研究課題
本研究の目的は、六方晶窒化ホウ素(hBN)の深紫外線(DUV)発光材料としてのポテンシャルを、世界に先駆けて開花させることである。H21年度はこれまでに有用性を見出したNi系合金溶媒を中心として、常圧下での高純度hBN結晶の液相成長技術を確立した。hBNの発光特性の基礎的な評価として、高圧法で成長した高純度hBN単結晶の発光・吸収・反射スペクトルをヘリウム温度近傍の低温領域で調べ、理論予測の示すフレンケル型励起子が格子系との強い相互作用(ヤン・テラー効果)により光学活性となること、および、自己束縛励起子状態を形成することを見出した。これまで議論の多かった励起子発光メカニズムの理解により、発光波長の制御および高効率化を図るためには、結晶積層方向の秩序の制御など、この物質特有の条件の最適化を必要とすることがわかった。また、将来に向けたhBNの発光デバイス応用研究を加速するための基礎的な取り組みとして、DUV発光素子を試作した。具体的にはhBN単結晶粒子を発光層に用い、スピンド型の加速電子線源で励起することにより、ほぼ実用に近い光出力(0.2mW)の安定遠紫外光源の試作に成功した。また、この遠紫外発光デバイスを利用した小型乾電池駆動式遠紫外面発光光源の試作にも成功した。現在の遠紫外線発光素子の中でもっとも短波長での最大外部量子効率(0.3%)を得ることができた。また本素子は素子寿命および安定性の面から遠紫外領域で最も実用に近い発光素子である。
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