| 研究課題/領域番号 |
19K22127
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
竹延 大志 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70343035)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| キーワード | オプト・イオントロニクス / 発光素子 / 受光素子 / 電解質ドーピング |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、電解質を用いたキャリアドーピングを基盤とし、材料適合性に優れた極めて挑戦的なオプトエレクトロニクスである『オプト・イオントロニクス』の実現を目指す。具体的には、高密度に電子・正孔を選択的に半導体材料へドープできる電解質を用いたドーピング技術を用い、様々な材料（有機材料・量子閉じ込め材料・Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体）を用いた受光・発光・レーザー素子の実現に挑戦し、最終的には、オプト・イオントロニクスの技術基盤を構築し、その応用への道筋を拓く。本研究目的を効果的に達成する上で、最も重要な戦略的要素は以下の４点からなる。
Ⅰ 発光材料を用いた電解質トランジスタの作製：様々な発光材料（有機材料・量子閉じ込め材料（原子層材料）・Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体）に対する電解質ドーピングの有効性をトランジスタ構造により解明。今年度は、有機材料、原子層材料で大きな成果を得た。
Ⅱ 電解質を用いたPN接合・トンネル接合の実現と受光・発光特性評価：電解質ドーピングによるPN接合・トンネル接合作製を新提案の素子構造で試みる。具体的には、電流電圧特性や発光特性を評価する。今年度は、有機材料、原子層材料で大きな成果を得た。
Ⅲ 微細加工技術を用いたレーザー素子（LD）の挑戦：電解質は高密度ドーピングが可能でありLDに不可欠な大電流の実現に適している。本特徴を最大限に活かすべく、共振器構造と本技術の融合によりLDを作製する。今年度はDFBミラーとグレーティング構造を有する共振器の作製に成功した。
IV 応用における液体使用に起因する困難・問題点並びに，デバイス動作上の問題等：液体使用は実応用において液だれ・液漏れ等の困難・問題点が起こり得る。本問題を解決するため、イオン液体を有機高分子によりゲル化（イオンゲル）する。今年度は、原子層材料への導入に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本研究は、電解質を用いたキャリアドーピングを基盤とし、材料適合性に優れた極めて挑戦的なオプトエレクトロニクスである『オプト・イオントロニクス』の実現を目指す。具体的には、高密度に電子・正孔を選択的に半導体材料へドープできる電解質を用いたドーピング技術を用い、様々な材料（有機材料・量子閉じ込め材料・Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体）を用いた受光・発光・レーザー素子の実現に挑戦し、最終的には、オプト・イオントロニクスの技術基盤を構築し、その応用への道筋を拓く。多様な材料群と機能素子を対象とするため、研究期間中に解決する必要が有る研究項目は多岐にわたる。それらを整理すると、以下の４点からなる。Ⅰ 発光材料を用いた電解質トランジスタの作製、Ⅱ 電解質を用いたPN接合・トンネル接合の実現と受光・発光特性評価、Ⅲ 微細加工技術を用いたレーザー素子（LD）の挑戦、IV 応用における液体使用に起因する困難・問題点並びに，デバイス動作上の問題等の解決。
以上のように研究項目が多岐にわたり、野心的な試みも多く、特に初年度は大きな困難を予想していた。しかしながら、今年度は初年度にも関わらず全ての研究項目において成果をあげることが出来た。よって、「当初の計画以上に進展している」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は、電解質を用いたキャリアドーピングを基盤とし、材料適合性に優れた極めて挑戦的なオプトエレクトロニクスである『オプト・イオントロニクス』の実現を目指す。具体的には、高密度に電子・正孔を選択的に半導体材料へドープできる電解質を用いたドーピング技術を用い、様々な材料（有機材料・量子閉じ込め材料・Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体）を用いた受光・発光・レーザー素子の実現に挑戦し、最終的には、オプト・イオントロニクスの技術基盤を構築し、その応用への道筋を拓く。本研究目的を効果的に達成する戦略的要素として以下の4項目をあげており、それぞれに対する推進方策を整理する。
Ⅰ 発光材料を用いた電解質トランジスタの作製：今後も引き続き、有機材料、原子層材料を用いた素子作製を行いつつ、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体にも挑戦する。
Ⅱ 電解質を用いたPN接合・トンネル接合の実現と受光・発光特性評価：今後も引き続き、有機材料、原子層材料を用いた素子作製を行いつつ、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体・Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体にも挑戦する。
Ⅲ 微細加工技術を用いたレーザー素子（LD）の挑戦：今後はDFBミラーとグレーティング構造を有する共振器を発光素子に導入する。
IV 応用における液体使用に起因する困難・問題点並びに，デバイス動作上の問題等：今後は、より応用に適した新しい素子構造の提案・実証に挑戦する。
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