研究課題
シリコンをベースとしたオプトエレクトロニクス産業の実現に向けて、シリコンナノ結晶における光学特性を深く理解することが重要である。本研究では、1)シリコンを3次元的にナノ構造化することによって達成される量子効果に基づいた発光の起源を明らかにし、2)当該量子ドットを1ステップで合成できる環境調和合成法の開発を目指す。シリコンの結晶を三次元的にナノ構造化すると同時に、当該表面をパッシべートできる液相合成法の開発に取り組んだ結果、Nd:YAGを光源とした液相レーザーアブレーション法を開発した。本方法を適用することで、アルキル基で終端されたシリコンナノ結晶粒子を1ステップで合成することが可能となった。本方法のもう一つの特徴は、アルキル終端化シリコンナノ結晶粒子合成過程において、一切の有機廃液を産出しない環境に調和した合成過程を提供できることにある。ここで得られた粒子は、ナノ構造化と同時に、その表面がアルキル鎖によって誘導化されているために、合成物は、液体化していた。また、TEM観察より、結晶粒子径は、1〜8nmの極めて広い粒度分布を有していた。紫外可視吸収スペクトル特性から、ここで得られた粒子の吸収端は、バルクに比して0.2eV程度ブルーシフトしていたことから、量子サイズ効果の発現を見出した。さらに、PLスペクトルを測定することで、シリコンナノ結晶粒子からの発光は、従来知られていた可視域のみでなく、310nmの近紫外〜可視(赤)に渡って幅広く観察されることが明らかとなり、TEM観察との整合性も見出された。
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