【研究領域課題番号】21H04612 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体 / 新物質探索 / バルク・薄膜 / 第一原理計算 / デバイス / 輸送特性 / 光物性 / ドーピング

【研究成果の概要】

本研究において打ち立てた以下2点の化学設計指針に従って、研究計画におけるロードマップに設定したとおり、「有望物質の探索」に取り組み、また同時進行で研究の次段階ステージとなる「薄膜試料作製」の本格実施のための準備を行った。
・高対称性結晶（具体的にはペロブスカイト型構造）中に意図的に「非結合性軌道」を導入し、適切なバンドギャップと、p型にもn型にもドーピングが可能な電子状態を実現する。
・高効率化に不可欠な直接遷移型にするために、長周期構造を利用したバンドの折りたたみを利用する。
その結果、SrHfS3と同型のペロブスカイト構造を有するBaZrS3を作製してバンドギャップを見積もったところ、狙い通り、SrHfS3よりも小さくなり、1.85 eVであることを明らかにした。そして、第一原理計算で吸収係数を計算したところ、光吸収層としては理想的な10^6 cm^-1に達することが示唆された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31

【配分額】41,730千円 (直接経費: 32,100千円、間接経費: 9,630千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】24360004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体 / 光物性 / エピタキシャル成長 / 量子光学 / 単一光子 / 量子もつれ光子対 / 半導体物性 / MBE、エピタキシャル / 応用光学・量子光光学 / 応用光学・量子光工学 / 励起子分子 / 原子層ドーピング / 等電子トラップ

【研究成果の概要】

原子層ドーピングを利用して、窒素原子およびエルビウム原子局所ドーピング構造半導体を作製し、量子情報通信において重要な役割を担う完全ランダム偏光かつ優れた波長再現性を有する単一光子および量子もつれ光子対の高効率生成を目指した。窒素原子局所ドーピング構造半導体を用いて、量子もつれ光子対生成に応用できるランダム偏光の励起子分子および励起子発光の観測に成功した。エピタキシャル成長中のエルビウム原子の表面偏析の温度依存性を定量的に調べることによって、原子層ドーピング構造半導体を作製するための条件として低温成長が必須であることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】22360006 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / 太陽電池 / ナノ粒子 / 化合物薄膜 / 半導体 / Cu(InGa)Se_2

【研究成果の概要】

地球温暖化問題ならびに我が国のエネルギー問題の解決に資するため、Cu(InGa)Se2(CIGS)薄膜太陽電池に着目し、その技術開発を行った。通常CIGSは、真空蒸着を基本としたプロセスにより作製される。本研究では、低コストプロセスとして非真空プロセスを取り上げ、真空を用いないCIGS薄膜太陽電池の作製手法を開発した。CIGSを構成するCu-Se、In-Seの合成は、金属ヨウ化物とNaのSe化物を低温度においてコロイド合成することにより作製した。当初はCIGSナノ粒子の直接合成を行っていたが、Cu-Seが焼結助材となることから、Cu-Seナノ粒子をインク原料とする手法へと変えた。得られたナノ粒子インクは、Mo基板付きガラス基板へとスプレー印刷され、Se雰囲気下550℃程度でアニールすることによりCIS光吸収層とした。その結果、アニール時のチオウレア添加が変換効率向上に有効であることなどを新たに見いだした。CISはp型半導体であるため、作製した光吸収層上にn型CdSをCBD法により、透明導電膜であるZnOをMOCVD法により堆積し、太陽電池とした。最終的には、変換効率3.5%(Voc=0.38V,Jsc=23.5mA/cm2,FF=0.39)の太陽電池の作製に成功した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,760千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 4,560千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】22340077 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光物性 / ナノ光学 / 表面プラズモン / フェムト秒パルス / 量子ドット / 時間分解分光 / AFM / チップ増強 / 半導体

【研究成果の概要】

増強度が104に達するチップ増強観測装置を組み上げ、いろいろな半導体超構造の発光過程を調べた。また、Geナノワイヤーのチップ増強ラマン散乱測定を行い、単一Geナノワイヤーにおけるフォノンの閉じ込め効果の空間分布、および、結晶化GeとアモルファスGeの濃度比の空間分布などを決定した。GaAs量子ドットにおいてコヒーレント制御の実験を行った。励起子のパワーブロードニング過程がコヒーレント制御できることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)

【研究分野】応用光学・量子光工学

【研究領域課題番号】22360032 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光制御 / スピントロニクス / 量子ドット / 円偏光 / フォトルミネッセンス / 発光ダイオード / 半導体 / 薄膜・量子構造 / 光物件 / エピタキシャル成長 / 光物性 / エじタキシャル成長

【研究成果の概要】

本研究は、1.3 ミクロン帯または可視光域で円偏光光源に応用可能な半導体の探索を目的とした。波長1 ミクロンより長波側の発光では、InAs コラムナー量子ドットが、波長1.06 ミクロンで3.42 ns の長いスピン緩和を示すことを明らかにし、また、InAs 高均一量子ドットが、面内異方性により基底準位から第二励起準位までいずれも安定な楕円偏光を示すことを初めて明らかにした。可視光域では、Ge 基板上の高Si ドープGaInP のドナーアクセプタ対の発光(687nm)のスピン緩和が210 ns と既報告の中で最も長いものの一つであることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】20,150千円 (直接経費: 15,500千円、間接経費: 4,650千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】18206004 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

半導体 / 結晶成長 / 半導体物性 / 光物性 / エピタキシャル成長

【研究成果の概要】

我々は、有機金属気相成長法により、(0001)六方晶窒化ホウ素薄膜が、ニッケル(111)基板とサファイア(0001)基板上にエピタキシャル成長することを見出した。六方晶窒化ホウ素エピタキシャル薄膜は、カソードルミネッセンス測定から室温において227nm付近のバンド端近傍の発光を示し、その光学バンドギャップは、5.9eV、直接遷移であり、遠紫外発光材料として有望である。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2006 - 2009

【配分額】40,430千円 (直接経費: 31,100千円、間接経費: 9,330千円)