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昨年度にZnSnN2の真バンドギャップが理論計算による予測値1.4 eVよりも小さい1.0 eVであることを明らかにした。太陽電池や光触媒に応用するためには、バンドギャップを大きくする必要がある。そこで、今年度はバンドギャップ拡大を目標に、（１）オーダー相のZnSnN2の成長（理論計算によりディスオーダー相よりもバンドギャップが大きくなると予測されている）と（２）Mgドーピングを試みた。
上記（１）に関して、LiGaO3(001)単結晶基板上へのエピ成長に取り組んだ。様々な成長条件、具体的には、成長温度や成長速度、窒素分圧等を変化させてオーダー相が成長する条件を探索した。しかし、すべての条件でディスオーダー相が生成し、目的のオーダー相は成長しないことがわかった。理論計算上ではZnSnN2のオーダー相が安定であるという結果が得られているが、実験的には安定でないと言えそうである。
上記の構造制御が困難ということが判明したので、（２）のMgドーピングを試みた。理論計算によればMgSnN2のバンドギャップは3 eV程度と予測されている。MgSnN2-ZnSnN2混晶にすれば、組成制御によってバンドギャップを1.0~3.0 eVの範囲で任意に調節できると考えられるからである。様々なMgxZn1-xSnN2混晶薄膜をエピタキシャル成長させてバンドギャップを調べた結果、Mg濃度を増加させることでバンドギャップが拡大できることがわかった。Mg濃度がx = 0.15程度の時にバンドギャップが目標の1.4 eV程度にできることがわかった。
以上から得られた研究成果は、ZnSnN2を太陽電池の光吸収層ならびに可視光応答型光触媒に適用するための重要な知見が得られたものと考えられる。
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