2022 年度研究成果報告書

非結合軌道を利用した前周期遷移金属ベース高効率LED用半導体の創製

研究課題

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研究課題/領域番号	20H02434
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関	国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2021-2022) 東京工業大学 (2020)
研究代表者	飯村壮史国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (80717934)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	半導体 / 電子構造 / 発光 / 結晶軌道
研究成果の概要	発光ダイオードなどに用いられる半導体は、n型、p型キャリアを安定化するのに適したバンドのエネルギー位置とバンド端における強い光吸収能が求められる。本研究では、バンド端を構成する電子軌道間の化学結合を制御することで所望のバンドエネルギーと高い光吸収係数を持つ半導体を設計し、その物性を明らかにすることを目的とした。その中で、1)前周期遷移金属基水素化物,LaH3,が水素の1s軌道から成るp型ドーピングに適したエネルギー的に浅い価電子帯を持つこと、2)同様に浅いs軌道から成る価電子帯を有するハロゲン化インジウム(I)が大きな光吸収係数を持ち、オレンジ色のバンド端発光を示すことなどを明らかにした。
自由記述の分野	半導体
研究成果の学術的意義や社会的意義	前周期遷移金属化合物はポスト遷移金属とは異なり、価電子帯に寄与する充填d軌道やs軌道を持たないため、p型化が難しい。しかし本研究を通して、水素の陰イオンが持つ充填s軌道はp型キャリアを安定化できるほどに浅い価電子帯（真空準位基準で-4eVほど）を作ることが明らかになった。また、s軌道同士の大きな重なりのためにH-1s2から成る価電子帯はバンド幅も広く、有効質量もポスト遷移金属化合物と同等に軽かった(m*~1)。本成果はこれまで銅や錫、鉛などの化合物に限られてきたp型半導体材料の幅を大きく拡張し、無毒で環境調和性の高い半導体発光デバイス創製に向けた新たなアプローチを提供するものである。