価が可能と考え、更なる研究課題の発展のために、次年度使用することとした。
使用計画としては主に実験上必要不可欠な消耗品の購入、成果を体外発表するための論文出版費、学会参加費としての仕様を予定している。