2014 Fiscal Year Annual Research Report
窒化物半導体多孔質ナノ構造の電気化学的形成と機能化による可視光応答光触媒への応用
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14J01371
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
熊崎 祐介 北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | GaN / 多孔質構造 / Franz-Keldysh効果 / 可視光応答光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２６年度は、GaN多孔質ナノ構造の形状制御性の向上に向けた検討を行うとともに、可視光応答化に向けた表面機能修飾技術の基礎として酸化銅を孔内壁に形成する手法を確立した。主たる成果を以下に示す。
１． 分光電気化学法により、電極電位に対するGaN/電解液界面の光学的な振る舞いを調査した。光透過率は、電解液界面に形成される内部電界強度が増加するにつれて減少し、高電界下ではバンド端吸収が長波長側へシフトした。この特異的な分光特性は、Franz-Keldysh効果を取り入れた理論解析により矛盾無く説明できることを明らかにした。
２． 上記１で得られた知見を基に、光支援電気化学エッチングによりGaN多孔質ナノ構造を形成し、その電気化学的形成条件を最適化した。これまで主に用いられてきた上面光照射法は制御性の向上が困難であったのに対し、裏面光照射法を適用することで、孔の径および深さを制御することに成功した。これは、多孔質ナノ構造における不均一な電界分布と高電界下で起きるFranz-Keldysh効果を積極的に利用し、孔先端へ優先的にキャリアが供給されることにより達成されたと考えられる。ここで得られた高い制御性は、GaN多孔質ナノ構造を光触媒として応用するために必要な要素であり、本研究課題の実現に向けた有望な成果が得られた。
３． 可視光を吸収し、かつGaNと良好なバンドオフセットを有する材料である酸化銅について、GaN基板上への電気化学的堆積と光学的特性評価を行った。パルス堆積法を適用することで、凝集を抑制した均一な膜の形成を達成し、その膜厚は通過電荷量により制御可能であることを明らかにした。また分光測定から、可視光域において透過率が減少していることを見出した。Taucプロットから、得られた酸化銅のバンドギャップは2.28 eVと見積もられ、可視光域における光吸収を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当研究課題の達成に向けて重要な技術である、「多孔質ナノ構造の形状制御」および「可視光応答材料の堆積」について主に研究が進められた。第１の成果は、Franz-Keldysh効果を積極的に利用した裏面光照射法により、直線性、制御性に非常に優れたGaN多孔質ナノ構造の形成に成功した点である。多孔質ナノ構造形成時におけるFranz-Keldysh効果の関与は、本研究グループが初めて提唱しており、本研究課題を遂行する上で重要な知見が得られたと考えられる。第２の成果は、GaN上へ可視光応答材料である酸化銅の均一膜を電気化学的に形成する手法を確立した点である。分光測定からは可視光域での吸収が確認され、本課題で目標とする可視光応答光触媒の基盤技術が確立したといえる。これらの成果は、査読付き学術論文２件、国内学会２件、国際学会１件として報告しており、期待通りに研究が進展したといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２７年度は、前年度に形成技術を確立したGaN多孔質ナノ構造及び酸化銅/GaNヘテロ構造ついて電気的・光学的特性を明らかする。また、GaN多孔質ナノ構造上への酸化銅堆積および光触媒特性の試験的な評価を行うことで、光触媒電極としての最適構造を模索する。
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Research Products
(5 results)
