2020 Fiscal Year Research-status Report
スピネル型カルコゲナイド化合物に着目したグリーンギャップフリー発光半導体の創出
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20K15363
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
永井 隆之 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 研究員 (30851018)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピネル型構造 / 半導体 / カルコゲナイド / グリーンギャップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで発光半導体として用いられてきたのは主にGaNに代表されるⅢ-Ⅴ族半導体であるが、これらの物質は青色、赤色領域では高い量子効率で発光を示す一方、緑色領域では著しく発光効率が減少するグリーンギャップ問題を抱えている。本研究の目的はグリーンギャップが存在しない発光半導体物質群を開拓するために、無極性構造と高い元素選択性に着目した独自の物質探索指針を提案し、その指針に合致する物質としてスピネル型カルコゲナイドを検討するものである。初年度はスピネル型カルコゲナイドZnSc2S4とMgSc2S4に注目し、その合成と物性測定を行った。以下にその成果を示す。
(1)二硫化炭素CS2を用いた合成手法によってZnSc2S4および、ZnSc2S4とMgSc2S4の固溶体Zn1-xMgxSc2S4を得た。ZnSc2S4はバンド構造から予想されるように直接型ギャップに起因した強い光吸収と、そのバンドギャップに対応した発光が観測された。また、ZnサイトにMgを固溶することでバンドギャップを増大させ、吸収波長を制御することにも成功した。これは物質探索指針の有効性を支持する結果である。しかし、残念ながらMgSc2S4はZnSc2S4と同じ焼成条件では合成することができなかった。
(2)太陽電池材料への応用を見据えたZnSc2S4のバンドギャップ低減を目的としてSサイトをSeに置き換えた物質の合成を試みた。その結果、単相こそ得られていないものの新物質ZnSc2Se4の合成を示唆する結果が得られた。
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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
スピネル型カルコゲナイド型半導体のプロトタイプと位置付けていたZnSc2S4の合成とその基礎光学物性が順調に得られている。MgSc2S4の合成やその物性解明など今年度の研究計画の中で未だ達成できていない項目もあるが、新物質ZnSc2Se4の合成を示唆する結果を得るなど当初の予想以上に進展したこともあり、総合的に(2)と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は化学修飾によるキャリアドーピングによってZnSc2S4をn型およびp型半導体にすることを試みる。さらに2020年度に得られた新物質ZnSc2Se4の単相化に取り組み、単相試料が得られ次第、網羅的な物性測定を行う予定である。上記の多結晶試料での実験に加えて、スピネル型カルコゲナイドのエピタキシャル薄膜作製も同時に取り組む。
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| Causes of Carryover |
主に旅費に関して、新型コロナ感染拡大の影響により学会の現地開催が中止になったため、その分を次年度に繰り越した。繰り越し分は研究の進捗状況をみながらではあるが、物質合成システムの拡充に使用する予定である。
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