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現在、磁性、蛍光体として研究されているのは2元化合物がほとんどであるが、遷移金属、希土類、キヤリアドープの原子を置換できるサイトが少なく、これ以上の多様性が望めなくなりつつある。その解決のため、より優れた磁性半導体、蛍光体性能を得る母体材料として、サイトの多様性の大きな3元素以上を含む酸化物半導体、硫酸化物型の材料を取り上げる。まず、これらの化合物・固溶体が安定して出現する組成領域を明らかにする。また、希土類、遷移金属の原子を高濃度に添加し、発光・伝導・強磁性発現機構の解明、格子欠陥の同定を行い、各種の性能の向上のための対策を提案する。
まず、硫化物、セレン化物や酸化物との組み合わせを考え、元素や化合物を用いた組み合わせでの熱分析やX線回折などにより、3元素以上を含む酸化物に作製した結晶・焼結体について、電気抵抗率、光吸収、PL、組成分布などで評価した。これまでの研究成果を以下に示す。
(1)デラフオサイト型酸化物CuAlO_2から導き出されるAlをのLa系で置換した物質の焼結体合成を試みた。原料のCu_2Oは酸素との反応性が強く、大気中で焼成するとCu_2Oが酸化され、La_2O_3と反応するためにCuLa_2O_4が生成する。そこで雰囲気をアルゴン雰囲気にすることでCuLaO_2の単相を得ることができた。CuLaO_2の発光特性は室温で約580nmでの発光、77Kで約620nmでの発光が見られた。さらに、様々なドーピングを行った結果、著しく発光強度を増大させたのはCa、Srをドーピングした試料であり、特にCaをドーピングした時で、Caを0.5%ドーピングすることにより、アンドープに比べ約一桁強い発光を得られることを見出した。
(2)紫外発光素子や透明pn接合デバイス用の期待されているLaCuOSにおいては、合成法や基礎物性などの課題が多く残されている。出発原料としてLa_2S_3+CuOを用いて作製した場合、この化合物の単相は、従来の報告にある焼成温度より200℃下げることができた。特に、今回、新たに見出した組み合わせからの合成であった。これは、薄膜作製にも適用できると考えている。また、InやYをLaと10%程度置換していくことで、発光強度を上げることが可能になることを見出した。
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