| 研究課題/領域番号 |
20H02434
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2021-2022)
東京工業大学 (2020) |
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研究代表者 |
飯村 壮史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80717934)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2020年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
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| キーワード | 半導体 / 電子構造 / 発光 / 結晶軌道 / 固体化学 / 前周期遷移金属 / 発光ダイオード / 材料探索 / 第一原理計算 / 光機能性半導体 / 非結合性結晶軌道 / 光物性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ダイヤモンド型構造を有する半導体を用いた発光ダイオード(LED)は、緑色波長域において発光量子効率が低下する“グリーンギャップ問題”を抱えている。本研究では、前周期遷移金属、非結合軌道、バンド折り畳みに着目した全く新しい材料設計指針に基づき、新規緑色LED材料の設計、創製に挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
発光ダイオードなどに用いられる半導体は、n型、p型キャリアを安定化するのに適したバンドのエネルギー位置とバンド端における強い光吸収能が求められる。本研究では、バンド端を構成する電子軌道間の化学結合を制御することで所望のバンドエネルギーと高い光吸収係数を持つ半導体を設計し、その物性を明らかにすることを目的とした。その中で、1)前周期遷移金属基水素化物,LaH3,が水素の1s軌道から成るp型ドーピングに適したエネルギー的に浅い価電子帯を持つこと、2)同様に浅いs軌道から成る価電子帯を有するハロゲン化インジウム(I)が大きな光吸収係数を持ち、オレンジ色のバンド端発光を示すことなどを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
前周期遷移金属化合物はポスト遷移金属とは異なり、価電子帯に寄与する充填d軌道やs軌道を持たないため、p型化が難しい。しかし本研究を通して、水素の陰イオンが持つ充填s軌道はp型キャリアを安定化できるほどに浅い価電子帯（真空準位基準で-4eVほど）を作ることが明らかになった。また、s軌道同士の大きな重なりのためにH-1s2から成る価電子帯はバンド幅も広く、有効質量もポスト遷移金属化合物と同等に軽かった(m*~1)。本成果はこれまで銅や錫、鉛などの化合物に限られてきたp型半導体材料の幅を大きく拡張し、無毒で環境調和性の高い半導体発光デバイス創製に向けた新たなアプローチを提供するものである。
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